在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中的問題及改進

1、全國能源與熱工2008學(xué)術(shù)年會R-D閥在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中的問題及改進焦黎李群橋童健民(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,對轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量有著重要影響。由于R-D閥在自動運行中產(chǎn)生的故障會引起一次風機劇烈喘振,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、易維護及節(jié)能的效果。關(guān)鍵詞: R-D閥;伺服裝置;煤氣回收;問題及其改進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,為實現(xiàn)“負能”煉鋼打下堅實的基礎(chǔ),而且能極大降低鋼廠污染物排放總量,實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。目前,我國的轉(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,與國外的先進水平還有一定的差距,既浪費了大量能源,又嚴重污染了環(huán)境。隨著能源的日益缺乏,原材料的價格上漲,鋼材成本的競爭日益

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,是其實現(xiàn)“負能”煉鋼的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2 轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝簡介及R-D閥的作用2.1 轉(zhuǎn)爐OG法煤氣回收工藝簡介所謂OG法是指氧氣轉(zhuǎn)爐煤氣回收(Oxygen Converter Gas Recovery,是以雙級文氏管為主,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)備由活動煙

6、罩、汽化冷卻煙道組成,在風機吸力作用下,煤氣從活動煙罩進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,在一級文氏管進行滅火和粗除塵、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開口度的自動控制使煤氣進入二級文氏管進行精除塵和再冷卻,溫度降至65左右,含塵量降至< 150mg/Nm3,煤氣經(jīng)過濕旋脫水器及旋流脫水器再度脫水后含塵量降至<65mg/Nm3進入一次除塵風機。一次風機配有煙氣分析儀,進行煙氣的在線實時分析,煤氣通過三通閥進行回收放散切換,節(jié)能技術(shù)與裝備當煤氣CO<35%時,由三 圖1 OG法工藝流程通閥切換至高空放散

7、塔完全燃燒后排入大氣,當CO>35%時,由三通閥切換至水封逆止閥進入煤氣柜回收,柜內(nèi)煤氣經(jīng)加壓泵送至用戶重復(fù)使用。電動旁通閥用于設(shè)備事故系統(tǒng),油泵系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)用于一次電機和風機軸承及液力偶合器的潤滑和冷卻。OG法工藝流程如圖1所示:轉(zhuǎn)爐煙氣活動煙罩汽化冷卻煙道一級文氏管脫水器二級文氏管脫水器濕旋脫水器旋流脫水器除塵風機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,爐口上的活動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,都會對轉(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。壓差為負值時,將導(dǎo)致周圍空氣被吸入

8、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氣的安全回收,需要對煤氣回收系統(tǒng)進行自動控制。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)爐煉鋼的過程中碳氧反應(yīng)是一個變化量,在吹煉一爐鋼的過程中,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”,通過變化著的爐口微差壓,對二文喉口R-D 閥開口度實行自動調(diào)節(jié),使一次風機的抽風量與煙氣的生成量保持一致,就可避免煙氣外溢或罩內(nèi)吸入過多空氣,

9、這就是我們希望通過R-D閥的精確定位和一次風機轉(zhuǎn)速的自動控制手段去達到的最佳回收狀態(tài),一般不可能做到一次風機的抽風量與煙氣的生成量絕對的一致。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閥在運行過程中存在的問題3.1 液壓伺服裝置存在的問題及原因分析轉(zhuǎn)爐煤氣回收的關(guān)鍵設(shè)備R-D閥是一個帶有電壓負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),它通過液壓伺服閥控制液壓油缸(執(zhí)行機構(gòu)作變速運動及精確定位。二級文氏管采用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)通過喉口,達到精除塵的目的。轉(zhuǎn)爐在連續(xù)生產(chǎn)

10、過程中R-D閥的閥板上的積灰逐步增多,其通過的煙氣量也隨之減少,持續(xù)發(fā)展將導(dǎo)致一次風機進氣量不夠從而引發(fā)喘振故障,造成風機不能正常工作。液壓伺服閥本身也存在一些問題,主要表現(xiàn)在能耗浪費大、容易出故障、抗污染能力差、價格昂貴以及系統(tǒng)對油質(zhì)要求較高等方面。3.2 控制系統(tǒng)框圖存在的問題及原因分析自動控制時,是通過伺服閥來控制液壓缸動作的,液壓伺服控制系統(tǒng)反應(yīng)太過于靈敏,使喉口開度的控制速度超前于煙氣壓力的變化速度,全國能源與熱工2008學(xué)術(shù)年會不能很好的實現(xiàn)爐口微差壓自動控制R-D閥的目的。系統(tǒng)工作時,通過均勻安裝在活動煙罩頂部的四個取壓環(huán)管,從爐口取出微差壓信號,與WINCC操作畫面設(shè)定的CO值

11、、爐口微差壓值、二文喉口開口度值送入PLC中,經(jīng)控制器運行后輸出420mA的電信號至伺服放大器,再將其位移狀態(tài)反饋來的實時信號與PLC送來的信號進行比較運算,用所得的差動信號去調(diào)節(jié)R-D閥的開口度,R-D閥開口度的測量信號送至控制器,在WINCC操作畫面上顯示其開口度。伺服閥動態(tài)性能比較高,響應(yīng)過快,R-D閥開口度與氣體流量之間的線性關(guān)系不強,經(jīng)常導(dǎo)致一次風機抽風量、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)致一次風機的抽風量與煙氣的生成量不能保持一致,這種現(xiàn)象對一次風機的安全運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

12、統(tǒng)4 R-D閥伺服裝置的改進4.1 液壓伺服裝置的改進針對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對比,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。由于系統(tǒng)存在參數(shù)時變,以及被控對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的線性關(guān)系,特別適合工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。鑒于上述對比結(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閥控制回路的改進在改進的控制系統(tǒng)中控制器采用SIEMENS S740

13、0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與遠程站ET200M之間的數(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)爐冶煉過程中的煙氣有著壓力變化較快、煙氣量的波動較大等特點,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,實現(xiàn)爐口微差壓自動控制R-D閥的目的,對原控制系統(tǒng)的伺服控制回路作了改進。把伺服閥控制回路改為比例閥控制回路,這樣能對反饋信號做出正確、及時的對比與分析,改進后的控制系統(tǒng)由A、B兩個線圈組成比例閥控制,線圈A 用于控制

14、油缸的伸出動作,線圈B用于控制油缸的縮回動作,能組成動態(tài)性、穩(wěn)定性具佳的閉環(huán)控制系統(tǒng),使執(zhí)行元件進一步符合控制系統(tǒng)的要求,改進后的控制回路如圖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,經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大、控制液壓驅(qū)動裝置的執(zhí)行機構(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。爐口的微差壓檢測裝置與轉(zhuǎn)爐活動煙罩的升降裝置連鎖,當活動煙罩降罩時,爐口的微差壓檢測裝置開始工作,反之當活動煙罩升起時,微差壓檢測裝置停止工作。5 結(jié)束語通過結(jié)合實際的改進工作,取得了如下效果:(1控制速度快,超調(diào)量小,穩(wěn)定性好,對參數(shù)變化的不

15、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,使剛進入煙罩的煤氣保持在20+20Pa范圍內(nèi)的壓差,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)濟效益和環(huán)保效益:由于一次風機在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中作變速運行及R-D閥穩(wěn)定投入自動運行,每爐煤氣回收時間從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(460-400/400×100%=15%;原回收煤氣500元/

16、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)時間計算,平均每爐減少了60秒的煙氣燃燒量,每年減少了26100000m3二氧化碳對大氣的直接排放,較好的保護了城市大氣環(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= 26100000m3/年。除上所述,通過加大轉(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

17、,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,又有效的保護了大氣環(huán)境。參考文獻1翁宇慶. 我國冶金工業(yè)在新世紀最初幾年的科技進步J.鋼鐵,2004, (1:3-8.2謝志英,侯寶穩(wěn).煉鋼過程中煤氣回收的優(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

18、and Steel, 2003, 38(Supplement: 1-12.(上接524頁在電攪柜走道的另一端增設(shè)1臺3000m3/h、16.4kW的水冷風盤向電攪柜走道上部 2.0方向吹風,同時在新增風盤附近 1.0增設(shè)1臺8500m3/h 軸流風機將走道內(nèi)的空氣抽出,以達到增大走道內(nèi)風速的目的。實施這一對策后,走道內(nèi)的平均風速由< 0.5m/s提高到3m/s,相對環(huán)境溫度由>28下降到<24,電氣室內(nèi)其它2走道內(nèi)的相對環(huán)境溫度也同比下降1以上。這一對策結(jié)果為降低電攪柜工作溫度,實現(xiàn)電攪柜穩(wěn)定運行創(chuàng)造了條件。5 結(jié)束語通過 4.1、4.2所述對策的實施,電攪柜在同等工況、工作

19、電流也為600A的情況下,最高工作溫度由原來的>130下降到113±2,工作溫度低于自保跳電溫度15以下,實現(xiàn)了電攪柜長時間穩(wěn)定運行。上述對策及其結(jié)果雖然解決了溫度對電攪柜穩(wěn)定運行的影響,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的風盤改型為6000m3/h;并將其出風利用絕熱風道從每個電攪柜背后的下部均勻送入,電攪柜走道側(cè)(正面進風口必須同時封閉,運用風量調(diào)節(jié)裝置對5臺在線電攪柜的進風量進行調(diào)節(jié)使每臺在線電攪柜的進風量控制在1200m3/h、進風溫度<18。由于進風量由1044m3/h增加到1200m3/h、進風溫度由<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盤回風罩對空氣中的微量粉塵進行過濾,使冷風與電攪柜內(nèi)的晶閘管等發(fā)熱元件進行更充分的熱交換,更好地實現(xiàn)電攪柜穩(wěn)定運行。 R-D閥在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中的問題及改進作者: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(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-中國鋼鐵業(yè)2008(91.概述 我國煉鋼氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐現(xiàn)有500余座,2007年,中國