旋轉給料機噴吹系統在高爐噴煤的應用

陳龍 李平

摘 要：萊鋼集團的3200m3高爐噴煤系統在建設時引進了英國克萊德公司以ROTOFEED旋轉給料機為核心設備的噴吹系統。該給料機為變頻電機驅動，具有調節范圍廣，控制精度高等特點。

關鍵詞：高爐；噴煤；ROTOFEED旋轉給料機

在上世紀八十年代，英國克萊德公司就是高爐粒煤和粉煤噴吹技術的先驅。1084年和1985年克萊德最早的兩套粒煤噴吹系統安裝在英鋼聯（Corus）斯肯索普工廠的安妮女王號和維多利亞女王號兩座高爐上，之后又在另兩座高爐上也應用了克萊德粒煤噴吹系統。克萊德在克利夫蘭4號高爐的設計煤比高達400千克/噸鐵，是迄今為止全世界煤比最高的設計，曾在1991年6月短期噴到了318千克/噸鐵的世界最好成績，平均煤比超過230千克/噸鐵。

1 ROTOFEED旋轉給料機簡介

ROTOFEED旋轉給料機的主體為圓柱形，內部采用星型容積式結構，圍繞著旋轉軸設有幾個等容積的儲煤格。給料機與噴吹罐之間設有一道擋板，擋板上留有孔洞，煤粉可通過該孔進入儲煤格。在給料機外部的側面設有進氣孔，當裝滿煤粉的儲煤格轉過進氣孔位置時，輸送氣體進入而將煤粉吹出進入輸煤管道，最終通過分配器輸送至高爐各風口。

旋轉給料機利用變頻電機驅動，根據高爐噴煤量的設定值，通過PLC系統進行計算來自動設定變頻電機的轉速，從而控制系統的噴煤量。在噴吹系統運行中，PLC系統會反復的校核電機的轉速，從而精確地控制系統的噴煤量。

2 圓頂閥簡介

ROTOFEED旋轉給料機噴吹系統的另一核心設備是圓頂閥，圓頂閥在開啟和關閉過程中實現密封面無摩擦啟閉，不易卡澀，啟閉靈活，關閉后對密封圈充氣以對閥門進行密封，密封接合面呈帶狀，密封性良好，并具有開啟時全截面流通物料，不磨損密封面的特點。由于其以上的優良特點，圓頂閥在電力、食品、醫藥、化工、塑料、礦山、鋼鐵等行業得到了廣泛的應用。

該類型噴吹系統在噴吹罐入口采用雙圓頂閥配置，在裝料時按順序啟閉，能有效保證噴吹罐入口下圓頂閥的密封性。

3 噴吹系統簡介

該煤粉噴吹系統共包含有兩個相同的工藝流程。

每個旋轉給料系統由兩個噴吹罐組成，連接同一條噴吹主管。每個噴吹罐的出口都裝有一臺ROTOFEED旋轉給料機，按照一定速率卸放物料進入噴吹主管。輸送空氣從給料機的輸送氣入口引入，物料通過氣動輸送經過噴槍噴入高爐的風口。

兩個噴吹罐的操作是順序進行的，一個罐卸放煤進入噴吹主管的同時，另一個罐裝填物料，以保持煤粉連續且均勻的進入高爐。

在打開進口閥門對噴吹罐進行裝料過程前會先打開排氣閥，將噴吹罐內的壓力進行放散，同時在放散管道上設有調節閥，能夠對氣流進行調節，以保證壓力放散勻速進行，減少放散氣流對放散管道的沖擊。裝料時，煤粉在重力作用下，從煤粉倉流下進入噴吹罐，為了保證煤粉的流動性，煤粉倉出口附近設置有多組流化器以對煤粉進行流化。當罐被加滿煤粉后再重新加壓。

第一個噴吹罐裝料加壓完成后，待同一系列的另一個噴吹罐即將完成噴吹時，控制系統會自動啟動第一個罐的給料機，并慢慢提高其轉速直到達到設定的噴吹速率，與此同時，第二個罐的給料機也在控制系統的控制下，慢慢降低轉速直到停止，在倒罐的過程中，兩個給料機轉速提升和降低的速度是一樣的，這樣可以避免倒罐時噴吹速率發生較大的波動。

每個噴吹罐從第一次裝料結束，到噴吹結束后完成下一次的裝料的過程視為一個循環過程。

噴吹罐均設置有稱重裝置。在旋轉給料機運行過程中，控制系統在每個循環過程中會記錄兩次噴吹罐容重。第一次是在噴吹罐裝滿煤粉后，第二次是在噴吹罐噴吹完成后。在兩次測量重量的這段計時區間內，控制系統將記錄給料機的旋轉數據。噴吹罐裝滿煤粉后的重量減去噴吹完成后的重量得到的數據即該時期內噴吹罐的噴吹量。通過除以給料機在同一時間內的轉數獲得“給料機校準因數”。這個數據相當于給料機每轉的噴吹的煤粉量，操作者可以把它用于控制系統來設置給料機需要的轉速以獲得理想的噴吹速率。

該噴吹系統在運行過程中，通過PLC的控制可以實現完全自動化噴吹，噴吹量的設定值可以在設計范圍內自由調整，當噴吹量的設定值調整后，系統可以自動調整旋轉給料機的轉速，直至達到噴吹量的設定值。

4 給料機校準因數

為進一步提高噴吹速率的精度，在噴吹進程中給料機校準因數的值將不斷的被修正。

從噴吹開始起，控制系統將整合噴吹速率的設定值，以計算從那時起噴煤的理論重量。此設定值與從噴吹周期開始時煤粉的實際噴吹重量作對比來校正給料機校準因數。如果實際噴吹重量大于理論重量，那么校準因數將增加，反之亦然。

給料機的校準因數每5秒鐘整合一次，PLC根據整合后得到的校準因數反過來調整給料機的轉速，從而進一步提高給料機的噴吹精度。

5 給料機的轉速控制

給料機每轉的噴吹量是一個固定值，控制系統通過調節給料機的轉速來實現噴吹量的自動控制。

在噴吹過程中，PLC通過對給料機校準因數的周期性計算，根據程序運算來控制給料機的轉速。

當旋轉給料機啟動時，或者操作員設定的噴吹量設定值增加時，控制系統自動逐漸增加旋轉給料機的設定量，直到達到操作員設定的設定量。

如果從人機界面上操作者輸入的設定值是增加的，那么給料機噴吹速率的調整速率為2噸/小時/秒。

如果操作者在人機界面減小設定值，那么給料機噴吹速率的設定值會立即減而不是緩慢減小。

6 給料機速度測量

給料機轉軸的一部分帶有凸起，該結構類似于齒輪。當給料機轉動時，轉軸的凸起會接近安裝在毗鄰的給料機殼體上的接近開關而使其發出脈沖信號，PLC通過這些脈沖信號用于確定給料機轉速。

實際的噴吹速率公式為：

實際噴吹速率=實際給料機轉速 × 給料機校準系數（CF） / 16.67

7 結論

以ROTOFEED旋轉給料機為核心設備的噴吹系統通過PLC周期性地計算給料機的校準因數來計算系統的理論噴吹量，并與給定的噴吹量進行對比來控制給料機的轉速，從而控制系統的實際噴吹量，大大提高了系統的噴吹精度，噴吹精度可達±0.5%。

參考文獻：

[1]崔桂梅，張軒，顧東洋.高爐冶煉噴煤操作模式匹配和演化的研究[J].冶金自動化，2014（04）.

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