鄭躍龍

（河北鋼鐵股份有限公司  河北 邯鄲 056009）

1  背景和意義

隨著煉鐵高爐設(shè)備的大型化、智能化，高爐的裝備水平、上料水平以及布料技術(shù)得到了巨大的發(fā)展，與中小高爐相比，大型高爐具有高產(chǎn)量、高質(zhì)量、低消耗的顯著優(yōu)點(diǎn)，在高爐爐頂控制方面，傳統(tǒng)高爐采用減壓閥組控制頂壓，帶來的主要影響是：一、造成大量的能源浪費(fèi)與噪聲污染；二、不能滿足高爐的生產(chǎn)要求。因此國內(nèi)從國外引進(jìn)了高爐爐頂煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置，簡稱TRT。TRT是一種利用高爐爐頂煤氣的壓力能和熱能，通過透平膨脹驅(qū)動發(fā)電機(jī)或其它設(shè)備進(jìn)行能量回收的裝置，TRT 系統(tǒng)對降低高爐能耗，提高能量利用率具有重要意義，同時還起到穩(wěn)定高爐頂壓的作用。TRT作為一種高效的二次能源回收裝置，運(yùn)行的前提是必須確保高爐頂壓的穩(wěn)定性，國內(nèi)高爐頂壓控制精度高的可以達(dá)到-2.5kpa~+2.5kpa；邯鋼老區(qū)高爐（以7高爐頂壓調(diào)節(jié)為研究目標(biāo)）控制精度在-5kpa~+5kpa，有進(jìn)一步的優(yōu)化空間。

7高爐的頂壓控制是通過TRT靜葉和減壓閥組的普通PID調(diào)節(jié)形式，這樣會帶來一個問題是：當(dāng)TRT靜葉調(diào)不過來時，就需要減壓閥組的參與，然而當(dāng)減壓閥組參與調(diào)節(jié)時，就會使煤氣繞過TRT直接進(jìn)入官網(wǎng)，降低煤氣利用率。因此，優(yōu)化高爐頂壓控制系統(tǒng)的運(yùn)行對穩(wěn)定邯鋼高爐爐頂壓力、提高高爐生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量和提高煤氣利用率具有重要意義，也是當(dāng)今TRT技術(shù)中的一個重要課題。

2  高爐頂壓控制對象分析

                                    圖1

1、鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)，一般都是電動風(fēng)機(jī)（干凈、事故少、維護(hù)方便）。把風(fēng)送到熱風(fēng)爐進(jìn)行加熱。

2、鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)經(jīng)過熱風(fēng)爐進(jìn)行加熱（1000—1300度）。通常所說的幾燒幾送，指的就是幾個燃燒爐和幾個送風(fēng)爐，當(dāng)燃燒爐轉(zhuǎn)化成送風(fēng)爐的時候，由于燃燒爐的壓力是大氣壓，需要進(jìn)行沖壓，直到壓力到達(dá)冷風(fēng)壓力后，才能轉(zhuǎn)化成送風(fēng)爐為高爐送風(fēng)。沖壓過程采用的是小流量沖壓，對高爐爐內(nèi)壓力影響不大。

 3、原料系統(tǒng)，把原料（焦炭、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊況）分批次通過料罐（串罐、并罐），一批焦炭，一批礦批交替通過布料溜槽下料。因?yàn)榱蠈拥淖枇α纤佟饬鞣植疾痪瑢?dǎo)致高爐頂壓波動。比如下焦炭的時候由于焦炭的透氣性好，對氣流阻力影響小，頂壓波動就小；礦批透氣性差，對氣流阻力影響大，頂壓波動就大；

 4、爐內(nèi)的燃燒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。高爐煤氣的主要成分是CO、CO2、和H2，煉鐵過程中空氣通過熱風(fēng)爐加熱后進(jìn)入高爐，這種熱風(fēng)和焦炭助燃（產(chǎn)生CO2、CO），CO2又和炙熱的焦炭產(chǎn)生CO ， CO在上升過程中，還原了鐵礦石，使之生成生鐵。鐵水通過出鐵口流出，剩下的大部分CO和其它氣體稱為高爐煤氣。

3  分析影響因素

通過對TRT靜葉變化趨勢和高爐頂壓的變化，結(jié)合現(xiàn)場工藝特點(diǎn)，初步判斷出影響高爐頂壓的因素主要是：1、高爐下料；2、布料系統(tǒng)；2、料罐均壓；

                                        圖2

4  采集數(shù)據(jù)

針對以上提出的主要影響因素，我們通過數(shù)據(jù)采集相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)研究和確認(rèn)。通過建立7高爐的數(shù)據(jù)標(biāo)簽如圖1。包括采集數(shù)據(jù)的名稱，對應(yīng)在程序中所用到的位號，然后在SQL SERVER分配相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫地址，其中包括模擬量：7#高爐TRT高爐爐頂壓力測量值、7#高爐TRT高爐爐頂壓力設(shè)定值、7#高爐TRT高爐爐頂壓力設(shè)定偏差值、7#高爐TRT1#減壓閥組開度、7#高爐TRT2#減壓閥組開度、7#高爐TRT3#減壓閥組開度、7#高爐TRT4#減壓閥組開度、7#高爐TRT靜葉開度、7#高爐布袋除塵后煤氣產(chǎn)量。開關(guān)量包括：7#高爐南料罐礦、7#高爐南料罐焦、7#高爐北料罐礦、7#高爐北料罐焦、7#高爐南料罐均壓OK、7#高爐北料罐均壓OK、7#高爐南料流快開、7#高爐南料流關(guān)、7#高爐南料流慢開、7#高爐北料流快開、7#高爐北料流關(guān)、7#高爐北料流慢開、7#高爐南料罐一均開、7#高爐南料罐一均關(guān)、7#高爐南料罐二均開、7#高爐南料罐二均關(guān)、7#高爐北料罐一均開、7#高爐北料罐一均關(guān)、7#高爐北料罐二均開、7#高爐北料罐二均關(guān)。

1、建立相應(yīng)標(biāo)簽，并把相關(guān)數(shù)據(jù)從PLC中取出并通過西門子（TCP/IP協(xié)議）把PLC上的數(shù)據(jù)采集到采集機(jī)（RTU）上。如圖3

2、通過光纜把數(shù)據(jù)從采集機(jī)上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器上（IFIX）。

3、KEPWARE通過OPC協(xié)議從數(shù)據(jù)服務(wù)器（IFIX）上取數(shù)，然后存儲到-SQL SERVER上。

根據(jù)以上采集的數(shù)據(jù)大致確認(rèn)了影響頂壓波動大的幾個因素：1、下料系統(tǒng)；2、布料系統(tǒng)；3、料罐均壓系統(tǒng)。

                                圖3

5  數(shù)據(jù)分析和解決方案

爐頂料罐系統(tǒng)前饋調(diào)節(jié)復(fù)合控制流程如下圖4，在收到自動化布料信號后，系統(tǒng)開始讀取料罐壓力和凈煤氣壓力，兩個壓力進(jìn)行比較并通過公式可以知道煤氣的變化量Fg，利用煤氣的減少量與靜葉開度的關(guān)系并于PID輸出信號疊加控制靜葉的開度，直到煤氣的減少量Fg為0時，均壓前饋調(diào)節(jié)完成。

爐頂壓力布料系統(tǒng)前饋調(diào)節(jié)復(fù)合控制流程如下圖4，在收到自動化布料信號后，系統(tǒng)開始讀取料灌的料種信息，以及布料擋位和布料圈數(shù)，利用布料煤氣減少的推倒公式計算出煤氣的減少量F，利用煤氣的減少量與靜葉開度的關(guān)系并于PID輸出信號疊加控制靜葉的開度，直到煤氣的減少量F為0時，布料前饋調(diào)節(jié)完成。

根據(jù)數(shù)據(jù)庫所存儲高爐生產(chǎn)和TRT發(fā)電過程的所需信息員，是管理、技術(shù)分析和決策的原始依據(jù)，包括實(shí)時采集的數(shù)據(jù)和手動錄入的數(shù)據(jù)如上面已經(jīng)介紹數(shù)據(jù)實(shí)時采集，并把這些采集上來的數(shù)進(jìn)行歸類和分析，并通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解決頂壓的問題（圖5），把采集上的數(shù)模擬化，利用頂壓的偏差變化，以及偏差的變化率，決定了煤氣的變化率，煤氣的變化率與靜葉的變化開度和變化頻率成正比例關(guān)系。

煤氣的變化率             

根據(jù)這個比例關(guān)系確定靜葉的開度和變化頻率，從而實(shí)現(xiàn)前饋控制，減少頂壓的波動頻率和波動范圍。

  圖4 

圖5

參考文獻(xiàn)

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