煤粉添加劑控制系統(tǒng)應(yīng)用

王永康 徐 翀 張 娟 孫憲偉 黃為甫

（安鋼集團(tuán)自動化有限責(zé)任公司，河南 安陽 455004）

1 引言

高爐噴煤在節(jié)焦降耗、調(diào)節(jié)爐況、降低生鐵成本、減少環(huán)境污染方面發(fā)揮著重要的作用。隨著焦炭供需矛盾的突出，如何提高噴煤水平和改善煤粉利用率成為近幾年高爐噴煤研究的重點(diǎn)方向。

從高爐噴煤的研究和實(shí)踐來看，煤粉的燃燒速率和高爐透氣性狀態(tài)成為衡量噴煤質(zhì)量的重要指標(biāo)。以計量氧化鎂粉實(shí)際添加重量、控制氧化鎂添加百分比、提示操作工添加氧化鎂等重要作用。

在鎂粉倉下部安裝一臺星型給料器，采用變頻器驅(qū)動可調(diào)速式電動機(jī)，帶動星型給料器控制給料速度，這樣保證了氧化鎂的均勻加入并且可以靈活調(diào)整。

2 工藝概況

為了最大限度的提高噴煤量，改善煤的燃燒特性和燃燒速率，降低著火溫度，改善高爐爐料透氣性，提高風(fēng)量和產(chǎn)量，我廠在 380m3高爐噴煤系統(tǒng)中加入1%～3%的氧化鎂粉添加劑，用以實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵的節(jié)焦降耗。根據(jù)我廠 380m3高爐噴煤系統(tǒng)的現(xiàn)狀，選擇在原煤儲運(yùn)過程中添加氧化鎂粉。

圖1

3 設(shè)備及控制要點(diǎn)

結(jié)合 380m3噴煤現(xiàn)場工藝情況，氧化鎂粉倉選擇在安裝在圓盤給料機(jī)和除鐵器之后、大傾角皮帶的初始爬坡位置。在氧化鎂粉倉安裝稱量裝置，用

控制要點(diǎn)：添加劑控制中的難點(diǎn)在于如何按照煤量大小均勻添加，這就要求稱量裝置的計量穩(wěn)定、精確，在此基礎(chǔ)上提供了兩種控制方案：PID閉環(huán)控制和料流曲線控制，這兩種方案的具體措施和優(yōu)缺點(diǎn)在下面附有詳細(xì)的介紹。另外增加了料流檢測裝置用于聯(lián)鎖控制，皮帶有煤時給料器運(yùn)行，無煤時給料器停止，這些在下文都有詳細(xì)的闡述。

4 工作原理

由表1～2主要設(shè)備的參數(shù)可以得知輸煤量的大小，但是結(jié)合操作人員的經(jīng)驗(yàn)得知在上煤過程中影響輸煤量大小的因素有很多，比如天氣、溫度、煤的流動性、濕度等等，考慮輸煤量大小不是固定不變的，所以在畫面上設(shè)置輸入按鈕，可以由操作人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；另外添加氧化鎂的百分比在畫面上也由操作人員進(jìn)行調(diào)整。具體參數(shù)為：

G為皮帶每小時輸煤量，G1為氧化鎂粉理論小時量，G2為氧化鎂粉實(shí)際小時量，G3為氧化鎂粉倉重量，G4為氧化鎂粉倉前一時刻重量，P為添加氧化鎂百分比，n為星型給料器轉(zhuǎn)速。

根據(jù)大傾角皮帶的實(shí)際輸煤量和添加氧化鎂粉的百分比，算出添加氧化鎂粉的重量；例如，皮帶輸煤量G為100t/h，氧化鎂百分比P為1%，則：

G1（氧化鎂理論小時量）=G×P=100t/t×1%=1t/h；

上面算出的是添加的理論重量，另外還有一個添加的實(shí)際重量，該重量是根據(jù)氧化鎂粉倉的重量來進(jìn)行計算的，具體計算如下：在開始添加時，以星型給料器運(yùn)行信號和料流檢測作為觸發(fā)條件記錄當(dāng)前罐重，每隔 1min記錄一次罐重 G4，前 1min的罐重減去當(dāng)前罐重G3，得出1min內(nèi)（單位時間內(nèi)）罐重的變化量△G，則：

G2（氧化鎂實(shí)際小時量）=(G4-G3)×1h=△G/h

表1 大傾角皮帶主要技術(shù)參數(shù)

表2 圓盤給料機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

5 控制算法實(shí)現(xiàn)及調(diào)試

5.1 PID閉環(huán)控制

在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。

星型給料器的PID控制中有如下關(guān)系：①若(G理論-G 實(shí)際)＞0，則提高星型給料器轉(zhuǎn)速，增加給料重量；②若(G理論-G實(shí)際)＜0；則降低星型給料器轉(zhuǎn)速，減少給料重量。這樣就能保證氧化鎂的給料量是根據(jù)實(shí)際量的變化而變化，而非固定不變。

在實(shí)際調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，由于PID控制相應(yīng)非常迅速，在實(shí)時調(diào)整速度時效果最好，但是應(yīng)用在這里存在如下的問題：G2（氧化鎂實(shí)際小時量）是在單位時間內(nèi)由罐重差計算出來，所以在單位時間內(nèi) G2是保持不變的，（G2-G1）的差值不變，這樣PID調(diào)速就會以一個固定的差值進(jìn)行調(diào)整，造成調(diào)整速度超過目標(biāo)值，這個差值會在下一次比較調(diào)整時進(jìn)行修正，此時給料器速度始終在目標(biāo)值上下忽快忽慢來回震蕩。綜合分析造成這種情況的原因是G2（氧化鎂實(shí)際小時量）不是實(shí)時變化的，所以經(jīng)過調(diào)試得出PID應(yīng)用在此調(diào)節(jié)中不適合。

5.2 料流曲線控制

利用速度與料流關(guān)系曲線控制，在理想狀態(tài)下，設(shè)氧化鎂粉的流動性良好，氧化鎂粉的罐重差和兩個因素相關(guān)：下料口截面積、星型給料器的運(yùn)行速度。

在實(shí)際使用中，下料口的截面積經(jīng)過一段時間的工作狀況調(diào)試是固定不變的，這時鎂粉罐重差只和星型給料器的運(yùn)行速度相關(guān)。

料流與速度曲線通過計算法和測量法兩種方式得出。以下介紹這兩種具體方法。

（1）計算法

例如：當(dāng)轉(zhuǎn)速為 n=10Hz時，相對應(yīng)計算出單位時間鎂粉的罐重差△G，算出鎂粉實(shí)際添加的小時量G2=2t/h，所以

（G2/n）=（2t/h）/(10Hz)=0.2t/h/Hz

推出：1Hz對應(yīng)0.2t/h

2Hz對應(yīng)0.4 t/h

3Hz對應(yīng)0.6t/h依次類推……

多次測量取平均值求出星型給料器轉(zhuǎn)速與小時量的料流曲線，如圖2所示。

這時利用反推演繹法由理論小時量 G1推出星型給料器的速度值 n，給料器以 n轉(zhuǎn)速運(yùn)行得出實(shí)際小時量G2，在由G1和G2的差值對給料器的速度值進(jìn)行調(diào)整。

圖2

（2）測量法

在剛開始時，應(yīng)對氧化鎂粉的罐重差進(jìn)行測試記錄，求出一個平均經(jīng)驗(yàn)值，即料流曲線；

手動設(shè)定 1Hz，單位時間記錄罐重差，算出實(shí)際量G2。

手動設(shè)定 2Hz，單位時間記錄罐重差，算出實(shí)際量G2。

依次類推……

多次測量取平均值求出星型給料器轉(zhuǎn)速與小時量的料流曲線，如圖3所示。

圖3

當(dāng)轉(zhuǎn)速一定的情況下，單位時間內(nèi)鎂倉罐重差也應(yīng)該是一定的。這就為以上計算提供了基礎(chǔ)，保證了計算準(zhǔn)確可靠。

5.3 無限接近法

得出料流曲線后，可以由理論添加的小時量G1推算出—星型給料器的理論轉(zhuǎn)速 n；當(dāng)給料器以理論轉(zhuǎn)速 n運(yùn)行時，計算產(chǎn)生一個實(shí)際添加的小時量G2，這時將兩者的差值除以2在與實(shí)際值相加得出修正值，根據(jù)這個修正的小時量查料流曲線來對星型給料器的速度進(jìn)行給定控制，即小時量=(G1-G2/2)+G2，以這樣的一個無限接近法實(shí)現(xiàn)對星型給料器轉(zhuǎn)速的自動控制，達(dá)到均勻添加氧化鎂粉的目的。

料流曲線法在單位時間內(nèi)，給料器轉(zhuǎn)速固定不變，根據(jù)實(shí)際的小時量對轉(zhuǎn)速采取接近法，每次接近差值的1/2，若干次后目標(biāo)值與實(shí)際值無限接近，經(jīng)過調(diào)試證明料流曲線法是可行、穩(wěn)定、可靠的。

6 系統(tǒng)連鎖控制

在噴煤實(shí)際上煤過程中，由于原煤的顆粒大小、濕度、黏度、流動性能、圓盤給料機(jī)的給煤量等等，使得大傾角皮帶上的原煤不是連續(xù)不斷的，偶爾會出現(xiàn)大傾角皮帶無煤空轉(zhuǎn)的情況，為了使氧化鎂均勻的添加在大傾角皮帶的原煤上，檢測皮帶上有沒有原煤是非常關(guān)鍵的，為此引入了料流檢測裝置，在圓盤給料機(jī)的圓盤上部位置安裝了一個光電開關(guān)，用于斷煤情況下的聯(lián)鎖控制。

當(dāng)上煤時，圓盤上原煤的堆積高度到達(dá)光電開關(guān)的檢測距離，光電開關(guān)動作給出有料信號；星型給料器開始運(yùn)行，根據(jù)實(shí)際皮帶上的煤量添加氧化鎂粉；

當(dāng)斷煤時，星型給料器停止運(yùn)行，氧化鎂粉停止添加。

7 結(jié)論

該系統(tǒng)投運(yùn)后，技術(shù)先進(jìn)，表現(xiàn)了良好的實(shí)用性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性，整個系統(tǒng)不但具有很高的自動化水平，而且充分滿足了生產(chǎn)工藝的要求，為高爐的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、節(jié)能降耗、有效降低生鐵成本作出了貢獻(xiàn)。

[1]田濤.過程計算機(jī)控制及先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:1-13.

[2]鄭晟等.現(xiàn)代可編程控制器原理與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2000.