天铁6#高炉三罐并列混合喷煤控制技术的开发

沈 乾

（天津天铁冶金集团动力厂，河北涉县056404）

1 引言

天铁6#高炉喷煤工艺采用双罐并列、完全手动控制来实现对高炉的连续喷吹。当系统发生装料阀门、喷吹阀门或罐体故障时，容易造成高炉煤粉断喷，甚至造成高炉长时间的变料生产。手动喷吹对喷吹罐、管道及软连接、不承压设备等存在较大安全隐患，并且在喷吹过程中喷吹速率波动较大，容易对高炉炉况造成影响，同时加大了操作工的工作强度。天铁集团6#高炉喷煤系统三罐并列喷吹工艺改造项目中，对系统实现自动喷吹控制进行了开发和应用。

2 高炉三罐并列混合喷煤的运行工艺

天铁集团6#高炉三罐并列喷煤主要工艺并列布置的3个喷吹罐为1#、2#、3#喷吹罐，喷吹罐上部连接至同一个煤粉仓，粉仓中的混合煤粉通过装料蝶阀、装料球阀对喷吹罐装粉。煤粉装至设定重量时装料完成，充压氮气对喷吹罐充压，罐压一般充到0.8 MPa以上时充压完成，通过喷吹罐的压力与高炉热风压力之差来实现煤粉的输送。开始喷煤时，打开喷煤切断阀和喷煤阀，煤粉从轴向方向进入混合器，螺杆机空压风输送气则从切线方向进入混合器切割煤料料栓，浓相输送至6#高炉。流化氮气对喷吹罐出口煤粉进行雾化，补充氮气保证罐压稳定，形成浓相输送过程中的均匀料栓。

混合喷煤工艺包括下3个特点：

（1）由于煤粉中混入大量烟煤，挥发分高，同时在喷吹罐充压过程中压缩气体会释放出大量热量，属于高危易燃易爆工艺，因此喷煤系统采用不可燃气体氮气来对喷吹罐充压，采用价格低廉的螺杆机空压风浓相输送煤粉。

（2）喷吹罐充压压力通常在0.7～1.0 MPa，属于压力容器充装，需要有防止装料过量和充压过高的保护，同时禁止喷吹罐带压装料和快速放散，防止管道软连接受压破损及煤粉仓反正变形。

（3）输送气压力过低时，高炉热风回灌可能导致爆燃事故，必须有防止输送气压力过低的保护。在喷煤控制系统设计过程中，必须着重考虑以上特点。

3 喷煤工艺控制技术

3.1 单罐的自动循环

喷吹罐实现自动喷吹的关键环节就是喷吹罐的单罐自动循环功能，喷吹罐自动喷吹控制由放散状态、装料状态、充压状态、保持状态、喷吹状态5个状态循环实现。任一喷吹罐喷吹完成后，进入放散状态，打开小放散，罐压降至100 kPa时，再打开大放散进行卸压；罐压放散至“卸压压力设定值”时卸压完成，喷吹罐进入装料状态，先打开装料球阀，再打开装料蝶阀，煤粉由粉仓进入喷吹罐装料；罐重逐渐上升，达到“灌满设置”重量时，装料完成；关闭装料蝶阀，延时10 s后才能再关闭装料球阀，防止煤料落在装料球阀密封面上，造成球面划伤和喷吹罐密封性能下降。当其他正在喷吹的喷吹罐罐重低于“充压重量”设定值时，此喷吹罐进入充压状态，关闭大小放散，打开充压切断阀，对喷吹罐充压；罐压达到“充压压力设置”时，充压完成，关闭充压切断阀，喷吹罐处于保持状态；其他正在喷吹的喷吹罐罐重低于“罐空设置”重量时，处于保持状态的喷吹罐会自动投入喷吹状态，打开流化切断阀、补气切断阀和喷煤切断阀，该罐开始往高炉喷吹煤粉，而喷吹完成的喷吹罐则关闭流化切断阀、补气切断阀和喷煤切断阀，进入放散状态，整个单罐自动循环完成。图1为喷吹罐自动循环逻辑控制图。

3.2 喷吹过程中三罐的循环倒换

三罐并列喷吹工艺的装料和放散都是独立进行的，即只要喷吹罐喷吹完成就执行放散和装料，而充压和喷吹则需要根据正在喷吹状态的喷吹罐的罐重来确定，因此，另外两个装料完成的喷吹罐要有一个充压和喷吹的优先权。选择方法为分别对每个罐进入装料状态时开始计时，哪个罐先装料，则先选择哪个罐进行充压和喷吹。当喷吹罐进入喷吹状态，或者罐自动切换到罐手动后，对之前计时置零。如此实现三罐按顺序倒换，期间任一罐需要检修时，切换到罐手动后则退出循环，另外2个罐继续完成对高炉的自动循环倒换喷煤。

图1 喷吹罐自动循环逻辑控制图

3.3 喷吹罐自动喷吹时的保护措施

喷吹罐的手动自动切换功能是喷吹罐正确和安全执行自动喷吹的保证。喷吹罐的手/自动切换是指罐体上装料蝶阀、装料球阀、大小放散、充压阀、补气切断阀、流化切断阀、喷煤切断阀和喷煤阀共9个气动切断阀同时手/自动的切换，喷吹罐投入自动，则控制程序控制这9个阀门完成喷吹罐的自动循环。发生下列情况时，喷吹罐由自动控制切换到手动控制，保证可靠喷吹：（1）9个阀门中任意一个报超时故障，说明该阀没有可靠打开或关闭；（2）阀门放散超时，即放散时在设定时间内罐压没有降低到设定值；（3）装料超时，即装料时在设定时间内罐重没有达到设定值；（4）充压超时，即充压时在设定时间内罐压没有上升到设定值；（5）喷吹故障，即喷吹时在设定时间内罐重没有低于设定值；（6）操作工手动进行手/自动切换。喷吹罐自动切换为手动后发出报警信号，同时保持当前的工作状态，待故障处理完毕后投入自动，控制系统对各阀门置位，各阀门自动回到喷吹罐当前状态要求的位置，保证喷吹罐继续正确循环。如果没有罐手/自动切换功能，在循环出错时，喷吹罐仍然会执行循环指令，可能导致恶性事故的发生，因此，手/自动切换功能是喷吹罐自动喷吹可靠性的保证。

为了进一步提高喷吹安全，系统增加了以下安全保护措施：（1）防止喷吹罐出现装料过满现象，在罐重高于罐满重量时，必须关闭装料蝶阀；（2）防止喷吹罐出现充压过高现象，在罐压高于充压压力时，必须关闭充压阀切断阀；（3）为了保护装料管道软连接，罐压高于“卸压压力设置”时，禁止打开装料球阀；（4）罐压高于100 kPa时，禁止打开大放散，防止粉仓负压反正；（5）放散阀打开时，不允许充压。喷吹罐不管是在手动状态还是在自动状态，必须执行上述指令。

输送气压力必须安全可靠。为了防止因为螺杆机故障导致输送气压力过低，造成高炉热风回灌或者喷吹煤粉进入输送气管道，与压缩空气混合发生爆炸事故，在输送气入口处加装一趟氮气管道。当输送气压力低于设定值时，自动将空压风切换到氮气作为输送气，同时发出报警信号。

3.4 报警与紧急停喷

喷吹罐出现下列情形时报警：装料超时、充压超时、喷吹故障、放散故障、9个切断阀任一阀门超时故障，说明喷吹罐已经不能正确执行自动喷吹命令，发出声光报警提示，同时该罐会从罐自动切换到手动状态运行（但不会影响到其他罐的自动/手动状态），该报警经处理消除后，可重新投入自动状态。

6#高炉喷煤系统出现以下任意一种情况时就会紧急停喷：（1）停止喷吹按钮按下；（2）分配器压力高于0.85 MPa；（3）喷吹起点压力与热风压力之差低于100 kPa；（4）输送气压力与热风压力之差低于100 kPa。这4个信号的出现，说明喷吹系统已经不能安全将煤粉输送至高炉，甚至可能出现高炉热风回灌喷吹罐或者空压风系统，造成恶性爆炸事故，需要紧急停喷，保护喷煤系统安全。紧急停喷信号发出后，同时关闭所有罐喷煤切断阀、喷吹阀、充压阀、流化阀和补气阀，如果输送气压力过低，同时关闭输送气切断阀，保证喷煤系统的安全。

3.5 喷吹及速率调节

当喷煤系统接到高炉喷煤准备信号后，打开螺杆空压风切断阀和输送气切断阀，将3个罐分别投入自动状态，最先投入的喷吹罐会进行放散、装料、充压、保持，接到高炉喷煤命令后，点击“开始喷吹”按钮，将会打开喷煤切断阀和喷煤阀，实现对高炉喷煤。高炉要求停喷时，点击“手动停喷”，结束喷吹。

喷吹速率是通过喷吹罐称重传感器的静态信号，做移动加权平均计算得出，经过滤波处理后正确反映煤粉速率。为了提高高炉炉况的稳定性，要求煤粉喷吹速率均匀平稳，因此在6#高炉喷煤系统中采用了“补气稳定罐压，流化调节速率，输送气切割料栓”的浓相输送方式喷吹，具有速率稳定，调节范围大，节省输送气气量等特点。补气调节阀和流化调节阀均采用PID模糊控制系统实现对罐压和速率的动态控制。

4 结束语

6#高炉三罐并列混合喷煤控制技术开发应用后，减少了因为喷吹系统原因造成高炉停喷变料的次数，三罐之间的自动循环和倒换控制更加安全可靠，喷吹速率均匀平稳，同时降低了喷吹罐压力和输送气的使用量，使得喷煤系统的控制水平大幅提升，防止恶性事故的发生。