CN114369693B - 一种富氧高炉供氧系统、供氧方法及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种富氧高炉供氧系统、供氧方法及其控制方法，属于高炉炼铁技术领域，本发明通过设置高炉风口送氧气系统，可以安全、稳定地提高高炉富氧率；通过一次稳压控制阀台和二次双线控制阀台稳定输出氧气满足高炉流水线作业；通过安保应急控制系统，当发生高炉停气、停电或停水等突发情况时，防止各类衍生事故发生；通过设置混合喷吹风口装置解决了工业生产中高炉风口煤气、氧气、热风、煤粉、氮气等多种介质并送的难题。

Description

一种富氧高炉供氧系统、供氧方法及其控制方法
技术领域
本发明属于高炉炼铁技术领域，具体涉及一种富氧高炉供氧系统、供氧方法及其控制方法。
背景技术
高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、熔剂，从炉缸风口吹入经加热的压缩空气、氧气、煤粉、蒸汽。在高温环境下，焦炭中的碳、铁矿石中的氧化物同鼓入高炉的气体介质反应生成带有一氧化碳、二氧化碳、氮气和氢气等物质的煤气，产生的煤气从炉顶排出，煤气在炉内上升过程中，煤气中的一氧化碳和氢气还原铁矿石中的铁氧化物，炉料在下降过程中软融，铁氧化物被还原生成铁水，铁矿石中未被还原的氧化物、熔剂结合生成炉渣，液态渣铁从铁口排出，高炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产高炉渣和高炉煤气。
目前高炉富氧主流技术是将氧气输送管道并入热风管道，氧气随热风一同从风口送风装置送至高炉，其送风装置不具备煤气、氧气、热风、煤粉、氮气等多种介质并送的能力，这种方式送氧，送氧系统压力、流量不稳定性极强，且富氧能力受限，传统高炉富氧技术的高炉富氧率普遍在3-5%之间，富氧率较低，且由于氧气的助燃性，易与高炉内的煤气等发生反应，在高炉系统停电、停水和停气等异常情况下，供氧系统稍有操作不当，容易衍生各类安全事故。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种富氧高炉供氧系统、供氧方法及其控制方法。
本发明采用的技术方案是：一种富氧高炉供氧系统，包括一次稳压控制阀台、二次双线控制阀台、安保应急控制系统和混合喷吹风口装置，一次稳压控制阀台和二次双线控制阀台串联，一次稳压控制阀台包括前部氧气总管，前部氧气总管上设置有氧气压力调节阀PCV121和氧气截止阀FT121，二次双线控制阀台包括第一氧气支管和第二氧气支管，第一氧气支管和第二氧气支管并联，第一氧气支管上设置有氧气流量调节阀FCV122和氧气快切阀ZY122，第二氧气支管上设置有氧气流量调节阀FCV123和氧气快切阀ZY123，二次双线控制阀台后串联有后部氧气总管，安保应急控制系统包括氮气总管、第一氮气支管和第二氮气支管，氮气总管上设置有氮气压力调节阀PCV201和氮气截止阀PT141，第一氮气支管上设置有氮气流量调节阀FCV141和氮气截止阀ZY141，第二氮气支管上设置有氮气截止阀ZY142，第一氮气支管与后部氧气总管连接，后部氧气总管与混合喷吹风口装置连接，第二氮气支管与混合喷吹风口装置连接。
进一步地，所述富氧高炉供氧系统，第一氧气支管、第二氧气支管、第一氮气支管和第二氮气支管上分别设置有止回阀。
优选的，所述富氧高炉供氧系统，其特征在于风口装置包括氧气通道、煤气通道、热风通道、煤粉通道和氮气通道。
本发明还提供了一种富氧高炉供氧方法，包括以下步骤：
（1）设定氮气压力目标值，打开氮气截止阀PT141，氮气压力调节阀PCV201在自动状态，并开始自动跟踪设定压力目标值，设定氧气压力目标值，打开氧气截止阀FT121，氧气压力调节阀PCV121在自动状态并开始自动踪踪设定压力目标值；
（2）打开氮气截止阀ZY141，氮气流量调节阀FCV141预设开度20%；
（3）30-60秒后打开氧气快切阀ZY122，氧气流量调节阀FCV122开始动作，启始开度5%后开始跟踪设定的富氧率流量；或者打开氧气快切阀ZY123，氧气流量调节阀FCV123动作，启始开度5%后开始跟踪设定的富氧率流量；
（4）5分钟内，氧气流量达到设定值70%后，氮气流量调节阀FCV141开始在5分钟内关闭至0%，然后氮气截止阀ZY141关闭。
本发明还提供了一种富氧高炉供氧控制方法，包括以下情形：
（1）氧气或氮气发生波动：
氧气压力调节阀PCV121、氧气流量调节阀FCV122、氧气流量调节阀FCV123、氮气压力调节阀PCV201和氮气流量调节阀FCV141均包括设定值、实际值和阀门开度参数，当设定值和实际值不一致时，阀门开度可根据设定值与实际值的差值进行自动调节，使设定值与实际值保持一致。
（2）高炉出现停气、停电或停水等异常情况：
切断氧气：氧气快切阀ZY122和氧气快切阀ZY123与高炉安全控制器联接，当高炉出现停气、停电或停水等异常情况时，氧气快切阀ZY122或氧气快切阀ZY123自动迅速关闭；
管道通氮：氮气截止阀ZY141和氮气流量调节阀FCV141与后部氧气总管压力设置联锁，当后部氧气总管压力小于0.3MPa时，氮气截止阀ZY141自动迅速打开，氮气流量调节阀FCV141开100%；
炉内通氮：氮气截止阀ZY142与高炉安全控制器联锁，当高炉停气、停电或停水时，氮气截止阀ZY142自动打开。
优选的，所述富氧高炉供氧控制方法，氮气压力调节阀PCV201和氧气压力调节阀PCV121实际值为压力反馈调节，氧气流量调节阀FCV122、氧气流量调节阀FCV123和氮气流量调节阀FCV141实际值为流量反馈调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过高炉风口送氧气系统，可以稳定、高效地提供富氧，提高高炉的富氧率；通过一次稳压控制阀台和二次双线控制阀台稳定输出氧气满足高炉流水线作业；通过安保应急控制系统，当高炉出现停气、停电或停水等异常情况时，防止各类衍生事故发生；通过设置混合喷吹风口装置解决了工业生产中高炉风口煤气、氧气、热风、煤粉、氮气等多种介质并送的难题。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图中：1.前部氧气总管；2.第一氧气支管；3.第二氧气支管；4.后部氧气总管；5.氮气总管；6.第一氮气支管；7.第二氮气支管；8.混合喷吹风口装置；9.氧气压力调节阀PCV121；10.氧气截止阀FT121；11.氧气流量调节阀FCV122；12.氧气快切阀ZY122；13.氧气流量调节阀FCV123；14.氧气快切阀ZY123；15.氮气压力调节阀PCV201；16.氮气截止阀PT141；17.氮气流量调节阀FCV141；18.氮气截止阀ZY141；19.氮气截止阀ZY142；20.止回阀。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1：
请参阅图1，本实施例提供一种富氧高炉供氧系统，包括一次稳压控制阀台、二次双线控制阀台、安保应急控制系统和混合喷吹风口装置，一次稳压控制阀台和二次双线控制阀台串联，一次稳压控制阀台包括前部氧气总管，前部氧气总管上设置有氧气压力调节阀PCV121和氧气截止阀FT121，二次双线控制阀台包括第一氧气支管和第二氧气支管，第一氧气支管和第二氧气支管并联，第一氧气支管上设置有氧气流量调节阀FCV122和氧气快切阀ZY122，第二氧气支管上设置有氧气流量调节阀FCV123和氧气快切阀ZY123，二次双线控制阀台后串联有后部氧气总管，安保应急控制系统包括氮气总管、第一氮气支管和第二氮气支管，氮气总管上设置有氮气压力调节阀PCV201和氮气截止阀PT141，第一氮气支管上设置有氮气流量调节阀FCV141和氮气截止阀ZY141，第二氮气支管上设置有氮气截止阀ZY142，第一氮气支管与后部氧气总管连接，后部氧气总管与混合喷吹风口装置连接，第二氮气支管与混合喷吹风口装置连接。本发明通过在高炉风口设置送氧气系统，可以稳定、高效地提供富氧，提高高炉的富氧率。
所述第一氧气支管、第二氧气支管、第一氮气支管和第二氮气支管上分别设置有止回阀，可以防止氧气或氮气回流。
所述风口装置包括氧气通道、煤气通道、热风通道、煤粉通道和氮气通道，可以进行多种介质并送，提高输送效率。
实施例2：
本实施例提供一种富氧高炉供氧方法，包括以下步骤：
（1）设定氮气压力目标值，打开氮气截止阀PT141，氮气压力调节阀PCV201在自动状态，并开始自动跟踪设定压力目标值，设定氧气压力目标值，打开氧气截止阀FT121，氧气压力调节阀PCV121在自动状态并开始自动踪踪设定压力目标值；
（2）打开氮气截止阀ZY141，氮气流量调节阀FCV141预设开度20%；
（3）30秒后打开氧气快切阀ZY122，氧气流量调节阀FCV122开始动作，启始开度5%后开始跟踪设定的富氧率流量，逐步向高炉内通入氧气；
（4）经过5分钟，氧气流量达到设定值70%，氮气流量调节阀FCV141又经过4分钟关闭至0%，然后氮气截止阀ZY141关闭。
实施例3：
本实施例提供一种富氧高炉供氧方法，包括以下步骤：
（1）设定氮气压力目标值，打开氮气截止阀PT141，氮气压力调节阀PCV201在自动状态，并开始自动跟踪设定压力目标值，设定氧气压力目标值，打开氧气截止阀FT121，氧气压力调节阀PCV121在自动状态并开始自动踪踪设定压力目标值；
（2）打开氮气截止阀ZY141，氮气流量调节阀FCV141预设开度20%；
（3）60秒后打开氧气快切阀ZY123，氧气流量调节阀FCV123动作，启始开度5%后开始跟踪设定的富氧率流量；
（4）经过4分钟，氧气流量达到设定值70%，氮气流量调节阀FCV141又经过5分钟关闭至0%，然后氮气截止阀ZY141关闭。
实施例4：
本实施例提供一种富氧高炉供氧控制方法，包括以下情形：
（1）氧气或氮气发生波动：
氧气压力调节阀PCV121、氧气流量调节阀FCV122、氧气流量调节阀FCV123、氮气压力调节阀PCV201和氮气流量调节阀FCV141均包括设定值、实际值和阀门开度参数，当设定值和实际值不一致时，如前部氧气总管氧气压力设定值为0.6MPa，实际值为0.55MPa，实际值比设定值小，氧气压力调节阀PCV121通过压力反馈，阀门开度根据设定值与实际值的差值开度逐渐增大，使设定值与实际值保持一致。本发明通过一次稳压控制阀台和二次双线控制阀台稳定输出氧气满足高炉流水线作业，通过安保应急控制系统稳定输出氮气。
（2）高炉出现停气、停电或停水等异常情况可采取以下措施：
切断氧气：氧气快切阀ZY122和氧气快切阀ZY123与高炉安全控制器联接，当高炉出现停气、停电或停水等异常情况时，氧气快切阀ZY122自动迅速关闭，切断氧气进料；
管道通氮：氮气截止阀ZY141和氮气流量调节阀FCV141与后部氧气总管压力设置联锁，当后部氧气总管压力为0.29MPa时，氮气截止阀ZY141自动迅速打开，氮气流量调节阀FCV141开100%，防止炉内高温气体倒窜入氧气管道发生危险事故；
炉内通氮：氮气截止阀ZY142与高炉安全控制器联锁，当高炉出现停气、停电或停水等异常情况时，氮气截止阀ZY142自动打开，向高炉内通入氮气抑制炉内反应的进行，防止危险发生。
所述氮气压力调节阀PCV201和氧气压力调节阀PCV121实际值为压力反馈调节，氧气流量调节阀FCV122、氧气流量调节阀FCV123和氮气流量调节阀FCV141实际值为流量反馈调节。
实施例5：
本实施例与实施例4不同之处在于，当高炉出现停气、停电或停水等异常情况时可采取以下措施：
切断氧气：氧气快切阀ZY122和氧气快切阀ZY123与高炉安全控制器联接，当高炉出现停气、停电或停水等异常情况时，氧气快切阀ZY123自动迅速关闭，切断氧气进料；
管道通氮：氮气截止阀ZY141和氮气流量调节阀FCV141与后部氧气总管压力设置联锁，当后部氧气总管压力为0.20MPa时，氮气截止阀ZY141自动迅速打开，氮气流量调节阀FCV141开100%，防止炉内高温气体倒窜入氧气管道发生危险事故；
炉内通氮：氮气截止阀ZY142与高炉安全控制器联锁，当高炉出现停气、停电或停水等异常情况时，氮气截止阀ZY142自动打开，向高炉内通入氮气抑制炉内反应的进行，防止危险发生。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种富氧高炉供氧方法，其特征在于：该供氧方法对应的供氧系统包括包括一次稳压控制阀台、二次双线控制阀台、安保应急控制系统和混合喷吹风口装置，一次稳压控制阀台和二次双线控制阀台串联，一次稳压控制阀台包括前部氧气总管，前部氧气总管上设置有氧气压力调节阀PCV121和氧气截止阀FT121，二次双线控制阀台包括第一氧气支管和第二氧气支管，第一氧气支管和第二氧气支管并联，第一氧气支管上设置有氧气流量调节阀FCV122和氧气快切阀ZY122，第二氧气支管上设置有氧气流量调节阀FCV123和氧气快切阀ZY123，二次双线控制阀台后串联有后部氧气总管，安保应急控制系统包括氮气总管、第一氮气支管和第二氮气支管，氮气总管上设置有氮气压力调节阀PCV201和氮气截止阀PT141，第一氮气支管上设置有氮气流量调节阀FCV141和氮气截止阀ZY141，第二氮气支管上设置有氮气截止阀ZY142，第一氮气支管与后部氧气总管连接，后部氧气总管与混合喷吹风口装置连接，第二氮气支管与混合喷吹风口装置连接；供氧方法包括以下步骤：
（1）设定氮气压力目标值，打开氮气截止阀PT141，氮气压力调节阀PCV201在自动状态，并开始自动跟踪设定压力目标值，设定氧气压力目标值，打开氧气截止阀FT121，氧气压力调节阀PCV121在自动状态并开始自动跟踪设定压力目标值；
（2）打开氮气截止阀ZY141，氮气流量调节阀FCV141预设开度20%；
（3）30-60秒后打开氧气快切阀ZY122，氧气流量调节阀FCV122开始动作，启始开度5%后开始跟踪设定的富氧率流量；或者打开氧气快切阀ZY123，氧气流量调节阀FCV123动作，启始开度5%后开始跟踪设定的富氧率流量；
（4）5分钟内，氧气流量达到设定值70%后，氮气流量调节阀FCV141开始在5分钟内关闭至0%，然后氮气截止阀ZY141关闭。
2.根据权利要求1所述的一种富氧高炉供氧方法，其特征在于第一氧气支管、第二氧气支管、第一氮气支管和第二氮气支管上分别设置有止回阀。
3.根据权利要求2所述的一种富氧高炉供氧方法，其特征在于混合喷吹风口装置包括氧气通道、煤气通道、热风通道、煤粉通道和氮气通道。
4.一种富氧高炉供氧控制方法，其特征在于：该供氧控制方法对应的供氧系统包括包括一次稳压控制阀台、二次双线控制阀台、安保应急控制系统和混合喷吹风口装置，一次稳压控制阀台和二次双线控制阀台串联，一次稳压控制阀台包括前部氧气总管，前部氧气总管上设置有氧气压力调节阀PCV121和氧气截止阀FT121，二次双线控制阀台包括第一氧气支管和第二氧气支管，第一氧气支管和第二氧气支管并联，第一氧气支管上设置有氧气流量调节阀FCV122和氧气快切阀ZY122，第二氧气支管上设置有氧气流量调节阀FCV123和氧气快切阀ZY123，二次双线控制阀台后串联有后部氧气总管，安保应急控制系统包括氮气总管、第一氮气支管和第二氮气支管，氮气总管上设置有氮气压力调节阀PCV201和氮气截止阀PT141，第一氮气支管上设置有氮气流量调节阀FCV141和氮气截止阀ZY141，第二氮气支管上设置有氮气截止阀ZY142，第一氮气支管与后部氧气总管连接，后部氧气总管与混合喷吹风口装置连接，第二氮气支管与混合喷吹风口装置连接；供氧控制方法包括以下情形：
（1）氧气或氮气发生波动：
氧气压力调节阀PCV121、氧气流量调节阀FCV122、氧气流量调节阀FCV123、氮气压力调节阀PCV201和氮气流量调节阀FCV141均包括设定值、实际值和阀门开度参数，当设定值和实际值不一致时，阀门开度根据设定值与实际值的差值进行自动调节，使设定值与实际值保持一致；
（2）高炉出现停气、停电或停水异常情况：
切断氧气：氧气快切阀ZY122和氧气快切阀ZY123与高炉安全控制器联接，当高炉出现停气、停电或停水异常情况时，氧气快切阀ZY122或氧气快切阀ZY123自动迅速关闭；
管道通氮：氮气截止阀ZY141和氮气流量调节阀FCV141与后部氧气总管压力设置联锁，当后部氧气总管压力小于0.3MPa时，氮气截止阀ZY141自动迅速打开，氮气流量调节阀FCV141开100%；
炉内通氮：氮气截止阀ZY142与高炉安全控制器联锁，当高炉停气、停电或停水时，氮气截止阀ZY142自动打开。
5.根据权利要求4所述的一种富氧高炉供氧控制方法，其特征在于氮气压力调节阀PCV201和氧气压力调节阀PCV121实际值为压力反馈调节，氧气流量调节阀FCV122、氧气流量调节阀FCV123和氮气流量调节阀FCV141实际值为流量反馈调节。
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