自动控制实现弗卡斯石灰竖窑的安全节能运行

何建华

（马鞍山钢铁股份有限公司第三钢轧总厂,安徽马鞍山243000）

自动化

自动控制实现弗卡斯石灰竖窑的安全节能运行

何建华

（马鞍山钢铁股份有限公司第三钢轧总厂,安徽马鞍山243000）

介绍了弗卡斯石灰竖窑的工艺流程及其相关控制方式，着重说明工艺流程各个阶段控制方式的实现，并阐述弗卡斯石灰竖窑节能的特点。通过自动控制系统调节工艺参数，全过程完成了全部工艺流程的自动化。

弗卡斯;石灰竖窑;自动控制;节能

1 前言

马鞍山钢铁股份有限公司第三钢轧总厂原有1座500 t/d套筒窑及3座机械化焦炭竖窑，由于这4座石灰窑通过手动控制来完成整个工艺流程，石灰产品经常出现生烧、过烧现象。随着马钢冶炼高品质钢种对石灰产量和质量的要求不断提高，马钢于2004年修建了1座400 t/d的弗卡斯石灰竖窑（以下简称“弗卡斯窑”），该窑具备世界先进技术水平，石灰煅烧全过程实现了自动化控制，所产冶金石灰活性度在350～370 ml之间，生过烧率可控制在5%以内，达到了一级冶金石灰的技术要求。该窑应用了先进的热值分析仪、废气分析仪等监测设备，同时应用了助燃风加热和后置煅烧带等工艺，使得弗卡斯窑与其它石灰窑相比，具有热效率高、节约能源等优点。同时该窑采用负压运行方式，生产时无粉尘外排，不会对周边环境造成污染。

2 煅烧机理及工艺过程

2.1 碳酸钙的热分解及燃烧温度

弗卡斯窑其热量分布特点是“低—高—低”，自预热带上部开始，温度逐步增加，至上部煅烧带位置温度最高，然后从并流带开始，温度逐步降低。即在石灰石入窑之后，自上而下缓慢下移，连续经过预热带、煅烧带、后置煅烧带和冷却带。穿过预热带石灰石从常温预热到约900℃（CaCO3开始分解出CO2）；进入煅烧带温度升至1250℃左右（CaCO3分解出大量的CO2），燃烧的煤气是由布置在煅烧带上、下烧嘴梁上的烧嘴喷出；在后置煅烧带（在下抽气梁与下烧嘴梁之间）温度变化小，CaCO3继续充分分解；煅烧的石灰在冷却带被充分而迅速的冷却，得到高活性度的石灰。

2.2 工艺流程

石灰石由原料场桥式抓斗起重机投入石灰石水洗筛分系统处理后，块度＞30mm石灰石经皮带输送机运至窑前供料仓，经仓下的一台振动给料机出料；由皮带输送机将合格的石灰石投入受料料斗，料斗加满石灰石后停止供料，卷扬机开始运行，将石料提升至窑顶倒入“裤衩”式布料器，然后返回，供料量由振动给料机工作时间控制（可设定）。

石灰石被卷扬机送到窑顶时，窑顶入料斗的上闸门打开，加完料之后料斗向下运行，入料斗的上闸门关闭。上闸门关闭后，下闸门打开，石灰石被偏斜式“裤衩”布料器均匀地分布到窑内的各个点上。

石灰石入窑之后，自上而下缓慢下移，连续经过预热带、煅烧带、后置煅烧带和冷却带，烧制成了石灰，然后经过出灰系统完成整个工艺流程,见图1。

图1 工艺流程图

3 弗卡斯窑的分系统介绍

按照工艺过程，弗卡斯窑设置了6个相对独立的分系统，分别是上料/布料系统、燃烧系统、出灰系统、导热油冷却系统、助燃空气系统、废气系统。

各分系统现场实测的模拟量信号经变送器变换成电信号，再经过隔离器进行隔离，生成4～20 mA电流信号进入PLC模拟量输入模块，包括调节阀实际开度，压力信号，热值，温度信号等。开关量信号经中间继电器隔离进入开关量输入模块，包括各个限位开关、选择开关、启/停按钮等。其中模拟量输出的信号包括转炉煤气、助燃空气、废气和冷却空气的给定值，是通过实际反馈值和给定值比较经过程序内PID功能块运算后，再经过模拟量输出模块后控制调节阀的开度和风机转速来实现。

主要分系统如下：

综上所述，马克思全球化思想，不仅为我们深入研究当今全球化深刻复杂变化提供了坚实的理论基础，而且也为我们在全球化背景中推进中国特色社会主义伟大事业，尤其是推动构建“人类命运共同体”以及推进“一带一路”建设倡议，提供和增强了方法论自觉。〔本文受到西南大学人文社会科学重大培育项目“基于现代性批判的马克思主义发展史研究”(项目号:15XDSKZD002)、中央高校基本科研业务费专项基金重大项目“基于现代性批判的马克思主义哲学问题史研究”(项目号:SWU1709215)资助〕

3.1 上料/布料系统

本系统由振动给料机、皮带输送机、卷扬机和窑顶布料装置组成。在使用控制系统实现这个工艺过程中，主要是通过PLC控制系统采集到的限位、料位计和设定给料机工作时间（及供料量），顺序控制振动给料机、皮带输送机、卷扬机的运行和停止，石灰石通过卷扬机送到窑顶后，按PLC程序自动控制窑顶布料。

3.2 燃烧系统

此系统通过上下布置的两层共6根烧嘴梁对石灰石进行加热分解，完成脱碳过程。燃烧系统根据当前的转炉煤气热值、产量、热消耗，通过PID控制功能自动调整6个煤气调节阀的开度，达到控制煤气流量的要求。在设定空燃比后，根据煤气热值等参数的变化，助燃风机转速通过改变变频器的频率来自动调节，以达到工艺控制的要求。

在线热值分析仪实时监测转炉煤气热值，当热值降低时，系统会自动增加煤气量，确保了石灰质量的稳定；当煤气热值上升时，系统会自动减少煤气量，实现了转炉煤气的节约，避免了石灰产品的过烧。同时由于煤气量的减少，废气风机的负载下降，废气风机转速会相应降低，也实现了电能的节约。

3.3 出料系统

此系统由六组称重料斗、振动出料器组成，主要功能是通过振动出料器将石灰送入称重料斗，当料斗达到设定的30 kg重量后，振动出料器停机，称量后的石灰卸入下部储灰仓，再由振动给料机排出，由皮带运输机运往成品仓。出灰周期对应产量的变化实现自动调整，无需人工设定。

3.4 导热油冷却系统

3.5 助燃空气系统

此系统包括2台变频助燃风机提供一次助燃空气，两路助燃风各自配有1套管式换热器。大换热器热源来自窑顶300℃以上的废气，将主助燃风机所供助燃风加热到200℃以上，小换热器热源来自冷却石灰后的350℃以上高温烟气，将辅助助燃风机所供助燃风加热到250℃以上，同时烟气温度下降至180℃以下。

两路加热后的助燃风汇合后被分配至上下烧嘴梁，参与煤气燃烧，换热器的应用提高了助燃风的温度，同时助燃风量会根据煤气热值的变化自动调整以达到最佳的空燃比，和其它石灰窑相比，热能利用率大幅度提高，达到了节能的效果。两路换热后的温度下降至180℃以下，直接进入滤袋式除尘器过滤粉尘（过滤后废气含尘量小于30 mg/m3）后再外排。

3.6 废气系统

此系统由一台废气风机和除尘设备组成，废气风机通过设置在窑顶的上抽气梁抽吸窑顶废气，经滤袋式除尘器过滤粉尘后废气达标排放。废气分析仪实时监测废气中的CO2、CO、O2的百分比含量，废气成分含量的变化直接反应了窑内燃烧情况。控制要求CO2%≥30%、CO%≤1%，O2%≤3%，根据这3个参数的变化，操作人员会判断出燃烧是否充分、空燃比的设定是否合理、煤气热值的变化等情况，同时采取对应措施进行调整，确保废气参数在控制范围内。废气分析仪的存在使得弗卡斯窑生产时能够始终确保热量平衡，并最大程度地实现了经济合理的利用能源。

设置在冷却带的下抽气梁通过风机的抽吸，将石灰冷却风均匀吸入，在下抽气梁以下形成石灰冷却带，在下烧嘴梁和下抽气梁之间形成后置煅烧带，后置煅烧带气体和物料流动方向一致向下属于并流煅烧方式。

从图2逆流煅烧和并流煅烧温度分布曲线可以看出，在逆流煅烧方式下，石灰石经过煅烧带后，温度快速下降，而在并流煅烧方式下，高达800℃多的恒温烟气始终伴随着石灰石下行，石灰石在此区域内得到充分分解，大大提高了石灰的活性度。弗卡斯窑充分利用了燃烧产生的热量，与其它不设置后置煅烧带的窑型相比较，具备明显的节能效果，并且石灰质量也能得到明显的提高。

图2 逆流、并流煅烧温度曲线对比图

4 结束语

目前，弗卡斯窑已经在马钢三钢轧总厂投产10多年，得益于生产过程全自动化以及工艺过程的合理设计，不仅在安全稳定性上作用明显，生产过程人工干预很少，因此该窑一直保持着安全、节能、环保、高效的运行，所产优质的冶金石灰满足了马钢炼钢需求

To Achieve Safe and Energy-saving Operation of the Fercalx VerticalLim e?K iln w ith Automatic Control

He Jianhua
(The No.1 Steelmaking&Rolling Works of Masteel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)

The process flow and related control method of Fercalx vertical lime kiln are introduced,achievement of control at each phase of the process is explained with emphasis and the energy saving characteristic of Fercalx vertical lime kiln is discussed.Complete automation of the entire process flow was achieved through adjustment of process parameters by the automatic control system.

Fercalx;vertical lime kiln;automatic control;energy saving

TP273

B

1006-6764（2015）08-0069-03

2015-06-12

何建华(1981-),男,毕业于安徽大学电气工程及其自动化，大学本科学历，助理工程师,现从事石灰窑工艺管理工作。