CN101191058A - 煤的气流分级与调湿技术的自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤的气流分级与调湿技术的自动控制方法，属于炼焦行业煤预处理的自动控制领域。它集变频技术、网络技术、计算机技术及控制技术于一体，保证原料煤的移动与流化效果，可对流化时间和干燥分级效果进行控制；实现炼焦用混合煤的“干燥、分级及预热”三功能为一体。该技术通过灵活、完善的控制，实现整个工艺系统流程的全自动运行。应用于炼焦行业中煤的预处理系统的控制。

Description

煤的气流分级与调湿技术的自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种炼焦行业煤预处理装置煤的气流分级与调湿系统的热源、动力及煤料输送的连续、稳定的控制方法。

背景技术

与炼焦煤分级调湿工艺技术相关的工艺技术主要有：前苏联开发的风动选择粉碎工艺和日本新日铁开发用焦炉烟道气进行煤调湿工艺。以上两种工艺技术，前苏联和日本分别在20世纪70年代和80年代进行了研究开发，国内20世纪90年代后开始实验和理论的研究。

传统的备煤过程，对配合煤实行100％的全部一次性通过粉碎机进行破碎，这样的结果导致了不需要破碎的成分，如，软质颗粒，也被破碎，导致过度破碎和煤尘的增加；同时需要破碎的成分，如，矿物质颗粒岩相成分，仅仅一次性的通过粉碎机是无法达到需要的粒度和实现在煤中的均匀分布。

为防止煤的过度粉碎、降低入焦炉煤的粉尘含量；实现入焦炉煤的颗粒成分的最佳化和均匀性，需要实现全流程的自动控制。但目前，多为现场或远程手动控制，自动化水平较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的问题，通过计算机控制、网络技术及变频技术的应用，实现全流程的自动控制。

本发明的技术方案是：煤的气流分级与调湿技术的自动控制方法，其特征在于，实现气流分级与调湿系统的热源及动力源-焦炉烟道热废气温度、吸力、流量的自动控制，确保焦炉总烟道吸力稳定，同时原料煤调湿分级效果显著，煤料输送畅通，同时，周围环境影响要达到要求。

在所述方法中，对焦炉烟道热废气的自动控制使得焦炉总烟道吸力稳定在500±50Pa；总烟道电动翻板的开度和废气引风机的转速，应使得引风机废气出口总管流量稳定在95000m3/h；当流化装置故障时，烟道废气经气动三通切换阀，直接通过除尘风机而排入大气，以确保焦炉总烟道吸力稳定。

在所述方法中，要保证原料煤调湿分级效果显著，流化床内，安装有刮板输送机，煤料在热气流的的作用下沸腾，通过调节溢流堰的高度，使不同比重和尺寸的颗粒，在不同的下料口下料，从而达到分级的目的，较小较轻的煤料悬浮在煤层上部，经溢流板控制流出，由皮带输送机运至煤塔用于炼焦；较粗较重的煤粒则沉在煤层的下部，由刮板机刮出，然后经粉碎机粉碎后再进入煤塔；下煤量、刮板机的运行速度匹配以实现煤料输送的均衡，同时输送设备实现顺启、顺停及联锁启停，以保证煤料输送畅通。

在所述方法中，实现煤料输送的均衡，还需要布料均匀，在流化床内形成合适的料层。

在所述方法中，工艺及环境除尘收集的除尘灰输送到料仓，料仓经螺旋输送机输送到成型机，成型机设备成型后卸料到指定的皮带，该过程包括螺旋输送机、预压机、成型机、液压站油泵各两套，要求实现系统的自动联锁启停。

在所述方法中，工艺除尘用于收集流化床顶部的粉尘，环境除尘用于收集送往焦炉煤塔皮带的粉尘，工艺及环境除尘所用的两个风机的控制必须实现高压风机的设备保护、联锁启停。

本发明的有益效果是：

本发明是一套以焦炉烟道废气为热源及动力源进行煤的干燥与分级破碎，实现炼焦用混合煤的“干燥、分级及预热”三功能为一体的一种煤预处理工艺的自动控制系统，通过吸力控制模型、刮板控制模型及布料模型的应用，将焦炉炼焦用煤水分从8～10％降低到6％，同时实现了煤的分级。通过工艺设备的自动控制，既保证了焦炉总烟道吸力的稳定，又能够提供足够的压力达到原煤的干燥效果和分级效果。

本发明具有300t/h处理量，通过刮板控制模型及布料模型的应用，实现给料和刮板机的速度协调。保持既不堆料、堵料，又能达到在流化床进料口形成一定的料封，使流化床顶部保持微负压状态。

该控制技术既在较高水分条件下对煤料进行了选择粉碎，又能将煤料水分控制在较低水平，是在现有焦炉和炼焦生产工艺条件下，提高和稳定焦炭质量，降低炼焦耗热量，降低高炉焦比等行之有效的炼焦煤与处理新技术。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为废气循环系统的流程图；

图2为煤料输送系统的流程图

图3为计算机控制系统配置图；

图4为烟道吸力控制模型；

图5为工艺除尘风机和环境除尘风机的联锁控制图。

具体实施方式

如图1，焦炉烟道废气(约230℃)从3#、4#焦炉总烟道底部通过各自的废气引风机(1#风机1、2#风机2)引出汇总后再通过管道分两路鼓入流化床设备两侧下部，两路共6根支管(每侧各3根)进入流化床3，通过筛板，与原料煤充分接触，使煤中的水分蒸发，达到调湿的目的。该过程要求每座焦炉的烟道吸力保持稳定，风机后压力稳定，从而保证进入流化床的气体压力稳定。从流化床顶部废气由除尘风机4(也称为工艺除尘风机)抽入多管除尘器5和布袋除尘器6分离出细粉后，一部分废气用于分级调湿循环使用，废气(约80℃)通过循环风机7引出后，通过管道8返回到流化床设备分级段。在流化床设备分级段两侧共4根支管(每侧各2根)进入流化床，通过筛板，使原料煤沸腾流化，达到分级的目的。另一部分废气经烟囱9排入大气，排放的废气中粉尘含量达到国家标准。当流化装置停止使用时，烟道废气经设置的气动三通切换阀10，经由管道11直接通过除尘风机4烟囱9排入大气，以确保焦炉总烟道吸力稳定。

如图2，煤料输送系统包括：配煤槽的原料配合煤经M5皮带机，送至新建T-1皮带机，经转运站送至新建T-2皮带机，在T-2皮带机尾部通过均匀送料装置将原料配合煤送至流化床进行调湿分级，合格的细颗粒产品从流化床底部落到成-1皮带机，再转送至成-2皮带机，在成-2皮带机尾部设置溜槽，将成品煤料送至现有的煤-6、煤-7皮带机，经过这两条皮带机分别送往1#、2#煤塔。废气布袋除尘器收集的煤料经过成型机成型后转送至成-1皮带机。流化床内出的粗颗粒煤料(简称粗煤)进入T-3皮带机，经转运站送至T-4，T-4皮带机将粗煤料送至现有破碎室进行破碎，破碎后的煤料被送煤塔。

图3是计算机控制系统配置图。

控制系统采用AB公司的ControlLogix5555控制系统，其硬件构成如图3所示，由上位监控站、现场控制站、通讯网络Ethernet几部分组成。上位监控站包括工程师站及操作员站，现场控制系统一套，包括CPU，本地站一个、远程2个，10台变频器；通过ControlNet与CPU进行数据传送，实现数据采集、回路控制、顺序控制等功能，ControlNet网采用冗余方式；通讯网络Ethernet用于PLC控制系统与上位监控站之间。

其中：VVVF为变频控制器

1756-L55M13为CPU模块

1756-CNBR为远程扩展模块

1756-ENBT为以太网模块

1756-PA75为机架电源模块；其它为输入/输出模块.

有关控制包括：

1、烟道吸力控制模型：如图4，烟道吸力控制模型的建立所依据的因素，选择总管压力、翻板开度、下煤量、刮板速度。模型的建立后，通过PID控制器、变频器去执行，调节热源的供应量、同时保证焦炉总烟道的吸力稳定在500±Pa。

在吸力控制模型中，2台废气引风机、循环废气风机、刮板机、给料机、螺旋输送机、预压机均采用变频控制其运行速度，总烟道吸力、各支管压力设有电动调节阀，实现自动及模型调节，保证，煤料输送实现联锁启停。

2、流化压力的控制：

在调湿段总管、各支管设置压力调节：保证进入流化床调湿段的气体压力稳定在3500±50Pa。

在分级段总管、各支管设置压力调节：保证进入流化床分级段的气体压力稳定在3000±50Pa。

3、流化床废气出口温度的控制：

风机进口管道下部空气流量调节的作用是：当流化床顶部废气出口温度过高(＞80℃)时，补充冷空气以降低该温度。

4、连通管废气流量调节：随下煤量的波动，通过此阀调节放散量，避免引风机转速的频繁波动。

5、引风机废气出口总管流量调节：引风机废气出口合并后的总管流量应稳定在95000m³/h，才能保证流化所需的供气量。

6、布料模型：

通过多点布料，以及在煤仓两端延长布料时间，匹配给料机的转速，实现均匀布料。

7、废气引风机

采用变频控制，其联锁关系：主干投入；VVVF故障检测；轴承温度检测；传动电机的轴承温度超温检测；电机定子温度超温检测；主电机运行检测；流化床设备事故停机检测。

8、电气控制：

系统共有38台、套电机需要控制，其中变频控制有10套。电机功率最大的为250KW，共有4台，132KW 1台、37KW 2台、30KW 1台、15KW 1台、11KW 4台，其余的小于10KW。

所有电气设备的操作均可在主控室HMI上进行，机旁操作仅在调试和紧急状态下使用，机旁操作箱上设有操作地点选择开关，在设备由主控室启动操作运行状态下选择开关打到机旁则设备停止运行，反之亦然。主控室操作在选择开关打到集中位置时有效，分为三种方式：单动、联动、全自动。单动方式由操作工人在HMI上对单台设备进行启停操作。联动方式按照生产工序流程控制要求相关设备可以顺次启停，操作工人只需给出流程上下游设备的启停命令。全自动方式在全流程设备都处于联动方式条件下，由操作工人给出全流程启停命令后系统自动按照生产工序控制要求顺次启停相关设备，至全流程设备正常运行或停止。

在联动和全自动方式下某一设备出现故障停机时，沿物流方向其上游设备立即停止，下游设备运转一段时间等物料排空后停止。

系统安全与运行：系统配有报警器，先启动报警器，再延时启动运行设备。

(1)自动启停顺序

流化床启停

启动：3#螺旋输送机、4#螺旋输送机、5#螺旋输送机、刮板运输机、给料机停止：给料机、刮板运输机、5#螺旋输送机、4#螺旋输送机、3#螺旋输送机系统设备的启停

启动：成品煤料输送机、粗煤返料机、成型机、流化床、原料煤输送机、废气引风机、工艺除尘风机、循环废气引风机

停止：废气引风机、工艺除尘风机、循环废气引风机、原料煤输送机、流化床、成型机粗煤、返料机、成品煤料输送机

(2)废气引风机：共两台，采用变频电气控制，控制功能主要包括：

●通过检测接触器返回、变频器故障、变频器电流信号判断电机工作状态，实现电机电气保护。

●根据仪表检测的振动信号、轴承温度等，进行联锁保护停机。

●电机启动、频率设定可在就地操作箱和HMI画面上操作。

●手动或自动调整变频器频率控制电机转速，与仪表调节阀配合，实现焦炉烟囱压力、调湿烟气压力、分级烟气压力的调节及联锁。

●根据引风机工作状态控制冷却风扇运行，风扇电机电气保护通过检测接触器返回、热继电器故障实现。

(3)给料机：采用变频电气控制，手动或自动调整变频器频率控制电机转速，实现给料速度的调节及联锁。当高料位信号时，降速运行或停止给料，当刮板机故障时，自动停机。

(4)刮板机：采用变频电气控制，根据系统工作状态，手动或自动调整变频器频率控制电机转速，实现刮板机运转速度的调节及联锁。当低料位信号时，降速运行或停止运行，根据刮板机工作状态控制冷却风扇运行。

(5)除尘灰成型联锁控制：

成型机：与成-2皮带工作状态联锁，当成-2皮带故障时，自动停机。

预压机：与成型机工作状态联锁，当成型机故障时，自动停机。

成型机螺旋输送机：与预压机工作状态联锁，当预压机故障时，自动停机。

液压站油泵电机：成型机工作前启动。

(6)工艺除尘风机和环境除尘风机的联锁控制：如图5.

Claims (6)

1.煤的气流分级与调湿技术的自动控制方法，其特征在于，实现气流分级与调湿系统的热源及动力源-焦炉烟道热废气温度、吸力、流量的自动控制，确保焦炉总烟道吸力稳定，同时原料煤调湿分级效果显著，煤料输送畅通，同时，周围环境影响要达到要求。

2.根据权利要求1所述的煤的气流分级分离与调湿技术的自动控制方法，其特征在于，对焦炉烟道热废气的自动控制使得焦炉总烟道吸力稳定在500±50Pa；总烟道电动翻板的开度和废气引风机的转速，应使得引风机废气出口总管流量稳定在95000m3/h；当流化装置故障时，烟道废气经气动三通切换阀，直接通过除尘风机而排入大气，以确保焦炉总烟道吸力稳定。

3.根据权利要求1或2所述的煤的气流分级与调湿技术的自动控制方法，其特征在于，要保证原料煤调湿分级效果显著，流化床内，安装有刮板输送机，煤料在热气流的的作用下沸腾，通过调节溢流堰的高度，使不同比重和尺寸的颗粒，在不同的下料口下料，从而达到分级的目的，较小较轻的煤料悬浮在煤层上部，经溢流板控制流出，由皮带输送机运至煤塔用于炼焦；较粗较重的煤粒则沉在煤层的下部，由刮板机刮出，然后经粉碎机粉碎后再进入煤塔；下煤量、刮板机的运行速度匹配以实现煤料输送的均衡，同时输送设备实现顺启、顺停及联锁启停，以保证煤料输送畅通。

4.根据权利要求3所述的煤的气流分级与调湿技术的自动控制方法，其特征在于，实现煤料输送的均衡，还需要布料均匀，在流化床内形成合适的料层。

5.根据权利要求3所述的煤的气流分级与调湿技术的自动控制方法，其特征在于，工艺及环境除尘收集的除尘灰输送到料仓，料仓经螺旋输送机输送到成型机，成型机设备成型后卸料到指定的皮带，该过程包括螺旋输送机、预压机、成型机、液压站油泵各两套，要求实现系统的自动联锁启停。

6.根据权利要求5所述的煤的气流分级与调湿技术的自动控制方法，其特征在于，工艺除尘用于收集流化床顶部的粉尘，环境除尘用于收集送往焦炉煤塔皮带的粉尘，工艺及环境除尘所用的两个风机的控制必须实现高压风机的设备保护、联锁启停。

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