在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中的問(wèn)題及改進(jìn)

1、全國(guó)能源與熱工2008學(xué)術(shù)年會(huì)R-D閥在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中的問(wèn)題及改進(jìn)焦黎李群橋童健民(武鋼第一煉鋼廠武漢 430083摘要: R-D閥是調(diào)控轉(zhuǎn)爐煤氣回收的關(guān)鍵設(shè)備,對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量有著重要影響。由于R-D閥在自動(dòng)運(yùn)行中產(chǎn)生的故障會(huì)引起一次風(fēng)機(jī)劇烈喘振,因此,提出了相應(yīng)的具體解決措施,在某鋼廠120t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)果表明,可以有效的提高煤氣的回收質(zhì)量和數(shù)量,且具有易操作、易維護(hù)及節(jié)能的效果。關(guān)鍵詞: R-D閥;伺服裝置;煤氣回收;問(wèn)題及其改進(jìn)The Problem and Improvement of R-D Valve in Converter Gas Recovery Syst

2、emJIAO Li LI Qun-qiao TONG Jian-min(No.1 Steel-making Plant of WISCO, Wuhan 430083Abstract: The valve of R-D is the key equipment in the converter gas recovery system and has important impacts on the quantity of gas recovery. R-D valve can induce a fault in automatic running, which will cause fierce

3、 vibration. Therefore, put forward a corresponding measure to solve it . In a steel mill 120 t converter gas recovery system application results showed that it can effectively improve the quality and quantity of the gas recovery, and is these effects: easy to operate , maintain and energy-saving. Ke

4、y words: R-D Valve; Servo Mechanism; Converter Gas Recovery; Problem and Improvement1 前言轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源,也是我國(guó)二次能源回收利用的薄弱環(huán)節(jié)之一,提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量,不僅能有效降低煉鋼工序生產(chǎn)成本,為實(shí)現(xiàn)“負(fù)能”煉鋼打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),而且能極大降低鋼廠污染物排放總量,實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。目前,我國(guó)的轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用技術(shù)和水平有了較大的提高,但還是有很多企業(yè)的回收效果不是很理想,與國(guó)外的先進(jìn)水平還有一定的差距,既浪費(fèi)了大量能源,又嚴(yán)重污染了環(huán)境。隨著能源的日益缺乏,原材料的價(jià)格上漲,鋼材成本的競(jìng)爭(zhēng)日益

5、加劇,掌握轉(zhuǎn)爐煤氣回收技術(shù)、充分挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛能、安全而高效的提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收水平,成為各大鋼廠面臨的共同課題。因此,轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用的意義更加重大,成為現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼中的重要技術(shù)13。煉鋼廠的生產(chǎn)實(shí)踐表明,轉(zhuǎn)爐煤氣回收量占轉(zhuǎn)爐工序能源回收量近67%的比例,是其實(shí)現(xiàn)“負(fù)能”煉鋼的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2 轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝簡(jiǎn)介及R-D閥的作用2.1 轉(zhuǎn)爐OG法煤氣回收工藝簡(jiǎn)介所謂OG法是指氧氣轉(zhuǎn)爐煤氣回收(Oxygen Converter Gas Recovery,是以雙級(jí)文氏管為主,抑制空氣從轉(zhuǎn)爐口流入,使轉(zhuǎn)爐煤氣保持不燃燒狀態(tài),經(jīng)過(guò)冷卻而回收的方法,因此也叫未燃法,又稱濕法。OG系統(tǒng)煙氣冷卻設(shè)備由活動(dòng)煙

6、罩、汽化冷卻煙道組成,在風(fēng)機(jī)吸力作用下,煤氣從活動(dòng)煙罩進(jìn)入全封閉的回收系統(tǒng),經(jīng)汽化冷卻煙道后溫度降至約1100,在一級(jí)文氏管進(jìn)行滅火和粗除塵、煤氣降溫至75,隨之煤氣經(jīng)重力脫水器脫水后,由R-D閥(RICEBALL-DAMPER開口度的自動(dòng)控制使煤氣進(jìn)入二級(jí)文氏管進(jìn)行精除塵和再冷卻,溫度降至65左右,含塵量降至 150mg/Nm3,煤氣經(jīng)過(guò)濕旋脫水器及旋流脫水器再度脫水后含塵量降至65mg/Nm3進(jìn)入一次除塵風(fēng)機(jī)。一次風(fēng)機(jī)配有煙氣分析儀,進(jìn)行煙氣的在線實(shí)時(shí)分析,煤氣通過(guò)三通閥進(jìn)行回收放散切換,節(jié)能技術(shù)與裝備當(dāng)煤氣CO35%時(shí),由三通閥切換至水封逆止閥進(jìn)入煤氣柜回收,柜內(nèi)煤氣經(jīng)加壓泵送至用戶重復(fù)

7、使用。電動(dòng)旁通閥用于設(shè)備事故系統(tǒng),油泵系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)用于一次電機(jī)和風(fēng)機(jī)軸承及液力偶合器的潤(rùn)滑和冷卻。OG法工藝流程如圖1所示:轉(zhuǎn)爐煙氣活動(dòng)煙罩汽化冷卻煙道一級(jí)文氏管脫水器二級(jí)文氏管脫水器濕旋脫水器旋流脫水器除塵風(fēng)機(jī)三通切換閥放散塔或煤氣回收。2.2 R-D閥在轉(zhuǎn)爐煤氣回收中的作用用未燃法回收轉(zhuǎn)爐煤氣時(shí),爐口上的活動(dòng)煙罩與爐口間的縫隙處存在著煙罩內(nèi)、外氣體之間的壓差,其壓差的每一微小變化,都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣回收的數(shù)量和質(zhì)量及鋼廠的生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生很大的影響。壓差為負(fù)值時(shí),將導(dǎo)致周圍空氣被吸入煙罩,參與煙氣燃燒,使回收的煤氣熱值降低,反之,罩內(nèi)煙氣外溢使回收量減少,并惡化周圍環(huán)境。為保證煙氣的凈化效果和煤

8、氣的安全回收,需要對(duì)煤氣回收系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。R-D閥作為轉(zhuǎn)爐煉鋼與煤氣回收的關(guān)鍵設(shè)備之一,既影響著煤氣回收又影響著轉(zhuǎn)爐煉鋼操作。由于在轉(zhuǎn)爐煉鋼中,爐內(nèi)煙氣的生成量在不斷地變化,爐口微差壓也需隨之變化。在轉(zhuǎn)爐煉鋼的過(guò)程中碳氧反應(yīng)是一個(gè)變化量,在吹煉一爐鋼的過(guò)程中,生成的爐氣量是隨著碳氧反應(yīng)速度的變化而變化,其變化規(guī)律一般是“兩頭低,中間高”,通過(guò)變化著的爐口微差壓,對(duì)二文喉口R-D 閥開口度實(shí)行自動(dòng)調(diào)節(jié),使一次風(fēng)機(jī)的抽風(fēng)量與煙氣的生成量保持一致,就可避免煙氣外溢或罩內(nèi)吸入過(guò)多空氣,這就是我們希望通過(guò)R-D閥的精確定位和一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制手段去達(dá)到的最佳回收狀態(tài),一般不可能做到一次風(fēng)機(jī)的抽風(fēng)

9、量與煙氣的生成量絕對(duì)的一致。為有利于煤氣回收,爐口微差壓經(jīng)常在-20+20Pa范圍內(nèi),R-D閥的開口度也隨著爐口微差壓的變化而變化。3 R-D閥在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題3.1 液壓伺服裝置存在的問(wèn)題及原因分析轉(zhuǎn)爐煤氣回收的關(guān)鍵設(shè)備R-D閥是一個(gè)帶有電壓負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),它通過(guò)液壓伺服閥控制液壓油缸(執(zhí)行機(jī)構(gòu)作變速運(yùn)動(dòng)及精確定位。二級(jí)文氏管采用R-D閥,其喉口設(shè)有橢圓形閥板,由爐口微差壓裝置控制喉口開度,以適應(yīng)煙氣量的變化保證氣流以高速狀態(tài)通過(guò)喉口,達(dá)到精除塵的目的。轉(zhuǎn)爐在連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中R-D閥的閥板上的積灰逐步增多,其通過(guò)的煙氣量也隨之減少,持續(xù)發(fā)展將導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)進(jìn)氣量不夠從而引發(fā)喘振故障,

10、造成風(fēng)機(jī)不能正常工作。液壓伺服閥本身也存在一些問(wèn)題,主要表現(xiàn)在能耗浪費(fèi)大、容易出故障、抗污染能力差、價(jià)格昂貴以及系統(tǒng)對(duì)油質(zhì)要求較高等方面。3.2 控制系統(tǒng)框圖存在的問(wèn)題及原因分析自動(dòng)控制時(shí),是通過(guò)伺服閥來(lái)控制液壓缸動(dòng)作的,液壓伺服控制系統(tǒng)反應(yīng)太過(guò)于靈敏,使喉口開度的控制速度超前于煙氣壓力的變化速度,全國(guó)能源與熱工2008學(xué)術(shù)年會(huì)不能很好的實(shí)現(xiàn)爐口微差壓自動(dòng)控制R-D閥的目的。系統(tǒng)工作時(shí),通過(guò)均勻安裝在活動(dòng)煙罩頂部的四個(gè)取壓環(huán)管,從爐口取出微差壓信號(hào),與WINCC操作畫面設(shè)定的CO值、爐口微差壓值、二文喉口開口度值送入PLC中,經(jīng)控制器運(yùn)行后輸出420mA的電信號(hào)至伺服放大器,再將其位移狀態(tài)反饋

11、來(lái)的實(shí)時(shí)信號(hào)與PLC送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算,用所得的差動(dòng)信號(hào)去調(diào)節(jié)R-D閥的開口度,R-D閥開口度的測(cè)量信號(hào)送至控制器,在WINCC操作畫面上顯示其開口度。伺服閥動(dòng)態(tài)性能比較高,響應(yīng)過(guò)快,R-D閥開口度與氣體流量之間的線性關(guān)系不強(qiáng),經(jīng)常導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)抽風(fēng)量、爐口微差壓與二文喉口的開口度不一致,使三者不能組成具有穩(wěn)定性和快速的閉環(huán)控制系統(tǒng),結(jié)果導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)的抽風(fēng)量與煙氣的生成量不能保持一致,這種現(xiàn)象對(duì)一次風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行造成了極大的威脅。伺服閥控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。 圖2 伺服閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)4 R-D閥伺服裝置的改進(jìn)4.1 液壓伺服裝置的改進(jìn)針對(duì)3.1分析結(jié)果,選擇了相應(yīng)的比例閥與現(xiàn)有的伺服閥作了工況

12、對(duì)比,結(jié)果為比例閥比伺服閥控制要靈活一些。伺服閥多是零遮蓋,比例閥有一定的死區(qū),控制精度要低,響應(yīng)要慢,但是比例閥的成本比伺服閥要低許多,抗污染能力也強(qiáng)。由于系統(tǒng)存在參數(shù)時(shí)變,以及被控對(duì)象的非線性及耦合等不確定因素,因此R-D閥適于采用比例閥控制。比例閥的閥門開口度與氣體流量之間存在很強(qiáng)的線性關(guān)系,特別適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。鑒于上述對(duì)比結(jié)果,將R-D閥的液壓伺服閥改造為液壓比例閥,改造后的效果良好。4.2 R-D閥控制回路的改進(jìn)在改進(jìn)的控制系統(tǒng)中控制器采用SIEMENS S7400系列PLC作為主站。PLC之間的通信采用工業(yè)以太網(wǎng)。PROFIBUSDP主要完成PLC與遠(yuǎn)程站ET200M之間的

13、數(shù)據(jù)通信功能。用于主站S7400系列PLC的CPU選型為CPU4142DP和CPU4162DP。轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中的煙氣有著壓力變化較快、煙氣量的波動(dòng)較大等特點(diǎn),為保持爐口微差壓控制在20+20Pa范圍內(nèi),提高控制精度和速度,使喉口開度的控制速度能跟上煙氣壓力變化的速度,實(shí)現(xiàn)爐口微差壓自動(dòng)控制R-D閥的目的,對(duì)原控制系統(tǒng)的伺服控制回路作了改進(jìn)。把伺服閥控制回路改為比例閥控制回路,這樣能對(duì)反饋信號(hào)做出正確、及時(shí)的對(duì)比與分析,改進(jìn)后的控制系統(tǒng)由A、B兩個(gè)線圈組成比例閥控制,線圈A 用于控制油缸的伸出動(dòng)作,線圈B用于控制油缸的縮回動(dòng)作,能組成動(dòng)態(tài)性、穩(wěn)定性具佳的閉環(huán)控制系統(tǒng),使執(zhí)行元件進(jìn)一步符合控制系統(tǒng)

14、的要求,改進(jìn)后的控制回路如圖3所示。 圖3 比例閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)爐口的微差壓信號(hào),經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、放大、控制液壓驅(qū)動(dòng)裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu),從而改變R-D閥的開度,使轉(zhuǎn)爐爐口內(nèi)外的壓差控制在-20+20Pa 的范圍內(nèi),從而安全有效地保證煤氣回收的質(zhì)量和數(shù)量。爐口的微差壓檢測(cè)裝置與轉(zhuǎn)爐活動(dòng)煙罩的升降裝置連鎖,當(dāng)活動(dòng)煙罩降罩時(shí),爐口的微差壓檢測(cè)裝置開始工作,反之當(dāng)活動(dòng)煙罩升起時(shí),微差壓檢測(cè)裝置停止工作。5 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)結(jié)合實(shí)際的改進(jìn)工作,取得了如下效果:(1控制速度快,超調(diào)量小,穩(wěn)定性好,對(duì)參數(shù)變化的不敏感均優(yōu)于傳統(tǒng)控制器。爐口微壓節(jié)能技術(shù)與裝備差控制系統(tǒng)操縱R-D閥,使剛進(jìn)入煙罩的煤氣保持在20+20Pa范圍內(nèi)的

15、壓差,確?；厥彰簹獾腃O含量在55%以上。R-D閥的控制靈敏,阻力小,除塵效果好,其開度與抽風(fēng)量之間基本呈線性關(guān)系。(2OG煙氣凈化效率高,使外圍空氣較少進(jìn)入煙道參與煙氣燃燒,從而提高了回收的煤氣質(zhì)量。(3轉(zhuǎn)爐煤氣回收創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益:由于一次風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中作變速運(yùn)行及R-D閥穩(wěn)定投入自動(dòng)運(yùn)行,每爐煤氣回收時(shí)間從400秒提高至460秒,因此多回收15%的煤氣,年多創(chuàng)效益1012500元,即(460-400/400100%=15%;原回收煤氣500元/爐,年產(chǎn)鋼13500爐,年多創(chuàng)效益=13500爐/年500元/爐15%=1012500元/年;以每爐800秒的生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算,平

16、均每爐減少了60秒的煙氣燃燒量,每年減少了26100000m3二氧化碳對(duì)大氣的直接排放,較好的保護(hù)了城市大氣環(huán)境;按年產(chǎn)鋼13500爐,煙氣流量58000m3/h,年減少二氧化碳排放=13500爐/年(460-400秒400秒(800秒3600秒58000m3/小時(shí)= 26100000m3/年。除上所述,通過(guò)加大轉(zhuǎn)爐煤氣回收設(shè)備的管理力度,穩(wěn)定崗位操作,使該轉(zhuǎn)爐工序大幅度提高了煤氣回收量,同比由原0.56GJ/t提高到0.62GJ/t,新回收的轉(zhuǎn)爐煤氣充分應(yīng)用到軋鋼產(chǎn)能規(guī)模的提高方面,既緩解了能源緊張局面,又有效的保護(hù)了大氣環(huán)境。參考文獻(xiàn)1翁宇慶. 我國(guó)冶金工業(yè)在新世紀(jì)最初幾年的科技進(jìn)步J.鋼

17、鐵,2004, (1:3-8.2謝志英,侯寶穩(wěn).煉鋼過(guò)程中煤氣回收的優(yōu)化控制J.節(jié)能,2004, (7:16-17.3YIN Rui Yu. Steel Plant Models and Industrial Ecological China on Future Development Model of Steel Industry. ISES03 ProceedingsJ. Iron and Steel, 2003, 38(Supplement: 1-12.(上接524頁(yè)在電攪柜走道的另一端增設(shè)1臺(tái)3000m3/h、16.4kW的水冷風(fēng)盤向電攪柜走道上部 2.0方向吹風(fēng),同時(shí)在新增風(fēng)盤附近

18、1.0增設(shè)1臺(tái)8500m3/h 軸流風(fēng)機(jī)將走道內(nèi)的空氣抽出,以達(dá)到增大走道內(nèi)風(fēng)速的目的。實(shí)施這一對(duì)策后,走道內(nèi)的平均風(fēng)速由28下降到130下降到1132,工作溫度低于自保跳電溫度15以下,實(shí)現(xiàn)了電攪柜長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。上述對(duì)策及其結(jié)果雖然解決了溫度對(duì)電攪柜穩(wěn)定運(yùn)行的影響,但從優(yōu)化電氣室管理受控和電攪柜更加穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)應(yīng)在生產(chǎn)許可的條件下將新增3000m3/h的風(fēng)盤改型為6000m3/h;并將其出風(fēng)利用絕熱風(fēng)道從每個(gè)電攪柜背后的下部均勻送入,電攪柜走道側(cè)(正面進(jìn)風(fēng)口必須同時(shí)封閉,運(yùn)用風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置對(duì)5臺(tái)在線電攪柜的進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)使每臺(tái)在線電攪柜的進(jìn)風(fēng)量控制在1200m3/h、進(jìn)風(fēng)溫度18。由于進(jìn)風(fēng)量由1044m3/h增加到1200m3/h、進(jìn)風(fēng)溫度由24下降到18,從而可以更有效地降低電攪柜的工作溫度,這樣還可以充分利用水冷風(fēng)盤回風(fēng)罩對(duì)空氣中的微量粉塵進(jìn)行過(guò)濾,使冷風(fēng)與電攪柜內(nèi)的晶閘管等發(fā)熱元件進(jìn)行更充分的熱交換,更好地實(shí)現(xiàn)電攪柜穩(wěn)定運(yùn)行。 R-D閥在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中的問(wèn)題及改進(jìn)作者:焦黎, 李群橋, 童健民作者單位:武鋼第一煉鋼廠武漢430083相似文獻(xiàn)(4條1.期刊論文申英俊.李春和.劉雪冬轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵工藝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展-中國(guó)鋼鐵業(yè)2008(91.概述 我國(guó)煉鋼氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐現(xiàn)有500余座,2007年,中國(guó)鋼產(chǎn)量達(dá)到4.89億噸,其中轉(zhuǎn)爐鋼占85%以上.所以,煉