專利名稱：一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法。
背景技術(shù)：
COREX是由奧鋼聯(lián)開發(fā)的一種使用塊礦或球團(tuán)礦作原料、使用非焦煤作還原劑和燃料的熔融還原煉鐵工藝。COREX這個(gè)名字的前兩個(gè)字母CO代表Coal，是煤的意思；中間兩個(gè)字母RE代表Reduction，是還原的意思(煉鐵就是還原過程)；最后兩個(gè)字母EX是Extreme，是終極目標(biāo)的意思。所以COREX完整的意思是直接用煤來煉鐵作為它的終極目標(biāo)。應(yīng)當(dāng)說，這是煉鐵工作者夢寐以求的目標(biāo)。高爐煉鐵是用粉礦和粉煤，但粉礦必須通過燒結(jié)廠燒結(jié)成燒結(jié)礦，粉煤必須通過煉焦廠將其結(jié)焦成焦炭，然后供高爐煉鐵。因此流程長、工序多、污染較重，而且焦煤資源稀缺。COREX工藝是直接使用天然的塊礦和塊煤。取消了燒結(jié)廠和煉焦廠。因而流程短、工序少、污染輕、可以不用資源稀缺的煉焦煤。COREX工藝是1977年才開始研究，1989年才開始應(yīng)用的熔融還原技術(shù)，是一項(xiàng)非常年輕的煉鐵技術(shù)。COREX熔融氣化爐拱頂溫度的控制對穩(wěn)定生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，溫度過低導(dǎo)致塊煤裂解不充分，容易析出焦油堵塞煤氣管道；溫度過高，容易導(dǎo)致氣化爐拱頂區(qū)域的粉塵軟熔，堵塞發(fā)生煤氣管道出口。為了解決這一難題，南非、印度等COREX生產(chǎn)廠將氣化爐拱頂溫度進(jìn)行人工控制，各個(gè)廠溫度控制的上下限略有不同，但目前都處于人工控制的操作狀態(tài)。拱頂溫度受入爐燃料水分、粉率、熱爆裂性、揮發(fā)份，豎爐金屬化率、煤螺旋轉(zhuǎn)速、礦螺旋轉(zhuǎn)速和溫度、風(fēng)口氧量，燒嘴氧量、氣化爐料位、氣化爐半焦床管道等諸多因素影響。目前，拱頂氧氣流量的調(diào)控方式屬于被動(dòng)調(diào)控，溫度降低加氧，溫度升高減氧。人工調(diào)控的缺點(diǎn)是調(diào)控滯后性以及幅度因人而異，造成拱頂溫度波動(dòng)偏差大。不利于冷煤氣CO2的穩(wěn)定以及豎爐還原效率的穩(wěn)定。基于以上考慮，決定實(shí)現(xiàn)氣化爐拱頂溫度自動(dòng)控制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，通過此種方法不但可以節(jié)省人力成本，實(shí)現(xiàn)氣化爐拱頂溫度自動(dòng)控制；而且可以提高溫度控制的穩(wěn)定性，優(yōu)化系統(tǒng)生產(chǎn)，避免溫度過高或過低導(dǎo)致發(fā)生煤氣管道堵塞。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，所述熔融氣化爐設(shè)置有粉塵燒嘴和氧氣燒嘴，所述溫度控制方法包括人工控制模式，其特征在于所述溫度控制方法還包括自動(dòng)控制模式，所述溫度控制方法包括如下步驟(I)、在自動(dòng)控制模式下，設(shè)定拱頂溫度目標(biāo)值為T@，拱頂實(shí)測溫度平均值為Tp根據(jù)拱頂實(shí)測溫度Tg與拱頂溫度目標(biāo)值T @之間的溫差值A(chǔ)T，將AT值輸入至一級控制器，所述一級控制器根據(jù)AT值，通過下式得出粉塵燒嘴供氧量系數(shù)Y Y = P*(^AT + D)上式中，P為比例系數(shù)，D為微分系數(shù)，I為積分系數(shù)，0. 75 ^ 1.25 ；根據(jù)粉塵燒嘴供氧量系數(shù)Y，通過下式得出粉塵燒嘴目標(biāo)供氧量f，單位Nm3/h f = Y*4000 在確定粉塵燒嘴目標(biāo)供氧量f后，將氣化爐內(nèi)實(shí)測氧量與目標(biāo)供氧量f之間的差值A(chǔ)F，輸入二級控制器，二級控制器根據(jù)AF值，通過下式計(jì)算并輸出比例閥開度的控制指令，Z=P1+上式中，P1，I1，D1為二級控制器的可調(diào)參數(shù)，其中P1為比例系數(shù)，D1為微分系數(shù)，I1為積分系數(shù)，輸出值Z為比例閥開度，-100%^ Z ( +100% ；通過對比例閥開度Z的控制，進(jìn)而控制粉塵燒嘴供氧量，使氣化爐內(nèi)氧氣流量達(dá)到目標(biāo)供氧量f ；(2)、當(dāng)拱頂實(shí)測溫度!^與拱頂溫度目標(biāo)值T@之間的溫差值A(chǔ) T超過3 5°C且步驟(I)中所述粉塵燒嘴供氧量達(dá)到最大值時(shí)，啟用氧氣燒嘴，并劃分溫差區(qū)間，然后根據(jù)此時(shí)的溫差值A(chǔ)T，確定所需氧氣量，通過計(jì)算機(jī)控制氧氣燒嘴進(jìn)行供氧，補(bǔ)充所需氧氣量；(3)、當(dāng)步驟(2)中所述氧氣燒嘴供氧量達(dá)到最大值且溫差值A(chǔ)T超過上限時(shí)，自動(dòng)控制模式自動(dòng)切換至手動(dòng)控制模式，并進(jìn)行報(bào)警。根據(jù)本發(fā)明所提供的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，采用的是，所述步驟(2)中氧氣燒嘴的數(shù)量為6個(gè)，等分為2組。根據(jù)本發(fā)明所提供的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，采用的是，所述步驟(I)中粉塵燒嘴的數(shù)量為4個(gè)。根據(jù)本發(fā)明所提供的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，采用的是，所述步驟(I)中，通過對比例閥開度Z的控制，驅(qū)動(dòng)氧氣閥門開度變化，以實(shí)現(xiàn)對粉塵燒嘴供氧量的控制。根據(jù)本發(fā)明所提供的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，采用的是，所述氧氣燒嘴供氧量范圍為0 3000Nm3/h。根據(jù)本發(fā)明所提供的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，采用的是，所述粉塵燒嘴供氧量范圍為3000 5000Nm3/h。根據(jù)本發(fā)明所提供的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，采用的是，步驟(3)中所述溫差區(qū)間的上限為32°C。本發(fā)明的有益效果在于I)、使用拱頂溫度自動(dòng)控制模式，可節(jié)約人力資源，使操作者更多精力關(guān)注全面生產(chǎn)因素，降低生產(chǎn)事故發(fā)生的概率；2)、使用拱頂溫度自動(dòng)控制模式，可以提高控制的精確度，縮小溫度波動(dòng)區(qū)間，溫度偏差減少5 8°C，降低冷煤氣CO2含量I 4 %，提高金屬化率5%以上，降低燃料比IOkg/1 以上；3)、拱頂溫度自動(dòng)控制模式的投用，避免發(fā)生煤氣溫度過高或過低，減少發(fā)生煤氣管堵塞機(jī)率；4)、使用拱頂溫度自動(dòng)控制模式，統(tǒng)一了溫度調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)，避免人為因素產(chǎn)生的操作差異，有利于操作管理。


圖1為本發(fā)明所提供的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法中熔融氣化爐中粉塵燒嘴和氧氣燒嘴的位置示意圖。圖中，I、氧氣燒嘴，2、粉塵燒嘴，3、氧氣閥門，4、比例閥門，5、熔融氣化爐拱頂，6、
熔融氣化爐。
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的進(jìn)一步解釋說明。本發(fā)明所提供的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法的步驟如下所述熔融氣化爐設(shè)置有粉塵燒嘴和氧氣燒嘴，所述溫度控制方法包括人工控制模式和自動(dòng)控制模式兩種，所述溫度控制方法包括如下步驟所述熔融氣化爐拱頂設(shè)置有粉塵燒嘴和氧氣燒嘴，所述溫度控制方法包括人工控制模式和自動(dòng)控制模式，所述溫度控制方法包括如下步驟(I)、在自動(dòng)控制模式下，設(shè)定拱頂溫度目標(biāo)值為T@，拱頂實(shí)測溫度平均值為Tp根據(jù)拱頂實(shí)測溫度Tg與拱頂溫度目標(biāo)值T @之間的溫差值A(chǔ)T，將AT值輸入至一級控制器，所述一級控制器根據(jù)A T值，通過下式得出粉塵燒嘴供氧量系數(shù)Y :Y = P*(〔Ar + D)上式中，P為比例系數(shù)，D為微分系數(shù)，I為積分系數(shù)，0. 75 ^ 1.25 ；根據(jù)粉塵燒嘴供氧量系數(shù)Y，通過下式得出粉塵燒嘴目標(biāo)供氧量f，單位Nm3/h f = Y*4000在確定粉塵燒嘴目標(biāo)供氧量f后，將氣化爐內(nèi)實(shí)測氧量與目標(biāo)供氧量f之間的差值A(chǔ)F，輸入二級控制器，二級控制器根據(jù)AF值，通過下式計(jì)算并輸出比例閥開度的控制指令，Z=P1 ^fiAF + /)1)上式中，P1，I1，D1為二級控制器的可調(diào)參數(shù)，其中P1為比例系數(shù)，D1為微分系數(shù)，I1為積分系數(shù)，輸出值Z為比例閥開度，-100%^ Z ( +100% ；其中，P、D、I的取值范圍根據(jù)Y的取值范圍而定，進(jìn)一步的，Y的取值范圍根據(jù)所述熔融氣化爐內(nèi)所需氧氣量來確定，所述P的取值范圍為80 120，I的取值范圍為5 20，D的取值范圍為0 I。所述P1，I1，D1則要依據(jù)氣化爐內(nèi)實(shí)測氧量與目標(biāo)供氧量f之間的差值A(chǔ)F以及比例閥開度Z值來確定。二級控制器根據(jù)比例閥開度Z，通過電流變化直接實(shí)現(xiàn)比例閥開度的變化，比例閥開度變化可實(shí)現(xiàn)氣壓驅(qū)動(dòng)力的變化，從而驅(qū)動(dòng)氧氣閥門開度變化，進(jìn)而通過氧氣閥門開度變化，控制粉塵燒嘴供氧量的變化，使氣化爐內(nèi)氧氣流量達(dá)到目標(biāo)供氧量f。
其中所述一級控制器和二級控制器為傳感器的一種，但與普通傳感器不同的是，所述一級控制器和二級控制器可對接收到的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，從而確定供氧量的大小。(2)、當(dāng)拱頂實(shí)測溫度與拱頂溫度目標(biāo)值T @之間的溫差值A(chǔ)T超過3 5°C，優(yōu)選為5°C，且步驟(I)中所述粉塵燒嘴供氧量達(dá)到最大值(即5000Nm3/h)時(shí)，啟用氧氣燒嘴，即同時(shí)使用氧氣燒嘴和粉塵燒嘴進(jìn)行供氧，并劃分溫差區(qū)間，然后根據(jù)此時(shí)的溫差值A(chǔ) T，確定所需氧氣量，通過計(jì)算機(jī)控制氧氣燒嘴進(jìn)行供氧，補(bǔ)充所需氧氣量。其中，本步驟中，確定所需氧量的步驟包括2A)、將所述氧氣燒嘴分為兩組，劃分不同的溫差區(qū)間，根據(jù)溫差值A(chǔ)T落入的溫差區(qū)間，對氧氣燒嘴的供氧量進(jìn)行調(diào)整； 2B)、當(dāng)AT > 5°C且比例閥開度為100%時(shí)，開啟第一組氧氣燒嘴，每個(gè)氧氣燒嘴的流量為750Nm3/h，第二組氧氣燒嘴處于關(guān)閉狀態(tài)；2C)、第一組氧氣燒嘴的供氧量投入20s后如果溫差A(yù) T仍然不低于5°C，或者溫差A(yù)T大于9°C，則啟用第二組氧氣燒嘴，每個(gè)氧氣燒嘴的氧氣流量為750Nm3/h ；2D)、當(dāng)溫差A(yù) T落入13°C 16°C之間時(shí)，總共兩組6個(gè)氧氣燒嘴的每個(gè)氧氣燒嘴的氧氣流量均增至950Nm3/h ；2E)、當(dāng)溫差A(yù) T落入16°C 20°C之間時(shí)，總共兩組6個(gè)氧氣燒嘴每個(gè)氧氣燒嘴的氧氣流量均增至1150Nm3/h ；2F)、當(dāng)溫差A(yù) T落入20°C 23°C之間，總共兩組6個(gè)氧氣燒嘴每個(gè)氧氣燒嘴的氧氣流量均增至1450Nm3/h ；2G)、當(dāng)溫差A(yù) T落入23 25°C之間，總共兩組6個(gè)氧氣燒嘴每個(gè)氧氣燒嘴的氧氣流量均增至1850Nm3/h ；2H)、當(dāng)溫差A(yù) T落入25 28°C之間，總共兩組6個(gè)氧氣燒嘴每個(gè)氧氣燒嘴的氧氣流量均增至2350Nm3/h ；21)、當(dāng)溫差A(yù) T落入28 32°C之間，總共兩組6個(gè)氧氣燒嘴每個(gè)氧氣燒嘴的氧氣流量均增至3000Nm3/h。此外，氧氣燒嘴氧氣流量減少的過程也根據(jù)以上的溫差區(qū)間進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)溫差A(yù)T在9 13°C之間，總共兩組6個(gè)氧氣燒嘴每個(gè)氧氣燒嘴的氧氣流量均為750Nm3/h ；當(dāng)溫差A(yù)T落入5 9°C之間時(shí)，關(guān)閉第二組氧氣燒嘴，第一組氧氣燒嘴氧氣流量為 3*750Nm3/h ；當(dāng)溫差A(yù)T小于5°C時(shí)，關(guān)閉第一組氧氣燒嘴；當(dāng)溫差A(yù) T在0 5°C之間時(shí)，氧氣燒嘴全部關(guān)閉，此時(shí)，粉塵燒嘴供氧量根據(jù)控制器輸出值進(jìn)行調(diào)整。(3)、當(dāng)步驟⑵中所述氧氣燒嘴供氧量達(dá)到最大值且溫差值A(chǔ)T超過上限時(shí)，自動(dòng)控制模式自動(dòng)切換至手動(dòng)控制模式，并進(jìn)行報(bào)警。即，當(dāng)溫差A(yù)T大于32°C，且氧氣燒嘴的氧量到達(dá)上限3000Nm3/h時(shí)，拱頂溫度自動(dòng)控制程序跳至手動(dòng)控制模式，并顯示報(bào)警，提醒操作人員進(jìn)行手動(dòng)控制；同時(shí)，采用預(yù)先作用原理，當(dāng)金屬化率連續(xù)一周及以上穩(wěn)定在60%以上時(shí)，程序中的溫差區(qū)間可適當(dāng)放寬，減少氧氣燒嘴的調(diào)整頻率；當(dāng)金屬化率低于60%，持續(xù)I天以上，程序中的溫差區(qū)間適當(dāng)縮窄，提高氧氣燒嘴調(diào)整頻率，穩(wěn)定拱頂溫度。
如果豎爐金屬化率高，根據(jù)工藝，氣化爐拱頂溫度波動(dòng)會(huì)減少，氧氣燒嘴氧量不需要頻繁調(diào)整。將程序中氧氣燒嘴氧量調(diào)整的溫差區(qū)間放寬，通過程序控制，減少氧氣燒嘴調(diào)整頻率；如果金屬化率低，氣化爐拱頂溫度波動(dòng)頻率和幅度增大，為了穩(wěn)定拱頂溫度，氧氣燒嘴的氧量調(diào)整頻率必須升高。將程序中氧氣燒嘴氧量調(diào)整的溫度區(qū)間縮窄，通過程序控制，提高氧氣燒嘴氧量調(diào)整頻率。效果例
下面給出本發(fā)明所提供的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法的效果例。效果例I熔煉率148t/h，拱頂溫度人工控制時(shí)，溫度偏差均值為13°C，金屬化率81%，冷煤氣CO2為8%，焦比138kg/tHM，燃料比910kg/tHM ;使用自動(dòng)控制模式時(shí)，溫度偏差均值為80C，冷煤氣CO2含量6. 9%，金屬化率83%，焦比135kg/tHM，燃料比904kg/tHM。效果例2熔煉率為145t/h，使用拱頂溫度人工控制，溫度偏差均值13. 18 °C，金屬化率79%，冷煤氣C02含量8%，燃料比913kg/tHM;使用自動(dòng)控制模式時(shí)，溫度偏差均值為
8.240C，冷煤氣CO2含量6.5%，金屬化率82 %，燃料比908kg/tHM，經(jīng)對比，后者燃料比降低5kg/tHM。效果例3熔煉率165t/h，拱頂溫度自動(dòng)控制，溫度偏差均值6. 2°C，金屬化率78%，冷煤氣CO2含量5. 2%，燃料比930kg/tHM，焦比135kg/tHM，拱頂溫度平穩(wěn)受控，運(yùn)行一周，工廠整體參數(shù)平穩(wěn)，無設(shè)備異常，無管道堵塞跡象。效果例4熔煉率130t/h，拱頂溫度自動(dòng)控制，溫度偏差5. 5°C，金屬化率78 %，冷煤氣CO2含量4. 8%，燃料比900kg/tHM。和相同熔煉率、相同燃料結(jié)構(gòu)的手動(dòng)控制狀態(tài)對比，燃料比降低 12kg/tHM。
權(quán)利要求
1.一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，所述熔融氣化爐設(shè)置有粉塵燒嘴和氧氣燒嘴，所述溫度控制方法包括人工控制模式，其特征在于所述溫度控制方法還包括自動(dòng)控制模式， 所述溫度控制方法包括如下步驟 (1)、在自動(dòng)控制模式下，設(shè)定拱頂溫度目標(biāo)值為T@，拱頂實(shí)測溫度平均值為Tp根據(jù)拱頂實(shí)測溫度Tg與拱頂溫度目標(biāo)值T @之間的溫差值A(chǔ)T，將AT值輸入至一級控制器，所述一級控制器根據(jù)AT值，通過下式得出粉塵燒嘴供氧量系數(shù)Y Y = P*(^T + D) 上式中，P為比例系數(shù)，D為微分系數(shù)，I為積分系數(shù)，0. 75 ^ 1.25； 根據(jù)粉塵燒嘴供氧量系數(shù)Y，通過下式得出粉塵燒嘴目標(biāo)供氧量f，單位Nm3/h f = Y*4000 在確定粉塵燒嘴目標(biāo)供氧量f后，將氣化爐內(nèi)實(shí)測氧量與目標(biāo)供氧量f之間的差值A(chǔ)F，輸入二級控制器，二級控制器根據(jù)AF值，通過下式計(jì)算并輸出比例閥開度的控制指令，Z=P1 *(fiiAF + D1) 上式中，P1，I1，D1為二級控制器的可調(diào)參數(shù),其中P1為比例系數(shù)，D1為微分系數(shù)，I1為積分系數(shù)，輸出值Z為比例閥開度，-100%≤Z≤+100% ； 通過對比例閥開度Z的控制，進(jìn)而控制粉塵燒嘴供氧量，使氣化爐內(nèi)氧氣流量達(dá)到目標(biāo)供氧量f ; (2)、當(dāng)拱頂實(shí)測溫度與拱頂溫度目標(biāo)值T@之間的溫差值A(chǔ) T超過3 5°C且步驟(1)中所述粉塵燒嘴供氧量達(dá)到最大值時(shí)，啟用氧氣燒嘴，并劃分溫差區(qū)間，然后根據(jù)此時(shí)的溫差值A(chǔ)T，確定所需氧氣量，通過計(jì)算機(jī)控制氧氣燒嘴進(jìn)行供氧，補(bǔ)充所需氧氣量； (3)、當(dāng)步驟(2)中所述氧氣燒嘴供氧量達(dá)到最大值且溫差值A(chǔ)T超過上限時(shí)，自動(dòng)控制模式自動(dòng)切換至手動(dòng)控制模式，并進(jìn)行報(bào)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，其特征在于所述步驟(2)中氧氣燒嘴的數(shù)量為6個(gè)，等分為2組。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，其特征在于所述步驟(I)中粉塵燒嘴的數(shù)量為4個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，其特征在于所述步驟(I)中，通過對比例閥開度Z的控制，驅(qū)動(dòng)氧氣閥門開度變化，以實(shí)現(xiàn)對粉塵燒嘴供氧量的控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，其特征在于所述氧氣燒嘴供氧量范圍為0 3000Nm3/h。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，其特征在于所述粉塵燒嘴供氧量范圍為3000 5000Nm3/h。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，其特征在于步驟(3)中所述溫差區(qū)間的上限為32°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法，所述熔融氣化爐拱頂設(shè)置有粉塵燒嘴和氧氣燒嘴，所述溫度控制方法包括人工控制模式，其特征在于所述溫度控制方法還包括自動(dòng)控制模式。本發(fā)明所提供的一種熔融氣化爐拱頂溫度控制方法不但可以節(jié)省人力成本，實(shí)現(xiàn)氣化爐拱頂溫度自動(dòng)控制；而且可以提高溫度控制的穩(wěn)定性，優(yōu)化系統(tǒng)生產(chǎn)，避免溫度過高或過低導(dǎo)致發(fā)生煤氣管道堵塞。
文檔編號C21B11/00GK102618683SQ20121009106
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者宋文剛, 張志浩, 徐萬仁, 林金嘉, 許海法, 趙善科, 趙曉巖, 郭麗, 錢良豐 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司