CN1037541A - 高炉煤气降温控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为高炉煤气降温控制方法，特别适用于高 炉煤气干式布袋除尘时的煤气降温控制。本发明把 干式除尘入口处做为温度控制点，并同时考虑到高炉 炉顶煤气温度及其变化速率、干式除尘入口温度及该 处温度设定值、系统环境温度及煤气流量的变化，经 微机运算后控制设在重力除尘器内的喷嘴的喷水 量。本发明还提出了新的喷嘴设置方式，从而确保使 用上述温控方法的系统准确可靠、反应灵敏并降温速 度快。

Description

本发明公开了一种高炉煤气降温控制方法，属高炉集尘控制技术和被清洗气体的调节技术领域。本发明特别适用于高炉煤气干式布袋除尘时的煤气降温控制及干式电除尘时的气体降温增湿控制，也适用于有色金属冶炼、水泥等工业中的干式除尘、降温、增湿控制。
由于高炉炉顶煤气温度变化很大，大中型高炉使用热矿时一般为300°～400°，使用冷矿时为150°～250°，当高炉异常如管道行程时，温度可达700℃，即使目前在干式布袋除尘系统中所应用的耐高温最好的玻璃纤维布袋（250°～300℃）也极易被烧坏。在干式电除尘系统中高炉煤气表现出温度高，湿度极小，比电阻大，不利于除尘。为了能使干式布袋除尘更经济有效地在高炉生产中应用，通常更好的做法是通过设置在高炉炉顶内或重力除尘器内的喷咀喷水雾，水雾吸热蒸发而使煤气降温。由此产生通过控制液体喷射量来控制高炉煤气温度的控制方法，特别是通过测量高炉煤气温度及流量控制液体喷射量从而控制高炉煤气温度的反馈控制方法。但目前已有的反馈控制方法都存在一定的缺陷，如日本特开昭57-164903、特开昭57-161010、特开昭57-161008、特开昭57-161011、特开昭57-161009及特开昭57-174404专利文献中所公开的高炉煤气控制方法都是将温度控制点定在干式除尘出口处，即将干式除尘出口处温度检测信号与在该处的温度设定值进行比较，其偏差信号一般经流量校正后控制液体喷射量。由于干式布袋除尘器的容积很大，对干式除尘入口处的温度变化有吸收缓冲作用，入口处温度变化的大小是出口处的几倍且有时间滞后问题，由于入口处温度变化不能及时准确地在出口处反映出来，因此根据干式除尘出口温度检测信号控制喷水雾量无法准确控制干式除尘入口温度，必定会出现入口温度过高烧坏布袋或过低结露现象。由于上述原因，为防止高炉炉顶煤气温度急增时烧坏布袋，上述6个日本专利公开均采用了前馈控制方法，即根据高炉炉顶煤气温度检测信号或其微分信号经时间滞后或再经煤气流量修正对煤气温度预控制。由于这些前馈控制方法都只考虑了炉顶温度变化情况即量值或趋势的一个方面，因此前馈控制效果不理想，从而影响到整个控制系统的灵敏性和准确性。如中国引进的太钢1200m3高炉布袋除尘就采用上述控制方法，其布袋除尘入口温度波动范围为±38℃，当不需喷水时仍然在喷一部分水。日本专利特开昭57-174404不仅采用了上述前馈和干式除尘出口控温反馈控制方法，而且还对重力除尘出口处温度检测信号进行微分取值，以该点的温度增减速率即温度变化趋势对喷水量进行控制，以防止由于控温点的时间滞后而造成干式除尘入口温度上升时不能及时喷水降温，温度下降时又过于冷却。但仅以重力除尘出口温度变化趋势参与喷水量控制仍然不能灵敏准确地控制干式除尘入口温度还会使温控系统产生振荡而失控。另外，已有的高炉煤气温度控制方法中都没有考虑从高炉炉顶到重力除尘器出口通道间的散热量，更没有把该散热量参与控制运算。做为大管道、长距离及环境温度变化极大的情况，散热量对于精确控制进入干式除尘器的煤气温度是不可忽视的。通常，散热降温可达70～100°，考虑到这一点就可保证温度控制系统的长期准确性。除控制方法外，凡利用喷水雾进行煤气降温的其喷咀在重力除尘器或高炉炉顶内的设置均为水平方向，即水雾喷射方向与气流方向垂直。其缺点之一是体积传热系统小，蒸发时间长，降温速度慢;另一缺点是当喷咀喷水射程长时，其水雾还未完全蒸发之前就碰到容器外壳上，部分水不能立即蒸发，造成最小喷水量过大，使温控系统的检测信号失实，从而降低了温度控制系统的灵敏性与准确性。
本发明的目的旨在根据上述问题对现有的高炉煤气温度控制方法及降温液体喷咀的布置方式进行改进，以得到一种能将进入滤袋除尘器的煤气温度控制在一定范围即滤袋所允许的最高温度以下，煤气露点以上的任意温度区间，以保证某些材质的滤袋正常工作，延长其使用寿命并长期准确可靠、反应灵敏、降温速度快的温度控制方法，及使喷射的水雾体积传热系数大，蒸发完全且时间短，降温速度快的喷咀布置方式，以确保温控系统准确度高、灵敏性好。
为实现上述目的，本发明是这样实现的：检测高炉炉顶、干式除尘入口煤气温度及系统环境温度，同时检测干式除尘出口处的煤气流量，将干式除尘入口煤气温燃觳庑藕庞敫么ξ露壬瓒ㄖ到斜冉希淦?信号经PID（比例积分微分运算器）运算后输出温控偏差喷水量信号;另外将影响从高炉炉顶到重力除尘出口间通道散热器的主要参数-系统环境温度检测信号、干式除尘入口煤气温度检测信号及该处温度设定值、经时间滞后运算的高炉炉顶出口煤气温度检测信号及其微分信号一同输入到加法器中进行运算，其加法信号再进入乘法器与煤气流量检测信号相乘后输出计算喷水量信号，将上述偏差喷水量信号与计算喷水量信号加在一起控制水量调节阀的开度从而控制喷水量。同时均匀设置在重力除尘器或高炉炉顶内四周由外围向内喷射的可调回流水喷咀，使液体喷射方向与高炉煤气的流动方向呈小于90°的夹角。
与现有技术相比，本发明由于把能真实反映进入干式除尘器煤气温度的干式除尘入口煤气温度作为干式除尘的温度控制点，并对该处温度信号及其与设定值偏差信号、高炉炉顶温度检测信号及其微分信号、系统散热量及煤气流量进行综合运算后控制喷水雾量，因此可保持长期温度控制准确可靠、系统反应灵敏、降温速度快。另外，由于喷咀新的设置方式，液体喷射方向与气流方向呈小于90°的夹角，由此产生与煤气流动方向一致的水雾运动分量，增加了雾滴与煤气的接触机会，使喷射的水雾体积传热系数大，蒸发完全且时间短，降温速度快，为更好地实现上述温控方法提供了依据。
附图为高炉煤气降温控制方法实施例。
下面结合实施例附图对本发明做进一步更详细的描述：
如图所示，高炉炉顶煤气排出后经重力除尘器2和干式布袋除尘器3除尘。重力除尘器内装有喷咀4，该喷咀由马达5驱动泵6供水，其喷水雾量由调节阀7控制。干式除尘器3的入口设温度计10，其检测出的温度T2信号在温度调节器16中与温度设定值SP相减，其偏差信号经PID运算输出并做为加法器19的输入。高炉1炉顶设温度计9，其检测出的温度T1信号与该信号经微分器13运算输出的温度增减速率一同输入到加法器14中，其加法信号经纯滞后运算器15输入到加法器17中，并与温度设定值SP、温度计10及温度计12的检测信号相加，运算结果输入至乘法器18中与在干式除尘出口处设的流量计11检测出的煤气流量F2信号相乘，乘算结果作为加法器19的输入，其中温度计12设置在系统环境大气中用于检测系统环境温度T3。温度调节器16与乘法器18的输出经加法器19加法运算输出至水量调节器20控制调节阀7的开度。
当温度T1上升时，微分器13与加法器14将其温升速率与温度值输入到纯滞后运算器15中，纯滞后运算器15补偿煤气由高炉1炉顶出口到重力除尘器2的滞后时间，再通过加法器17综合计算输出至乘法器18，经煤气流量F2乘算后通过加法器19成为需要增加喷水量的大小与增加喷水量的速率控制信号，再经过水量调节器20使调节阀7在温度下升高时的煤气到达重力除尘器2时开度减小，喷水量增大，使煤气温度降下来。反之，温度T1下降时则与上述作用相反，这就是前馈控制过程。
当前馈控制未能使进入干式除尘器3的煤气温度降到要求的温度设定值SP时，就表现出温度T2升高，温度T2检测信号输入至温度调节器16中与设定值SP比较，其偏差信号经PID运算输出经加法器19至水量调节器20，控制调节阀7进一步减小开度，喷水量增加。反之，若前馈控制作用使温度T2过低时则与上述作用相反，将控制调节阀7增大开度，使喷水量减小，这就是反馈控制过程。
当高炉煤气流量变化时，则通过乘法器18修正计算喷水量的大小，再经加法器19至水量调节器20改变调节阀7的开度，使得喷水量大小适应煤气流量的变化。
随着系统环境温度T3的变化，从高炉1炉顶到干式除尘器3入口间的管道散热量将改变，在加法器17中引入温度T3检测信号，以修正计算喷水量信号的大小。
干式除尘入口温度设定值SP根据不同的干式除尘器对入口温度的要求而设定，当干式除尘器3入口温度设定值SP改变后，一方面通过加法器17使煤气量所需喷水量即计算喷水量改变，另一方面经温度调节器使偏差喷水量改变。
另外，均匀设置在重力除尘器或高炉炉顶内四周的可调回流水喷咀，其喷射液体方向与高炉煤气的流动方向呈小于90°的夹角，一般为30°～70°，具体值根据其安装位置和安装容器的结构而定。

Claims (2)

1、一种高炉煤气降温控制方法，根据高炉炉顶煤气温度、干式除尘入口煤气温度及煤气流量的检测信号控制在从高炉炉顶到干式除尘之间的煤气通道上或重力除尘器内设置的喷咀的液体喷射量，以此对高炉煤气的降温进行控制，其特征在于将干式除尘入口煤气温度检测信号与该处温度设定值进行比较，其偏差信号经PID(比例积分微分运算器)运算后输出温控偏差喷水量信号，另外将影响从高炉炉顶到重力除尘出口通道散热量的主要参数--系统环境温度检测信号、干式除尘入口煤气温度检测信号及该处温度设定值、经时间滞后运算的高炉炉顶出口煤气温度检测信号及其微分信号一同输入到加法器中进行运算，其加法信号再进入乘法器与煤气流量检测信号相乘后输出计算喷水量信号，将上述偏差喷水量信号与计算喷水量信号加在一起控制水量调节阀的开度，从而控制喷水量。
2、为确保上述高炉煤气降温控制方法的灵敏性与准确性，均匀设置在重力除尘器或高炉炉顶内四周的可调回流水喷嘴由外围向内喷射液体，其特征在于喷咀的布置使液体喷射方向与高炉煤气的流动方向呈小于90°的夹角。
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