转炉煤气锅炉房（精选7篇）
转炉煤气锅炉房 篇1
摘要：针对宣钢动力厂75 t/h锅炉存在冬季燃烧高炉煤气受限, 转炉煤气部分排放的问题, 自2009年采取锅炉掺烧转炉煤气的措施, 对其燃烧系统进行改造, 从而提高了锅炉效率, 减少转炉煤气排放。
关键词：掺烧,转炉煤气,改造
1 概况
宣钢动力厂8#、9#高炉鼓风机站5台中压锅炉是公司东区高炉煤气最大的调节用户, 夏季高炉煤气富裕, 锅炉全部燃用高炉煤气;而冬季高炉煤气紧张, 锅炉煤气使用受限, 是高炉煤气压减使用调节的第一用户。
本着减少转炉煤气放散、间接提高转炉煤气吨钢回收率、缓解冬季高炉煤气平衡紧张的目的, 动力厂自2009年11月6日开始, 陆续对2台75t/h锅炉进行了掺烧转炉煤气的技术改造工作, 其中1#炉改造于2009年12月3日完成, 2#炉改造于2010年1月12日完成。
2 燃料燃烧计算
燃烧计算时, 未考虑煤气含湿量, 即假设转炉煤气和高炉煤气都是干煤气, 标态下煤气的含湿量dq=0。
转炉煤气和高炉煤气热值计算结果如表1所示。
燃转炉煤气和燃高炉煤气的理论烟气量计算结果如表2所示。75t/h锅炉燃料由高炉煤气变为转炉煤气, 锅炉的烟气温度和烟气量也会发生变化。转炉煤气热值相对于高炉煤气较高, 故锅炉燃料由高炉煤气变为转炉煤气时, 炉膛温度提高, 炉膛辐射换热增强, 炉膛水冷壁吸热量提高。
对于中压锅炉, 过热器是以对流换热为主的受热面, 计算烟温为500～700℃时, 烟气侧辐射换热系数只是对流换热系数的1/5。因此, 影响蒸汽温度的主要因素是烟气量。由以上计算可以看出, 在标态下, 转炉煤气完全燃烧所需空气量是高炉煤气完全燃烧所需空气量的2倍左右;但是产生的烟气量约为1.3倍。考虑两者热值的差异, 假设在锅炉相同负荷、燃用两种煤气热效率相同的情况下, 转炉煤气燃烧后每放出单位热量所产生的烟气量约为高炉煤气每放出单位热量所产生的烟气量的70%。由于高炉煤气、转炉煤气的成分是在一定范围内变化的, 所以计算结果可能与实际有所出入。
因此, 锅炉燃料由转炉煤气替换高炉煤气时, 锅炉蒸发量应该有所增大, 而过热蒸汽温度调节用减温水量将减小。
3 改造方案
3.1 改造方式的确定
锅炉改烧转炉煤气后, 锅炉燃料组成发生了根本变化, 本应该对锅炉进行热力校核计算并对受热面进行相应调整, 但是根据目前8#、9#高炉区域鼓风机站热力负荷及2台75t/h锅炉设备的实际情况, 本着节约改造费用、缩短工期的原则, 确立了不改变锅炉本体受热面布置、仅改变锅炉燃烧器布置方式的总体改造思路。
通过改造, 期望锅炉可以实现在转炉煤气与高炉煤气混烧、全燃高炉煤气、全燃转炉煤气等3种工况下运行, 且锅炉出力不低于50t/h。
3.2 改造措施
(1) 新架设1条DN800mm转炉煤气管道, 将其作为2台75t/h锅炉共用煤气母管, 最大流量为18000m3/h, 保证煤气在锅炉喷嘴前压力不低于4.5kPa。
(2) 转炉煤气燃烧器和高炉煤气燃烧器均选用着火性能稳定、阻力水平较低, 负荷调节性能良好的双旋流式煤气燃烧器, 转炉煤气燃烧器单只设计出力为5000m3/h, 高炉煤气燃烧器单只设计出力为8000m3/h, 并对锅炉燃烧区域四角48根水冷壁管重新弯制。
(3) 锅炉室外转炉煤气总管和原高炉煤气总管之间铺设联通管, 并由电动阀控制切换, 实现高炉煤气燃烧器和转炉煤气燃烧器的共用, 即根据转炉煤气和高炉煤气压力情况, 这8只煤气燃烧器既可以同时全燃转炉煤气或高炉煤气, 又可以实现转炉煤气和高炉煤气分层燃烧。并增设氧化锆分析仪, 根据炉膛出口含氧量进行燃烧调节。
(4) 保留原四角高炉煤气燃烧器及室内高炉煤气支管, 焦炉煤气作为锅炉点火及低负荷稳燃燃料。
(5) 运行调节中, 使下层煤气燃烧器负荷大于上层燃烧器负荷。
(6) 对锅炉减温水系统进行改造, 增加以锅炉给水为介质的备用调节管路, 并针对管径小的情况, 选用性能可靠、调节精度高的调节阀, 确保改造后过热蒸汽温度在安全可控范围之内。
(7) 拆除锅炉麻石水膜除尘器并降低引风机前烟道标高, 以有效减小烟气阻力及锅炉烟道系统漏风。
(8) 密封炉膛底部排渣槽, 减少炉膛漏风对炉膛火焰中心高度的不利影响。
(9) 送风机和引风机不变。
(10) 修订并完善锅炉运行维护和操作规程以及煤气使用相关制度, 以有效保证转炉煤气安全、稳定地掺烧。
(11) 对锅炉热工、电气控制系统进行优化, 利于岗位工操作、调节便利可靠。
3.3 实施过程
首先铺设1条DN800mm的转炉煤气管道至原高炉煤气平台, 然后在新转炉煤气总管和原高炉煤气总管之间铺设联通管并加装电动阀控制。同时重新对锅炉燃烧区域四角48根水冷壁管进行弯制, 安装双旋流式煤气燃烧器。根据高炉煤气、转炉煤气火焰长, 原有炉膛空间偏小这一状况, 为保障锅炉过热器运行安全, 降低排烟温度, 在有限的燃烧器区域空间内, 最大限度地降低四角燃烧器中心标高。其中1#炉四角燃烧器中心标高较改造前降低约620mm;2#炉则根据1#炉投运后掺烧转炉煤气的实际情况进一步调整, 高炉煤气燃烧器标高较1#炉降低了190mm, 转炉煤气燃烧器降低了750mm。锅炉减温水系统增加一路备用管路并且选用高精度调节阀以保证改造后过热蒸汽温度在安全可控范围之内。拆除原锅炉麻石除尘器和炉膛底部排渣槽。经过两个半月的改造调试, 75t/h锅炉重新投入运行。
4 运行效果
改造完成后, 对75t/h锅炉进行了3种工况下的调试 (调试情况见表3～表5) 。
可以看出锅炉在3种全燃气工况下运行出力如下:
(1) 在高、转混烧工况下, 保证转炉煤气使用量的前提下, 通过调节高炉煤气用量, 2台75t/h锅炉出力可以不低于110t/h。
(2) 在全燃转炉煤气工况下, 单台锅炉最佳煤气使用量为25000 m3/h左右, 锅炉出力可以达到55t/h。
(3) 与锅炉改造前在全燃高炉煤气工况下最大出力45t/h相比较, 锅炉可以达到55t/h, 仍有上升空间, 但受排烟温度影响, 锅炉负荷在50t/h左右为宜。
(4) 由于减少了锅炉漏风量, 在全燃高炉煤气工况、锅炉最高负荷下引风机入口调节风门开度由改造前的100%减小至70%, 降低了风机电耗。
从运行效果来看, 2台锅炉掺烧转炉煤气的技术改造达到了预期目的。就目前煤气状况而言, 2台75t/h锅炉以高、转煤气混烧为主, 其中设定转炉煤气量为15000m3/h左右, 即1#炉7000m3/h、2#炉8000m3/h。以高炉煤气作为调节锅炉负荷的手段, 为热力发电满负荷运行创造条件, 同时, 为提高公司转炉煤气吨钢回收率做出了贡献。
5 结语
锅炉掺烧转炉煤气运行后, 有以下问题值得考虑:
(1) 锅炉改为全燃煤气后, 过热器面积偏大, 特别是在锅炉升压并炉阶段, 锅炉过热器存在超温的安全隐患。确定减温水投用的时机与水量, 杜绝过早投用出现“水塞”或延误投用而造成过热器管排过热疲劳损坏是运行中应该注意的问题。
(2) DN800mm转炉煤气管道除供75t/h锅炉使用外, 富裕量将掺入高炉煤气管道, 但在高炉煤气管网压力高时, 掺混调节阀只能关闭, 转炉煤气无法掺混, 否则, 高炉煤气进入转炉煤气管道, 影响锅炉正常使用。故如何匹配高炉煤气压力与转炉煤气管网压力以提高转炉煤气回收率, 是一个值得思索的问题。
(3) 锅炉全燃煤气改造后, 由于受热面面积未做相应调整, 使锅炉排烟温度有所提高, 故可利用以后锅炉大修机会, 对炉膛水冷壁、省煤器面改造, 从而达到进一步提高锅炉蒸发量、降低排烟温度的目的。
转炉煤气锅炉房 篇2
本公司纯燃高炉煤气锅炉在2004年以前建设投产, 随着高炉采用大型化、富氧燃烧、降焦比、提高喷煤比等降低冶炼成本手段的实施, 高炉煤气热值逐渐下降, 原有的设计值为880×4.18kJ/m3, 目前只有800×4.18kJ/m3左右, 使得锅炉运行工况偏离设计参数。为满足高炉同步扩产后铁、钢冶炼平衡, 转炉装备水平也同步进行升级, 转炉煤气发生量相应增加, 造成富裕放散, 既浪费宝贵的二次能源又污染环境, 需通过提高回收率和增设净化措施对转炉煤气加以利用。
针对以上情况, 经过反复讨论研究, 提出在纯燃高炉煤气锅炉中掺烧转炉煤气的方案, 不仅能够解决高炉煤气热值偏低对锅炉运行经济性和安全性的影响, 而且可以打开转炉煤气的使用瓶颈, 解决转炉煤气放散污染环境的问题。
1 纯燃高炉煤气锅炉掺烧转炉煤气的可行性分析
高炉煤气中可燃成分主要是CO, 还含有少量H2和CH4, 不燃成分N2的占比在50%以上, 因此高炉煤气热值较低, 燃烧较为困难。为达到充分利用低热值二次能源的目的, 锅炉设计人员根据高炉煤气特点设计专门燃烧高炉煤气的锅炉生产蒸汽用于发电或拖动设备。
1.1 高炉煤气热值降低后对锅炉运行的影响
高炉煤气的着火温度约为600℃, 理论燃烧温度在1100~1300℃之间。如果热值偏低, 燃烧温度也降低, 炉膛温度达不到设计值, 煤气着火燃烧变得更加困难, 当燃烧速度低于煤气喷嘴出口流速时会引起脱火现象, 极易造成熄火, 引起锅炉停运, 甚至引发炉膛或尾部烟道爆炸的事故。
锅炉蒸发与过热受热面的换热比例是根据燃料种类设计的, 热值变化会引起换热比例变化, 造成锅炉流量和温度偏离设计值, 蒸发吸热比例上升会造成蒸发量上升、蒸汽温度下降, 反之引起锅炉蒸发量下降、蒸汽温度上升、承压部件超温以致锅炉爆管等现象发生。当煤气热值下降后, 炉膛温度下降, 水冷壁吸热量减少, 蒸发吸热比例降低, 锅炉负荷下降。因此为达到设计负荷, 需要增加高炉煤气量, 而高炉煤气中的N2和CO气体超过60%, 不但不参与燃烧, 还吸收可燃气体的燃烧热量, 温度升高后与烟气一起排出, 增加排烟损失, 使锅炉热效率下降;增加燃料量后烟气量也将提高炉膛出口及后部受热面的换热比例, 过热蒸汽温度上升, 超出减温器调节范围后将引起过热器管壁超温过热, 造成过热器爆管的事故。因此煤气热值下降后对锅炉的安全和经济运行都非常不利, 应采取手段加以解决。
1.2 掺烧转炉煤气的可行性
根据高炉煤气和转炉煤气的成分分析, 两种煤气的主要可燃成分为CO, 主要不燃成分为CO2和N2, 其热值的偏差主要是CO、CO2、N2三种成分的占比不同引起的。通过调节两种煤气的掺混比例, 可以控制可燃成分CO的占比在设计值范围内, 达到调节煤气热值满足原锅炉的设计要求。煤气成分数据如下表:
以下是本钢铁厂煤气成分典型值, 按照原锅炉设计热值为880×4.18Kj/m3为目标, 对掺混比例进行计算, 结果如表2。
根据表2可得出:高炉煤气掺烧一定比例的转炉煤气后, 煤气热值达到理论设计水平, 不可燃成分比例略微下降, 根据燃烧计算燃烧产物的体积与设计值偏差不大, 当煤气成分变化时, 掺混比例进行适当调整即可, 因此采用掺烧的方式在理论上是可行的。
2 高炉煤气锅炉掺烧转炉煤气的试验情况
通过对锅炉原有煤气管网进行改造以满足掺混的条件, 并通过掺混比例的调节, 跟踪分析锅炉参数变化, 得出最佳掺混范围, 指导实际运行操作。
2.1 锅炉煤气管道改造情况
为了达到掺混比例调节需要、两种煤气系统之间能够相互隔离、锅炉检修时能有效切断气源目的, 增设转炉煤气除尘系统并对现有煤气管网进行改造 (图1) 。图中转炉煤气部分为新增项目, 煤气总阀用于两种煤气的隔离, 调节阀用于调节转炉煤气的掺混量;此外还装设转炉煤气快切阀, 在两种煤气掺混前安装压力、流量等信号并在控制系统中设计联锁保护程序, 以便根据压力、流量波动时能够对转炉煤气加压风机运行参数进行调节或紧急启动煤气快切阀, 防止高炉煤气压力升高倒送至转炉煤气气柜, 引起煤气冲顶放散、设备损坏, 造成人员伤害。
2.2转炉煤气掺混比例调节和试验效果
公司一台65t/h纯燃高炉煤气锅炉作为改造试验设备, 当锅炉使用高炉煤气并处于稳定工况的情况下, 根据理论计算数据对转炉煤气掺烧量进行调节, 实时记录锅炉运行参数, 通过反复试验获得最佳掺混比例范围, 下表是不同掺混比例下锅炉运行参数的典型值 (保持煤气总量为63000m3/h) :
以上试验情况说明, 随着掺混比例上升, 锅炉出力逐步提高、当掺烧比例达30%时锅炉出力超过设计值, 同时锅炉蒸汽温度逐渐减低、减温水量逐渐减少, 这与理论分析相吻合, 试验取得了较好的效果, 掺烧比例范围在0%～30%之间。在运行中还对增加煤气总量的工况进行了试验, 保持转炉煤气风机满负荷运行 (输送量19000m3/h) , 增加高炉煤气使得煤气总量在66000m3/h, 这时锅炉负荷上升至70t/h, 减温水量在0.5t/h以内, 因此本次改造能够较好平衡高炉煤气峰值对管网压力的影响, 有利于减少煤气放散并保持管网的安全运行。
3结论
2013年底公司完成对煤气锅炉掺烧改造和试验, 锅炉平均出力较原来提高了5t/h以上, 增加了转炉煤气的使用手段, 为提高转炉煤气的回收利用率创造了有利条件。2014年1～4月累计使用转炉煤气5千万m3, 折合标煤1.24万吨, 为公司节能减排做出较大贡献。随着钢铁企业高炉冶炼降成本技术的使用, 煤气热值将走低, 而转炉煤气回收率则不断上升, 采用转炉煤气掺烧的方法可以解决两种煤气使用困境, 具有很好的推广价值。
摘要：钢铁联合企业一般都配置高炉煤气锅炉消耗高炉冶炼副产的煤气;本文针对高炉煤气热值降低和转炉煤气有所富余的情况, 对转炉煤气掺烧到高炉煤气锅炉的可行性进行分析并通过试验证明其效果。
关键词：锅炉,转炉煤气,掺烧,高炉煤气
参考文献
[1]赵振宁, 张清峰, 赵振宙.电站锅炉性能试验原理方法及计算[M].北京:中国电力出版社出版社, 2010.
转炉煤气干法除尘技术论述 篇3
关键词：转炉煤气,干法除尘,技术应用
0引言
转炉煤气的除尘技术可以分成干法和湿法两种,其中,干法除尘技术具有降低新水消耗、提高能源回收率,提高能源利用率的作用。所以,在转炉煤气除尘过程中应用越来越广泛。在实际应用过程中,由于干法除尘系统设备的技术要求高,过程控制比较复杂,因而会出现一系列的问题。后来通过对系统的改进,降低了除尘过程中故障的发生,也为系统的改进积累了丰富的经验。转炉煤气干法除尘技术的顺利应用,对降低能源消耗,提高煤气回收率具有重要意义。
1转炉煤气干法除尘技术概述
转炉煤气干法除尘技术中,应用最广泛的是两种方法,分别是鲁齐的LT法和奥钢联的DDS法。其中,LT法是由德国的鲁齐和蒂森于20世纪60年代末联合开发的转炉煤气干湿除尘方法。后来,西门子———奥钢联公司在这个基础上开发了DDS法。目前,我国国内的公司也开发出了国产干法除尘系统。转炉煤气干法除尘系统主要包含了煤气冷却系统、除尘系统和回收系统。在这个过程中,1 400℃~1 600℃的转炉煤气经过活动烟罩、气化冷却烟道回收蒸汽之后,温度降为1 000℃左右。然后进入蒸发冷却器进行冷却、粗除尘、增湿调质,最后温度将为150℃~500℃,粉尘浓度由80~150 g/m2减小到40~55 g/m2。煤气经过静电除尘器之后,粉尘浓度进一步为10mg/m2。对于整个系统而言,影响除尘效果的主要有两个器件,分别是蒸发冷却器和静电除尘器。
1.1蒸发冷却器
蒸发冷却器顾名思义是利用水蒸气的蒸发冷却原理来工作的。和湿法除尘技术相比,这种冷却方式极大地降低了冷却所需要的水量,达到节约水的目的。目前,应用最为广泛的是双流体外混式喷枪,冷却水从喷嘴中心孔喷出,被加热的蒸汽从中心孔的环形间隙喷出,而且在喷嘴口处形成雾化水。其喷水量是由计算机根据蒸发冷却器的进出口温度流量来控制的,同时,蒸汽可以用氮气来代替,从而达到节水的目的。
1.2静电除尘器
静电除尘器是转炉煤气干法除尘系统的核心,它是防止爆炸和控制出口烟气浓度的关键设施。转炉煤气中常常含有70%的一氧化碳气体,这是一种可燃性气体,一旦遇到空气很容易发生爆炸。所以,将静电除尘器设计成为圆筒型,同时在进气口和出气口处安装有自动开启和关闭的防爆阀,一方面可以使不同成分的气体被分开,另一方面在发生爆炸时,能够进行卸压,保障设备安全。静电除尘器的电极材料和极配形式对于除尘效果来说非常重要,采用合理的极配形式以及质量合格的电极材料,才能更好的达到除尘效果。
2转炉煤气干法除尘技术应用现状
2.1技术应用效果
通过实践表明,利用干法除尘技术进行转炉煤气的除尘处理之后,烟气中的粉尘浓度可以控制在30 mg/m3之下。而回收煤气的粉尘浓度可以稳定的控制在10 mg/m3以下。其除尘效果要远远好于湿法除尘技术。但是目前,我国有90%的转炉任然在使用湿法除尘,干法除尘虽然有所应用和推广,但依旧远远没有达到节能减排的目的。
2.2能耗状况
除尘系统的能耗主要包含水耗和电耗两个方面。经过实践研究表明,干法除尘技术能够明显降低除尘系统的能耗水平。干法除尘系统中,采用蒸汽冷却装置对转炉煤气进行冷却,大大降低了冷却水的消耗量,而且提高了冷却效率,研究发现,干法水循环的用水量是湿法的1/4,而耗水量是湿法的15。由于干法除尘系统的阻力相对较小,只为湿法的1/3,所以干法除尘所要求的风机功率也相对较小,消耗的电功率也就要小一些。
3转炉煤气干法除尘技术改进措施
转炉煤气干法除尘技术虽然具有良好的环保节能效果和经济效益,但是由于转炉操作和系统控制要求高,使得在实际应用过程中存在诸多问题。比如说除尘器的泄爆问题、蒸发冷却器内壁积灰问题、以及高成本的输灰压块系统问题。
3.1关于静电除尘器泄爆的技术改进
静电除尘器是利用高压电场使得烟气发生电离,使带电粉尘在电场的作用下和气体分离,进而达到除尘的目的。煤气爆炸的极限通常有两个:一是一氧化碳的体积含量大于9%,并且氧气含量大于6%;二是氢气体积含量大于3%,且氧气含量大于4%。当烟气中的成分超过了爆炸极限,就会被电场中的电弧点燃发生爆炸,使气体体积迅速膨胀,一旦超过泄爆阀自身的压力设定值,就会发生泄爆现象。如果泄爆现象严重,会造成除尘系统内设备的损坏。即使是小型的泄爆现象,也会造成静电除尘内部极板和极线的损坏。所以,在控制静电除尘器泄爆方面,首先,应该控制烟气中一氧化碳、氧气和氢气的含量,使其保持在爆炸极限之下;其次,要优化转炉控制和设备结构;最后,达到防爆的目的。
3.1.1转炉操作的控制
首先,在转炉开吹阶段,要采用阶段供氧的方式,在钢铁冶炼最开始的阶段,碳、氧反应比较缓慢,所消耗的氧气量比较小,这时应该减少氧气的供应量,防止多余的氧气进入静电除尘器中;其次,加料的控制,铁水、废钢、氧化铁皮等入炉原材料的不稳定性,增加了泄爆的可能性,所以有效控制所加原料,也是控制泄爆的重要手段;最后,为了控制煤气中氢气的含量,应该尽量保证加入的废钢、冷却剂等干燥,避免带入水分,被还原成氢气和一氧化碳。
3.1.2优化设备结构
首先,可以利用掺入惰性气体的方式来降低烟气中的一氧化碳、氧气和氢气的体积比,使其不超过爆炸极限值。目前,多采用掺入氮气的方式来稀释烟气中三种气体含量比;其次,优化静电除尘器内部的装置。静电除尘器内部,有极板、极线、刮灰振打装置等;最后,合理的配置极配形式,能够有效延长静电除尘器的使用寿命,提高除尘器的除尘效果,加强极板厚度以及材料强度,也能够有效的防止泄爆造成的破坏。
3.2蒸发冷却器内壁积灰问题解决措施
蒸发冷却器是除尘系统中主要设备之一,它具有冷却烟气、粗除尘和调节烟气电阻比的作用,冷却器的温度控制是系统正常运行的重要保障。由于喷水控制的影响,会造成内壁积灰的问题,在实际工作中,清灰难度也比较大,对冷却器的冷却效果造成严重影响。为了解决蒸发冷却器内壁积灰的问题,(1)应该增加蒸汽压力,利用转炉自身蒸汽和外部供气联动的方式,保障蒸汽压力的稳定性。(2)可以将蒸汽雾化改为氮气雾化,并且要喷嘴处的氮气压力不低于0.75 MPa,从而减小内壁积灰延长喷枪使用寿命。
3.3粉尘回收系统问题的解决措施
早期的粉尘回收中,常常采用热压快的形式,将粉尘在回转窑中加热到500℃~600℃之间,然后通过高压压成块状,在氮气密封状态下冷却后送回转炉,代替废钢和矿石的使用。这种方法,往往成本较高,而且对于热压工艺和设备操作要求也比较高,在实施过程中容易出现各种问题。鉴于此,可以采用冷压技术,相较于热压,其设备操作要求较低,占地面积小,并且不需要进行回炉加热,起到很好的节能效果,具有良好的经济效益。
4结语
蒸发冷却器和静电除尘器是转炉煤气干法除尘系统中最重要的两套设备,在技术应用过程中,系统故障也主要出现在这两种设备之上。在实际应用过程中,应该对干法除尘技术进行改进,一方面对烟气中氧气、一氧化碳和氢气体积比和冶炼原材料进行控制;另一方面可改进设备,增加设备的安全系数。
参考文献
[1]盖东兴,胡建亮.转炉煤气干法除尘系统安全性探索[J].冶金能源,2013,32(3):61-64.
[2]胡建亮.转炉煤气除尘技术比较和新干法除尘技术探析[J].冶金动力,2015(4):13-15.
转炉煤气净化控制技术应用 篇4
1 概述
转炉煤气干法净化控制系统总体由两部分组成, 一是转炉车间内的蒸发冷却器和粗输灰系统, 简称转炉区, 另外是包括静电除尘器、风机、切换站、放散烟囱在内的车间外部分, 简称现场区, 两个区域分别设置一套西门子S7400PLC系统, 之间采用光纤以太网通讯。
为了施工和日后的维护方便和更好的提高系统的可靠性, 控制系统做出了如下几个方面的改进。
2 分布式控制
转炉煤气干法净化通常控制方式为集中式控制, 转炉区PLC控制柜和电机控制柜分开, 并放置转炉电气控制室, 现场区PLC控制柜和电机控制柜分开, 并放置现场区电气室。由于供配电柜和控制柜统一放置, 电气施工过程中, 大量的电缆堆一起敷设, 为现场的施工和日后的检修增加了难度。
在新项目中, 电气系统放弃集中控制方式, 改为分布式控制, 并且PLC柜和MCC柜和二为一, 增加了系统的灵活度, 并降低了电气施工和检修的难度。
转炉区, S7400PLC控制柜放置于转炉电气室, 蒸发冷平台和粗灰仓平台分别设置ET200s远程站操作箱, 内置电机驱动电气设备。
现场区, 供配电柜和S7400PLC控制柜及风机变频柜放置现场区电气室, 干油站、除尘器二层平台、除尘器三层平台设置ET200Pro远程控制柜, 液压站一层、液压站二层分别设置ET200s远程控制柜, 柜内放置电气驱动电气设备。
3 ET200Pro驱动
ET200Pro系列是西门子推出的具有IP65防护等级的采集和控制模块, 马达启动器可以直接配置在远程站中驱动电机, 在国内控制系统中鲜有使用。考虑本地气候条件和其他环境因素, 除尘器室外平台的远程柜采用防爆设计, 柜内电气元器件防护等级也相应提高采用ET200Pro系列。
马达启动的试用, 不仅节约了远程柜内空间, 并且大大减少了PLC系统的IO点, 同是减少了系统故障点, 降低了施工和检修难度。
马达启动器模块同时还具有故障诊断、设备电流检测等实用功能, 方便系统维护人员及时发现和处理问题。
4 GRAPH语言
根据转炉煤气干法净化工艺及设备的特点, 程序实现时, 将整个系统分为七大功能区, 蒸发冷功能区、粗输灰功能区、静电除尘器功能区、风机功能区、切换站功能区、放散功能区、细输灰功能区。各大功能区实现各自区域的电机控制、元器件检测、仪表检测。
梯形图语言 (即LAD) 由于简单明了, 在工业逻辑控制中被广泛接受和采用, 但在顺序控制中, GRAPH语言则显示出其无可比拟的优势。干法除尘系统各个功能区, 尤其是静电除尘器和输灰系统, 功能区启动和停止时, 各设备需要按照规定的顺序逐一动作。GRAPH结构清晰明了, 可轻易的对单体设备的启动停止命令进行触发。
5 控制趋势控制
蒸发冷却器的前期喷水量是根据蒸发冷却器入口温度、蒸发冷却器出口温度设定值以及静电除尘器之后的烟气流量进行计算的, 中后期的喷水量主要根据蒸发冷却器出口温度进行调节。蒸发冷却器的出口温度控制的是否稳定直接影响蒸发冷却器的后续设备的工作。通常温度控制方法是在双PID调节法, 即温度PID控制加冷却水PID调节。
由于温度的反映滞后性, 温度PID环节往往出现大的波动, 影响系统的整体运行, 根据温度量变化的特性并结合实际情况, 提出温度趋势控制法。在温度PID工作过程中, 加入温度变化率, 将其作为决定参数修改PID的死区, 以达到温度PID提前反应的目的
温度的变化率, 即温度在固定时间的变化值。温度的变化率给温度的变化做出定量的描述, 并以此参与PID调节。
T1:目前的温度
T2:1分钟前的温度 (具体的间隔时间根据实际情况调节)
Tc:温度的变化率
Tc=T2-T1
温度PID的死区, 即设定值与实际值之间的差值小于死区时, 设定值与实际值在程序中认为相等。
Er:PID调节时采用的误差值
Ts:温度设定值
Ta:温度实际值
Te:PID死区
Er=|Ts-Ta|-Te的绝对值
对于PID, 其输出量大小由Er决定, 当Er<=0, PID停止调节, Er>0, PID开始调节, 并且Er越大调节的输出量越大。
当Er大于0, Tc大于设定值, 并且实际温度向设定的温度变化时, 调整PID的Te, 使Te=|Ts-Ta|, PID停止调节, 进入温度自动变化阶段;其他阶段正常PID调节。如图1:
6 结束语
转炉煤气干法净化控制系统改进, 降低了电气施工和检修的难度, 提高控制程序的可靠性和可读性, 有效降低了堵灰和卸爆的几率。
参考文献
强化管理实现转炉煤气回收创水平 篇5
2013年以来, 燃气车间深刻领悟并认真落实能源中心“系统思考、主动作为、明确责任、延伸管理”理念, 领导干部带领职工扑下身子抓落实, 实现了煤气回收创水平, 转炉煤气吨钢回收在130 m3/t的目标的基础上, 又突破了140 m3/t, 为邯钢和能源中心的生产发展了做出积极贡献。
精细管理抓落实, 实现煤气回收创水平
能源中心燃气车间八万柜现有8万m3转炉煤气柜1座, 2台电除尘, 3台D1000-11离心式煤气鼓风机, 负责三钢转炉煤气回收和外送任务, 在实现邯钢二次能源综合利用、实现节能减排方面发挥了重要的作用。八万柜现外送用户有:西部轧钢、5#高炉热风炉、8#高炉热风炉、6万发电机组、140T锅炉和75T锅炉。现在平均外送达8万m3/h。
为完成转炉煤气吨钢回收率140 m3/t以上的目标, 实现能源的综合利用、减少煤气放散对环境造成的污染, 燃气车间将提高八万柜转炉煤气回收作为车间的一项重点工作, 严抓管理不放松。车间领导班子和车间技术人员强化责任心, 关注转炉煤气回收中的细节, 做到每天到现场检查及时了解八万柜转炉煤气回收情况, 要求职工按照操作规程, 精心操作, 及时调整工况。如:有无高柜位、高柜位几次、什么原因造成的高柜位、回收炉数、吨钢回收量是多少、柜位情况、外送情况等等。燃气车间将前天转炉煤气的回收情况作为当天早调会的重点汇报内容。八万柜班组长作为设备运行和维护的第一负责人, 每天到岗后, 首先了解转炉煤气回收情况、设备运行情况, 并对设备存在的问题及时处理。如:八万柜班组长认真负责, 在第一时间内发现了气柜柜底板的漏点, 迅速上报中心有关科室。同时在车间的积极安排下, 对气柜柜底板漏点采取了有效防护措施, 避免了煤气人员CO中毒和设备事故的发生。他们加强巡检, 时刻观察漏点的变化, 有效地避免了故障扩大。八万柜岗位职工共同努力, 精心调整, 将底板漏点对煤气回收的影响降到了最低。
加强设备维护, 实现安全长周期运行
燃气车间以公司推行TPM管理和能中推行设备包机制度为契机, 加强设备的自主和专业保全。加压机振动超标时, 就及时安排检修, 避免加压机带病运行。加强对八万柜电除尘的重点监管, 做到对重点运行参数和电除尘重点部位一小时一巡检。对发现的电除尘水压偏低和壁板漏点等问题及时上报处理。严格执行每月进柜检查制度, 测量活塞倾斜程度, 检查橡胶膜状态, 并对规定导轮和钢丝绳逐一检查, 发现问题及时安排解决。每半年对电除尘进行倒运清洗喷头, 保证每月的转炉煤气含尘量指标100%合格, 保证在10 mg/m3以下。正是由于在做好八万柜转炉煤气回收一系列工作中把握住了每一个细节, 才有气柜的安全稳定运行, 才有转炉煤气回收目标的完成。在八万柜的回收过程中, 车间领导和岗位职工积极响应公司、中心的节能号召, 优化运行方式, 继续运行两台变频加压机, 既有利于岗位运行操作, 又节约了大量的电能, 月可实现节约电费4万元左右。
精心操作, 保煤气生产供应
八万柜党员干部积极发挥模范带头作用, 带领职工克服种种的客观因素保生产供应。三钢生产节奏快, 转炉煤气产量足、气柜柜容偏小、电除尘频繁出现漏点、机前管道阻损大等, 在日常操作中, 党员干部 (班长张炳军) 积极与能源中心调度、三钢风机房联系, 采取措施加强调整减少并杜绝高柜位次数, 提高转炉煤气回收炉数。如:八万柜柜容在4.5万m3~5万m3时, 岗位工观察三钢转炉煤气回收数据画面, 如果有1~2个炉子回收, 要求岗位工立即通知调度协调增加外送量2万m3/h。如果3个炉子同时回收, 10分钟可以回收3.6万m3。当气柜柜容在3.5万m3左右时就要增加外送约2万m3/h。能源中心调度积极与用户协调, 合理制定各个用户的用气优先程度, 实现配送最佳的外送量。每班的转炉煤气回收情况和该班的人员的责任心有很大的关系, 岗位工的一个不留神、不在意, 就很有可能造成气柜高柜位放散煤气。现在正是由于他们的认真负责, 八万柜平均外送达8万m3/h, 杜绝了煤气放散。
基于PLC的转炉煤气回收系统 篇6
转炉炼钢时, 氧枪从炉口上方, 伸入到距铁水上部适当的位置, 氧气以一定的压力在熔池内与铁水剧烈搅拌, 与铁水中的碳等元素反应, 产生大量的一氧化碳为主的混合气体。对这些烟气降温与净化, 可回收再利用, 不但可以节能降耗, 实现负能炼钢, 而且可以减少对大气污染, 利国利民。
1 转炉煤气回收的工艺流程
转炉煤气系统在运行时, 吹氧会使转炉烟气产生高温, 达1400~1600℃。这些含有N2, CO2、粉尘、转炉煤气的混合气体, 经大风机的抽引进入活动罩裙和汽水烟道被迅速降温。混合气体被降温到900℃以下后进入下一系统, 即一级文氏管, 在此进行粗除尘, 再冷却以及灭火。最后经过再次除尘冷却的烟气在重力脱水器脱去水滴。转炉煤气回收的工艺流程如图1所示。
脱去水滴的煤气进入二级文氏管, 第二级文氏管为高速变径 (喉口可调) , 主要作用是精除尘, 利用变径调节烟气量。二文出口烟气温度降低到50~70℃, 含尘量为50~150mg/m3, 二文后的喷淋箱和复挡脱水器起进一步水洗烟气和脱水作用。
在二级文氏管水洗与除尘后的烟气进入风机, 最后被输送煤气柜内。
浊循环是煤气回收系统除尘的主要方式, 浊循环水经过水泵的输送进入一级文氏管与二级文氏管, 在一级文氏管的通过重力脱水器进入高架水槽, 又循环回水处理池;在二级文氏管的浊循环水通过弯头脱水器以及水雾分离器循环回水处理池, 再次经工艺处理后循环使用。
2 煤气回收控制系统
2.1 系统构成
系统主机架选用适用于中高性能控制领域、功能强大的西门子S7-400系列, 系统包括电源模板、中央处理单元 (CPU) , 以及信号模板 (SM) 、通讯模板 (CP) 、功能模板 (FM) 、接口模板 (IM) 、SIMATIC S5模板等。系统设置上位机2台, 操作系统选用Windows XP。在每一台上位机上装设基于Windows的应用编程软件STEP7, 选用Win CC软件实现网络监控。PLC自动化控制系统通过工业以太网与两台上位机通信, 采用液晶LCD显示器作为显示系统。
西门子S7~400系列功能分级的CPU以及种类齐全的模板, 能够为其自动化任务找到最佳的解决方案, 实现分布式系统, 扩展通信能力, 操作简单, 运行可靠, 同时刷新速度较快。
设计了各个界面控制功能, 工程技术人员与生产操作人员可以通过监控软件很清晰地看到工艺数值与现场生产状况。
2.2 操作流程
风机机组的轴承需要润滑油来形成连续的油楔, 由于转子传导热能, 再加上轴承面的磨擦等因素, 大量的热量会产生。因此, 为使轴承在容许温度内运行, 必须对轴承进行冷却。在启动风机前, 首先要启动油泵。油泵设有常用与备用两台。常用油泵发生故障无法运行时, 备用油泵通过相应的联锁机构自启动。在油压升到相关要求数值后, 才可启动风机。如果在转炉煤气回收环节中, 风机出现故障停止运行, 含有大量有毒高温气体的烟气因不能被收集而被排出大气中, 造成环境污染。
风机调节过程是全程自动的, 通过转炉本体发出的指令来调节。转炉本体发出信号有两种:“兑铁”与“出钢”。当转炉本体发出“兑铁”指令后, 自动化控制程序开始按设计的程序, 通过相关指令控制风机运行, 通过继电环节将高速信号发送到变频器, 变频器立刻启动, 按设定的时间低速逐步提升到高速。当转炉“兑铁”过程完成后, 风机根据转炉本体发射过来的信号, 自动降速。转炉煤气的一次回收过程完毕。在两次煤气回收过程之间, 风机是低速运行状态。为提升风机的使用寿命, 风机高速与低速之间的切换, 一定要通过变频装置实平稳过渡。
转炉煤气的回收与放散系统有三通阀、旁通阀、水封逆止阀三大核心装置。旁通阀是紧急安全设备, 当三通阀发生故障时, 旁通阀会快速打开排放出烟气;水封逆止阀是确保转炉煤气回收系统安全运行不可缺少的设备, 其作用是预防煤气倒流。当转炉系统开始吹炼工序时, 系统会自动对放散塔的氮气进行吹扫, 同时将散塔内空气排放出, 其目的是预防烟气与放散塔内空气发生混合后产生爆炸的危险。为避免产生煤气回火发生爆炸危险, 当煤气回收条件全部达到后, 放散侧的三通阀就切换回收侧时, 吹扫放散塔的氮气, 为使管道内始终保持微正压, 要持续向三通阀与水封逆止阀之间的管道吹入氮气。
3 PLC控制流程
整个控制煤气回收的自动化程序都储存于中央处理器CPU中, 由工程技术人员采用STEP 7软件内编程。转炉煤气回收PLC控制流程如图2所示。
转炉煤气回收是在转炉吹炼过程中实现的, 为了安全而顺利地收集转炉煤气, 装设在线测试仪器, 仪表具有连续测量功能。
液晶LCD显示器的按钮打到自动位, 吹炼信号由转炉本体输送后, 测试仪器对其进行分析, 如果实时显示在达标值之内, 发送煤气回收指令, 系统开始回收煤气。
转炉煤气的回收流程如图3所示, 13个信号条件只有都处于正常时, PLC控制系统才能给风机房发出回收指令信号。
当检测仪器检测出转炉煤气CO与O2含量都在达标值时, PLC控制系统输出回收指令, 阀门开始动作, 三通阀迅速切换到回收位, 同时截止旁通阀, 并将水封逆止阀打开, 转炉煤气就会顺着相应的煤气管道流入蝶阀与盲板阀, 最后流入煤气柜中。煤气在回收中, 如果CO与O2含量达不到标准值, 煤气回收过程必须停止, 同时监控系统显示出停止回收画面, 并显示出停止煤气回收的原因。
为保障生产系统的安全运行, 转炉煤气在回收过程中会停止运行, 主要由以下原因造成:三大核心装置三通阀、旁通阀、水封逆止阀出现故障;PLC自动控制系统电源不稳定;人为因素, 如控制室没切换到回收位或自动位;信号因素, 包括启动紧急放散、炉前未发出回收信号等;文水流量不正常或分析仪表未正常检测;风机故障或者煤气柜高度大于设定值;转炉停止吹炼。
4 结语
PLC转炉煤气回收控制系统运行可靠、性能稳定、经济安全, 具有可观的经济效益和环保效益。
参考文献
[1]常浩, 张建国, 孟令勇.邯钢转炉煤气回收系统的自动化控制[J].河北冶金, 2006, (05) :33-35
转炉煤气干法除尘在国内的应用 篇7
关键词：转炉煤气,干法除尘,LT
转炉煤气是钢铁企业冶炼过程中产生的优质资源,其热值比高炉煤气高,产气量较大,有较高的回收价值。另外,由于转炉冶炼过程中产生的烟气粉尘含量很高,可达到80~150g/Nm3,因此转炉煤气必须经过冷却、净化才能达到环保要求排放至大气或送入煤气柜进行储存供下游用户使用。转炉煤气净化及回收系统兼具以上功能,并且还能利用汽化冷却烟道(即余热锅炉)回收蒸汽,利用除尘设备回收含铁量很高的粉尘。因此,转炉煤气净化及回收系统是实现钢铁企业转炉负能炼钢的主要手段之一。
转炉煤气净化回收系统通常也称作转炉一次除尘系统,主要有干法(LT法)技术和湿法(OG法)技术。湿法系统主要有环缝洗涤和双文系统。干法除尘系统相比湿法除尘系统,具有显著的省水、节能优势,国家发改委已将转炉煤气干法除尘技术列入国家重大技术装备研制和重大产业技术开发专项。
1 转炉煤气干法除尘技术流程
转炉在吹炼时产生大量含有CO和氧化铁类粉尘的高温烟气,高温烟气由活动烟罩捕集并经汽化冷却烟道冷却至1000℃左右,然后进入蒸发冷却器降温、调质、粗除尘,温度降至200℃左右后,进入静电除尘器进行精除尘。经精除尘后的煤气,根据煤气品质及生产状况进行回收或放散。煤气若是回收,则需经煤气冷却器二次冷却,温度降至70℃后进入煤气柜贮存;煤气若是放散,则需点火燃烧后再排放。在蒸发冷却器、静电除尘器处收集的干灰通过输灰设施输出,分别在灰仓贮存,由车间统一处理。经系统净化后的烟气含尘量可降至10mg/Nm3以下。系统流程图如图1所示。
2 在国内的应用情况
从1994年宝钢第一次全套引进国外转炉煤气干法除尘系统开始,至今已有40多座转炉采用了干法。目前我国采用干法除尘的部分转炉见表1。
我国部分转炉干法除尘效果见表2,不仅放散烟气含尘量达到了设计要求,煤气回收量也大大提高。根据宝钢经验,与OG法相比,采用LT法除尘工艺,吨钢可节电约1.1k Wh,节水约3t,并可回收10.5kg含铁75%以上的粉尘和相当于20L燃油的优质煤气。
3 主要问题及解决措施
3.1 系统泄爆
泄爆是转炉煤气干法除尘系统最常见和对生产影响最大的问题之一。泄爆主要发生在静电除尘器,一旦静电除尘器内发生爆炸,安装在静电除尘器进出口的泄爆阀会打开,卸掉爆炸产生的骤升压力,从而保护静电除尘器内设备。发生泄爆后,转炉冶炼必须中断,需要确认故障排除和泄爆阀归位后才能恢复生产。静电除尘器内的爆炸其根本原因是烟气中的CO(或H2)与O2混合后浓度到达一定比例后,经电场中高压闪络的电弧火花引起爆炸。这种爆炸的条件在系统中不可能完全避免,因而造成电除尘器泄爆时有发生。
泄爆多发生在开吹、加料和补吹阶段。发生泄爆的原因有很多,包括冶炼操作不当、原料含水量高、碳氧反应不充分等。目前可通过规范冶炼操作、分批多次加料、氮气吹扫等手段降低发生泄爆的可能性。
3.2 蒸发冷却器喷淋效果控制不佳
蒸发冷却器是实现对烟气降温、粗除尘和调节粉尘比电阻等功能的设备。其喷淋效果对系统净化和除尘具有关键作用。如果蒸发冷却器喷淋效果控制不好,容易造成蒸发冷却器内壁积灰、粉尘过湿、刮板机过载等问题,系统设备故障率高等问题。
要使蒸发冷却器喷淋效果达到满意的效果,需要合理布置喷枪,使雾化液滴能覆盖整个烟气流通断面;喷枪的雾化效果要好,应保证压力雾化介质(蒸汽或氮气)的压力,同时经常检查和清理喷枪;喷淋控制系统能够实现需要的温度控制精度。
3.3 静电除尘器极线断裂
静电除尘器极线过去一般使用厚度2mm碳钢或合金钢制材料,在运行中,由于煤气成分复杂,在一、二电场出现极线断线等严重事故,断线后电除尘器有效面积减少,降低了电除尘器的除尘效率,甚至造成炼钢停炉检修更换极线。造成阴极线断裂的原因主要是通过静电除尘器的烟气所含粉尘(含有Fe2O3、Fe O、Ca O、Si O2、水分等)具有一定的腐蚀性,并且温度在150℃左右,容易造成极线、极板的变形和腐蚀断裂,或着火烧损。这些将会导致极距变小,引起电晕放电,降低电场强度,影响除尘效果。
目前,多数新建静电除尘器都将一、二电场的极线厚度增加到6mm,从而延长了极线的使用寿命,减少了断裂发生。另外,还加强了振打装置的振打清灰效果,减少极线粘灰情况。
3.4 输灰系统故障
输灰系统包括刮灰机、刮板输灰机、卸灰阀、斗提机等。由于运转设备多,在本系统中检修维护工作量最大。如果前端蒸发冷却器喷淋冷却控制不好,产生湿灰,将增大输灰系统的负荷,出现卸灰困难,造成输灰装置过载,链条断链,输灰通道堵死等情况。
要减少输灰系统故障,需控制好蒸发冷却器喷淋冷却效果,保证收集到的粉尘为干灰状态。由于粉尘温度可高达300~400℃,输灰设备需要采用耐高温的材质。同时需经常检查调节刮板输灰机链条的松紧度,特别是投产初期,由于高温粉尘影响,链条伸长,需要多次调节直至链条不再伸长。
4 主要设备国产化情况
转炉干法除尘系统的关键设备通常采用引进国外设备,主要包括:蒸发冷却器喷枪、泄爆阀、高压柜、风机、切换阀站等。
随着国内钢厂用户、工程设计单位及供货商的不断努力,使整个系统及设备都可实现国产化,从而大大减少了建设投资。
5 结束语
转炉煤气干法除尘技术是目前转炉煤气净化领域最先进的技术。实践证明,该技术具有净化效果好、省水、节能、占地省等诸多优势,具有很大的推广应用价值。同时,该技术也在应用中不断成熟,其暴露的问题逐步得到了控制和解决。
参考文献
[1]周茂林,吴强,马丽,等.莱钢120 t转炉干法除尘系统优化改造实践[J].山东冶金,2008,12:25-30页
[2]张东丽,毛艳丽,曲余玲.转炉煤气干法除尘技术应用现状[J].冶金管理,2010,7:57-60页