烧结余热回收与烧结风机联合机组全自动启动系统及方法与流程

本发明涉及钢铁冶金流程中能量回收利用设备，具体涉及一种烧结余热回收与烧结风机联合机组全自动启动系统及方法。

背景技术：

在炼铁流程中，烧结工序能耗约占吨钢能耗的10％以上，冷却机排出的废气带走的热量，其热能大约为烧结矿烧成系统热耗量的35％，充分利用这部分热量可显著降低烧结工序能耗约占冶金总能耗的12％，是仅次于炼铁的第二大耗能工序。一般烧结厂烧结烟气平均温度≤150℃，机尾烟气温度达300℃～400℃。目前的烧结冷却机余热回收，是通过回收烧结机尾落矿风箱及烧结冷却机密闭段的烟气经除尘器后加热余热锅炉来回收低品位余热能源，结合低温余热发电技术，用余热锅炉的过热蒸汽来推动低参数的汽轮发电机组做功发电的成套技术。该技术是将热能转换为机械能，然后二次转换为电能的能量回收技术。需要单独投资厂房、发电设备、单独设计控制系统，并且配备一套高压并网及上网设备，投资成本较大。

烧结风机是铁矿石原料烧结的关键设备，与相应规格的烧结机配套使用，输送的介质为烧结烟气。烧结烟气在进入烧结风机之前，必须经过除尘，使灰粒或其它杂物除尽。在钢铁企业烧结流程中，烧结风机容量占到总装机容量的30％～50％。由于烧结生产中部分附属设备运转率低，且选择的电机容量偏大，风机耗电量占到50％～70％。因此，烧结风机是烧结系统的耗电大户。现有的烧结风机由电动机驱动，该技术是将电能转换为机械能，通过电动机拖动烧结风机旋转的机组。需要单独投资厂房、单独设计控制系统，投资成本较大。

烧结余热回收与烧结风机联合驱动机组是将原有的烧结余热发电机组和电驱烧结风机进行创新性联合，此联合驱动机组可减少设备、厂房等物资投入的同时，进一步提高炼铁工艺中的能量回收率。对于此种国际首创的联合驱动机组，如何实现全自动启动控制是亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对上述技术中存在的缺陷，本发明的目的在于，提供一种烧结余热回收与烧结风机联合机组全自动启动系统，包括双输出轴的烧结风机、电动机、变速离合器和汽轮机，所述烧结风机的一输出轴端与电动机同轴连接，烧结风机的另一输出轴端通过变速离合器与汽轮机同轴连接；在汽轮机的入口依次设置有入口压力变送器、速关阀和主汽门；

其中，入口压力变送器的输出用于作为入口压力PID控制器的测量值；速关阀用于作为汽轮机的安全阀；主汽门执行机构连接汽轮机的转速PID控制器和入口压力PID控制器，主汽门执行机构用于调节主汽门的开度，从而控制汽轮机升转速控制和汽轮机入口压力；

汽轮机设有转速传感器，用于检测汽轮机的实时转速，作为转速PID控制器的测量值；

变速离合器的低速端设置啮合脱开装置，啮合脱开装置安装有啮合脱开行程开关，啮合脱开行程开关指示变速离合器的运行状态；

烧结风机的入口设置有入口调节阀，入口调节阀用于控制烧结风机的排气流量和压力。

本发明的另一个目的在于，提供一种烧结余热回收与烧结风机联合机组全自动启动的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)启动烧结风机，启动联锁条件包括：变速离合器脱开、烧结风机停机信号复位、润滑油压力≥120KPa(G)、润滑油温度≥35℃、入口调节阀开度V<10％、烧结风机盘车启动、高压电气系统无故障，上述启动联锁条件全部进入到与门运算，当启动联锁条件同时满足时，按下允许启动按钮，由PLC系统发出允许电气启动信号去高压电控系统，高压电控系统控制电动机启动升速，然后实时检测当电动机达到额定转速时，将入口调节阀打开，当烧结风机的排气压力达到设计额定值时，烧结风机加载控制结束，烧结风机启动结束；

(2)当烧结风机正常运行后，烧结烟气通过管道送至工厂的锅炉系统燃烧，锅炉产生的高温高压蒸汽通过蒸汽管道送至汽轮机，实时检测汽轮机入口蒸汽的压力；

(3)启动汽轮机，启动联锁条件包括：烧结风机投入运行、速关阀关闭、汽轮机停机信号复位、润滑油压力正常、调节油压力正常、润滑油温度正常、汽轮机盘车停止，上述条件同时满足时，按下允许启动按钮，汽轮机闭锁解除指令，速关阀全开，汽轮机闭锁解除指令与速关阀全开这两个条件同时满足时，PLC系统发出主汽门开度控制信号到汽轮机主汽门执行机构，控制主汽门的开度，直至汽轮机转速上升达到额定转速，由汽轮机的转速PID控制器控制机组转速；当变速离合器的啮合行程开关啮合后，PLC系统入口压力PID控制器发出主汽门开度控制信号到汽轮机主汽门执行机构，控制主汽门的开度，直至汽轮机入口蒸汽压力测量值与入口压力设定值的差不大于3Pa为止；

至此，烧结余热回收与烧结风机联合驱动机组全自动启动结束。

进一步的，所述步骤(1)中，所述润滑油压力正常是指润滑油压力≥120KPa。

进一步的，所述步骤(1)中，所述润滑油温度正常是指润滑油温度≥35℃。

进一步的，所述步骤(1)中，所述入口调节阀开度正常时指V<10％。

进一步的，所述步骤(1)中，所述烧结风机盘车启动是指转速升到额定值15r/min。

进一步的，所述步骤(1)中，所述高压电控系统控制电动机4启动升速，具体是指控制转速从15r/min开始逐步上升，升速时间为两分钟。

进一步的，所述步骤(1)中，所述汽轮机转速上升达到额定转速为1500r/min。

进一步的，所述步骤(3)中，所述调节油压力正常是指调节油压力≥800KPa(G)。

进一步的，所述步骤(3)中，汽轮机的转速PID控制器控制机组转速为1485r/min～1510r/min。

本发明的烧结余热与烧结风机能量回收机组全自动启动系统和方法，实现了联合机组启动时各部分的启动以及部分之间配合启动，先启动烧结风机，烧结风机加载完成，同时，汽轮机入口蒸汽压力稳定后，再启动汽轮机，汽轮机转速达到额定转速后变速离合器啮合，汽轮机加载并投入入口压力调节控制。为了保证整个机组能够全自动顺利启动，综合考虑了整体的影响因素，使用PLC系统对各影响因素进行控制，大大提高了机组的自动化控制水平以及先进性和安全性，解决了该新型能量回收机组全自动启动的难题，减少了现场操作人员的工作量和误操作发生率。目前根据所投运的现场验证，该全自动启动控制方法效果显著。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的工作流程中烧结风机启动的分流程图。

图3为本发明的工作流程中汽轮机启动的分流程图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的解释说明。

具体实施方式

本发明首先通过对烧结余热回收与烧结风机联合驱动机组工艺系统的研究，以及锅炉系统蒸汽特点的研究，分析机组全自动启动控制面临的无可借鉴工程经验以及具体实施方法等困难，提出烧结余热回收与烧结风机联合驱动机组全自动启动控制的方法。

以下根据附图详细叙述本发明的具体实施方式。

参照图1，本发明的烧结余热回收与烧结风机联合机组全自动启动系统，包括双输出轴的烧结风机3、电动机4、变速离合器2和汽轮机1，所述烧结风机3的一输出轴端与电动机4同轴连接，烧结风机3的另一输出轴端通过变速离合器2与汽轮机1同轴连接；在汽轮机1的入口依次设置有入口压力变送器11、速关阀7和主汽门8；

其中，入口压力变送器11的输出用于作为入口压力PID控制器(PIC)12的测量值；速关阀7作为速关阀的控制机构，速关阀的快速关闭控制依靠速关阀7实现；主汽门8的执行机构连接汽轮机1的转速PID控制器(SIC)9和入口压力PID控制器(PIC)12；主汽门执行机构用于调节主汽门8的开度，从而控制汽轮机升转速控制和汽轮机入口压力；

汽轮机1设有转速传感器(SE)10，其作用是检测汽轮机1的实时转速，其作为转速PID控制器(SIC)9的测量值；

变速离合器2的低速端设置啮合脱开装置，啮合脱开装置安装有啮合脱开行程开关5，啮合脱开行程开关5指示变速离合器2的运行状态；

烧结风机3的入口设置有入口调节阀6，入口调节阀6的作用是控制烧结风机3的排气流量和压力。

参见图2，本发明的烧结余热回收与烧结风机联合机组全自动启动方法，其主要思路是先启动烧结风机3，烧结风机3加载完成，同时，汽轮机1入口蒸汽压力11稳定后，再启动汽轮机1，汽轮机1转速达到额定转速后变速离合器2啮合，汽轮机1加载并投入入口压力调节控制。具体包括如下步骤：

(1)启动烧结风机3，参见图2，启动联锁条件包括：变速离合器2脱开、烧结风机3停机信号复位、润滑油压力≥120KPa(G)、润滑油温度≥35℃、入口调节阀开度V<10％、烧结风机3盘车启动(转速升到额定值15r/min)、高压电气系统无故障，上述启动联锁条件全部进入到“AND”(与门)301运算，当启动联锁条件同时满足时，按下允许启动按钮，由PLC系统发出“允许电气启动”信号去高压电控系统，高压电控系统控制电动机4启动升速，具体是控制转速从15r/min开始逐步上升，经过两分钟升速；然后实时检测电动机4达到额定转速1500r/min(额定转速的不同是由所选电动机规格决定)时，烧结风机3转入加负荷控制，即将入口调节阀6打开，当烧结风机3的排气压力达到设计额定值0.5～1.2KPa(G)时(根据风机的规格型号，额定排气压力不同)，烧结风机3加载控制结束，烧结风机3启动结束；

(2)当烧结风机3正常运行后，烧结烟气通过管道送至工厂的锅炉系统燃烧，锅炉产生的高温高压蒸汽通过蒸汽管道送至汽轮机1，实时检测汽轮机1入口蒸汽的压力；

(3)启动汽轮机1，参见图3，启动联锁条件包括：烧结风机3投入运行(即排气压力达到额定值0.5～1.2KPa(G))、速关阀3关闭、汽轮机1停机信号复位、润滑油压力≥120KPa(G)、调节油压力≥800KPa(G)、润滑油温度≥35℃、汽轮机1盘车停止，上述启动条件全部进入到“AND”(与门)201运算，当启动联锁条件同时满足时，按下允许启动按钮202，汽轮机1闭锁解除指令204，速关阀7全开，汽轮机闭锁解除指令与速关阀7全开这两个条件同时满足时，汽轮机1进入到自动升转速控制，也即是PLC系统发出主汽门8开度控制信号(4～20mA)到汽轮机1主汽门8执行机构，控制主汽门8的开度，直至汽轮机1转速上升达到额定转速1500r/min，由汽轮机的转速PID控制器(SIC)9将机组转速稳定控制在1485r/min～1510r/min之间，为变速离合器2的啮合提供条件，当变速离合器2的啮合行程开关(ZS)5啮合后，汽轮机1由上述自动升转速控制转入到加负荷过程，并投入汽轮机1入口压力调节控制208；此时，PLC系统入口压力PID控制器12发出主汽门8开度控制信号(4～20mA)到汽轮机1主汽门8执行机构，控制主汽门8的开度，直至汽轮机1入口蒸汽压力测量值Pv与入口压力设定值Ps的差不大于3Pa为止。

至此，烧结余热回收与烧结风机联合驱动机组全自动启动结束，整个机组投入生产。

本发明的烧结余热回收与烧结风机联合驱动机组启动系统及方法可靠，经过与国内知名冶金设计院、宝钢、首钢、太钢等大型钢铁企业用户专家的讨论和方案的修改完善，同时也经过国内三十余个用户现场的验证，效果良好，实现了整个机组的全自动一键启动，保证了机组启动过程的安全性，不但使整个机组的启动时间大大的缩短，由120min减少至90min，而且避免了由人为进行机组启动操作过程中的误操作和可能的损失。同时，也可为企业节约人力成本提供条件，产生的直接和间接经济效益巨大。