柳钢2号高炉实现智能喷吹的研究

王绪鹏，刘 敏，朱国铭，黄华钢，林俊贤

（广西柳州钢铁集团有限公司，广西 柳州 545002）

1 目前现状

柳钢2号高炉喷煤喷吹系统采用半自动人工作。存在喷煤速率波动大、输送煤粉不均匀，影响煤粉燃烧率、增加氮气消耗。喷吹压力不稳定，影响高炉热风压力波动、换罐断煤、系统不连续。依靠人工操作，喷煤量的准确性难以保证。主要存在以下问题。

（1）喷吹量调节主要以罐压调整作为主要手段，调压过程金对分配器压力产生影响，对均匀喷吹不利。

（2）喷吹速率波动大，瞬时速率偏差可达6t/h。

（3）在人工操作的情况下，往往只关注保证整点煤量，对小时时段内各个更小时间段，例如按小时设定量计算每3min该喷煤量，实际喷煤量，缺乏精细控制，小时时段内喷煤量偏差达到lt。

（4）倒罐期间喷煤波动大且断流，导致现场喷煤不均匀，不稳定，不连续。

（5）同时由于喷煤速率波动大、不稳定而增加了气量消耗，增加了操作人员的劳动强度。

（6）喷吹速率不稳，煤焦置换比降低，煤粉在高炉回旋区的燃烧率降低，使更多的未燃尽煤随煤气移出炉外，对除尘工艺负荷加大，能耗严重。

2 智能喷吹改造方案

2.1 设计要点

（1）现场增加总管煤粉流量测量设备（固体流量测量仪）信号作为控制依据。

（2）总管调节阀作为主要调节手段，控制煤粉流量，罐压调节作为补充手段控制煤粉流量。

（3）增加均压装置作为辅助，保障在快速倒罐的情况下，更加稳定。

（4）在原有控制系统基础上，增加新的控制模块，实现智能均匀喷吹系统，该系统和原系统可以自由切换。

2.2 系统优势

（1）一键操作：一键开启智能喷吹，遇紧急情况一键结束智能喷吹，恢复原系统操作。良好的兼容性，应用放心。

（2）实时监测：实时监测煤粉喷吹，实时控制煤粉流量，时时煤粉均匀。

（3）均匀喷吹：时时保证时段内喷煤量偏差小于理论每分钟喷煤量，时段内煤粉流量稳定，没有剧烈波动。

（4）精准喷吹：喷吹均匀稳定，整点喷煤量满足高炉需求。

（5）连续喷吹：煤粉喷吹无断流，避免“大气量小煤量”或“只走气不走煤”的情况出现。

（6）浓相喷吹：特准掌握喷煤煤粉浓度，做到真正的浓相喷吹。

（7）精准掌握喷煤速度，实现低速喷煤，减小管道磨损。

（8）两罐均压：通过均匀实现平稳倒灌，均匀喷吹。

（9）节省气源：泄压到备用管，通过气体重复利用，节省气源。优化控制参数，实现均匀喷吹进一步节省气源。

（10）提高能效：稳定均匀的喷吹，提高了煤粉的燃烧效率。

（11）小改动大效益：针对现有的工艺，只需简单改动，可以实现最大优化，保障了高炉稳产、顺产，进一步高质高产。

2.3 系统组成

系统增加固体流量测量仪一台，气动调节阀一台，喷煤自动喷吹控制软件一套，实现煤粉喷吹监测、控制、调节。同时增加均压，主管补气保证喷吹的稳定。

图1 现有工艺管道概图及改造部分示意图

2.4 控制说明

固体流量测量仪、煤粉调节阀与喷煤PLC主站构成总管煤粉瞬时流量测量与调节单元：煤粉流量计实时监测喷煤总管煤粉流量或计算累计量，通过与煤粉流量设定值或期望累计量比较，采用PID算法输出一个阀门开度控制信号，保证了煤粉流量长时间的稳定性。系统参考现有罐压，二次补气量（压力），流化气量（压力)，结合喷煤总管的流量进行调节。

除了煤粉流量自动控制功能模块，该系统还具备了以下各功能模块：

“喷吹罐泄压控制模型”、“喷吹罐装粉控制模型”、“喷吹罐充压控制模型”、“喷吹罐倒罐共喷控制模型”、“喷吹罐罐压恒压控制模型”、“智能、半自动、手动、手智一体转换控制模型”。

本系统需要采集现场罐重信号，与流量计进行对比分析，通过以太网，读取ABPLC变量。

系统各功能以子模块的形式加入到原喷煤控制系统，不影响员系统应用，可根据实际情况切换为原系统。需原系统增加以下硬件点数。

表1 硬件点类型运行原理

3 技术目标

实现高炉喷煤系统的智能喷吹：全面完成自动倒罐、自动装粉、自动冲压，自动压力控制等功能的自动喷吹情况，进一步完成煤粉喷吹过程中煤粉流量自动控制，实现连续，均匀，精准煤粉喷吹。

喷吹量小时时段内喷煤流量稳定，实时流量（喷吹速率）波动基本在设定值土2t/h；小时时段内以内最大偏差合理，正负不超过一分钟理论喷煤量。喷煤小时累计量误差满足高炉需求，系统实现喷煤速度在合理范围内的浓相输送，优化喷煤工艺控制参数，减少输送气及流化气的消耗。系统遇紧急情况，可切换手动操作，情况正常后，再一键恢复智能喷吹。