OG法轉爐煤氣回收及風機節能優化控制系統的製作方法

2023-05-12 02:34:16

本實用新型屬於OG法轉爐煤氣回收、風機變速節能技術。

背景技術：

轉爐煤氣是鋼鐵企業重要的二次能源，轉爐煤氣回收約佔整個轉爐工序能源回收總量的70％～90％，是「負能煉鋼」和降低工序能耗的關鍵環節。轉爐煤氣的熱值較高，是較為優質的燃料，可以在鋼鐵企業的燃料平衡中起到重要作用，提高轉爐煤氣回收量，不僅能有效降低煉鋼工序生產成本，而且能極大降低煉鋼廠汙染物排放總量，實現清潔生產。

目前轉爐煙氣除塵及煤氣回收系統大體分為三種類型：溼法(OG法Oxygen Converter Gas Recovery System)除塵、半乾法除塵和LT(Lurgi-Thyssen)幹法除塵。半乾法除塵是從溼法(OG法)除塵演變出來的，亦屬於OG法除塵，故以下將溼法和半乾法統稱為OG法。OG法喉口調節採用RD(Rice Damper)閥或環縫洗滌器(Ring Slit Washer簡稱RSW)，為敘述方便，以下將RD和RSW統稱為喉口閥。此外，由於LT幹法除塵與OG法除塵存在較大差異，所以LT幹法除塵不在本專利討論的範圍。

關於OG法轉爐煙氣除塵及煤氣回收控制技術，目前均採用喉口閥(RD或RSW)的開度控制，通過轉爐爐口內外的壓差對喉口閥的開度進行調節，即通稱的爐口微差壓控制。對爐口微差壓控制的策略，目前多採用PID控制、PI控制、比例控制、模糊控制、神經元網絡控制、滑模變結構控制、分時段微差壓控制、喉口閥固定開度控制、基於狀態方程的最佳控制等控制策略。

現有控制技術的核心是基於喉口閥的爐口微差壓控制，控制目標是喉口閥的開度，思路是通過爐口微差壓對喉口閥開度進行自動調節，使風機的抽風量與煙氣的生成量保持一致，避免煙氣外溢或轉爐罩內吸入過多空氣，希望通過喉口閥的精確定位來達到開度的最佳控制狀態。

由於喉口閥固有的不適於大範圍調節微差壓的特性，使微差壓系統存在不穩定運行的因素，特別是在出現大擾動的情況下，現有控制技術對喉口閥的調節過程非但沒有解決問題，反而使運行工況更加惡化，使現有系統通常難以實現全自動控制，故現有系統多採用自動控制+手動幹預的控制方式。現有控制技術的缺陷使得煤氣回收率以及煤氣熱值指標的提升受到嚴重製約，是煤氣回收率以及煤氣熱值難以提高的原因所在。

由於爐口微差壓控制策略的原因，風機變速控制的功能沒有得到充分發揮，風機節能效果也受到很大影響。

OG法轉爐煤氣回收技術自上世紀60年代應用半個多世紀以來，煤氣回收工藝得到了不斷的改進和完善，但煤氣回收控制技術發展緩慢，特別是自上世紀90年代以來一直停滯不前，沒有明顯的實質性進展。

綜上所述，現有控制技術從根本上適應不了轉爐煤氣回收和風機變速節能應用的需求，理論研究和應用技術亟待有所突破。

OG法轉爐煤氣回收及風機節能優化控制系統還未見到公開發表的出版物、文獻或資料。

技術實現要素：

本實用新型的目的是根據OG法轉爐煤氣回收及風機變速節能運行的特點，研究開發與之工況相適應的控制方法，以提高轉爐煤氣回收率及實現風機變速節能優化控制。

本實用新型的要點是研究現有控制技術存在的問題，突破現有控制技術的基礎和框架，創新性地採用OG法轉爐煤氣回收及風機節能優化控制系統，根據轉爐煙氣量調節喉口閥的開度，構成喉口閥開度控制閉環動態系統；根據爐口微差壓控制風機的速度，構成爐口微差壓控制閉環動態系統；通過兩個閉環動態系統有機的結合來獲得良好的煤氣回收效果和風機節能效果，在整個轉爐冶煉期間，由於流經喉口閥的煙氣流速得到有效控制，除塵效率也有所提高。

附圖說明

附圖中1是煤氣回收及風機系統數據信息處理及控制裝置，2是轉爐工藝主控制系統，3是煤氣回收及風機調速動態控制器，4是液壓伺服器，5是執行機構，6是喉口閥，7是喉口閥開度傳感器，8是風機調速裝置，9是風機電動機，10是風機，11是壓力檢測器，12是工藝參數及設備狀態信息，13是煤氣回收及風機工藝過程系統。

具體實施方式

現有技術的OG法轉爐煤氣回收控制方式是通過爐口微差壓控制喉口閥的開度來進行的自動+手動幹預的控制方式，控制目標是喉口閥開度，目的是獲得相應的流量變化，但因喉口閥本身固有的非線性特性及對流量調節的不敏感性，結果是通過微差壓對流量的調節效果很有限，特別是出現大的幹擾時，微差壓系統趨於不穩定的工作狀態，所以目前的微差壓系統往往加有閥門開度的上下極限限制，及配有人工幹預措施。從煤氣回收的效果看，由於微差壓系統運行不夠穩定，以及流量控制結果偏離目標值，致使煤氣回收指標難以得到提高。特別是轉爐冶煉後期，隨著煙氣量逐步降低，微差壓控制顯然失去了應有的控制作用，致使CO含量降低、氧含量升高，使得冶煉後期的煤氣回收過程很短，這是煤氣回收率受到嚴重製約的主要原因。

大量的實際應用結果顯露了現有微差壓技術的弱點，通過微差壓來感知轉爐冶煉過程煙氣量的變化，並通過微差壓調節喉口閥開度來控制煙氣的流量，實際上是一種間接的、並不十分有效的控制策略。喉口閥固有的壓力流量特性使其不適合完成微差壓調節的功能，這是現有微差壓系統難以整定、難以穩定運行的根本所在，是造成煤氣回收率低下的主要原因。

對於風機節能，現有技術採取風機高低速控制方式，在煤氣回收期間採取高速運行方式，在非煤氣回收期間採取低速運行方式，沒有根據轉爐煙氣量的變化來改變風機的轉速，損失了不少的風機節能空間。

通過深入地分析、研究，在現有微差壓技術的基礎上進行修改並不是好的技術途徑，因為現有微差壓技術存在固有的缺陷，該缺陷不可能通過修改來克服，須創新性地另闢途徑才行。解決問題的最有效手段是採用OG法轉爐煤氣回收及風機節能優化控制系統，該控制系統由兩個閉環動態系統組成，一個是根據轉爐煙氣量控制喉口閥開度的閉環動態系統，另一個是根據爐口微差壓調節風機轉速的閉環動態系統。根據轉爐煙氣量控制喉口閥的開度，可使煙氣流經喉口閥的流量和流速得到最好的控制和利用，有利於提高除塵效率，有利於減少轉爐冶煉過程的熱散失，有利於風機的節能；根據微差壓控制風機的轉速可使爐內壓力控制在要求的範圍內，減少或消除爐內煙氣的外溢，減小或消除爐口空氣的吸入，有利於提高回收煤氣的熱值，有利於減少冶煉前燒期和後燒期的氧含量，有利於延長煤氣回收時間。

在根據轉爐煙氣量對喉口閥開度進行相應控制的前提下，採用爐口內外微差壓控制風機的速度是保證轉爐爐內壓力的簡單、有效、穩定的控制方法，管網中煙氣的流速和壓力得到了良好改善，風機的變速範圍得到了很大提高，可以滿足冶煉前燒期和後燒期煤氣回收及風機節能優化的需求。眾所周知，隨著冶煉時間的推移，轉爐爐內產生的煙氣量逐漸減少，對這個過程的煤氣回收和風機節能控制，現有技術顯得無能為力，而採用OG法轉爐煤氣回收及風機節能優化控制系統既可以提高煤氣回收率，又可以獲得風機節能的效果。

OG法轉爐煤氣回收及風機節能優化控制系統是通過附圖的系統實現的，附圖中煤氣回收及風機系統數據信息處理及控制裝置[1]是OG法轉爐煤氣回收及風機節能優化控制系統的核心，是以計算機工作站為基礎組成的數字式裝置，本身建有OG法轉爐煙氣量資料庫，並且實時從轉爐工藝主控制系統[2]獲取生產運行聯鎖信息、設備狀態信息及有關系統參數，實時從煤氣回收及風機調速動態控制器[3]獲取煤氣回收系統及風機運行的有關信息，根據這些信息、有關系統參數及煙氣量相關數據來確定煤氣回收及風機調速的控制參數並輸出給煤氣回收及風機調速動態控制器[3]；特別是通過轉爐煙氣量資料庫可以方便、準確地計算出喉口閥開度值，然後輸出給煤氣回收及風機調速動態控制器[3]，對喉口閥開度進行動態控制；煤氣回收及風機調速動態控制器[3]由PLC(可編程序控制器)或其它數字式控制器組成，根據煤氣回收及風機系統數據信息處理及控制裝置[1]的控制參數向液壓伺服器[4]輸出設定值，煤氣回收及風機調速動態控制器[3]、液壓伺服器[4]、執行機構[5]、喉口閥[6]、喉口閥開度傳感器[7]和煤氣回收及風機工藝過程系統[13]構成了喉口閥開度的閉環動態調節；煤氣回收及風機調速動態控制器[3]接受來自煤氣回收及風機系統數據信息處理及控制裝置[1]的爐口微差壓設定值，輸出給風機調速裝置[8]，對風機轉速進行調節，風機調速裝置[8]為變頻調速裝置、液力偶合器調速裝置、磁力偶合器調速裝置或其它具有連續變速功能的調速裝置；壓力檢測器[11]為多於3個壓力檢測器組成的一組壓力檢測裝置，設置於轉爐煙罩上的某一位置，檢測信息送至煤氣回收及風機調速動態控制器[3]，用於準確、可靠地測量爐內壓力；煤氣回收及風機調速動態控制器[3]、風機調速裝置[8]、風機電動機[9]、風機[10]、壓力檢測器[11]和煤氣回收及風機工藝過程系統[13]構成了爐口微差壓的閉環動態調節；工藝參數及設備狀態信息[12]與煤氣回收及風機調速動態控制器[3]、煤氣回收及風機工藝過程系統[13]相連接；採用這樣的系統實現了喉口閥開度的閉環動態連續控制和爐口微差壓的閉環動態連續控制。

OG法轉爐煤氣回收及風機節能優化控制系統的特點是科學、合理、充分、有效地發揮了喉口閥開度和風機調速的功能和作用，將現有技術繁雜的控制簡化成根據轉爐煙氣量的喉口閥開度控制和根據爐口微差壓調節風機速度兩個閉環動態系統，系統構成簡捷，運行有效、可靠、穩定，調試也極其方便，可實現無需手動幹預的煤氣回收及風機節能的全自動控制。

OG法轉爐煤氣回收及風機節能優化控制系統為OG法轉爐煤氣回收及風機變速節能應用開創了全新的、廣泛的視野和空間，採用OG法轉爐煤氣回收及風機節能優化控制系統後，既能獲得煤氣回收率的提高，也能使風機進一步節能，預計煤氣回收率將在目前不同系統的基礎上提高10％～50％，風機節能指標將在現有技術的基礎上提高12％～40％。

OG法轉爐煤氣回收及風機節能優化控制系統可廣泛應用於新建、擴建或改造的各類OG法轉爐除塵煤氣回收系統。