浅谈马钢新区高炉制粉喷吹系统.docx

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浅谈马钢新区高炉制粉喷吹系统

浅谈马钢新区高炉制粉喷吹系统

贺仁亮

高炉制粉喷吹系统是世界炼铁正在迅速发展的一项重大技术，其目的是在高炉冶炼技术中，扩大高炉燃料来源，从风口向高炉喷吹煤粉，以价格低的煤粉替代价格昂贵的冶金焦，改善高炉的操作条件；增加高炉的调剂手段；最终达到节焦增产的目的。

我自2006年从马钢老区调入新区参加马钢新区建设一直都在从事高炉制粉喷吹的仪控安装，调试及维护工作。

下面是我对马钢新区高炉制粉喷吹系统工艺的一些简单阐述。

一、制粉工艺简介

马钢新区高炉制粉系统采用中速磨加一级布袋收粉工艺，共设置3个制粉系列,全负压运行。

用合格烟气作原煤干燥剂。

原煤来自原煤场，经配煤、过滤大块和除铁后送至喷煤主厂房的三个原煤仓内，原煤仓贮存的原煤经原煤仓下设置的计量式给煤机均匀给入中速磨。

干燥剂通过袋式收尘器后的排粉风机吸入系统。

原煤在中速磨内同时进行磨细和干燥，粒度较大的粒煤在中速磨内循环磨碎，合格的煤粉沿上升管道进入气箱脉冲袋式收尘器被收集入灰斗，被分离后的含尘浓度小于50mg/Nm3的尾气通过排粉风机排入大气。

灰斗中的煤粉由布袋收尘器落煤管通过叶轮排粉机、煤粉筛排入煤粉仓；煤粉仓下部钟阀、软连接与喷吹系统的喷吹罐相连。

原煤中硬度较大的杂物如煤矸石等经中速磨排渣口排出。

高浓度袋式收尘器为露天安装，脉冲用气为氮气。

为防止结露，影响煤粉输送，收尘器在工作时须维持一定的温度（65℃～110℃）,因此，自中速磨出口至收尘器进口间的上升管道、收尘器本体外层都采取了保温措施。

系统中中速磨入口、煤粉仓、收尘器出口设置了O2、CO浓度监控仪，当浓度达到设定报警值时，可采取充氮气保护等措施。

中速磨进出口、煤粉仓、收尘器出口设置了温度监控仪，当温度达到设定报警值时，可采取相应措施，确保系统安全。

工艺流程：

二、喷吹工艺简介

马钢新区两座高炉各设有一套（3个喷吹罐）并罐喷吹系统,采用高压并列罐总管加炉前分配器方案,连续地向高炉喷吹煤粉。

由计算机自动控制倒罐作业，也可由人工在计算机上手动控制倒罐作业，并应用了喷吹罐卸压氮气回收技术。

在每个喷吹罐与煤粉仓之间设有两个气动偏置钟阀，两阀间设有软连接。

喷吹罐上设有充压阀、补压阀和卸压阀。

喷吹罐底部设有流化装置。

上述各阀的开关通过电磁换向阀的换向来实现远程控制。

喷吹罐的稳压通过其控制系统来完成。

喷吹罐的电子秤称量装置可以准确、连续地测定罐内煤粉重量。

煤粉仓、喷吹罐等设备均设有温度监控，当温度高于设定报警值时，可以采取相应措施，确保系统的安全。

除设有高温报警外，还设有低温报警。

其目的是防止结露，以免发生堵塞事故。

当喷吹气源压力降至低限时，为防止高炉热风回风，系统中设有自动切断装置，保证系统安全。

喷吹系统按喷吹烟煤或混合煤设计，引进卢森堡PW公司浓相输送技术与设备，通过调节管道煤粉流量控制阀、罐压和流化气量来控制喷煤量，输送浓度≥30kg（煤）/kg（气）或更高，煤粉输送速度在2～4m/s，总量与设定值的误差可控制在1%范围，分配器后各风口间误差可控制在4%以内。

工艺流程：

三、制粉控制系统

制粉控制系统从各磨煤机入口至煤粉仓，系统的所有气动、电动设备都可由计算机遥控操作，并设计完善的信号和报警系统，各设备之间可根据工艺需求进行在线检测、联锁控制。

其控制及检测的主要配套设备有：

主风机、磨煤机、给煤机及布袋除尘器等。

每个原煤仓设有两个料位检测，每个仓设有两个低位报警信号，提示操作工及时补充原料，以防断煤，并控制梨式卸料机，把原煤放入指定的原煤仓中。

给煤机有配套一套控制柜，该控制设备以控制柜中的皮带称重积算器、变频器和SIEMENS可编程控制器为核心。

基本控制方式如下图

给煤机有两种控制方式：

自动时，根据高炉喷吹率及中速磨的实际工况，经过计算，得出给煤率，通过变频器，控制给煤机皮带称的皮带速度，以达到控制给煤率的要求；手动时，由操作工通过外设定（通过中控室DCS系统给出）或内设定（通过给煤机控制器给出）给出给煤率（频率）指令，磨煤机根据这个给煤率控制着给煤速度。

给煤机本体的控制，由它自带的控制器来完成。

它的操作，也有两种方式，即机旁和遥控：

机旁时，由操作工在现场通过启/停按扭完成对给煤机各个设备的启停控制；遥控时，由操作工通过操作员站画面进行启／停机器的操作。

给煤量的控制也有两种方式：

开环控制、闭环控制。

无论哪种方式，给煤机的工作状况，如皮带运行指示及速度、煤重瞬时值、累计值等，均可在操作员站上显示。

原煤阀（落煤阀）的控制：

　　原煤阀（落煤阀）的操作分为开和关两种，当开阀报限指示灯亮时，表明阀门已开到最大，此时只能进行关阀操作；当关阀极限指示灯亮时，表明阀门已完全关闭，此时只能进行开阀操作。

清扫机的控制：

　清扫机的操作分远方和就地操作两种模式。

当“给煤机”开关打在“遥控”位置时，清扫机的运行由控制系统发出启动给煤机操作，控制柜PLC完成控制；当“给煤机”开关不在“遥控”位置时，清扫机的运行由控制柜就地面板操作。

给煤机的启／停及紧急停控制：

　给煤机的启／停操作分“就地”和“远方”及备用三种操作状态。

远方控制：

当“给煤机”开关打在“遥控”或“远方手操”位置时，给煤机处于“远方”操作状态。

由自动化控制系统按控制程序给出启／停给煤机控制信号。

就地控制：

给煤机的启动必须在“紧急停止”按钮解锁状态。

就地操作给煤机的启／停，给煤皮带的运行由控制柜就地面板操作。

紧急停控制：

当保护没投入，因故障而需停机时，按下“给煤机紧急停止”按钮，给煤机整机停止工作。

故障消除后，需重新投入工作时，需转动“给煤机紧急停止”铵钮使之解锁，此后，给煤机可重新投入工作。

当保护投入后，出现需停机的故障时，给煤机自动紧急停机。

磨煤机系统所附属的其它设备还有密封风机、稀油泵及电加热器、液压油泵及电加热器等，它们均可通过画面选择其自动/手动工作方式。

自动时，密封风机、稀油站、液压站油泵均受磨煤机自动控制运行，两个电加热器受各自的油箱油温控制，托辊只有机旁控制，手动时，磨煤机系统所附属的其它设备均由操作工在画面上单独控制。

磨煤机为高压电机，它必须通过高配室来完成对它的运行控制。

自动时，当启动条件成立后，它向高配室提出“申请启动”。

高配室具备启动条件后，向DCS发出信号，DCS系统检测到高配室回答的“允许启动”应答信号后，DCS系统发出“启动”指令，高配室完成合闸动作，启动中速磨煤机；手动时，需操作工根据实际情况，通过启动画面上的“按扭”，用鼠标或键盘发出“申请启动”命令，待操作画面上出现“允许启动”后，按下“启动”“按扭”，完成启动。

主风机亦为高压电机，其控制过程与磨煤机相似，但风机有一个调节量，即风量调节，它通过预旋开度来实现。

对预旋开度的调节，有两种方式：

主风机的风量调节。

自动时设定值可通过棒图键设定，也可直接给出设定数值。

控制系统根据反馈进行PID运算自动控制调节设备的手操器进行的。

手动时，由操作工在操作员站上设定输出控制值，完成对调节阀的调节以达到对主风机风量的控制。

主风机起停预旋必须处于关位。

布袋箱控制器的控制：

布袋除尘器脉冲间隔时间控制，由布袋箱控制柜器完成，并且控制系统可以给出时间间隔的控制要求。

布袋控制器启动/停止控制方式可分：

内控操作（布袋箱控制器控制柜操作）、外控操作（控制系统发出控制命令）。

布袋箱运行中布袋箱提升阀、脉冲控制阀的控制，由布袋箱控制柜的PLC装置控制，系统只对它进行监控。

布袋箱的工作状态，如箱内的脉冲情况、脉冲阀动作的室号、温度、压力及压差、脉冲的时间间隔、时间间隔的控制及相关报警等，均可通过操作员站CRT画面反映。

内控操作：

在控制柜上直接启动布袋箱控制器、设定布袋除尘器脉冲间隔时间控制。

外控操作：

在操作站通过画面启动布袋箱控制柜器、设定布袋除尘器脉冲的时间间隔，由控制系统发出对控制柜的控制要求。

提高制粉系统安全保护的灭火装置：

由于系统按喷吹混合煤设计，系统要求采取严格的防爆措施。

在系统的磨煤机、高浓度布袋箱收尘器和煤粉仓等主要设备上均设置了O2浓度、CO浓度、温度监控设施。

当O2浓度、CO浓度、温度达到报警时，可采取相应措施（在系统内的磨煤机、布袋箱、煤粉仓等大型设备上均设置N2灭火装置），确保系统的安全。

为确保操作人员现场操作安全，N2灭火装置不设机旁操作。

N2灭火装置为气动电磁阀，控制通过自动控制系统手动或自动联锁控制。

手动：

通过操作员操作画面上的一些“按扭”开关对应设备的N2灭火电磁阀门喷充N2。

自动：

一旦检测到磨煤机进口、煤粉仓、布袋出口等部位，氧气、一氧化碳、温度超标，控制系统自动开启对应设备部位N2灭火电磁阀门喷入氮气保护，严格控制有关指标超标。

给煤机起／停时，开启磨煤机进口部位氮气灭火电磁阀门喷入氮控制含氧气量／温度标超，确保系统的安全。

制粉系统一些与工艺过程无甚关联，长期保持某一运行装态的设备控制系统只设手动操作。

如：

助燃风机、仓顶除尘风机、总管高炉煤气切断阀、冷风阀等。

对这些设备的操作只须操作员通过操作画面上的一些“按扭”、“起/停”对设备逐一进行操作、控制即可完成。

制粉系统除上述的设备控制外，还有大量的监控模拟量，包括：

高压电机电流、温度、冷却水、齿轮箱油温等，这些均可在操作员站上各画面中显示出来。

四、喷吹系统控制

喷吹系统采用高压并列罐总管喷吹系统，可连续向高炉喷吹煤粉，煤粉倒罐作业（从一个罐切换至另一喷吹罐）由控制系统自动实现倒罐或操作员通过操作画面上的一些“按扭”手动遥控操作。

三个喷吹罐交替工作，一个罐喷吹时，另两个罐可进行均压（氮气回收）、卸压、装粉、充压。

充压完成后，处于等待喷吹状态。

喷吹罐通过下煤阀汇合至一根总管道，该管道上设有流量检测、流量控制装置实现喷煤总量的调节。

在炉前通过分配器，分成36个支管送到高炉36个风口，每条支管有可自动联锁的喷吹阀、清扫阀。

在煤粉仓与喷吹罐间设置了软联接，避免了因罐内压力变化而引起的称量误差。

煤粉仓、喷吹罐等设备均设有温度监控。

当温度高至设定值报警时，可以采取相应措施，确保系统的安全。

除设有高温报警外，还设有低温报警。

其目的是防止结露、以免发生堵塞事故。

喷吹气源压力降至低限时（分配器前压力低于热风围管压力），为防止高炉热风回风，系统中设有分配器喷吹阀、清扫阀可自动联锁切断喷吹煤粉，并向支管吹入氮气保证系统安全。

1、喷吹系统喷吹罐控制：

本系统工作方式有两种：

自动化系统控制、机旁手动控制。

自动化系统控制有两种：

自动循环控制、手动操作控制、煤粉返回控制。

自动循环控制：

只要罐在喷吹循环中，把“喷吹率”设定好，整个喷吹过程倒罐及每一个罐的喷吹、卸压、装粉、充压操作过程全部由自动化控制系统完成，无须操作工的任何人工干预。

手动操作控制：

操作员通过操作画面上的一些“按扭”、“开/关”按工艺流程控制要求对设备逐一进行操作、控制即可完成喷吹相关操作。

煤粉返回控制：

煤粉返回功能：

（1）当喷吹系统停止工作需清空喷吹罐时，可通过煤粉返回功能把喷吹罐内煤粉通过煤粉返回管道返送到煤粉仓直至清空喷吹罐。

（2）当喷吹系统停止工作或主管线堵塞时，需清空或疏通喷吹主管线。

可通过煤粉返回功能把输送主管线内煤粉通过煤粉返回管道返送到煤粉仓直至清空输送主管线内煤粉。

操作员通过操作画面进入煤粉返回状态，控制系统锁定煤粉返回过程禁动阀门。

其他阀门可手动操作实现煤粉返回。

喷吹率的控制：

手动时，操作工可根据罐重的变化，通过对罐压和总管道流量控制阀人工设定，达到对喷吹率的间接控制；喷吹调节自动时，操作工只要给出喷吹率，自动化系统通过对罐压控制、喷吹总管道流量控制阀的PID自动调节控制或两者协调控制自动调节，来共同实现对喷吹率的控制。

喷吹罐自动循环的进入：

只有当所有的设备选择在“遥控”时（在操作箱选取），才可进入此方式，这些设备包括：

上球阀、下球阀、充压阀、卸压阀、下煤阀等。

2、喷吹罐煤粉喷吹作业控制过程：

当喷吹系统投入运行后，3个喷吹罐都处于自动循环控制时。

总有一个喷吹罐处于喷吹状态。

为了保证喷吹管路里不断煤粉，连续地向高炉喷吹煤粉，则需对另2个煤粉罐进行自动实现装粉、均压、充压、喷吹、卸压作业。

一罐退出喷吹后，须对另一已装煤罐进行均压，当两罐压力接近时，已装煤罐、均压（卸压）罐关闭均压阀门。

均压（卸压）罐进入卸压周期，卸压调节阀根据已设定粉仓压力比较粉仓反馈值控制卸压调节阀、低压卸压阀卸压。

卸压完成后，进入装粉周期，开始备煤，顺序动作开启上、下钟阀装粉将煤粉由贮煤罐加入此喷吹罐至设定值。

顺序动作关闭下、上钟阀，等待现行喷吹罐退出喷吹后均压。

均压后，已装粉罐进入充压周期；当压力达到控制压力设定值，充压阀关闭，补压阀打开，此罐处于等待喷吹状态。

当正在喷吹的喷吹罐电子称达到倒罐设定值时，发出倒罐命令等待喷吹罐接到倒罐命令，立即顺序动作，将正在喷吹的喷吹罐倒向等待喷吹罐。

倒罐完成后，现行喷吹罐有关阀门立即顺序动作退出喷吹周期。

等待对另一已装煤罐进行均压。

如此反复，在保证连续均匀向高炉喷吹的情况下，三个喷吹罐的这种周期性的操作称为煤粉的自动倒罐作业。

当喷吹系统投入运行后，3个喷吹罐都处于自动循环控制时自动化控制系统实现自动倒罐作业。

3、喷吹系统支管喷吹、清扫控制：

支管喷吹、清扫控制设备有：

喷吹阀、清扫阀。

控制方式有：

定时自动反吹清扫。

人工请求方式反吹清扫、手动选择方式反吹清扫。

定时自动反吹清扫：

程序设定每隔一定时间把36个喷吹支管按120度为步长，30秒为时间单位，全部吹扫一次。

人工请求方式反吹清扫：

操作员通过操作画面按钮，启动自动吹清扫程序同定时自动反吹清扫。

手动选择方式反吹清扫：

操作员通过操作画面按钮选择把某一支管设定反吹清扫。

反吹清扫的支管选择及清扫时间由操作员依据工艺要求人为控制。

喷吹系统工艺操作规格书要求是各阀门的操作顺序，是喷煤操作过程中必须遵循的规律，违反了操作顺序就有可能出现事故。

无论实现自动倒罐还手动操作作业，各阀门动作都必须遵守喷吹系统工艺规格书要求的充分条件。

只有当充分条件满足后，设备才能动作。

五、结束语

马钢新区高炉制粉喷吹控制系统采用美国西屋公司Ovation系统自2006年正式投入生产以来，各项控制功能运行正常，完全满足工艺要求，系统运行稳定可靠，为今后其它高炉控制系统的改造提供了有益的经验。