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高炉制粉干燥炉生产控制探讨

高炜恒

（山西太钢不锈钢股份有限公司自动化公司，山西 太原 030003）

摘 要：系统地介绍了新制粉干燥炉的生产工艺和生产控制、点火控制、高炉燃烧控制系统PID调节方框图、助燃空气PID调节的实现方法、火焰检测系统及安全保护方法。自2011年投产以来，干燥炉系统运行稳定。

关 键 词：制粉；干燥炉；生产控制

高炉喷煤是现代高炉炼铁过程中节能降耗、提高效率必不可少的一个环节。完整的高炉喷煤工艺流程包括原煤储运系统、制粉系统、煤粉输送系统、喷吹系统、供气系统和煤粉计量系统以及环保系统。高炉喷吹煤粉是从高炉风口向炉内直接喷吹磨细的无烟煤粉或烟煤粉或这两者的混合煤粉，以替代焦炭起提供热量和还原剂的作用，从而降低焦比，降低生铁成本，是现代高炉冶炼的一项重大技术革命。

1 系统工艺概述

太钢炼铁厂新制粉喷吹站所生产的煤粉主要供新建4350m3高炉（6号高炉）及现有1800m3高炉（3号高炉）、1650m3高炉（4号高炉）喷煤需要。制粉喷吹站现在主要给3号、4号高炉提供煤粉，新高炉投产后将主要负责为6号高炉提供煤粉。

制粉系统共三个系列，由原煤仓、给煤机、中速磨煤机、干燥气发生炉、废气引风机、干燥炉助燃风机、密封风机及袋式收粉器等组成。

原煤由供煤皮带送入原煤仓，原煤仓内的原煤经过原煤仓出口阀进入给煤机，经给煤机出口闸阀通过落煤管进入磨煤机。在磨煤机内，原煤经干燥和碾磨，合格的煤粉由气粉输送管先后被送入高密度煤粉袋式收集器。气粉混合物中的煤粉被高密度袋式收集器收集下来进入振动筛，除去轻质杂物，煤粉离开振动筛经落粉管进入煤粉仓。袋式收粉器排出的废气由主排风机抽引并经放散阀由放散管排入大气。磨煤机内部靠排风机的抽引作用处于负压状态。磨煤机出口温度必须保持在一定范围内，如果磨煤机出口温度太低，可能导致制粉系统尤其是布袋除尘器等部位结露，煤粉得不到干燥，达不到生产要求；磨机出口温度过高，将导致煤粉燃烧，发生爆炸危险，使系统处于不良的状态［1］。

2 干燥气发生炉系统

通常说的干燥炉启动指的是高炉煤气切断阀打开；干燥炉停止指的是高炉煤气切断阀关闭。只有在制粉系统磨煤开始时，才能启动干燥炉。

2.1 干燥气发生炉点火

干燥炉通过焦炉煤气点火。点火的顺序是：首先，运行助燃风机10min，将干燥炉内的残余煤气吹尽后，启动电动点火装置，最后打开焦炉煤气切断阀点火；如果焦炉煤气切断阀打开后5s还不能检测到连续的火焰信号，必须立即关闭焦炉煤气切断阀。下次点火必须重新开始。

具备点火的两个条件是：助燃风机运行；焦炉煤气压力大于3.5kPa。

焦炉煤气切断阀切断条件是：助燃风机停止运行；焦炉煤气压力小于3.5kPa；不能检测到火焰信号（延时5s）。

通常情况下，干燥炉点火后就一直不熄灭，除非要进行长时间的停产，或者需要对干燥炉进行检修。助燃风机只设手动操作，大部分时候助燃风机都处于运行状态中。焦炉煤气切断阀与点火枪设自动控制模式连锁，按下点火按钮后，自动启动点火枪和打开焦炉煤气切断阀；出现故障时（助燃风机停止或焦炉煤气压力<3.5kPa或不能检测到火焰信号），自动切断焦炉煤气。

2.2 干燥气发生炉点火枪系统

干燥气发生炉点火，必须启动电动点火装置。包括高能点火枪、电磁阀、控制系统、到位信号检测、高能点火器、点火电缆、火检器等。

2.3 干燥气发生炉自动燃烧控制系统

2.3.1 干燥炉燃烧的调节

干燥炉系统设有点火控制装置、火焰探头、煤气及助燃空气流量调节阀和切断控制阀。干燥炉燃烧系统与磨煤机出口温度连锁，通过调节主烧嘴的高炉煤气和助燃空气流量，控制磨煤机出口温度在合适的范围内。当引入热风炉废气时，根据磨煤机负荷和干燥炉炉压，通过废气引风机入口管调节阀调节热风炉废气量。

干燥炉燃烧最终控制磨煤机出口温度，高炉煤气流量调节阀是带2个PID的串级调节回路。温度调节PID的PV值是磨煤机出口温度实际值，设定值通常为95℃，输出值是流量调节PID的设定值［2］。

高炉煤气燃烧控制系统方框图如图1所示。助燃空气流量调节是含1个PID的串级调节回路，高炉煤气流量乘以空燃比是其设定值。助燃空气燃烧控制PID调节图如图2所示。

2.3.2 空燃比设定

干燥炉燃烧使用高炉煤气和助燃空气，燃烧开始和结束的标志是高炉煤气切断阀的状态（打开和关闭）。

干燥炉燃烧采用空气先行的原则，助燃空气调节阀需要设置最小开度。在干燥炉启动前，助燃空气调节阀处于最小开度位置；干燥炉启动前，高炉煤气调节阀处于全关位置；干燥炉启动后，高炉煤气调节阀逐步开启；干燥炉停止后，高炉煤气调节阀关闭。流量调节阀会按设定好的比例控制煤气和空气的流量比例，以实现煤气的充分燃烧。

2.3.3 干燥炉系统监控

制粉系统共有A、B、C系列，每系列均有1台干燥炉。

干燥炉系统监控画面设有煤气压力、煤气流量、空气压力、空气流量、炉温、炉压、干燥炉出口温度、火焰燃烧状态及热风炉废气温度等重要参数的显示及部分参数的超限报警。A系列干燥炉监控画面如图3所示。

2.4 干燥炉安全保护控制

干燥炉安全保护控制分两个部分：当干燥炉系统自身出现故障时，需要切断高炉煤气或焦炉煤气；当其他系统出现故障时，连锁停止干燥炉。

1）出现下列情况之一时，需要切断高炉煤气：干燥炉熄火；助燃风机停止运行；高炉煤气压力小于3.5kPa；焦炉煤气压力小于3.5kPa。

2）出现下列情况之一时，需要切断焦炉煤气：干燥炉熄火；助燃风机停止运行；焦炉煤气压力小于3.5kPa。

3）出现下列情况时，需要停止干燥炉（切断高炉煤气）：给煤机由运行变为停止；磨煤机停止运行；煤粉风机停止运行；磨煤机出口温度超高；收集器温度超高；磨煤机出口氧含量超高；热风炉废气温度超高。

2.5 干燥炉火焰检测系统

干燥炉火焰检测系统主要包括一套高温视频采集器、火检器、现场控制柜、远程控制台及画面监控器。高温视频采集器由摄像头、光学镜片组、断电断气高温自动保护装置、设备的进出装置等组成，实时对干燥炉膛内进行监控，为运行人员传回稳定的清晰的画面，为制粉稳定运行提供直接保障。

3 结语

干燥炉系统安全、稳定、有效地提高设备运行的可靠性，同时也为高炉提高炼铁效率、降低焦炭的使用量起到重要作用，具有较高的使用价值与现实意义。制粉干燥炉自2011年运行以来，系统运行稳定，为旧高炉的生产运行和新高炉的投产做好了充分的准备。