燒結機點火爐燃燒控制系統設計

吳宏禹，王新春，周怡雯

(內蒙古科技大學，內蒙古 包頭 014010)

2020年，金屬制造公司煉鐵作業部兩臺500m2燒結機年產燒結礦為983萬t。目前，燒結系統的固體燃耗成分為80%的焦粉，配加量約為49kg/t燒結礦，折合標煤43.95kg/t燒結礦，固體燃耗的相關指標在國內處于較高水準。但目前燒結礦的各項質量參數也因為火焰溫度的不同，造成了大量的波動，嚴重影響了燒結礦的產量及質量。同時隨著國家去產能及節能減排等各項政策措施的陸續出臺，鋼鐵行業的形勢越來越嚴峻。

未來冶金行業的重點發展趨勢就是有效降低能源消耗、減少污染物排放總量為突破口，節能減排先行，環境保護重于泰山。為確保實現國家的節能減排目標，促進經濟發展態勢升級，建設資源友好型、環境友善型企業，增強可持續發展的創新能力，包鋼集團公司必須采取必要手段，以實現國家節能減排的宏偉目標。

最近幾年，大型燒結機的燒結點火技術飛速發展，點火的能源消耗大幅度下降，國內各大型鋼鐵企業對燒結機點火爐上不僅在結構上采取了新技術，同時在控制系統上也采用了新技術，這些新技術、新思想的運用，對降低燒結機點火爐的能源消耗起到了關鍵作用。

1 燒結生產流程

來料的準備與來料、料種的混配與制粒、燒結及環冷、篩分及入爐。

1.1 來料的準備與來料部分

原料是燒結生產的根本，燒結生產需要多種料種，其中包括含煤粉、焦粉、蛇紋石、灰石等多種料種，保證多料種的配比穩定、來料穩定、流量穩定、控制穩定等關鍵指標，才能保證燒結機的基礎穩定，基礎穩定才能保證燒結礦的成品性能穩定，性能穩定才能保證后續的穩定，也就是保證鐵水的質量。

1.2 料種的混配與制粒部分

料種的混配就是根據目前的生產情況，高爐什么狀況，去進行混配什么料種。多種料種的混配完全根據關鍵質量參數去決定，例如亞鐵合格率、堿度合格率、轉股強度等關鍵技術指標進行配比。同時將固定比例的料種混合后要進行制粒，也就是讓其成為顆粒狀原料，以保證后續工序的使用。

1.3 燒結及環冷部分

制粒的來料鋪到燒結機上進行燃燒，通過點火爐同時利用主抽風機進行抽風作業，以保證來料燃燒的充分進行。整個燃燒過程通過控制燒結機機速、風箱翻板閥的開度、料層厚度、點火強度等來實現的。主要控制在料層、風門開度、主管溫度、機尾溫度，主要保證其燃燒充分，同時燒程盡可能地合理。充分燃燒的燒結礦在燒結機的運轉過程結束后會經過翻車和破碎到達環冷機系統，在環冷機系統上進行有效的冷卻。保證料溫下降，多余的熱量會被回收發電，燒結礦在環冷機上進行充分冷卻。環冷機主要的冷卻方式為5臺鼓風機進行鼓風冷卻，以保證燒結礦的充分冷卻。

1.4 篩分及入爐部分

篩分及入爐是整個燒結系統的最后關鍵，篩分是將燒結礦進行篩選，以保證合適粒度的燒結礦得以進入高爐。篩分的意思就是將燒結礦分為不同的粒級，小粒級的形成返礦回到配料室重新混配，大粒級的形成底料鋪到燒結機上形成底料，粒度合適的進入高爐作為原料。粒度、質量合適的燒結礦不斷的有序生產，保證了高爐的高效利用。

2 燒結機點火爐燃燒控制系統設計

在整體燒結礦的生產流程中，燒結機點火爐是點燃燒結機上燒結混勻料的關鍵設備，點火爐為燒結機的正常生產提供了初始的熱量，通過點燃焦爐煤氣在助燃空氣中燃燒，以產生大量的火焰和高溫煙氣，并以熱輻射的方式點燃混合料，點火的控制直接影響到燒結機的燒程、燒結礦的平均粒徑、轉鼓強度等重要的生產操作參數。因此，控制燒結機點火爐的燃燒，保證來料得到穩定的點燃狀態，實現燒結系統生產的精細控制起到了關鍵作用。

金屬制造公司燒結作業區通過現場的考察和論證，提出的PID控制方案，可以有效地滿足燒結機點火爐燃燒的自動控制。

2.1 控制原理

PID控制的使用非常廣泛，并且使用非常靈活，市場出現了一系列的產品，雖然很多冶金行業的生產過程是無規律或經常改變的，但通過對其簡化可以變成線性或動態特性不隨時間變化的系統。這樣PID控制就可以完全實現。其次PID參數容易整定，其中參數Kp、Ti、Td可以根據動態特性進行整定。如果動態特性變化，PID參數就可以重新整定。

典型的PID模型控制系統，如圖1所示。

圖1 PID模型控制系統

2.2 工藝技術性能描述及工況技術參數

2.2.1 工藝技術性能描述 。 本雙斜式燒結點火保溫爐完全滿足燒結點火工藝所需的點火溫度、點火時間、保溫時間等的要求。本點火爐在較低的煤氣能耗指標下，也可完全保證優良的點火效果，對臺時產量、燒結礦強度均有提高。同時，還具備優良的作業穩定性、安全性、操作維護便利性和使用壽命長等特性。

2.2.2 機械技術性能描述。①整體設備按照國內先進水平設計、制作。②點火溫度1150±50℃。③正常機速下，點火時間大于1.0min，保溫時間大于4.0min。④煤氣單耗低于0.07GJ/t-s(在關閉保溫燒嘴和引火燒嘴的正常工況條件下)。⑤點火爐爐頂設傾斜交叉錯布式點火燒嘴2排。保溫爐一段設保溫燒嘴1排。側部設引火燒嘴3對，引火燒嘴附近設點火棒。⑥點火燒嘴、保溫燒嘴、引火燒嘴燃料均為焦爐煤氣。⑦環冷機的回熱風供給保溫爐二段，分4段頂部進風。每段熱風橫管上均設波紋補償器。⑧點火爐前部設耐火內襯端墻，點火爐和保溫爐一段之間設耐火內襯隔墻；保溫爐一段和二段之間設耐火內襯隔墻。隔墻不考慮水冷。⑨點火爐和保溫爐一段的內襯結構為耐火層+保溫層，采用錨固吊掛現場澆筑施工結構，確保良好的整體密封性能。保溫爐二段的內襯為陶瓷纖維層，采用內錨固結構。爐殼采用框架式結構。爐底設置行走裝置，便于安裝和檢修。點火爐和保溫爐側墻上均設觀察孔。點火燒嘴前煤氣支管上設雙道手動球閥，空氣支管設一道通風蝶閥。每排燒嘴煤氣橫管上靠近接口位置設一道金屬硬密封蝶閥，末端設放散和取樣閥。每排燒嘴空氣橫管上靠近接口位置設一道通風蝶閥，末端設放散和泄爆閥。保溫燒嘴前煤氣支管上設一道手動球閥，空氣支管設一道通風蝶閥。煤氣橫管上靠近接口位置設一道金屬硬密封蝶閥，末端設放散和取樣閥。空氣橫管上靠近接口位置設一道通風蝶閥，末端設放散和泄爆閥。引火燒嘴前煤氣支管上設一道手動球閥，空氣支管設一道通風蝶閥。兩側煤氣橫管末端設放散、取樣閥和排污閥。設備上易于磨損、老化或需調整、檢查和更換的部件均能方便的拆卸、更換和修理。爐側和爐頂均設鋼格柵結構操作平臺。爐兩側均設上下扶梯。各操作區域均能滿足人身安全和勞動保護要求。點火爐爐頂設熱電偶安裝孔3個；保溫爐一段和二段各設熱電偶安裝孔1個。點火爐側墻設爐膛壓力檢測孔1個。點火燒嘴和保溫燒嘴采用兩臺風機供風，一工一備。引火燒嘴采用一臺獨立風機供風。熱風管道設外保溫。設備整體使用壽命大于5年。

2.2.3 工況條件參數。①燒結機有效面積500m2，利用系數1.25t/(m2.h)，臺時產量625t。②燒結機臺車外沿寬度5 736mm，側板高度760mm。③燒結機料層厚度740mm，料層平整，高低誤差不超過50mm。④臺車速度2.77m/min，調試范圍1.23m/min～3.69m/min。⑤風箱長度4.0m。⑥1號、2號和3號風箱負壓可調。⑦環冷機回熱風溫度小于500℃。⑧助燃空氣、煤氣接點壓力穩定在3.0kPa～4.5kPa。

3 結束語

筆者根據金屬制造公司的未來發展需要，為了保證及滿足高爐冶金對燒結礦產質量的需求，通過對燒結機點火爐燃燒控制系統設計，來滿足金屬制造公司對燒結礦產量、質量的要求，期望能夠為包鋼集團金屬制造公司的降本、降耗工程奉獻了微薄之力。