在转炉煤气回收系统中的问题及改进

1、全国能源与热工2008学术年会R-D阀在转炉煤气回收系统中的问题及改进焦黎李群桥童健民(武钢第一炼钢厂武汉 430083摘要: R-D阀是调控转炉煤气回收的关键设备,对转炉煤气的回收量有着重要影响。由于R-D阀在自动运行中产生的故障会引起一次风机剧烈喘振,因此,提出了相应的具体解决措施,在某钢厂120t转炉煤气回收系统的应用结果表明,可以有效的提高煤气的回收质量和数量,且具有易操作、易维护及节能的效果。关键词: R-D阀;伺服装置;煤气回收;问题及其改进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 前言转炉煤气是钢铁企业重要的二次能源,也是我国二次能源回收利用的薄弱环节之一,提高转炉煤气回收量,不仅能有效降低炼钢工序生产成本,为实现“负能”炼钢打下坚实的基础,而且能极大降低钢厂污染物排放总量,实现绿色生产。目前,我国的转炉煤气回收利用技术和水平有了较大的提高,但还是有很多企业的回收效果不是很理想,与国外的先进水平还有一定的差距,既浪费了大量能源,又严重污染了环境。随着能源的日益缺乏,原材料的价格上涨,钢材成本的竞争日益

5、加剧,掌握转炉煤气回收技术、充分挖掘现有设备的潜能、安全而高效的提高转炉煤气回收水平,成为各大钢厂面临的共同课题。因此,转炉煤气回收利用的意义更加重大,成为现代转炉炼钢中的重要技术13。炼钢厂的生产实践表明,转炉煤气回收量占转炉工序能源回收量近67%的比例,是其实现“负能”炼钢的关键环节。2 转炉煤气回收工艺简介及R-D阀的作用2.1 转炉OG法煤气回收工艺简介所谓OG法是指氧气转炉煤气回收(Oxygen Converter Gas Recovery,是以双级文氏管为主,抑制空气从转炉口流入,使转炉煤气保持不燃烧状态,经过冷却而回收的方法,因此也叫未燃法,又称湿法。OG系统烟气冷却设备由活动烟

6、罩、汽化冷却烟道组成,在风机吸力作用下,煤气从活动烟罩进入全封闭的回收系统,经汽化冷却烟道后温度降至约1100,在一级文氏管进行灭火和粗除尘、煤气降温至75,随之煤气经重力脱水器脱水后,由R-D阀(RICEBALL-DAMPER开口度的自动控制使煤气进入二级文氏管进行精除尘和再冷却,温度降至65左右,含尘量降至< 150mg/Nm3,煤气经过湿旋脱水器及旋流脱水器再度脱水后含尘量降至<65mg/Nm3进入一次除尘风机。一次风机配有烟气分析仪,进行烟气的在线实时分析,煤气通过三通阀进行回收放散切换,节能技术与装备当煤气CO<35%时,由三 图1 OG法工艺流程通阀切换至高空放散

7、塔完全燃烧后排入大气,当CO>35%时,由三通阀切换至水封逆止阀进入煤气柜回收,柜内煤气经加压泵送至用户重复使用。电动旁通阀用于设备事故系统,油泵系统、水冷系统用于一次电机和风机轴承及液力偶合器的润滑和冷却。OG法工艺流程如图1所示:转炉烟气活动烟罩汽化冷却烟道一级文氏管脱水器二级文氏管脱水器湿旋脱水器旋流脱水器除尘风机三通切换阀放散塔或煤气回收。2.2 R-D阀在转炉煤气回收中的作用用未燃法回收转炉煤气时,炉口上的活动烟罩与炉口间的缝隙处存在着烟罩内、外气体之间的压差,其压差的每一微小变化,都会对转炉煤气回收的数量和质量及钢厂的生产环境产生很大的影响。压差为负值时,将导致周围空气被吸入

8、烟罩,参与烟气燃烧,使回收的煤气热值降低,反之,罩内烟气外溢使回收量减少,并恶化周围环境。为保证烟气的净化效果和煤气的安全回收,需要对煤气回收系统进行自动控制。R-D阀作为转炉炼钢与煤气回收的关键设备之一,既影响着煤气回收又影响着转炉炼钢操作。由于在转炉炼钢中,炉内烟气的生成量在不断地变化,炉口微差压也需随之变化。在转炉炼钢的过程中碳氧反应是一个变化量,在吹炼一炉钢的过程中,生成的炉气量是随着碳氧反应速度的变化而变化,其变化规律一般是“两头低,中间高”,通过变化着的炉口微差压,对二文喉口R-D 阀开口度实行自动调节,使一次风机的抽风量与烟气的生成量保持一致,就可避免烟气外溢或罩内吸入过多空气,

9、这就是我们希望通过R-D阀的精确定位和一次风机转速的自动控制手段去达到的最佳回收状态,一般不可能做到一次风机的抽风量与烟气的生成量绝对的一致。为有利于煤气回收,炉口微差压经常在-20+20Pa范围内,R-D阀的开口度也随着炉口微差压的变化而变化。3 R-D阀在运行过程中存在的问题3.1 液压伺服装置存在的问题及原因分析转炉煤气回收的关键设备R-D阀是一个带有电压负反馈的闭环控制系统,它通过液压伺服阀控制液压油缸(执行机构作变速运动及精确定位。二级文氏管采用R-D阀,其喉口设有椭圆形阀板,由炉口微差压装置控制喉口开度,以适应烟气量的变化保证气流以高速状态通过喉口,达到精除尘的目的。转炉在连续生产

10、过程中R-D阀的阀板上的积灰逐步增多,其通过的烟气量也随之减少,持续发展将导致一次风机进气量不够从而引发喘振故障,造成风机不能正常工作。液压伺服阀本身也存在一些问题,主要表现在能耗浪费大、容易出故障、抗污染能力差、价格昂贵以及系统对油质要求较高等方面。3.2 控制系统框图存在的问题及原因分析自动控制时,是通过伺服阀来控制液压缸动作的,液压伺服控制系统反应太过于灵敏,使喉口开度的控制速度超前于烟气压力的变化速度,全国能源与热工2008学术年会不能很好的实现炉口微差压自动控制R-D阀的目的。系统工作时,通过均匀安装在活动烟罩顶部的四个取压环管,从炉口取出微差压信号,与WINCC操作画面设定的CO值

11、、炉口微差压值、二文喉口开口度值送入PLC中,经控制器运行后输出420mA的电信号至伺服放大器,再将其位移状态反馈来的实时信号与PLC送来的信号进行比较运算,用所得的差动信号去调节R-D阀的开口度,R-D阀开口度的测量信号送至控制器,在WINCC操作画面上显示其开口度。伺服阀动态性能比较高,响应过快,R-D阀开口度与气体流量之间的线性关系不强,经常导致一次风机抽风量、炉口微差压与二文喉口的开口度不一致,使三者不能组成具有稳定性和快速的闭环控制系统,结果导致一次风机的抽风量与烟气的生成量不能保持一致,这种现象对一次风机的安全运行造成了极大的威胁。伺服阀控制系统框图如图2所示。 图2 伺服阀调节系

12、统4 R-D阀伺服装置的改进4.1 液压伺服装置的改进针对3.1分析结果,选择了相应的比例阀与现有的伺服阀作了工况对比,结果为比例阀比伺服阀控制要灵活一些。伺服阀多是零遮盖,比例阀有一定的死区,控制精度要低,响应要慢,但是比例阀的成本比伺服阀要低许多,抗污染能力也强。由于系统存在参数时变,以及被控对象的非线性及耦合等不确定因素,因此R-D阀适于采用比例阀控制。比例阀的阀门开口度与气体流量之间存在很强的线性关系,特别适合工业现场的恶劣环境。鉴于上述对比结果,将R-D阀的液压伺服阀改造为液压比例阀,改造后的效果良好。4.2 R-D阀控制回路的改进在改进的控制系统中控制器采用SIEMENS S740

13、0系列PLC作为主站。PLC之间的通信采用工业以太网。PROFIBUSDP主要完成PLC与远程站ET200M之间的数据通信功能。用于主站S7400系列PLC的CPU选型为CPU4142DP和CPU4162DP。转炉冶炼过程中的烟气有着压力变化较快、烟气量的波动较大等特点,为保持炉口微差压控制在20+20Pa范围内,提高控制精度和速度,使喉口开度的控制速度能跟上烟气压力变化的速度,实现炉口微差压自动控制R-D阀的目的,对原控制系统的伺服控制回路作了改进。把伺服阀控制回路改为比例阀控制回路,这样能对反馈信号做出正确、及时的对比与分析,改进后的控制系统由A、B两个线圈组成比例阀控制,线圈A 用于控制

14、油缸的伸出动作,线圈B用于控制油缸的缩回动作,能组成动态性、稳定性具佳的闭环控制系统,使执行元件进一步符合控制系统的要求,改进后的控制回路如图3所示。 图3 比例阀调节系统根据炉口的微差压信号,经过转换、放大、控制液压驱动装置的执行机构,从而改变R-D阀的开度,使转炉炉口内外的压差控制在-20+20Pa 的范围内,从而安全有效地保证煤气回收的质量和数量。炉口的微差压检测装置与转炉活动烟罩的升降装置连锁,当活动烟罩降罩时,炉口的微差压检测装置开始工作,反之当活动烟罩升起时,微差压检测装置停止工作。5 结束语通过结合实际的改进工作,取得了如下效果:(1控制速度快,超调量小,稳定性好,对参数变化的不

15、敏感均优于传统控制器。炉口微压节能技术与装备差控制系统操纵R-D阀,使刚进入烟罩的煤气保持在20+20Pa范围内的压差,确保回收煤气的CO含量在55%以上。R-D阀的控制灵敏,阻力小,除尘效果好,其开度与抽风量之间基本呈线性关系。(2OG烟气净化效率高,使外围空气较少进入烟道参与烟气燃烧,从而提高了回收的煤气质量。(3转炉煤气回收创造了可观的经济效益和环保效益:由于一次风机在转炉炼钢生产中作变速运行及R-D阀稳定投入自动运行,每炉煤气回收时间从400秒提高至460秒,因此多回收15%的煤气,年多创效益1012500元,即(460-400/400×100%=15%;原回收煤气500元/

16、炉,年产钢13500炉,年多创效益=13500炉/年×500元/炉×15%=1012500元/年;以每炉800秒的生产时间计算,平均每炉减少了60秒的烟气燃烧量,每年减少了26100000m3二氧化碳对大气的直接排放,较好的保护了城市大气环境;按年产钢13500炉,烟气流量58000m3/h,年减少二氧化碳排放=13500炉/年×(460-400秒÷400秒×(800秒÷3600秒×58000m3/小时= 26100000m3/年。除上所述,通过加大转炉煤气回收设备的管理力度,稳定岗位操作,使该转炉工序大幅度提高了煤气回收量

17、,同比由原0.56GJ/t提高到0.62GJ/t,新回收的转炉煤气充分应用到轧钢产能规模的提高方面,既缓解了能源紧张局面,又有效的保护了大气环境。参考文献1翁宇庆. 我国冶金工业在新世纪最初几年的科技进步J.钢铁,2004, (1:3-8.2谢志英,侯宝稳.炼钢过程中煤气回收的优化控制J.节能,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页在电搅柜走道的另一端增设1台3000m3/h、16.4kW的水冷风盘向电搅柜走道上部 2.0方向吹风,同时在新增风盘附近 1.0增设1台8500m3/h 轴流风机将走道内的空气抽出,以达到增大走道内风速的目的。实施这一对策后,走道内的平均风速由< 0.5m/s提高到3m/s,相对环境温度由>28下降到<24,电气室内其它2走道内的相对环境温度也同比下降1以上。这一对策结果为降低电搅柜工作温度,实现电搅柜稳定运行创造了条件。5 结束语通过 4.1、4.2所述对策的实施,电搅柜在同等工况、工作电流也为600A的情况下,最高工作温度由原来的>130下降到113±2,工作温度低于自保跳电温度15以下,实现了电搅柜长时间稳定运行。上述对策及其结果虽然解决了温度对电搅柜稳定运行的影响,但从优化电气室管理受控和电搅柜更加稳定运行的角度出发应在生产许可的条件下将新增3000m3/h的风盘改型为6000m3/h;并将其出风利用绝热风道从每个电搅柜背后的下部均匀送入,电搅柜走道侧(正面进风口必须同时封闭,运用风量调节装置对5台在线电搅柜的进风量进行调节使每台在线电搅柜的进风量控制在1200m3/h、进风温度<18。由于进风量由1044m3/h增加到1200m3/h、进风