CN108359761A - 一种高炉喷煤支管均匀喷吹系统控制方法及系统 - Google Patents

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单世强
宋鹏亮
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Abstract

本发明涉及冶金高炉炼铁及自动化技术领域，特别涉及一种高炉喷煤支管均匀喷吹系统控制方法及系统。通过电子称称取喷煤总量M，利用PLC控制系统计算喷煤支管的理论喷煤量M1；通过微波传感器进一步计算出实际喷煤量M2；通过比较M1和M2的大小对喷煤调节阀进行调节；当煤粉浓度m小于3％时启动吹堵，实现喷煤支管稳定均匀喷吹。本发明高炉喷煤支管均匀喷吹系统控制方法可以实现各个支管煤粉喷吹的稳定性和均匀性，实现煤粉在高炉内充分燃烧，大大提高原料的使用效率。

Description

一种高炉喷煤支管均匀喷吹系统控制方法及系统
技术领域
本发明涉及冶金高炉炼铁及自动化技术领域，特别涉及一种高炉喷煤支管均匀喷吹系统控制方法及系统。
背景技术
近十几年来，中国钢铁工业飞速发展，但是，资源与能源的短缺是制约中国炼铁工业发展的重要因素。中国钢铁工业的任务是在尽可能降低自然资源与能源消耗的前提下，保持钢铁工业飞速发展。高炉炼铁是整个钢铁工序中耗能和排放最大的环节，这是由高炉通过碳脱氧还原的本质特征所导致的。随着焦煤资源的逐渐紧缺，煤焦价格差距将逐渐加大，焦炭用量成为影响炼铁成本的主要因素，而高炉喷吹仍然是目前及未来高炉节焦降耗的主流。
煤焦置换比是衡量喷煤效果的重要指标，利用煤焦置换比可以确定最优的喷煤量。在一定冶炼条件下，置换比与喷煤量的关系是遵循递减规律的，即随着喷煤量的增加，置换比将会降低。置换比的降低有可能导致燃料比过高，造成经济上不合算的情况，这时进一步扩大喷吹量只能造成喷吹燃料的浪费。
目前国内关于喷煤支管在线均匀调节控制系统还处于空白状态，对喷煤支管有相关防赌在线测量设备，无法达到调节作用。当前喷煤支管煤粉的流动性容易受煤粉质量、颗粒、高炉炉况波动、分配器等影响，因此喷煤支管喷吹不均匀、不稳定影响高炉燃烧的分布，严重影响喷煤原料的燃烧效率。因此，通过在线对高炉喷煤支管喷煤量进行调节，保证高炉喷煤的稳定均匀尤其重要。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供一种高炉喷煤支管均匀喷吹系统控制方法及系统。
本发明的技术方案为：
一种高炉喷煤支管均匀喷吹系统控制方法，包括如下步骤：
(1)通过设置在喷吹罐上的称重装置，称取喷煤总量M，并将信号传输至PLC控制系统；
(2)通过PLC控制系统计算喷煤支管的理论喷煤量M1，所述理论喷煤量M1＝M/N，其中：N是喷煤支管的数量；
(3)在喷煤支管上设置微波传感器，通过微波传感器测出喷煤支管内煤粉的浓度m和流速V；
(4)所述测出的煤粉的浓度m和流速V通过信号电缆传输到PLC控制系统，通过PLC控制系统计算出实际喷煤量M2；
(5)在喷煤支管上设置喷煤调节阀，当实际喷煤量M2>理论喷煤量M1时,通过PLC控制系统调节喷煤调节阀，让其开度变大；当实际喷煤量M2<理论喷煤量M1时,通过PLC控制系统调节喷煤调节阀，让其开度变小；当实际喷煤量M2与理论喷煤量M1误差在2％时，停止调节实现稳定均匀喷吹；
(6)当喷煤支管中煤粉的浓度m小于在PLC系统中所设定的阈值时，由PLC控制系统控制打开氮气总管和氮气支管上的阀门并关闭喷煤总管上的阀门a进行吹堵，吹通后打开阀门a、关闭氮气总管和氮气支管上的阀门进行正常喷吹煤粉。
进一步的，所述称重装置设置为电子称。
进一步的，所述M2＝V×t×S×m，其中：V是煤粉流速；t是单位时间；S是喷煤支管截面积；m是煤粉浓度。
进一步的，所述阈值设置为3％。
一种高炉喷煤支管均匀喷吹系统，包括喷吹罐、设置在喷吹罐上的称重装置、与喷吹罐连接的喷煤总管、设置在喷煤总管上的阀门a、与喷煤总管连接的分配器、与分配器连接的喷煤支管、设置在喷煤支管上的喷煤调节阀和微波传感器，还包括氮气罐、与氮气罐连接的氮气总管和氮气支管、设置在氮气总管上的阀门b、设置在氮气支管上的反吹阀门以及PLC控制系统；所述氮气总管与喷煤总管连通，所述氮气支管与喷煤支管连通，所述称重装置、阀门a、分配器、喷煤调节阀、微波传感器、阀门b、反吹阀门与PLC控制系统连接。
进一步的，所述称重装置设置为电子称。
进一步的，所述微波传感器包括表头、微波雷达和底座，所述表头内设置智能变送器和智能显示终端。
本发明的有益效果是：
本发明高炉喷煤支管均匀喷吹系统控制方法可以实现各个支管煤粉喷吹的稳定性和均匀性，实现煤粉在高炉内充分燃烧，大大调高原料的使用效率。
附图说明
图1是本发明发明炉喷煤支管均匀喷吹系统的安装图。
图2是本发明提炉喷煤支管均匀喷吹系统控制方法的流程图。
图3是微波传感器的结构示意图。
其中，1、喷吹罐；2、电子称；3、阀门a；4、喷煤总管；5、分配器；6、喷煤调节阀；7、喷煤支管；8、微波传感器；81、智能变送器；82、智能显示终端；83、微波雷达；84、底座；9、氮气支管；10、反吹阀门；11、氮气总管；12、氮气罐；13、阀门b。
具体实施方式
以下参照附图对本发明进行更加详细的说明，但不作为对本发明的限定。
如图1至3所示，一种高炉喷煤支管均匀喷吹系统，包括喷吹罐1、设置在喷吹罐1上的电子称2、与喷吹罐1连接的喷煤总管4、设置在喷煤总管4上的阀门a 3、与喷煤总管4连接的分配器5、与分配器5连接的喷煤支管7、设置在喷煤支管7上的喷煤调节阀6和微波传感器8，还包括氮气罐12、与氮气罐12连接的氮气总管11和氮气支管9、设置在氮气总管11上的阀门b13、设置在氮气支管9上的反吹阀门10以及PLC控制系统；所述氮气总管11与喷煤总管4连通，所述氮气支管9与喷煤支管7连通，所述电子称2、阀门a 3、分配器5、喷煤调节阀6、微波传感器8、阀门b 13、反吹阀门10与PLC控制系统连接。
上述喷吹系统的控制方法，包括如下步骤：
(1)通过设置在喷吹罐1上的电子称2，称取喷煤总量M，并将信号传输至PLC控制系统；
(2)通过PLC控制系统计算喷煤支管7的理论喷煤量M1，所述理论喷煤量M1＝M/N，其中：N是喷煤支管的数量；
(3)在喷煤支管7上设置微波传感器8，述微波传感器8利用微波多普勒原理和对应的算法，测量出喷煤支管7内煤粉的浓度m和流速V；
(4)所述测出的煤粉的浓度m和流速V通过信号电缆传输到PLC控制系统，通过PLC控制系统计算出实际喷煤量M2，所述M2＝V×t×S×m，其中：V是煤粉流速；t是单位时间；S是喷煤支管截面积；m是煤粉浓度；
(5)在喷煤支管7上设置喷煤调节阀6，当实际喷煤量M2>理论喷煤量M1时,通过PLC控制系统调节喷煤调节阀6，让其开度变大；当实际喷煤量M2<理论喷煤量M1时,通过PLC控制系统调节喷煤调节阀6，让其开度变小；当实际喷煤量M2与理论喷煤量M1误差在2％时，停止调节实现稳定均匀喷吹；
(6)当喷煤支管7中煤粉浓度m小于3％时，由PLC控制系统控制打开氮气总管11上的阀门b 13和氮气支管9上的反吹阀门10并关闭喷煤总管4上的阀门a 3进行吹堵，吹通后打开阀门a 3、关闭氮气总管11上的阀门b 13和氮气支管9上的反吹阀门10进行正常喷吹煤粉。
所述微波传感器包括表头、微波雷达83和底座84，所述表头内设置智能变送器81和智能显示终端82。采用微波传感器测出煤粉支管内煤粉的浓度m和流速V的方法如下：
ωd＝±(2vω/c)
其中：ωd就是多普勒变化频率,微波波源发射信号频率ω一定时，ωd与目标径向速度v成正比；当管道煤粉向微波雷达运动时，多普勒频率为正值，接收信号频率高于发射信号频率；而当目标背离微波雷达运动时，多普勒频率为负值，接收信号频率低于发射信号频率；由已知的发射信号频率ω，测量出多普勒频率ωd，就可以由上式计算出目标的运动速度v。
Δu＝f(m.c)
其中，Δu就是微波频率衰减的电压差值，m是煤粉浓度，c为煤粉的固定介质常数，通过上述的连续函数关系可以计算出管道内煤粉的浓度m。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高炉喷煤支管均匀喷吹系统控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过设置在喷吹罐上的称重装置，称取喷煤总量M，并将信号传输至PLC控制系统；
(2)通过PLC控制系统计算喷煤支管的理论喷煤量M1，所述理论喷煤量M1＝M/N，其中：N是喷煤支管的数量；
(3)在喷煤支管上设置微波传感器，通过微波传感器测出喷煤支管内煤粉的浓度m和流速V；
(4)所述测出的煤粉的浓度m和流速V通过信号电缆传输到PLC控制系统，通过PLC控制系统计算出实际喷煤量M2；
(5)在喷煤支管上设置喷煤调节阀，当实际喷煤量M2>理论喷煤量M1时,通过PLC控制系统调节喷煤调节阀，让其开度变大；当实际喷煤量M2<理论喷煤量M1时,通过PLC控制系统调节喷煤调节阀，让其开度变小；当实际喷煤量M2与理论喷煤量M1误差在2％时，停止调节实现稳定均匀喷吹；
(6)当喷煤支管中煤粉的浓度m小于在PLC系统中所设定的阈值时，由PLC控制系统控制打开氮气总管和氮气支管上的阀门并关闭喷煤总管上的阀门a进行吹堵，吹通后打开阀门a、关闭氮气总管和氮气支管上的阀门进行正常喷吹煤粉。
2.根据权利要求1所述的一种高炉喷煤均匀喷吹系统控制方法，其特征在于：所述称重装置设置为电子称。
3.根据权利要求1所述的一种高炉喷煤均匀喷吹系统控制方法，其特征在于：所述M2＝V×t×S×m，其中：V是煤粉流速；t是单位时间；S是喷煤支管截面积；m是煤粉浓度。
4.根据权利要求1所述的一种高炉喷煤均匀喷吹系统控制方法，其特征在于：所述阈值设置为3％。
5.一种高炉喷煤支管均匀喷吹系统，其特征在于：包括喷吹罐、设置在喷吹罐上的称重装置、与喷吹罐连接的喷煤总管、设置在喷煤总管上的阀门a、与喷煤总管连接的分配器、与分配器连接的喷煤支管、设置在喷煤支管上的喷煤调节阀和微波传感器，还包括氮气罐、与氮气罐连接的氮气总管和氮气支管、设置在氮气总管上的阀门b、设置在氮气支管上的反吹阀门以及PLC控制系统；所述氮气总管与喷煤总管连通，所述氮气支管与喷煤支管连通，所述称重装置、阀门a、分配器、喷煤调节阀、微波传感器、阀门b、反吹阀门与PLC控制系统连接。
6.根据权利要求5所述的一种高炉喷煤均匀喷吹系统，其特征在于：所述称重装置设置为电子称。
7.根据权利要求5所述的一种高炉喷煤均匀喷吹系统，其特征在于：所述微波传感器包括表头、微波雷达和底座，所述表头内设置智能变送器和智能显示终端。
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