高爐爐頂壓力調節(jié)閥控制

                              高爐爐頂壓力調節(jié)閥控制

                               上海申弘閥門有限公司

之前介紹高壓管路氮氣減壓閥組協(xié)調工作，現(xiàn)在介紹高爐爐頂壓力調節(jié)閥控制在高爐煉鐵中，爐頂煤氣壓力的控制對高爐穩(wěn)定生產，降低高爐焦比，增加TRT發(fā)電量起到了重要的作用，過大的爐頂壓力波動會對料流速度、氣流分布、爐況順行有較大的制約，甚至會導致崩料、懸料。隨著國家加速淘汰落后產能，新上的高爐項目都是在1000m3以上，均采用高壓操作，頂壓一般達到0.2～0.25MPa，本文對某鋼廠1580m3高爐建立了模糊PID組合調節(jié)的高爐爐頂調壓閥組控制系統(tǒng)，投產后的生產數據表明，本文介紹的調壓閥組控制系統(tǒng)快速響應爐頂壓力的劇烈波動的同時控制精度也很好，對穩(wěn)定爐況起到了積極的作用。介紹了高爐煤氣調壓閥組先后使用的3種閥液壓系統(tǒng)的性能特點，通過分析，采用液壓比例閥的液壓系統(tǒng)以實現(xiàn)閥的快開功能。針對高爐調壓閥組設備易磨損、泄漏等故障問題,進行了原因分析與改進,延長了設備壽命,為高爐生產奠定了良好的設備基礎。TYFZ型煤氣調壓閥組適用于煉鐵廠高爐系統(tǒng)，通過對氣體介質流量調節(jié)來保證爐頂壓力穩(wěn)定在一定范圍內。安裝于除塵裝置(濕式除 塵或干式除塵)之后的凈煤氣管道上。也適用干其它對需要通過流量、壓力調節(jié)保持穩(wěn)定生產的氣體介質管路系統(tǒng)。

高爐調壓閥組TYFZ-10

電動三偏心硬密封蝶閥，中間連通管為手動 介質：高爐煤氣 調壓閥組接口尺寸： Φ1220x8 閥前壓力：0.10Mpa 閥后壓力：10Kpa 工作溫度：80-300℃ 環(huán)境溫度： -0~55℃ 煤氣流量： 正常：4x104Nm3/h 大：5x104Nm3/h 泄露率：0 煤氣含塵量： ≤10mg/ Nm4

臺

1

1.調壓閥組工藝概況 高爐生產過程中產生的高爐煤氣，通過爐頂上升管、中立除塵器、干式布袋除塵器，進入調壓閥組與TRT，經過調壓閥組與TRT流量調節(jié)，匯入凈煤氣環(huán)網。整個煉鐵過程是在密閉容器內，過程參數間的關系是非線性、強耦合、不均勻的，高爐內化學物理變引起的煤氣量變化，熱風爐換爐，間歇上料，料罐均壓放散，鼓風機的風量風壓變化都會影響爐頂頂壓穩(wěn)定。調壓閥組是由3個DN900、一個DN500口徑閥門所組成的閥組，與TRT設備并列。傳統(tǒng)控制方法有逐個閥門開關和所有閥門聯(lián)合動作兩種方式，前一種方式動作較慢，遇到頂壓波動大時響應速度慢，后一種方式響應速度快但是控制精度低。

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥高爐煤氣減壓閥消聲器系阻性片式消聲裝置，內部采用煤塵清洗措施，吸聲結構可靈活更換，整個系列可與不同規(guī)格的煤氣減壓閥組配套。

二、適用范圍 主要用于控制高爐煤氣除塵系統(tǒng)中減壓閥組所帶來的氣流噪聲。 氣體流量：200000～700000m3/h；適用壓力：0.01～0.013MPa。

三、
JD-GMX型高爐煤氣減壓閥消聲器

一 結構型式 高爐煤氣減壓閥消聲器系阻性片式消聲裝置 內部采用煤塵清洗措施 吸聲結構可靈活更換 整個系列可與不同規(guī)格的煤氣減壓閥組配套。

二 適用范圍 主要用于控制高爐煤氣除塵系統(tǒng)中減壓閥組所帶來的氣流噪聲。 氣體流量：200000～700000m3/h；適用壓力：0.01～0.013MPa。

三 高爐爐頂壓力調節(jié)閥控制規(guī)格 性能 外形尺寸 消聲器號 減 壓 



2.模糊PID控制設計 模糊控制和PID控制是兩種應用廣泛的控制方式。模糊控制不依賴對象建立數學模型，適應能力強，但穩(wěn)態(tài)精度差。PID控制算法簡單，可靠性高，但對滯后、時變、非線性的復雜系統(tǒng)適應力差。兩者的優(yōu)點和不足存在明顯的互補性。根據調壓閥組微調閥和普通閥的不同作用，我們設計了如下的模糊PID聯(lián)合控制：

（1）當系統(tǒng)偏差較小時，被控對象的非線性不是很強，采用微調閥PID控制，具有良好的靜態(tài)性能。 （2）當系統(tǒng)偏差較大時，存在較強的非線性，PID控制輸出作用力滯后、偏小，無法快速抑制系統(tǒng)大的偏差，如果增加P的作用，系統(tǒng)容易產生震蕩，對偏差較小的情況也無法有效控制，因此在偏差較大時調節(jié)閥采用模糊控制聯(lián)合作用，改善了系統(tǒng)的抗干擾能力，解決了PID對非線性大偏差的控制不力，提高了穩(wěn)定精度和動態(tài)跟蹤性。

3.系統(tǒng)的運行環(huán)境 系統(tǒng)采用施耐德過程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要分為三層：生產過程層、下位機系統(tǒng)、上位機系統(tǒng)，結構如圖1所示。生產過程層主要由現(xiàn)場傳感器、執(zhí)行機構、驅動設備組成，如壓力變送器。調壓閥組等，下位機系統(tǒng)是高爐本體PLC控制系統(tǒng)，采用Quantum系列PLC和UNITY4.0軟件編程，主要負責各個生產過程的程序執(zhí)行，是整個系統(tǒng)的核心部分，上位機系統(tǒng)是由若干服務器、操作員站和工程師站組成。采用WindowsXPSP3操作系統(tǒng)。人機界面軟件使用組態(tài)軟件Intouch10.0工程軟件包，實現(xiàn)對工作現(xiàn)場的監(jiān)督控制。下位機系統(tǒng)之間，下位機和上位機之間均采用工業(yè)以太網進行通訊。 圖1網絡結構圖



4．調壓閥組控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 根據高爐的生產工藝，結合現(xiàn)場人員的操作需求，高爐頂壓控制系統(tǒng)包含的主要功能有：實時監(jiān)控、操作控制、數據查詢等，爐頂主畫面如圖2所示。 圖2爐頂監(jiān)控畫面

4．1頂壓的選擇 爐頂上升管四個方位安裝了四個壓力變送器，可選擇其中一個為頂壓控制對象，一般有高選、低選、中間值、平均值選擇四種方式。在生產中，會出現(xiàn)壓力變送器堵塞、信號斷線等異常現(xiàn)象，本系統(tǒng)主要由操作員選擇被控頂壓。 4．2閥門的控制方式選擇 四個調節(jié)閥有機旁手動、PLC手動、PLC自動三種控制方式，操作界面如圖3。 圖3調壓閥組操作畫面 結合與TRT切換頂壓控制的要求，把4個閥的功能區(qū)分如下，除了DN500的閥門作為微調閥以外，其它三個DN900的閥門功能是可以互換的。

（1）微調閥PV12101(DN500)：在頂壓初步穩(wěn)定的狀態(tài)下實行頂壓的調節(jié)，采用PID控制。

（2）自動閥HV12111(DN900)：在調壓閥組控制頂壓時進行粗調，采用模糊法控制，也可以作為手動閥保持一定開度，TRT控制頂壓時不參與控制，但是在煤氣壓力過高或者TRT故障停機時具備快開功能。

（3）量程閥HV12112(DN900)：在微調閥PID調節(jié)時，根據閥位采用模糊法調節(jié)，控制微調閥的閥位在有效的控制范圍內，煤氣壓力過高的情況下具有快開功能。
3.2中波天、饋線的維護要點 針對于上述出現(xiàn)的故障，維護技術人員就必須制定出細致的維護檢修計劃、檢修周期和可行性較高的應急預案。

3.2.1日常巡視工作加強 天饋線日常巡視工作，看似簡單，其實責任重大。對天、饋線系統(tǒng)日常進行簡單的檢查巡視時，能及時發(fā)現(xiàn)問題解決解決，并且有大風、大雨、暴雪等特殊天氣時對重點部位增加次數巡視，做到防患于未然；重要播出保障時段，不定時增加白天和夜間的巡視次數，確保安全播出*。

3.2.2天饋線系統(tǒng)的月檢制定 按照不同季節(jié)和氣候的變化，對天饋線系統(tǒng)進行有所側重的檢查。每次冬季換頻和夏季換頻前，需要及時對饋線調整、對天線拉線檢查；對于灰塵較大的地方，定期對絕緣子進行清潔檢查，對底座絕緣子和穿墻絕緣子的檢查清潔尤為重要。在條件的允許情況下，對中波各穿墻絕緣子及饋電點進行點溫測試記錄比對，有利于及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題。

3.2.3天饋線系統(tǒng)的年檢制定 天饋線系統(tǒng)年檢，要求每年對整個系統(tǒng)進行全面普查，包括各部分性能的測試與比對，并做好記錄。進行全面檢查時特別強調兩點：

（1）饋線的線卡有無缺失松動；

2）各饋電點連接螺絲有無松動。天、饋線上全部的花籃螺絲涂抹黃油，灰塵較大地區(qū)使用麻布片捆綁，確保調整時靈活可靠；檢查所有地錨坑并夯實；在冬夏季對天饋線進行接地電阻搖測，逐年進行比對，發(fā)現(xiàn)異常及時找到原因并加以解決；檢測饋線的行波系數，測量饋線對地的絕緣大小；制定合理的大修計劃，根據實際的水土條件、氣候環(huán)境對天饋線系統(tǒng)設備的影響程度，沿海一帶具有較強腐蝕性，大修周期3年，其它地區(qū)5年。 綜上所述，對于大功率中波天饋線系統(tǒng)維護工作，平時只要嚴格按照天饋線運行維護規(guī)程來維護，加上前輩們多年來積累的維護經驗，能按時按質認真完成維修檢修工作，敏銳地判斷出故障點及原因，中波天饋線系統(tǒng)零秒播出會實現(xiàn)的。

4）手動閥HV12113(DN900):在調壓閥組控制頂壓時手動保持一定開度，自動采用模糊法調節(jié)，為HV12111備用控制閥，煤氣壓力過高的情況下具有快開功能。



4．3微調閥和自動閥的聯(lián)動邏輯 當爐頂壓力和壓力設定值的偏差在+/-1KPa以內自動閥維持在40%的開度不動，微調閥開始PID精調；當爐頂壓力和壓力設定值的偏差超過+/-1KPa，除了微調閥精調外，自動閥查表計算閥位值，自動閥在40%的開度左右調整，保證閥門在有效的范圍內快速調整。 圖4實時趨勢4．4微調閥和量程閥的聯(lián)動邏輯 當微調閥的閥位大于高*，量程閥以固定的速度開閥；當微調閥的閥位在有效范圍內，量程閥的維持不動；當微調閥的閥位小于低*，量程閥以固定的速度關閥。以此方式聯(lián)動，保證微調閥在一定范圍內調節(jié)，加大線性的有效控制范圍。



4．5實時趨勢監(jiān)控 實時趨勢畫面能準確的顯示高爐頂壓的變化曲線，包括與之關聯(lián)的全壓差、透氣性指數的趨勢，正常情況下壓力波動在+/-1KPa，切換TRT頂壓波動控制在+/-3KPa，滿足了爐頂壓力波動+/-5KPa的要求，實時趨勢如上圖4所示。 TYFZ型煤氣調壓閥組由ZAJW-1型自動調節(jié)蝶閥及常通管組成。在使用中一般用一臺ZAJW-1型自動調節(jié)蝶閥通過DDZ型電動單元組 合儀表進行自動控制，其余二臺（或三臺）ZAJW-1型自動調節(jié)蝶閥由閥門配制的電動執(zhí)行器通過儀表盤上的手動操作器控制進行粗調，以達到對系統(tǒng)流量和壓力之調節(jié)。TYFZ型煤氣調壓閥組適用于高爐系統(tǒng)及其它需要通過流量、壓力調節(jié)保持穩(wěn)定生產的系統(tǒng)。本閥組安裝在水平管道上時無方向要求，但常通管應置于閥組下方，以保證在系統(tǒng)溫度下降時冷凝水的排出。安裝在垂直管路上時應考慮電動執(zhí)行器的工作位置。我公司128m3高爐風機（主機）電機功率1250kw,進氣流量530min/s,進氣壓力0.098MPa,高爐風機（備機）電機功率1000kw, 進氣流量430min/s,進氣壓力0.098MPa,按以上數據推算，煤氣發(fā)生量在33000m3/h---38000 m3/h,，目前凈煤氣管道通徑為700mm，爐頂煤氣壓力應該在30kpa以內。我們想通過在凈煤氣管道上增加調壓閥組，以此來實現(xiàn)相對小高壓爐頂（40-50kpa），對將來高爐各項經濟指標的提高有利。

5．結束語 基于高爐爐頂壓力控制系統(tǒng)工藝標準和現(xiàn)場工礦的分析，進行了模糊PID控制算法的研究，確定了詳細的控制參數，設計模糊PID調壓閥組控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)經過實踐檢驗，調壓閥組在高爐爐頂壓力全范圍內都能自動調節(jié)，在無需人工自動干預的情況下，模糊PID調壓閥組控制系統(tǒng)保證了爐頂壓力的穩(wěn)定精度和抗干擾能力與本產品相關論文：焚硫工藝超高溫煙氣蝶閥