CN102618683A - 一种熔融气化炉拱顶温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，所述熔融气化炉拱顶设置有粉尘烧嘴和氧气烧嘴，所述温度控制方法包括人工控制模式，其特征在于：所述温度控制方法还包括自动控制模式。本发明所提供的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法不但可以节省人力成本，实现气化炉拱顶温度自动控制；而且可以提高温度控制的稳定性，优化***生产，避免温度过高或过低导致发生煤气管道堵塞。

Description

一种熔融气化炉拱顶温度控制方法

技术领域

本发明属于非高炉炼铁生产技术领域，具体地，涉及一种熔融气化炉拱顶温度控制方法。

背景技术

COREX是由奥钢联开发的一种使用块矿或球团矿作原料、使用非焦煤作还原剂和燃料的熔融还原炼铁工艺。COREX这个名字的前两个字母CO代表Coal，是煤的意思；中间两个字母RE代表Reduction，是还原的意思(炼铁就是还原过程)；最后两个字母EX是Extreme，是终极目标的意思。所以COREX完整的意思是直接用煤来炼铁作为它的终极目标。应当说，这是炼铁工作者梦寐以求的目标。高炉炼铁是用粉矿和粉煤，但粉矿必须通过烧结厂烧结成烧结矿，粉煤必须通过炼焦厂将其结焦成焦炭，然后供高炉炼铁。因此流程长、工序多、污染较重，而且焦煤资源稀缺。COREX工艺是直接使用天然的块矿和块煤。取消了烧结厂和炼焦厂。因而流程短、工序少、污染轻、可以不用资源稀缺的炼焦煤。COREX工艺是1977年才开始研究，1989年才开始应用的熔融还原技术，是一项非常年轻的炼铁技术。

COREX熔融气化炉拱顶温度的控制对稳定生产起着至关重要的作用，温度过低导致块煤裂解不充分，容易析出焦油堵塞煤气管道；温度过高，容易导致气化炉拱顶区域的粉尘软熔，堵塞发生煤气管道出口。为了解决这一难题，南非、印度等COREX生产厂将气化炉拱顶温度进行人工控制，各个厂温度控制的上下限略有不同，但目前都处于人工控制的操作状态。

拱顶温度受入炉燃料水分、粉率、热爆裂性、挥发份，竖炉金属化率、煤螺旋转速、矿螺旋转速和温度、风口氧量，烧嘴氧量、气化炉料位、气化炉半焦床管道等诸多因素影响。目前，拱顶氧气流量的调控方式属于被动调控，温度降低加氧，温度升高减氧。人工调控的缺点是调控滞后性以及幅度因人而异，造成拱顶温度波动偏差大。不利于冷煤气CO₂的稳定以及竖炉还原效率的稳定。基于以上考虑，决定实现气化炉拱顶温度自动控制。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，通过此种方法不但可以节省人力成本，实现气化炉拱顶温度自动控制；而且可以提高温度控制的稳定性，优化***生产，避免温度过高或过低导致发生煤气管道堵塞。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，所述熔融气化炉设置有粉尘烧嘴和氧气烧嘴，所述温度控制方法包括人工控制模式，其特征在于：所述温度控制方法还包括自动控制模式，

所述温度控制方法包括如下步骤：

(1)、在自动控制模式下，设定拱顶温度目标值为T_目，拱顶实测温度平均值为T_实，根据拱顶实测温度T_实与拱顶温度目标值T_目之间的温差值ΔT，将ΔT值输入至一级控制器，所述一级控制器根据ΔT值，通过下式得出粉尘烧嘴供氧量系数Y：

$Y=P*({\∫}_I^t\mathrm{\ΔT}+D)$

上式中，P为比例系数，D为微分系数，I为积分系数，0.75≤Y≤1.25；

根据粉尘烧嘴供氧量系数Y，通过下式得出粉尘烧嘴目标供氧量f，单位Nm³/h：

f＝Y*4000

在确定粉尘烧嘴目标供氧量f后，将气化炉内实测氧量与目标供氧量f之间的差值ΔF，输入二级控制器，二级控制器根据ΔF值，通过下式计算并输出比例阀开度的控制指令，

$Z=P^1*({\∫}_{I^1}^t\mathrm{\ΔF}+D^1)$

上式中，P¹，I¹，D¹为二级控制器的可调参数，其中P¹为比例系数，D¹为微分系数，I¹为积分系数，输出值Z为比例阀开度，-100％≤Z≤+100％；

通过对比例阀开度Z的控制，进而控制粉尘烧嘴供氧量，使气化炉内氧气流量达到目标供氧量f；

(2)、当拱顶实测温度T_实与拱顶温度目标值T_目之间的温差值ΔT超过3～5℃且步骤(1)中所述粉尘烧嘴供氧量达到最大值时，启用氧气烧嘴，并划分温差区间，然后根据此时的温差值ΔT，确定所需氧气量，通过计算机控制氧气烧嘴进行供氧，补充所需氧气量；

(3)、当步骤(2)中所述氧气烧嘴供氧量达到最大值且温差值ΔT超过上限时，自动控制模式自动切换至手动控制模式，并进行报警。

根据本发明所提供的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，采用的是，所述步骤(2)中氧气烧嘴的数量为6个，等分为2组。

根据本发明所提供的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，采用的是，所述步骤(1)中粉尘烧嘴的数量为4个。

根据本发明所提供的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，采用的是，所述步骤(1)中，通过对比例阀开度Z的控制，驱动氧气阀门开度变化，以实现对粉尘烧嘴供氧量的控制。

根据本发明所提供的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，采用的是，所述氧气烧嘴供氧量范围为0～3000Nm³/h。

根据本发明所提供的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，采用的是，所述粉尘烧嘴供氧量范围为3000～5000Nm³/h。

根据本发明所提供的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，采用的是，步骤(3)中所述温差区间的上限为32℃。

本发明的有益效果在于：

1)、使用拱顶温度自动控制模式，可节约人力资源，使操作者更多精力关注全面生产因素，降低生产事故发生的概率；

2)、使用拱顶温度自动控制模式，可以提高控制的精确度，缩小温度波动区间，温度偏差减少5～8℃，降低冷煤气CO₂含量1～4％，提高金属化率5％以上，降低燃料比10kg/t以上；

3)、拱顶温度自动控制模式的投用，避免发生煤气温度过高或过低，减少发生煤气管堵塞机率；

4)、使用拱顶温度自动控制模式，统一了温度调控标准，避免人为因素产生的操作差异，有利于操作管理。

附图说明

图1为本发明所提供的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法中熔融气化炉中粉尘烧嘴和氧气烧嘴的位置示意图。

图中，1、氧气烧嘴，2、粉尘烧嘴，3、氧气阀门，4、比例阀门，5、熔融气化炉拱顶，6、熔融气化炉。

具体实施方式

下面给出本发明的进一步解释说明。

本发明所提供的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法的步骤如下：

所述熔融气化炉设置有粉尘烧嘴和氧气烧嘴，所述温度控制方法包括人工控制模式和自动控制模式两种，所述温度控制方法包括如下步骤：

所述熔融气化炉拱顶设置有粉尘烧嘴和氧气烧嘴，所述温度控制方法包括人工控制模式和自动控制模式，

所述温度控制方法包括如下步骤：

(1)、在自动控制模式下，设定拱顶温度目标值为T_目，拱顶实测温度平均值为T_实，根据拱顶实测温度T_实与拱顶温度目标值T_目之间的温差值ΔT，将ΔT值输入至一级控制器，所述一级控制器根据ΔT值，通过下式得出粉尘烧嘴供氧量系数Y：

$Y=P*({\∫}_I^t\mathrm{\ΔT}+D)$

上式中，P为比例系数，D为微分系数，I为积分系数，0.75≤Y≤1.25；

根据粉尘烧嘴供氧量系数Y，通过下式得出粉尘烧嘴目标供氧量f，单位Nm³/h：

f＝Y*4000

在确定粉尘烧嘴目标供氧量f后，将气化炉内实测氧量与目标供氧量f之间的差值ΔF，输入二级控制器，二级控制器根据ΔF值，通过下式计算并输出比例阀开度的控制指令，

$Z=P^1*({\∫}_{I^1}^t\mathrm{\ΔF}+D^1)$

上式中，P¹，I¹，D¹为二级控制器的可调参数，其中P¹为比例系数，D¹为微分系数，I¹为积分系数，输出值Z为比例阀开度，-100％≤Z≤+100％；

其中，P、D、I的取值范围根据Y的取值范围而定，进一步的，Y的取值范围根据所述熔融气化炉内所需氧气量来确定，所述P的取值范围为80～120，I的取值范围为5～20，D的取值范围为0～1。所述P¹，I¹，D¹则要依据气化炉内实测氧量与目标供氧量f之间的差值ΔF以及比例阀开度Z值来确定。

二级控制器根据比例阀开度Z，通过电流变化直接实现比例阀开度的变化，比例阀开度变化可实现气压驱动力的变化，从而驱动氧气阀门开度变化，进而通过氧气阀门开度变化，控制粉尘烧嘴供氧量的变化，使气化炉内氧气流量达到目标供氧量f。

其中所述一级控制器和二级控制器为传感器的一种，但与普通传感器不同的是，所述一级控制器和二级控制器可对接收到的数值进行计算，从而确定供氧量的大小。

(2)、当拱顶实测温度T_实与拱顶温度目标值T_目之间的温差值ΔT超过3～5℃，优选为5℃，且步骤(1)中所述粉尘烧嘴供氧量达到最大值(即5000Nm³/h)时，启用氧气烧嘴，即同时使用氧气烧嘴和粉尘烧嘴进行供氧，并划分温差区间，然后根据此时的温差值ΔT，确定所需氧气量，通过计算机控制氧气烧嘴进行供氧，补充所需氧气量。

其中，本步骤中，确定所需氧量的步骤包括：

2A)、将所述氧气烧嘴分为两组，划分不同的温差区间，根据温差值ΔT落入的温差区间，对氧气烧嘴的供氧量进行调整；

2B)、当ΔT＞5℃且比例阀开度为100％时，开启第一组氧气烧嘴，每个氧气烧嘴的流量为750Nm³/h，第二组氧气烧嘴处于关闭状态；

2C)、第一组氧气烧嘴的供氧量投入20s后如果温差ΔT仍然不低于5℃，或者温差ΔT大于9℃，则启用第二组氧气烧嘴，每个氧气烧嘴的氧气流量为750Nm³/h；

2D)、当温差ΔT落入13℃～16℃之间时，总共两组6个氧气烧嘴的每个氧气烧嘴的氧气流量均增至950Nm³/h；

2E)、当温差ΔT落入16℃～20℃之间时，总共两组6个氧气烧嘴每个氧气烧嘴的氧气流量均增至1150Nm³/h；

2F)、当温差ΔT落入20℃～23℃之间，总共两组6个氧气烧嘴每个氧气烧嘴的氧气流量均增至1450Nm³/h；

2G)、当温差ΔT落入23～25℃之间，总共两组6个氧气烧嘴每个氧气烧嘴的氧气流量均增至1850Nm3/h；

2H)、当温差ΔT落入25～28℃之间，总共两组6个氧气烧嘴每个氧气烧嘴的氧气流量均增至2350Nm³/h；

2I)、当温差ΔT落入28～32℃之间，总共两组6个氧气烧嘴每个氧气烧嘴的氧气流量均增至3000Nm3/h。

此外，氧气烧嘴氧气流量减少的过程也根据以上的温差区间进行调整，当温差ΔT在9～13℃之间，总共两组6个氧气烧嘴每个氧气烧嘴的氧气流量均为750Nm³/h；

当温差ΔT落入5～9℃之间时，关闭第二组氧气烧嘴，第一组氧气烧嘴氧气流量为3*750Nm³/h；

当温差ΔT小于5℃时，关闭第一组氧气烧嘴；

当温差ΔT在0～5℃之间时，氧气烧嘴全部关闭，此时，粉尘烧嘴供氧量根据控制器输出值进行调整。

(3)、当步骤(2)中所述氧气烧嘴供氧量达到最大值且温差值ΔT超过上限时，自动控制模式自动切换至手动控制模式，并进行报警。即，当温差ΔT大于32℃，且氧气烧嘴的氧量到达上限3000Nm³/h时，拱顶温度自动控制程序跳至手动控制模式，并显示报警，提醒操作人员进行手动控制；

同时，采用预先作用原理，当金属化率连续一周及以上稳定在60％以上时，程序中的温差区间可适当放宽，减少氧气烧嘴的调整频率；当金属化率低于60％，持续1天以上，程序中的温差区间适当缩窄，提高氧气烧嘴调整频率，稳定拱顶温度。

如果竖炉金属化率高，根据工艺，气化炉拱顶温度波动会减少，氧气烧嘴氧量不需要频繁调整。将程序中氧气烧嘴氧量调整的温差区间放宽，通过程序控制，减少氧气烧嘴调整频率；如果金属化率低，气化炉拱顶温度波动频率和幅度增大，为了稳定拱顶温度，氧气烧嘴的氧量调整频率必须升高。将程序中氧气烧嘴氧量调整的温度区间缩窄，通过程序控制，提高氧气烧嘴氧量调整频率。

效果例

下面给出本发明所提供的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法的效果例。

效果例1

熔炼率148t/h，拱顶温度人工控制时，温度偏差均值为13℃，金属化率81％，冷煤气CO₂为8％，焦比138kg/tHM，燃料比910kg/tHM；使用自动控制模式时，温度偏差均值为8℃，冷煤气CO₂含量6.9％，金属化率83％，焦比135kg/tHM，燃料比904kg/tHM。

效果例2

熔炼率为145t/h，使用拱顶温度人工控制，温度偏差均值13.18℃，金属化率79％，冷煤气CO2含量8％，燃料比913kg/tHM；使用自动控制模式时，温度偏差均值为8.24℃，冷煤气CO₂含量6.5％，金属化率82％，燃料比908kg/tHM，经对比，后者燃料比降低5kg/tHM。

效果例3

熔炼率165t/h，拱顶温度自动控制，温度偏差均值6.2℃，金属化率78％，冷煤气CO₂含量5.2％，燃料比930kg/tHM，焦比135kg/tHM，拱顶温度平稳受控，运行一周，工厂整体参数平稳，无设备异常，无管道堵塞迹象。

效果例4

熔炼率130t/h，拱顶温度自动控制，温度偏差5.5℃，金属化率78％，冷煤气CO₂含量4.8％，燃料比900kg/tHM。和相同熔炼率、相同燃料结构的手动控制状态对比，燃料比降低12kg/tHM。

Claims (7)

1.一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，所述熔融气化炉设置有粉尘烧嘴和氧气烧嘴，所述温度控制方法包括人工控制模式，其特征在于：所述温度控制方法还包括自动控制模式，

所述温度控制方法包括如下步骤：

(1)、在自动控制模式下，设定拱顶温度目标值为T_目，拱顶实测温度平均值为T_实，根据拱顶实测温度T_实与拱顶温度目标值T_目之间的温差值ΔT，将ΔT值输入至一级控制器，所述一级控制器根据ΔT值，通过下式得出粉尘烧嘴供氧量系数Y：

$Y=P*({\∫}_I^t\mathrm{\ΔT}+D)$

上式中，P为比例系数，D为微分系数，I为积分系数，0.75≤Y≤1.25；

根据粉尘烧嘴供氧量系数Y，通过下式得出粉尘烧嘴目标供氧量f，单位Nm³/h：

f＝Y*4000

在确定粉尘烧嘴目标供氧量f后，将气化炉内实测氧量与目标供氧量f之间的差值ΔF，输入二级控制器，二级控制器根据ΔF值，通过下式计算并输出比例阀开度的控制指令，

$Z=P^1*({\∫}_{I^1}^t\mathrm{\ΔF}+D^1)$

上式中，P¹，I¹，D¹为二级控制器的可调参数，其中P¹为比例系数，D¹为微分系数，I¹为积分系数，输出值Z为比例阀开度，-100％≤Z≤+100％；

通过对比例阀开度Z的控制，进而控制粉尘烧嘴供氧量，使气化炉内氧气流量达到目标供氧量f；

(2)、当拱顶实测温度T_实与拱顶温度目标值T_目之间的温差值ΔT超过3～5℃且步骤(1)中所述粉尘烧嘴供氧量达到最大值时，启用氧气烧嘴，并划分温差区间，然后根据此时的温差值ΔT，确定所需氧气量，通过计算机控制氧气烧嘴进行供氧，补充所需氧气量；

(3)、当步骤(2)中所述氧气烧嘴供氧量达到最大值且温差值ΔT超过上限时，自动控制模式自动切换至手动控制模式，并进行报警。

2.根据权利要求1所述的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，其特征在于所述步骤(2)中氧气烧嘴的数量为6个，等分为2组。

3.根据权利要求1所述的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，其特征在于所述步骤(1)中粉尘烧嘴的数量为4个。

4.根据权利要求1所述的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，其特征在于所述步骤(1)中，通过对比例阀开度Z的控制，驱动氧气阀门开度变化，以实现对粉尘烧嘴供氧量的控制。

5.根据权利要求1或2所述的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，其特征在于所述氧气烧嘴供氧量范围为0～3000Nm³/h。

6.根据权利要求1或4所述的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，其特征在于所述粉尘烧嘴供氧量范围为3000～5000Nm³/h。

7.根据权利要求1所述的一种熔融气化炉拱顶温度控制方法，其特征在于步骤(3)中所述温差区间的上限为32℃。

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