高炉煤粉喷吹量控制方式浅探

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摘要：近年来随着钢铁行业的高速发展，高炉煤粉喷吹工艺使用越来越广泛，它以其高效简洁的特点而深受炼钢、炼铁企业的喜爱。控制高炉喷吹煤粉量的调节方式是依据调节喷吹罐压力可实现控制系统喷吹量的原理设计喷吹量控制调节器，对压力控制喷吹量控制方式中影响控制效果的因素进行分析并提出一种改进的控制流程。

关键词：高炉煤粉喷吹、喷吹量调节、经济效益

中图分类号：TF54文献标识码： A

一、前言

高炉喷吹煤粉是一项能够显著提高高炉经济效益的手段，喷吹煤粉生产过程是一个多变量，大滞后的过程。喷吹量不仅与喷吹罐压力、流化气流量、输送载气流量有关，还与煤粉本身的煤种、含水量、颗粒度、流动性等物理因素相关。因此选取合适的方法设计控制方案，对喷吹量进行精确控制，是实现系统自动化，降低人为因素，提高喷煤系统经济效益的关键。

二、高炉煤粉制喷系统

为了降低焦比，现代高炉采用配吹燃料（包括天然气、焦炉煤气、煤粉、重油等）技术。零高炉粉制喷系统由喷吹、制粉两大系统及相关的辅助设施构成。制粉系统设计为三个系列，每一系列制粉能力为60t/h，主要有烟气升温炉，磨煤机、收粉器、主排风机组成。用热风炉废气作制粉干燥气主要介质，分别从本高炉和高炉热风炉烟道接出，与烟气升温炉产生的高温烟气混合形成满足制粉要求的合格干燥气，此外在系统中采用了尾气再循环技术。喷吹系统为三罐并列、循序喷吹、主管加分配器的方式。喷吹系统主要包括一个煤粉仓，一个增压器，三个喷吹罐和二个分配器。二个分配器分别配有19根喷吹支管，将煤粉喷入高炉。

三、罐压调节控制喷吹量

1、理论依据高炉喷吹煤粉喷吹量调节方式中，罐压调节方式普适性比较好。通过喷吹罐压调节的控制方式将调节对象简化，将原本的多变量问题简化成为一个单输入、单输出问题看待。依据是：当煤粉物理性质一定，喷吹罐出口面积大小一定，喷吹罐内流化气气流量一定、混合器中沸腾气、输送载气气流量一定的情况下，

进入混合器中的煤粉量主要受上部压力（即喷吹罐内部压力）的控制。喷吹罐内部压力增大，则下落至混合器中煤粉量增大，从而喷吹量上升；喷吹罐内部压力下降，则下落至混合器中煤粉量减少，从而喷吹量下降。罐压与喷吹量关系如图1所示。即：喷吹罐的压力与喷吹速度（煤粉喷吹量）能够近似成正比，根据这一关系可以得出结论：控制喷吹罐压力就是控制了喷吹量。由此可以设计控制器。

图1 喷吹罐罐压与喷吹量关系

2、 控制器设计

利用喷吹罐压力与喷吹速度（煤粉喷吹量）能近似成正比这一特性，结合实际，采用串级控制系统能够满足系统对控制品质的要求。将喷吹量作为系统主控制参数，喷吹罐压作为副参数，安装在喷吹罐上的三个气动阀门（增压阀、补压阀和泄压阀）作为执行元件。得到如图2 的控制原理图：

图2 控制原理图

设定的单位喷吹量V0作为输入与实际喷吹量Vi进行比较求得偏差e1,偏差e1经过主调节器的运算处理换算成相对应的罐压值P0后，作为内环副回路的输入与实际罐压值Pi进行比较，求出偏差e2，副调节器经算法运算后使相应气动阀门（增压阀、补压阀和泄压阀）动作，调节喷吹罐的压力，达到调节单位喷吹量的目的。

注：表中百分比针对正常喷煤过程中喷吹罐设定压力控制实现中，使用先进稳定的PLC系统。利用中间继电器、工业以太网将PLC与现场各阀门相连，工程师根据工艺要求编写相关控制程序与组态画面。生产时，操作工设定好所需喷吹量后就无需再干预控制过程，仅通过控制中心工控机上的人机界面对现场控制阀门、仪器仪表的工作状态进行监测。减少操作员的动作次数，降低人为操作失误对系统稳定性的影响，提高自动化程度，提高系统稳定性。

3、使用情况

串级控制器对负荷、操作条件的变化有一定自适应能力，所以结合工艺要求可以得出以下控制过程：持续生产时，煤粉不断地被送向高炉，喷吹罐内的压力会不

断减小，此时副回路自动调节，控制补压阀开闭，弥补由于喷吹过程中造成的罐压下降，使压力保持在与设定喷吹量相匹配的定值上，使输出煤量保持稳定，即喷吹量在一个所需要的量值上均匀稳定的输出。

当高炉炉况发生变化，需要变更喷吹量时，只需人工更改喷吹量设定值，系统将换算成与之匹配的罐压值并与实际罐压值比对，设定值与反馈值的差值大于设定值的5％时，开增压阀与补压阀迅速提高喷吹罐压力；当差值小于设定值2％大于设定值1％时，关增压阀停止快速调压仅依靠补压阀慢速调压，使压力缓慢上升；当差值成为负值，即反馈值大于设定值时，执行开闭泄压阀操作。

使用压力控制喷吹量是一种比较简单、直接、准确的方式。采用串级控制能够保证控制品质，满足工艺对控制精度的要求。但实际生产是一个复杂的过程，是一个多变量系统，为了便于控制，才人为的将实际过程简化成单输入单输出系统，但原有的多变量因素仍然存在，所以应当分析影响控制效果的因素，制定相应控制策略，降低这些因素的影响。

四、喷吹量控制系统

喷吹系统有三个喷吹罐，一个罐喷吹，另一个罐处于准备状态，第3个罐处于空罐装料状态，每个罐各有三个重量传感器，根据所测的重量信号进行加算得到总重量信号，然后根据喷吹时间进行微分运算得出实际的瞬时喷吹量值，再以此喷吹量与喷吹量设定值进行比较，控制喷吹罐的罐压，从而控制喷吹量。

在喷吹罐加压、等待喷吹阶段，为保证喷吹系统的安全，喷吹罐罐压与高炉送风压力需有一定的正偏差，当高炉送风压力变高时，喷吹罐罐压也随之升高，考虑到高炉送风压力急剧升高时，由于喷吹罐压力调节阀调节滞后，喷吹罐压力不能及时跟踪，因此在此调节阀管路上并联一个快速切断阀，当高炉送风压力急剧升高时立即打开此切断阀快速补充喷吹罐的罐压，使喷吹系统得以安全工作。同理当热风压力下降时，罐压将呈现出过压，此时打开罐排压阀。

每个喷吹罐的重量、喷吹量在CRT画面上设有指示记录。

制粉系统制成煤粉后，送到炉前喷吹站，经布袋除尘器将煤粉装入煤粉仓，投到喷吹罐，并使喷吹罐内的煤粉形成流动化煤粉，再分别由每个风口的独立喷吹管道，由载流气体喷入高炉内。其自动控制系统包括：煤粉仓监视系统；三个喷吹罐的重量和压力控制。喷吹罐在喷吹过程中，由于喷吹罐内气体与煤粉一起从喷吹罐下部的喷吹管道吹到高炉内，喷吹罐内压力要靠从喷吹罐下部吹进混合气体保持压力稳定，而对喷吹罐初次加压、等待喷吹、开始喷吹的加压过程，使调节阀处于一定开度，开度值在CRT上设定。而在喷吹过程中则自动控制。在喷吹罐受入煤粉时，为使煤粉易于落入，此时喷吹罐加压调节阀处于保持状态，并由小排气调节阀进行调节。当喷吹罐压力低于正常喷吹压力时，发出报警，并同时通过顺序控制停止自动喷吹。煤粉吹入量控制。有两种方式可任意选用：各风口喷吹量任意分配的个别控制方式；各风口喷吹量均等分配的全体控制方式。

结语

近年来，根据企业实况，我公司为我国以及东南亚等国炼铁炼钢企业提供了大量的该批设备，取得了良好的效果，为炼铁炼钢技术的发展作出了很大的贡献。高炉喷煤在今后很长一段时间内都会是降低高炉焦比，提升高炉经济性的一个重要手段。而针对喷吹量的自动控制又是整个喷煤系统顺利生产的关键。针对喷吹量的自动控制问题还需要继续深化研究，通过引入先进的控制算法使控制精度更高，控制效果更明显将是以后技术发展的方向。

参考文献：

[1] 李泽辉 强健 闫朝付，《高炉煤粉喷吹率的优化控制方法及应用》《自动化与仪表》，2011 年02期

[2] 郝莉，《喷煤自动控制系统的优化及改造》《全国高炉喷煤技术研讨会文集》，2008 年

[3] 全荣 胡俊鸽 周文涛，《高炉喷吹煤粉技术的发展》《全国高炉喷煤技术研讨会文集》 ， 2008 年

[4] 马继波 方贻留，《我国高炉喷煤技术的发展》《全国高炉喷煤技术研讨会文集》，2008 年