在线监测及自动吹堵技术在炼铁喷煤系统中的应用

董卓标，孙 勇，胡志伟

（韶钢集团公司炼铁厂，广东 韶关 512123）

高炉喷煤操作直接影响到高炉气体运动特性的变化，尤其是在大喷吹时，这种变化还可能危及高炉的稳定运行。高炉喷煤在线监测控制系统监测到煤粉堵管报警后系统将自动进行反吹操作，因此可解决大多数堵管问题，避免了人为处理不及时、不准确的情况发生，杜绝了因人工反吹而造成的浪费及环境污染。

一、系统构成及应用

1.高炉喷吹煤粉流量测量的意义

（1）随时掌握总体喷吹煤粉水平和各风口喷吹煤粉的情况，了解高炉各风口工作状态。高炉工艺要求喷吹到高炉风口的煤粉流股稳定，各风口喷吹煤量均匀。

（2）可显示断粉报警值并且能够自动反吹，为控制总喷吹煤粉量和各风口的喷吹量提供信号，总管流量信号是总体流量控制的反馈信号，支管流量是各风口均匀控制及氮、煤比优化控制的信号。

2.工作原理（图1）

图1 微波检测工作原理

（1）微波法测量煤粉浓度的原理。微波传输后的功率与输入功率成正比，与介质层厚度和介电常数成反比。本案中介质层厚度等于管道内径，介电常数为管道内通过的煤粉浓度。在介质层厚度一定的情况下，介电常数越大，即煤粉浓度越高，微波的损耗越大。此损耗与煤粉浓度成比例关系，通过采集微波的输入和输出，可得到微波的损耗，从而计算出煤粉的浓度。

（2）自动吹堵工作原理。高炉喷煤自动吹堵系统是根据各个煤粉管道的煤粉浓度来判断煤粉分配均匀程度，当发现有堵管趋势时，由PLC系统控制打开氮气管道上的阀门并关闭煤粉管道上的阀门进行反吹，在吹扫过程中PLC系统根据氮气压力值来判断是否吹通，压力下降到一定值时表明管道吹通，PLC系统就打开煤粉管道上的阀门关闭氮气管道上的阀门进行正常喷吹。如果吹扫时压力值不变，系统就报警，说明管道已堵实，需人工处理。

（3）微波多谱勒测量原理。微波原理是利用多谱勒效应，传感器传送低功率微波并接收物体反射回的能量。若物体的运动由微波传感器检测到，其反射微波频率与发射频率产生偏移，从而在输出端产生低频电压。微波传感器工作时无需接触探测物体，不受周围环境影响，并能透视非金属材料。

3.主要技术指标（见表1）

表1

4.主要性能及特点

（1）微波测量方法，检测信号灵敏度高，实现快速响应无滞后。

（2）非接触式测量法，防止煤粉对传感器的磨损，使用寿命高。

（3）具有自动测堵功能，发现堵管时能自动吹扫，减轻人员的操作危险性和劳动强度，提高了整个系统的工艺水平。

（4）传感器与变送器采用一体化结构，抗干扰能力强，便于信号远距离传输。

（5）直接输出DC4～20mA标准电流信号。

（6）安全防爆型传感器，具有防爆、防震、防潮、防热、防有害气体等功能。

（7）安装使用方便，维护工作量小。

5.设备的组成

图2 监控设备的组成

在线监测及自动吹堵系统分为两部分：监测部分和控制部分，见图2。监测部分主要由传感器、测量控制柜、上位机和系统软件组成；控制部分由阀门、PLC、上位机或平板电脑组成。测量控制柜内装有高速数据信号处理单元。数据经信号处理单元运算处理得到每个煤粉管道内的煤粉浓度信号，可通过数据通信或模拟信号的方式与上位机、平板电脑或PLC连接通信。监测部分采用微波法，通过微波的损耗来反映煤粉浓度，煤粉来时，通过远离微波源的信号大小可反映管道内的风速。控制部分需要在煤粉支管和氮气支管各安装一气动阀门，将监测部分信号(各煤管及煤粉总管的煤粉浓度)传输至PLC，当某一煤管具有堵管趋势时，由PLC下达指令关闭煤粉支管、打开氮气支管并采用脉冲方法进行自动吹扫以达到吹通的目的。通过主控室上位机来显示设备使用情况及状态，见图3。

二、结束语

采用喷煤在线监测及自动吹堵系统，不仅满足了生产工艺的要求，操作方便，而且测量精度高、运行稳定、测量部件可靠、信号处理准确、操作画面直观。在环保、节能减排、节省人力和时间等方面效果显著，为高炉的稳定生产提供了有力的支持。

图3 生产工艺流程图