煤粉喷吹罐喷吹率调节系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及气体输送领域，尤其是涉及一种煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，包括装料管路、充压补压管路、排气卸压管路、罐体、称重测压装置、罐锥调节管路、底沸腾管路、补气管路、输煤管路，所述罐锥调节管路包括角座快切阀、清扫节流孔及测压仪表，所述底沸腾管路包括调节阀、切断阀以及常通节流孔，所述补气管路包括调节阀、切断阀及与调节阀并联的角座快切阀。该喷吹罐装置解决了喷煤换罐初期的出煤波动大以及间歇断煤的难题，对难喷煤种也能快速稳定调节喷吹率，同时消除了沸腾室渗煤积煤使沸腾流化效果差的不利状况。
【专利说明】煤粉喷吹罐喷吹率调节系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体输送领域，尤其是一种用于高炉喷吹率波动速调的煤粉喷吹罐装置。
【背景技术】
[0002]目前，高炉喷吹煤粉已经成为炼铁系统必不可少的组成部分。喷煤具有大幅降低焦比、节约成本、原材料丰富以及减少环境污染的优点。同时，喷煤还可以调节炉温、均衡工况，对高炉的顺行提供重要保障。
[0003]喷煤喷吹系统的工艺种类较多，因地适宜的选用方法有直接喷煤系统和间接喷煤系统、串罐系统和并罐系统、多管喷吹和总管加分配器方式等。总体而言,现今应用较多的以总管输送加分配器方式为主。在衡量喷煤技术先进性的指标方面，煤粉喷吹率的波动大小是一个重要要素，正确、稳定、均匀的煤粉喷吹量是炉况顺行的前提。
[0004]由于喷煤输送管道内是由固体煤粉和载气空气以及加压气氮气混合而成，即使在同一条件下(所有阀门状态不变、喷吹罐压不变)，实际煤粉喷吹率也会存在偶然性的较大波动。这不仅与固气混合物状态不稳定有关，还与煤粉煤质、水分、密度、流化度的不均匀相关，炉况波动、热风压力波动、喷枪口阻力变化、载气加压气源压力变化等，也是波动的干扰因素。也因此，对喷吹率进行稳定调节的自动控制技术，在目前还没有一个较完善的技术方案。目前通行的对喷吹率的自动调节的方案包括:给料器开度调节、罐压调节、载气调节、流化气调节等。具体调节方法包括上述的一项或多项。但无论哪一种方案，目前都存在调节滞后、反应迟缓等弊端，特别是针对一些较难喷吹的煤种，自动调节系统完全失去作用。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:为了解决现有技术中以改变罐压调节喷吹率的设施中，因各种干扰导致喷吹率偶然偏离正常值的问题。本发明提供了一种用于高炉喷吹率波动速调的煤粉喷吹罐装置，在现有的以罐压调节出煤速度的喷吹罐装置上，通过增加罐底脉冲补压，可以快速提升喷吹率；通过增加补气旁路脉冲角座阀，可以快速加大补气流量，快速拉低喷吹率；增加防堵支管接到出煤弯管合适位置，可以在喷吹时常通，防止出煤口附近管段中煤粉间歇轻堵管导致的周期波动。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，包括罐体、设置在罐体上部正中用于装入煤粉的装料管路、设置在罐体上部侧边的充压补压管路和排气卸压管路、设置在罐体上部侧边的测压仪表、设置在罐体中部的称重装置、设置在罐体锥部的输煤管路，以及与输煤管路连通的补气管路，所述罐体下部设有用于充入气体流化煤粉的底沸腾管路，还包括设置在罐体锥部的罐锥调节管路。
[0007]在当前，较多实际应用的基本都是以罐重为基础的喷吹率计算方法，其他的在线流量检测的方法应用不多，且 投资大，精度不高。罐重转化为喷吹率，根据调节目的有多种计算方法。第一个喷吹率含义是该罐总平均喷吹率，即从喷吹阀打开开始计时，记下罐首重，然后每秒计重一次，与首重减，除以秒数，得到该罐总平均喷吹率，该喷吹率特点是没有实时性，时间越长实时性越差，但它可以做为该罐均喷量的参考。其他的喷吹率则是以实时性为基础进行编程计算，复杂的算法时，还可将气体重量剔除。基本计算方法是，每秒计重一次，N秒重差除N秒，再换算成小时喷吹率，也可对喷吹率进行M秒平均值，减小误差。原则上，实时性最强的是I秒重差，但鉴于称量的精度，建议自动调节时喷吹率秒差取5至10秒，秒差小误差大，波动大，秒差大实时性弱，调节滞后，两者都不利于快速调节。
[0008]具体地，所述罐锥调节管路包括补压支管和防堵支管，所述补压支管接入罐底锥部，所述防堵支管接入输煤管路中的出煤管弯头。其中，罐锥调节管路的补压支管可以快速对罐底进行补压，升高喷吹率；罐锥调节管路的防堵支管接到出煤弯管合适位置，可以在喷吹时常通，用于防止出煤管路中煤粉间歇轻堵管导致的波动。
[0009]为了防止出煤口管段轻堵管，所述防堵支管包括并联的防堵角座阀和防堵清扫节流孔。
[0010]为了可以先期对罐底煤粉进行预充压流化，防止喷吹换罐后不出煤和减小出煤波动，所述防堵支管还包括罐底测压仪表，所述罐底测压仪表与并联的防堵角座阀和防堵清扫节流孔串联，并安装于并联的防堵角座阀和防堵清扫节流孔之后。在由罐顶充压组成的喷吹系统中，由于由罐顶将压力传导到罐底，有一定的时滞，还有一定的压差，该时滞和压差有时导致倒罐后新罐不出煤或出煤波动大。因此，在罐体进入充压阶段后，可以自动打开罐体锥部补压角座阀，对罐体底部进行预充压及流化，保证换罐后出煤正常。罐底预充压时，可由该压力仪表进行压力设定。在正常喷吹过程中，罐底压降过快时也可通过该仪表检测后由锥部补压角座阀打开补压。
[0011]为了防止罐体底部流化管道堵塞，所述补压支管包括并联的补压角座阀和补压清扫节流孔。
[0012]具体地，所述补气管路通过三通混合器与输煤管路连通。
[0013]具体地，所述输煤管路中三通混合器前设有出煤切断阀，所述三通混合器后设有喷吹切断阀。`
[0014]具体地，所述补气管路包括补气切断阀以及并联的补气调节阀和补气角座阀，所述补气切断阀与并联的补气调节阀和补气角座阀串联，所述补气切断阀安装于并联的补气调节阀和补气角座阀之后。所述补气角座阀可以在喷吹率偏高时脉冲动作打开，快速加大补气量，拉低喷吹率到正常水平。
[0015]具体地，所述底沸腾管路包括底沸腾调节阀以及并联的底沸腾切断阀和底沸腾常通节流孔，所述底沸腾调节阀与并联的底沸腾切断阀和底沸腾常通节流孔串联，所述底沸腾调节阀安装在并联的底沸腾切断阀和底沸腾常通节流孔之前，所述底沸腾管路还包括与所述罐体下部固定连接的沸腾室。
[0016]具体地，所述沸腾室与所述罐体下部之间设有流化网板。
[0017]本发明调节喷吹率的数学模型是，补气调节阀开度不变，预设在理论喷吹率对应的流量开度上。底沸腾调节阀开度预设不变，设置为经验开度。喷吹罐压自动设定到当前设定喷吹率对应的罐压再加一个预设正值，即，如补气角座阀不投入则当前实际喷吹率理论上将一直稍大于设定喷吹率。在此工况下，投入补气角座阀后，该阀会根据喷吹率正偏差及其大小，在周期及时长上进行动态开断，其结果是相当于加大补气流量，拉低稍高的实际喷吹率到设定值。再当罐底锥部实际压力因压力传导的延滞而低于罐顶上部压力，致使喷吹量偏小时，罐底锥部补压角座阀脉冲动作，对罐锥加压，快速拉升喷吹率，该阀可与喷吹率偏差连锁，也可与罐底压力与设定压力之差连锁，达到稳定罐底压力，喷吹率不大幅下降的目的。防堵管路接入出煤管弯头处，其主要作用是防止煤粉在出煤口至三通混合器间的管道内堵塞。由于一些难喷煤种比重大，或湿度偏高，那么在流化困难的情况下煤粉将在出煤口和混合器间产生较大的阻力，由于底沸腾管路的持续供气，沸腾室压力持续升高，在一个压力临界点时较高的压力会将出煤口管段部分煤粉推出至三通混合器后，之后罐底压力再次下降，流阻又一次增加，导致形成一种有规律的波动循环。但在加入防堵管路后，合适的气流可以在该部分管道中部对煤粉进行预稀释流化，防止了轻堵管的重复进行。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]一，改进投资少。改进部分的主要元件是角座阀，价格低廉，备件费用小。并且角座阀具有动作迅速、可频繁开断的特性。改进部分可以设置投入、切出功能，不影响原系统和方便调试。角座阀也无需设置位置信号，开关量控制，节约了控制系统的资源。
[0020]二，控制效果明显，调节迅速有效。由于由模拟信号控制的调节阀一般用PID自动调节模式，该模型有时会造成超调，或滞后，或震荡，并且模拟控制单元及调节阀本身都存在价格昂贵的特性。
[0021]三，简易元件节流孔的应用消除了系统的很多不利因素。在罐底锥部补压管路和出煤管路中，节流孔的作用是清扫，以一个极小流量的气流，用来防止阀后管路在阀关闭时低压或有泄漏使罐内煤粉反流堵塞管路。在底沸腾管路中，节流孔的作用是保护流化网板，其目的是在该喷吹罐处于非喷吹状态时也会有一个较小气流量进入沸腾室，确保在装煤和充压补压阶段沸腾室始终有一个相对罐体的微正压，防止微细煤粉渗入流化网板增加阻力，影响沸腾效果；更能防止微细煤粉通过流化网板进入沸腾室，积累较多后流化网板双面积粉，流阻更大，沸腾时效果更差。另沸腾室积累煤粉后逐渐改变罐体净重值，影响换罐条件确认。节流孔可以用小口径仪表截止阀代替，调整开度根据实际情况确定。通常地，清扫节流孔以截止阀微开即可，沸腾 管路的常通节流孔阀开度以不影响排气以及充压结束后喷吹前不会使罐压较明显超标为宜。一般来说，沸腾室容积相对整个罐容占比很小，因此一个较小的流量就可以达到效果。如果从节气方面考虑，沸腾管路的常通节流孔可以增加一只二位二通电磁阀，在排气阶段和罐底压力充压达标后得电关闭，这样能以一小部分电能损耗换回一部分流化气氮气的消耗。上述底沸腾管路的节流孔是针对双罐喷吹时沸腾总管共用、调节阀共用时进行的创新，如果双罐喷吹的沸腾回路独立布设，也可不考虑。常通节流孔的另一个用途是可以消除流化网板上下高压差(高罐压喷吹时)，避免流化网板压差变形产生裂纹，延长其使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0023]图1是本发明的一种用于高炉喷吹率波动速调的煤粉喷吹罐装置的整体结构示意图；
[0024]图2是本发明的一种用于高炉喷吹率波动速调的煤粉喷吹罐装置下部部分结构示意图。[0025]图中:101.装料管路，102.排气卸压管路，103.充压补压管路，104.测压仪表，105.罐体，106.称重装置，107.罐锥调节管路，108.底沸腾管路，109.补气管路，110.输煤管路，201.防堵角座阀，202.防堵清扫节流孔，203.罐底测压仪表，204.防堵支管，205.补压角座阀，206.补压清扫节流孔，207.补压支管，208.底沸腾调节阀，209.底沸腾切断阀，210.底沸腾常通节流孔，211.沸腾室，212.流化网板，213.补气调节阀，214.补气角座阀，215.补气切断阀，216.出煤管弯头，217.出煤切断阀，218.三通混合器，219.喷吹切断阀。
【具体实施方式】
[0026]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0027]如图1、图2所示，一种煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，包括罐体105、设置在罐体105上部正中用于装入煤粉的装料管路101、设置在罐体105上部侧边的充压补压管路103和排气卸压管路102、设置在罐体105上部侧边的测压仪表104、设置在罐体105中部的称重装置106、设置在罐体105锥部的输煤管路110，以及与输煤管路110连通的补气管路109，罐体105下部设有用于充入气体流化煤粉的底沸腾管路108，还包括设置在罐体105锥部的罐锥调节管路107。罐锥调节管路107包括补压支管207和防堵支管204，补压支管207接入罐底锥部，防堵支管204接入输煤管路110中的出煤管弯头216。
[0028]其中，装料管路101为由煤粉仓向喷吹罐体内装入煤粉，主要由两只钟阀组成，一般还包括阀间放散管路以及煤粉仓锥流化管路。排气卸压管路102 —般由两只口径不同的切断阀并联，小阀为高卸，大阀为低卸。为喷吹结束后排除罐内气压为装料作准备。充压补压管路103 —般也由两路组成，较大切断阀独立，为快速充压，较小切断阀与一只调节阀串联，为补压以及稳压调节用。测压仪表104安装于罐顶部，其测得压力一般与补压调节阀闭环调节，以使实际压力接近设定压力值。称重仪表106实时检测罐重，其稳定和精度是喷吹系统正常运行的基础，罐重不仅在自动装料时应用，也是换罐的条件之一，更是喷吹率指标的来源。底沸腾管路108为 底沸腾调节阀208和底沸腾切断阀209组成，底沸腾切断阀209并联一底沸腾常通节流孔210，其向沸腾室211引入流量可调的流化气，保持罐底部煤粉为疏松状，防止堵塞出煤管，其也可调节喷吹率在一定的小范围内改变。补气管路109 —般为补气调节阀213和补气切断阀215组成，从节能上考虑，介质气一般为空气，也称载气，补气调节阀213开度在罐压一定时一般与喷吹率成反比，但补气调节阀213在自动时的大幅动作会导致固气比过高，有可能引起煤粉堵塞管道现象，输送管道压力也会大幅波动，影响高炉风压，一般不建议参与喷吹率自动调节，而以经验值为准。在补气调节阀213上并联一补气角座阀214，原则上致使补气流量只升不降，杜绝了堵管现象。输煤管路110由出煤管弯头216和出煤切断阀217、喷吹切断阀219组成，在两切断阀间安装三通混合器218，接入载气。
[0029]防堵角座阀201在正常喷吹时一般置为常开，预稀释难以流化充分的煤粉，消除出煤管弯头216至三通混合器218间的管道内的煤粉堵塞现象，该管路可串联一手动阀门，用来调节稀释气的流量到合适值。防堵清扫节流孔202与防堵角座阀201并联，通以一极小量气流，防止阀关时煤粉返流堵塞防堵支管204。补压角座阀205为脉冲动作，其有两个作用，其一在充压阶段可以先期对罐体底部进行预充压和流化，防止在顶部充压的方式下底部压力传导延滞和流化不充分，造成喷吹困难；其作用二是在正常喷吹时如果喷吹率偏低，可以通过喷吹率偏差大小或压力差大小来进行阀的开断控制，开断时长及周期根据调试经验值进行修正设置，以期达到不超调和反应不迟缓。补压支管207出口位于罐底接近出煤管弯头216附近，出口并加扩大管或分流器，该支管的补压相较顶部加压对喷吹率改变有更明显的效果。另外，经过实践证明，以通过加大底沸腾流量来快速提升喷吹的效果并不明显。因流化网板212的阻力较大，沸腾流量较大时只会使沸腾室211的压力上升，而真正体现在提升喷吹量上的作用微弱。因此，罐锥补压具有实用意义，效果明显迅速，达到了速调的目的。补压清扫节流孔206的作用与防堵清扫节流孔202相同。
[0030]在底沸腾管路108中，底沸腾切断阀209旁路并联一底沸腾常通节流孔210，其作用为预防流化网板212承受高压差，避免变形造成裂纹损伤，还可以预防微细煤粉在高差压情形下透过流化网板212在沸腾室211沉积，影响沸腾流化效果。
[0031]在补气管路109中，通过对补气调节阀213并联一只补气角座阀214，可以保证最小补气流量，防止固气比过大造成喷吹堵塞。即，补气调节阀213根据喷吹率设置值手动或自动预设在固定开度，调节时只以补气角座阀214的脉冲开断来降低稍高的喷吹率及波动。正常喷吹时补气调节阀213开度不变，确保了自动调节过程中补气流量不会大幅降低，杜绝了堵管现象；同时达到了喷吹率波动快速调节的目的。在以模拟量PID调节的系统中，当偏差出现时，小偏差则输出变化小，输出变化有时不足以消除持续变大的偏差；而如果更改参数使输出放大，则容易造成超调和震荡。PID控制适用于设备较平稳、干扰不多和被测变量变化明显的调节系统，但在喷吹率控制上，由于干扰源多，工况不稳定，变量时滞大，脉冲控制相较PID有更好的效果。也即，脉冲控制可以在脉冲间隔中快速回到初始位，监测下一次偏差大小做出下一次脉冲变化。而传统PID则是连续调节方式，没有一种智能的回复初始位的效果。在本发明构成的控制系统中，补气角座阀214通过对正偏差值(即实际喷吹率减去设定值)的大小作出开阀时长判断，脉冲间隔可以固定，如I秒或2秒，每间隔内开阀一次，偏差越大，开阀时间越长。阀开后，补气流量增加，整个管道流阻近似一定，即相应减小了煤粉的流量，从而降低了喷吹率。由于脉冲气瞬时流量相对较大，只是以脉冲方式变相减小了总流量。但脉冲时的大流量快速拉低了喷吹率，因此较PID控制方式反应迅速，效果明显。
[0032]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【权利要求】
1.一种煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，包括罐体(105)、设置在罐体(105)上部正中用于装入煤粉的装料管路(101)、设置在罐体(105)上部侧边的充压补压管路(103)和排气卸压管路(102)、设置在罐体(105)上部侧边的测压仪表(104)、设置在罐体(105)中部的称重装置(106)、设置在罐体(105)锥部的输煤管路(110)，以及与输煤管路(110)连通的补气管路(109)，所述罐体(105)下部设有用于充入气体流化煤粉的底沸腾管路(108)，其特征在于:还包括设置在罐体(105)锥部的罐锥调节管路(107)。
2.如权利要求1所述的煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，其特征在于:所述罐锥调节管路(107)包括补压支管(207)和防堵支管(204)，所述补压支管(207)接入罐底锥部，所述防堵支管(204)接入输煤管路(I 10)中的出煤管弯头(216)。
3.如权利要求2所述的煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，其特征在于:所述防堵支管(204)包括并联的防堵角座阀(201)和防堵清扫节流孔(202)。
4.如权利要求3所述的煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，其特征在于:所述防堵支管(204)还包括罐底测压仪表(203)，所述罐底测压仪表(203)与并联的防堵角座阀(201)和防堵清扫节流孔(202)串联，并安装于并联的防堵角座阀(201)和防堵清扫节流孔(202)之后。
5.如权利要求2所述的煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，其特征在于:所述补压支管(207)包括并联的补压角座阀(205 )和补压清扫节流孔(206 )。
6.如权利要求1所述的煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，其特征在于:所述补气管路(109)通过三通混合器(218)与输煤管路(I 10)连通。
7.如权利要求6所述的煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，其特征在于:所述输煤管路(110)中三通混合器(218)前设有出煤切断阀(217 )，所述三通混合器(218)后设有喷吹切断阀(219)。
8.如权利要求1所述的煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，其特征在于:所述补气管路(109)包括补气切断阀(215)以及并联的补气调节阀(213)和补气角座阀(214)，所述补气切断阀(215)与并联的补气调节阀(213)和补气角座阀(214)串联，所述补气切断阀(215)安装于并联的补气调节阀(213)和补气角座阀(214)之后。
9.如权利要求1所述的煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，其特征在于:所述底沸腾管路(108)包括底沸腾调节阀(208)以及并联的底沸腾切断阀(209)和底沸腾常通节流孔(210)，所述底沸腾调节阀(208)与并联的底沸腾切断阀(209)和底沸腾常通节流孔(210)串联，所述底沸腾调节阀(208)安装在并联的底沸腾切断阀(209)和底沸腾常通节流孔(210)之前，所述底沸腾管路(108)还包括与所述罐体(5)下部固定连接的沸腾室(211)。
10.如权利要求9所述的煤粉喷吹罐喷吹率调节系统，其特征在于:所述沸腾室(211)与所述罐体(5)下部之间设有流化网板(212)。
【文档编号】C21B7/00GK103820593SQ201410102465
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】陈小忠, 郭利平, 张俊杰, 张兴, 卢维强, 吴跃华, 薛明飞, 宋电话 申请人:中天钢铁集团有限公司