莊金龍 張?zhí)煊?nbsp; 王偉 孫興海 都繼雨
（建龍阿城鋼鐵有限公司煉鐵廠）
摘要：建龍阿城鋼鐵有限公司煉鐵廠燒結(jié)作業(yè)區(qū)通過對點(diǎn)火系統(tǒng)智能化控制改造，微負(fù)壓技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火負(fù)壓微控調(diào)整，及燒結(jié)富氧點(diǎn)火技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)煤氣單耗降低幅度36%。
1 引言
我廠目前燒結(jié)點(diǎn)火煤氣流量和空氣流量大都手動操作，手動操作對操作人員的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心比較考究，且燒結(jié)料層燒透與否不易掌握，為了克服本位觀念，在點(diǎn)火溫度集散控制方面需要進(jìn)行一步合理且科學(xué)的進(jìn)行規(guī)劃，用以實(shí)現(xiàn)整個燒結(jié)全過程的穩(wěn)定控制。
如何節(jié)約和降低燒結(jié)點(diǎn)火煤氣消耗也是燒結(jié)操作的核心問題點(diǎn)，造成燒結(jié)點(diǎn)火煤氣消耗高的主要原因包括點(diǎn)火負(fù)壓高、點(diǎn)火溫度高、空煤比波動大、燒結(jié)布料料層低等。當(dāng)煤氣熱值、空煤比、壓力固定時，點(diǎn)火的好壞與點(diǎn)火器下的爐膛負(fù)壓有直接關(guān)系。爐膛負(fù)壓越高，冷空氣進(jìn)入爐膛就越多，料面被抽入大量冷風(fēng)，造成表面點(diǎn)火效果差，不僅影響料層表面燒結(jié)礦質(zhì)量，而且造成混合料一進(jìn)入風(fēng)箱就被抽緊，影響混合料的透氣性，最重要的造成煤氣消耗高。因此通過控制點(diǎn)火器下面的1#～3#風(fēng)箱的壓力，實(shí)現(xiàn)爐膛微負(fù)壓點(diǎn)火，對于改善料面點(diǎn)火效果，降低煤氣消耗有非常明顯的效果。
2 現(xiàn)狀分析
燒結(jié)機(jī)使用的煤氣介質(zhì)受煤氣工藝的階段性操作影響存在波動性特征，熱值及壓力波動較大（附圖1）。生產(chǎn)中不得不頻繁調(diào)整煤氣、空氣閥門開度等參數(shù)，對點(diǎn)火溫度穩(wěn)定及均勻性帶來嚴(yán)重影響，加之崗位人員對轉(zhuǎn)爐煤氣點(diǎn)火的頻繁操作，造成一段時間內(nèi)的點(diǎn)火能耗偏高。
附圖1 煤氣熱值趨勢 煤氣壓力趨勢
我廠燒結(jié)點(diǎn)火煤氣消耗基本都維持在 36～38m3/噸燒結(jié)礦，與其他較先進(jìn)的燒結(jié)生產(chǎn)線相比，點(diǎn)火煤氣消耗量相對較高。經(jīng)總結(jié)分析，造成燒結(jié)點(diǎn)火煤氣消耗高的主要原因包括點(diǎn)火負(fù)壓高、點(diǎn)火溫度高、空煤比波動大、燒結(jié)布料料層低等。
我廠燒結(jié)機(jī)機(jī)為2012年投產(chǎn)，臺車在線運(yùn)行十年未曾更換，1-3#點(diǎn)火負(fù)壓長期維持在13~14KPa高負(fù)壓狀態(tài)下燒結(jié)（附圖2），在高負(fù)壓作用下煤氣熱量未能充分利用就被抽走。執(zhí)行器和閥板采用的是傳統(tǒng)形式設(shè)備，不能準(zhǔn)確地執(zhí)行工控機(jī)指令（當(dāng)工控機(jī)給定一個開度后，負(fù)壓和溫度數(shù)值變化滯后，甚至沒有變化）。臺車底梁與風(fēng)箱上平臺之間存在大量串風(fēng)，導(dǎo)致1#、2#、3#風(fēng)箱的負(fù)壓不好控制。
附圖2
3 優(yōu)化思路和方案
（1）燒結(jié)機(jī)的點(diǎn)火智能化控制，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火溫度智能控制，自動調(diào)整，節(jié)約煤氣消耗同時能保證及時準(zhǔn)確的調(diào)整，具體改造方案：
① PLC及二級系統(tǒng)
通過PLC執(zhí)行系統(tǒng)的輸入模塊接收工藝過程的各種檢控參數(shù)和電氣設(shè)備狀態(tài)信息，經(jīng)過數(shù)字化處理后，由PLC硬件系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)將所需的信息傳送到采集服務(wù)器，并接受操作站及應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)控制模型進(jìn)行的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算得到的執(zhí)行指令，將執(zhí)行指令通過輸出模塊給相應(yīng)的執(zhí)行元件對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。操作方式采用機(jī)旁手動、集中手動、集中自動三種方式，機(jī)旁優(yōu)先。集中手動、集中自動控制方式采用PLC控制。機(jī)旁手動控制不進(jìn)PLC內(nèi)。
② 儀表系統(tǒng)
增加紅外式熱值分析儀（1臺）、相關(guān)調(diào)節(jié)閥門。
點(diǎn)火優(yōu)化控制模型是運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對燒結(jié)礦質(zhì)量和燒結(jié)能耗進(jìn)行綜合建模，以燒結(jié)礦質(zhì)量和燒結(jié)能耗為綜合優(yōu)化目標(biāo)，以點(diǎn)火溫度為約束條件，運(yùn)用改進(jìn)粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化，得到點(diǎn)火強(qiáng)度等操作參數(shù)的優(yōu)化設(shè)定值。根據(jù)優(yōu)化設(shè)定值設(shè)計點(diǎn)火溫度模糊控制器，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火的全自動控制。通過設(shè)定點(diǎn)火溫度閾值。智能的點(diǎn)火控制可以節(jié)約能源，提高燃燒質(zhì)量，并且減少人工成本。模型通過給定的目標(biāo)點(diǎn)火強(qiáng)度，綜合考慮目標(biāo)溫度、燒結(jié)機(jī)速、煤氣溫度及熱值、料層厚度等因素，采用模糊控制方法，根據(jù)對歷史數(shù)據(jù)的分析，通過自學(xué)習(xí)的方式，找到更好的空煤比，自動調(diào)節(jié)過剩系數(shù)。同比例調(diào)節(jié)空氣、煤氣流量，保證合適的點(diǎn)火溫度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、開停機(jī)、更換臺車過程點(diǎn)火的全自動控制。利用流量隨動調(diào)節(jié)模式，通過空燃比Kl和煤氣流量，得到設(shè)定的空氣流量的方式，在輸入端分別輸入設(shè)定的煤氣氣以及空氣的流量，啟動燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐的初步運(yùn)行;流量隨動調(diào)節(jié)模式穩(wěn)定后，進(jìn)入點(diǎn)火溫度控制模式，主要利用穩(wěn)定狀態(tài)下的煤氣的當(dāng)前值，也即隨動控制模式下設(shè)定的煤氣流量，以及設(shè)定的目標(biāo)溫度，計算出可進(jìn)一 步調(diào)節(jié)的新的煤氣流量目標(biāo)值，再根據(jù)目標(biāo)煤氣流量X空燃比=目標(biāo)空氣流量，以對當(dāng)前的煤氣以及空氣流量做進(jìn)一步的修正。
在點(diǎn)火溫度控制模式穩(wěn)定后，進(jìn)入點(diǎn)火強(qiáng)度控制模塊，其中點(diǎn)火強(qiáng)度指單位面積的混合料在點(diǎn)火過程中獲得的熱量，根據(jù)可測的已知量，求得一個當(dāng)前的點(diǎn)火強(qiáng)度，當(dāng)前點(diǎn)火溫度滿足的情況下，維持當(dāng)前的煤氣以及空氣流量;當(dāng)前點(diǎn)火溫度不滿足時，再根據(jù)當(dāng)前的點(diǎn)火強(qiáng)度，給定目標(biāo)點(diǎn)火強(qiáng)度，再根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)火強(qiáng)度反推出需要達(dá)到的煤氣流量，再結(jié)合空燃比求得需要的空氣流量，并調(diào)節(jié)至需要的煤氣以及空氣的流量值，并通過閥門的開度控制煤氣流量以及空氣流量，避免煤氣的浪費(fèi)或熄火現(xiàn)象，同時保證PID閉環(huán)控制在調(diào)節(jié)過程中的穩(wěn)定性，防止燃燒不穩(wěn)定，以使燒結(jié) 機(jī)的運(yùn)行更加安全、可靠以及穩(wěn)定。更好的完成點(diǎn)火功能，提高燃燒質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火過程的智能化。
（2）采用“微負(fù)壓自動點(diǎn)火技術(shù)”，通過有效的控制點(diǎn)火負(fù)壓來降低點(diǎn)火熱損耗。
對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行了技術(shù)改造后，通過PLC自動控制系統(tǒng)將1、2、3號風(fēng)箱及爐膛的高負(fù)壓運(yùn)行狀態(tài)改變?yōu)榈拓?fù)壓和微負(fù)壓運(yùn)行狀態(tài)。使燒結(jié)過程能夠在長期穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行。彌補(bǔ)了之前存在的諸多缺陷，在提高料層、增加產(chǎn)量、降低燒結(jié)燃料比的情況下，預(yù)計降低了煤氣的消耗量約12%。
（3）富氧點(diǎn)火
燒結(jié)點(diǎn)火受煤氣介質(zhì)熱值及壓力波動較大。且考慮阿城現(xiàn)場存在高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣兩種氣源，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐煤氣熱值和壓力波動等因素點(diǎn)火效果的影響，引進(jìn)富氧點(diǎn)火。
根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際勘查，在助燃風(fēng)機(jī)后通入低壓氧氣，低壓氧氣壓力約20kPa（G）。由現(xiàn)有高爐機(jī)后富氧管道接出DN125無縫鋼管（最大流量5632m³/h）作為氧氣管道，管道鋪設(shè)利用現(xiàn)鋼軋路管道支架至燒結(jié)東路分支管道支架到達(dá)燒結(jié)預(yù)熱爐出口處，管道安裝在支架最上方距離煤氣管道靜距離＞0.5米，無縫管道進(jìn)行噴砂除銹、脫脂、鈍化處理，在火車路口及調(diào)節(jié)閥出口處分別設(shè)置阻火器，氧氣管道在燒結(jié)區(qū)域安裝流量計作為調(diào)節(jié)指標(biāo)顯示，混合器前設(shè)置調(diào)節(jié)閥組，閥組包括手動氧氣截止閥、氧氣過濾器、自力減壓閥、氧氣調(diào)節(jié)閥、氧氣快切閥、阻火器、緊急噴氮裝置、氧氣后截止閥，調(diào)節(jié)閥組前2米處開始使用DN50不銹鋼管道，閥門、彎頭、過濾器間隔最小間距為1.5米，閥組與氧氣經(jīng)混合器氧氣接口連接，使氧氣均勻混合入空氣后送入燒結(jié)點(diǎn)火爐富氧，在混合器后安裝氧氣濃度檢測儀。
4 結(jié)論
（1）通過點(diǎn)火自動調(diào)整控制改造完成投入使用，燒結(jié)煤氣單耗由36.18m³/t，降低至34.17m³/t，噸礦降低煤氣2m³，煤氣消耗降低5.56%；
（2）微負(fù)壓技術(shù)投用后（11月20日投用），燒結(jié)煤氣單耗從11月1-19日的32.68m³/t，降低至23.12m³/t，煤氣降低幅度29.25%。
