CN108531681A - 转炉烟气干法除尘自动控制方法 - Google Patents

转炉烟气干法除尘自动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种转炉烟气干法除尘自动控制方法，包括对蒸发冷却器出口温度控制，对蒸发冷却器出口温度控制包括：蒸发冷却器的冷却水管道上以并联方式设置有第一流量调节阀和第二流量调节阀，两个流量调节阀之前设有第一切断阀，该第一切断阀用于切断冷却水；蒸发冷却器的蒸汽管道上设有第二切断阀，用于蒸汽，和/或，氮气的通过；转炉吹炼过程中，当蒸发冷却器的入口温度升至预设温度范围时，两个流量调节阀依据不同工况择一进行调节；第二流量调节阀的调节包括自动串级调节，该自动串级调节包括两个串级的控制器：温度控制器TC和流量控制器FC。该控制方法实现了对蒸发冷却器出口温度以及除尘风机的实时准确控制，从而促进冶炼过程的顺利高效进行。

Description

转炉烟气干法除尘自动控制方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种转炉烟气干法除尘自动控制方法。
背景技术
国内转炉除尘可采用传统的湿法除尘和新型的干法除尘技术处理转炉冶炼过程中的烟气灰尘，回收转炉煤气。
湿法除尘的主要设备由一文、二文、除尘风机、水处理系统等，采用大量的冷却水和喷淋水冷却、净化脏热煤气。湿法除尘的除尘效果差，系统压损大，用水量大，产生的污水需进行二次处理。
干法除尘主要采用蒸发冷却器和高压静电除尘器冷却，净化脏热煤气，回收煤气用煤气冷却器进一步冷却。除尘后的煤气进煤气柜直接利用，粉尘也可以回收利用。
相对于湿法除尘，干法除尘除尘效率高，煤气回收率高。用水少，比起湿法除尘节水2/3左右。而且不产生污水，，从而减少了污水处理的占地面积。由于没有一文、二文等系统阻力件，干法除尘的风机抽力不需太大，从而节约电能，比湿法除尘节电一半以上。
总体来说，干法除尘前期投资高于湿法除尘，但除尘效果好，而且由于节电、节水、煤气回收率高，运行成本远低于湿法除尘。
当前国家对企业的环保节能要求越来越高，由于干法除尘效果更好，市场潜力巨大。
发明内容
有鉴如此，本发明提供一种能够实现对蒸发冷却器出口温度以及除尘风机的实时准确控制，从而促进冶炼过程的顺利高效进行的转炉烟气干法除尘自动控制方法，以解决现有技术中存在的问题。
根据本发明，提供一种转炉烟气干法除尘自动控制方法，包括对蒸发冷却器出口温度控制，所述对蒸发冷却器出口温度控制包括：
蒸发冷却器的冷却水管道上以并联方式设置有第一流量调节阀和第二流量调节阀，所述第二流量调节阀相对所述第一流量调节阀为大口径流量调节阀，所述第一流量调节阀和第二流量调节阀之前设有第一切断阀，该第一切断阀用于切断冷却水；
蒸发冷却器的蒸汽管道上设有第二切断阀，该蒸汽管道用于蒸汽，和/或，氮气的通过；
转炉吹炼过程中，当所述蒸发冷却器的入口温度升至预设温度范围时，第一流量调节阀和第二流量调节阀依据不同工况择一进行调节；
其中，第二流量调节阀的调节包括自动串级调节，该自动串级调节包括两个串级的控制器：温度控制器TC和流量控制器FC。
优选地，当转炉氧气阀没有开到位而蒸发冷却器入口温度高于第一预设温度值时，第一流量调节阀开始调节；
当转炉氧气阀开到位预设时长，蒸发冷却入口温度大于第二预设温度值，除尘系统具备吹炼条件，且所述第二切断阀开到位时，第二流量调节阀开始调节。
优选地，所述第二调节阀在进行自动串级调节之前，首先打开至预设开度，持续一段时间后，进入自动串级调节。
优选地，所述流量控制器FC为主控制器控制水流量，采用PI控制，水流量实测值作为PI控制器的测量值，设定值根据烟气流量、蒸发冷却器进出口温度差计算得出，大口径调节阀设定水量的计算公式为：
mH2O＝CPGas/RH2O*10-3Vn(TE-TA)
式中：mH2O为设定水量，单位m3/h；
CPGas为烟气平均比热，单位KJ/Nm3/k；
RH2O为水汽化热单位KJ/Kg；
Vn为标况下干烟气流量，单位Nm3/h；
TE为蒸发冷却器入口温度，单位℃；
TA为蒸发冷却器出口温度设定值，单位℃。
优选地，所述大口径调节阀设定水量的计算公式中，
CPGas＝1.38KJ/Nm3/k，取决于气体组分和温度；
RH2O＝2500KJ/Kg；
Vn＝FNwet-(Fw+Fst)*1244；
式中：FNwet为标况下湿烟气的流量(单位Nm3/h)；
Fw为水流量(m3/h)；
Fst为蒸汽流量(t/h)。
优选地，所述大口径调节阀设定水量的计算公式简化为mH2O＝0.55*10-6*Vn(TE-TA)。
优选地，还包括对除尘风机的控制，该对除尘风机的控制包括：
除尘风机在非吹炼阶段按照设定的转速运行，转炉氧气阀打开预设时长后进入吹炼阶段，此时，启动两级控制器调节转速，
该两级控制器包括第一控制器和第二控制器，第一控制器为炉口压力控制器，采用PI调节，其输出值作为第二个控制器设定值的比例值，第二控制器为烟气流量控制器，其设定值：
Fset＝K1*K2*FO2式中，
FO2为吹炼氧气流量；
K1为空气系数，这个常数在调试的时候根据经验确定；
K2为第一个控制器的输出。
优选地，K2的取值范围为0.75～1.25。
本发明提供的转炉烟气干法除尘自动控制方法能够在转炉冶炼过程中，实现了对蒸发冷却器出口温度以及除尘风机的实时准确控制，从而促进冶炼过程的顺利高效进行。在对蒸发冷却器出口温度的控制中，能够较早给出合适的喷水量，且烟气组分变化时也能提前相应。在对除尘风机的控制中，将冶炼过程分为了许多小段，每个小段有不同的转速设定值，安全有效；在非冶炼阶段，由于自动识别阶段且转速预设定，确保不会误操作；在冶炼阶段，确保烟尘回收的同时，能自动适配炉口压力，不混入大量空气，从而提高了CO回收率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1示出了根据本发明实施例的转炉烟气干法除尘自动控制方法中的蒸发冷却器的结构示意图。
图中：蒸发冷却器100、第一流量调节阀1、第二流量调节阀2、第一切断阀3、第二切断阀4。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1示出了根据本发明实施例的转炉烟气干法除尘自动控制方法中的蒸发冷却器100的结构示意图。如图1所示，该包括对蒸发冷却器100出口温度控制，下面结合图1对所述对蒸发冷却器100出口温度控制进行具体介绍：
由于转炉冶炼的间断性特点，蒸发冷却器100入口温度和烟气流量变化很快，而温度的控制和测量都有滞后，因此，蒸发冷却器100的出口温度控制是干法除尘自动控制技术的重点和难点之一。
蒸发冷却器100入口和出口各安装两只高温型快速响应热电偶，以准确、快速地测量烟气温度。烟气流量采用静电除尘器出口的文丘里管测量。
转炉烟气经过水冷烟道后到达蒸发冷却器100，此时的温度最高可达到700～1000℃。静电除尘器前的温度要求控制在160～200℃之间，温度太高会损害静电除尘器，太低会降低除尘效果。由于EC至静电除尘器之间有一定的距离，一般将蒸发冷却器100出口温度设定在230～260℃之间。
蒸发冷却器100的冷却水管道上以并联方式设置有第一流量调节阀1和第二流量调节阀2，所述第二流量调节阀2相对所述第一流量调节阀1为大口径流量调节阀，所述第一流量调节阀1和第二流量调节阀2之前设有第一切断阀3，该第一切断阀3用于切断冷却水。
蒸发冷却器100的蒸汽管道上设有第二切断阀4，该蒸汽管道用于蒸汽，和/或，氮气的通过。
控制程序中，吹炼氧气阀打开的同时自动第二切断阀4。转炉吹炼时，蒸发冷却器100入口温度逐渐上升，当高于设定值时，第一切断阀3打开。同时，温度调节器(图中未示)开始自动调节。吹炼结束后，蒸发冷却器100入口温度逐渐下降，降至预设值时，温度调节器停止自动调节。同时，第一切断阀3关闭，第二切断阀4在水切断阀关闭几秒后才关闭，以保证残留水的雾化。在转炉溅渣和炉口清理时，蒸汽阀打开。此时，若蒸发冷却器100入口温度上升至预设值，第一切断阀3打开，同时温度调节控制器启动。
转炉吹炼过程中，当所述蒸发冷却器100的入口温度升至预设温度范围时，第一流量调节阀1和第二流量调节阀2依据不同工况择一进行调节。具体地，当转炉氧气阀没有开到位而蒸发冷却器100入口温度高于第一预设温度值时，第一流量调节阀1开始调节。当转炉氧气阀开到位预设时长，蒸发冷却入口温度大于第二预设温度值，除尘系统具备吹炼条件，且所述第二切断阀4开到位时，第二流量调节阀2开始调节。其中，第二流量调节阀2的调节包括自动串级调节。
该实施例中，第二流量调节阀2开始调节控制的条件中：预设时长为1秒，第二预设温度值为300摄氏度。即，当转炉氧气阀开到位1秒，蒸发冷却器100入口温度大于300℃，除尘系统具备吹炼条件，蒸汽阀开到位四个条件都满足时，第二流量调节阀2开始调节。所述第二调节阀在进行自动串级调节之前，首先打开至预置开度，如50％，亦或者是其他值，具体可根据需要调整。持续一段时间后，如40S(可调整)，大口径调节阀进入自动串级调节。
冶炼结束水阀关闭的同时，第二流量调节阀2自动关闭。
该自动串级调节包括两个串级的控制器：温度控制器TC和流量控制器FC。
所述流量控制器FC为主控制器控制水流量，采用PI控制，水流量实测值作为PI控制器的测量值，设定值根据烟气流量、蒸发冷却器100进出口温度差计算得出，大口径调节阀设定水量的计算公式为：
mH2O＝CPGas/RH2O*10-3Vn(TE-TA) 公式一
式中：mH2O为设定水量，单位m3/h；
CPGas为烟气平均比热，单位KJ/Nm3/k；
RH2O为水汽化热单位KJ/Kg；
Vn为标况下干烟气流量，单位Nm3/h；
TE为蒸发冷却器入口温度，单位℃；
TA为蒸发冷却器出口温度设定值，单位℃。
所述大口径调节阀设定水量的计算公式中，
CPGas＝1.38KJ/Nm3/k，取决于气体组分和温度；
RH2O＝2500KJ/Kg；
Vn＝FNwet-(Fw+Fst)*1244；
式中：FNwet为标况下湿烟气的流量(单位Nm3/h)；
Fw为水流量(m3/h)；
Fst为蒸汽流量(t/h)。
基于上述推导，公式一可简化为：
mH2O＝0.55*10-6*Vn(TE-TA) 公式二
在实际控制中，因为蒸发冷却器热辐射，实际要求的喷射水要小于上述等式计算出来的水量。因此，上述系数在调试过程中需要由经验修正。
上面的公式中忽略了烟气的比热容是随其温度与组分而变化的一个函数，为消除以上扰动变量，得到一个恒定的蒸发冷却器出口温度，增加另外一个温度控制回路作为上述比例控制器的前馈控制，根据这个控制器的输出信号改变计算所得到的水量。为此，增加一个温度PID控制器TC，其设定值为蒸发冷却器出口温度设定值，测量值为蒸发冷却器出口温度实测值，其输出值(此值被限制在0.75～1.25内)乘公式二中FC设定值作为最终FC控制器设定值。
这种控制方式的创新之处在于：计算中综合考虑了烟气流量、水流量、蒸汽流量、蒸发冷却器进出口温度等多重因素，能较早给出合适的喷水量，且烟气组分变化时也能提前相应。
通过调试，蒸发冷却器温度值基本上能控制在预设值±20℃之内，较好地满足了生产要求。
该转炉烟气干法除尘自动控制方法，还包括对除尘风机的控制，下面对除尘风机的控制做具体介绍：
转炉生产分许多阶段，不同阶段的烟尘量不同，所需风机抽力也不同。抽力大小合适与否，直接关系到转炉除尘效果和煤气回收率，也是干法除尘自控技术的关键之一。
干法除尘与转炉本体有通讯信号，包括氧气阀阀位、吹氧流量、停止冶炼信号灯。根据这些信号，判断出转炉当前处于哪个生产阶段，每个阶段给出不同的风机转速预设值。具体数值通过观察冶炼时炉口烟气实况给出。表一给出了一调试项目的设定值作为参考。
阶段编号 冶炼阶段 设定转速
阶段1 停炉阶段 501
阶段2 预装阶段 502
阶段3 装料阶段 2003
阶段4 氧气阀打开阶段 2304
阶段5 吹炼阶段 1955(最低转速设定)，PID控制
阶段5S 加料阶段 原转速+200
阶段5P 脱磷阶段 1855(最低转速设定)，PID控制
阶段6 吹炼结束阶段 2306
阶段7 溅渣护炉阶段 2007
表一
其中，冶炼期会产生大量烟气，而且此阶段为CO生成阶段，在冶炼过程中钢水成分会发生变化，烟气量也随之变化，所以此阶段转速应采用连续调节，以适应烟气变化并提高CO回收率，其余阶段宜采用定转速。
在烟道的肘管出设两个炉口微差压检测。在静电除尘器出口用文丘里管测量烟气流量。
风机在费吹炼阶段按照设定的转速运行，氧气阀打开30秒后进入吹炼阶段，此时，启动两级控制器调节转速。
除尘风机在费吹炼阶段按照设定的转速运行，转炉氧气阀打开预设时长后进入吹炼阶段，此时，启动两级控制器调节转速。
该两级控制器包括第一控制器和第二控制器，第一控制器为炉口压力控制器，采用PI调节，其输出值作为第二个控制器设定值的比例值，第二控制器为烟气流量控制器，其设定值：
Fset＝K1*K2*FO2式中，
FO2为吹炼氧气流量；
K1为空气系数，这个常数在调试的时候根据经验确定；
K2为第一个控制器的输出。
该实施例中，K2的取值范围为0.75～1.25。
这种控制方法的创新之处在于将冶炼过程分为了许多小段，每个小段有不同的转速设定值，安全有效。在非冶炼阶段，由于自动识别阶段且转速预设定，确保不会误操作；在冶炼阶段，确保烟尘回收的同时，能自动适配炉口压力，不混入大量空气，从而提高了CO回收率。
本申请中的转炉烟气干法除尘自动控制方法能够在转炉冶炼过程中，实现了对蒸发冷却器出口温度以及除尘风机的实时准确控制，从而促进冶炼过程的顺利高效进行。在对蒸发冷却器出口温度的控制中，能够较早给出合适的喷水量，且烟气组分变化时也能提前相应。在对除尘风机的控制中，将冶炼过程分为了许多小段，每个小段有不同的转速设定值，安全有效；在非冶炼阶段，由于自动识别阶段且转速预设定，确保不会误操作；在冶炼阶段，确保烟尘回收的同时，能自动适配炉口压力，不混入大量空气，从而提高了CO回收率。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种转炉烟气干法除尘自动控制方法，其特征在于，包括对蒸发冷却器出口温度的控制，所述对蒸发冷却器出口温度控制包括：
蒸发冷却器的冷却水管道上以并联方式设置有第一流量调节阀和第二流量调节阀，所述第二流量调节阀相对所述第一流量调节阀为大口径流量调节阀，所述第一流量调节阀和第二流量调节阀之前设有第一切断阀，该第一切断阀用于切断冷却水；
蒸发冷却器的蒸汽管道上设有第二切断阀，该蒸汽管道用于蒸汽，和/或，氮气的通过；
转炉吹炼过程中，当所述蒸发冷却器的入口温度升至预设温度范围时，第一流量调节阀和第二流量调节阀依据不同工况择一进行调节；
其中，第二流量调节阀的调节包括自动串级调节，该自动串级调节包括两个串级的控制器：温度控制器TC和流量控制器FC。
2.根据权利要求1所述的转炉烟气干法除尘自动控制方法，其特征在于，当转炉氧气阀没有开到位而蒸发冷却器入口温度高于第一预设温度值时，第一流量调节阀开始调节；
当转炉氧气阀开到位预设时长，蒸发冷却入口温度大于第二预设温度值，除尘系统具备吹炼条件，且所述第二切断阀开到位时，第二流量调节阀开始调节。
3.根据权利要求1或2所述的转炉烟气干法除尘自动控制方法，其特征在于，所述第二调节阀在进行自动串级调节之前，首先打开至预设开度，持续一段时间后，进入自动串级调节。
4.根据权利要求1所述的转炉烟气干法除尘自动控制方法，其特征在于，所述流量控制器FC为主控制器控制水流量，采用PI控制，水流量实测值作为PI控制器的测量值，设定值根据烟气流量、蒸发冷却器进出口温度差计算得出，大口径调节阀设定水量的计算公式为：
mH2O＝CPGas/RH2O*10-3Vn(TE-TA)
式中：mH2O为设定水量，单位m3/h；
CPGas为烟气平均比热，单位KJ/Nm3/k；
RH2O为水汽化热单位KJ/Kg；
Vn为标况下干烟气流量，单位Nm3/h；
TE为蒸发冷却器入口温度，单位℃；
TA为蒸发冷却器出口温度设定值，单位℃。
5.根据权利要求4所述的转炉烟气干法除尘自动控制方法，其特征在于，所述大口径调节阀设定水量的计算公式中：
CPGas＝1.38KJ/Nm3/k，取决于气体组分和温度；
RH2O＝2500KJ/Kg；
Vn＝FNwet-(Fw+Fst)*1244；
式中：FNwet为标况下湿烟气的流量(单位Nm3/h)；
Fw为水流量(m3/h)；
Fst为蒸汽流量(t/h)。
6.根据权利要求5所述的转炉烟气干法除尘自动控制方法，其特征在于，所述大口径调节阀设定水量的计算公式简化为mH2O＝0.55*10-6*Vn(TE-TA)。
7.根据权利要求1所述的转炉烟气干法除尘自动控制方法，其特征在于，还包括对除尘风机的控制，该对除尘风机的控制包括：
除尘风机在费吹炼阶段按照设定的转速运行，转炉氧气阀打开预设时长后进入吹炼阶段，此时，启动两级控制器调节转速，
该两级控制器包括第一控制器和第二控制器，第一控制器为炉口压力控制器，采用PI调节，其输出值作为第二个控制器设定值的比例值，第二控制器为烟气流量控制器，其设定值：
Fset＝K1*K2*FO2式中，
FO2为吹炼氧气流量；
K1为空气系数，这个常数在调试的时候根据经验确定；
K2为第一个控制器的输出。
8.根据权利要求2所述的转炉烟气干法除尘自动控制方法，其特征在于，K2的取值范围为0.75～1.25。
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