教育厅项目验收150吨转炉微差压项目申报汇报材料

转炉烟气净化及煤气回收技术的研究与应用安徽省教育厅自然科学研究项目2009年9月5日安徽工业大学主要内容一、项目概况二、研究现状三、研究工作进展情况四、应用情况及相关成果1.课题背景及意义背景课题来源：①省教育厅自然科学研究计划项目(2007.1-2008.12)②宝钢梅山炼钢厂烟气净化与煤气回收系统改造项目(2007.9-2009.2)③2008年马鞍山市科技计划项目(2008.1-2009.12)④与马钢第二钢轧总厂产学研合作项目(2008.10-2010.3)意义①保护环境：减小烟气排放量，降低污染②能源利用：减少炉口燃烧量、提高煤气回收品质和效率、实现负能炼钢冶金行业是造成工业有害气体排放较为严重的部门，其废气污染源集中在炼铁、炼钢、烧结、焦化等冶炼工业窑炉。转炉炼钢工艺中产生的烟气含有大量的CO和金属粉尘,如果不加以回收和控制排放,不但会严重污染环境,同时也浪费了大量能源。目前国内炼钢企业的转炉烟气净化回收系统由于部分技术装备及控制方法比较落后，造成炉口烟气压力波动较大、调节响应速度较低，严重影响转炉烟气回收和减排效果，降低了煤气的回收率和发热量。2.实现目标通过对转炉炉口微差压控制工艺的机理分析，采用多模态和变结构智能控制技术，实现二文喉口开度的自动调节，从而将炉口的大气与炉气差压控制在允许范围内，以避免烟气外溢或向罩内吸入空气，保证转炉炉气回收的稳定性，有效地提高转炉煤气的回收率和煤气品质，减少废气排放量。微差压控制精度在±40Pa以内，保持时间大于80%，炉口烟气气排放量和燃烧量减少5%①技术指标②经济指标对于年产140万吨钢的150吨转炉，按平均吨钢煤气回收量60～70m3计算，采用本项目设计的控制系统，将吨钢煤气回收量提高到70～75m3，则年煤气回收量即可增加700～1400万m3。按目前转炉煤气每立方0.15元估算，预计每年可创造直接经济效益105～210万元，③社会效益显著降低转炉炼钢烟尘的排放量，有效减少环境污染二、研究现状目前国内现有的转炉烟气回收净化系统基本采用PID、分时定开度等控制技术，由于炉口微差压控制及烟气净化回收系统是大惯性、纯滞后、非线性、多变量的复杂系统，而且具有参数多变和工况的不确定性,经过一段时间运行后,使得原来设计的PID或分时定开度控制参数往往不能适应实际系统的要求,从而导致炉口烟气差压波动较大,煤气回收率降低,烟气减排效果变差。目前，各种自适应控制、参数自整定控制、神经网络等智能控制技术逐渐成熟，人们开始将其应用到某些工业控制领域,并收到了较好的效果。但在转炉炉口微差压控制方面还未见到相关的应用研究报道。本项目将变结构智能控制技术应用到转炉微差压控制系统中，形成具有技术独创性的转炉烟气减排及煤气回收控制技术。根据项目技术要求，研究内容包括以下几个方面：三、研究工作进展情况：1.控制系统方案设计2.炉口微差压控制系统建模3.控制系统硬件设备改造研制：传感器、微差压变送器、角位移监测装置等设备的选型、采购及电控系统的集成；4.控制系统电路单元设计、加工制作及调试,设备现场安装及调试5.微差压控制系统软件开发；6.根据前期现场测试得到的二文喉口调节阀特性曲线，修正系统控制参数，达到准确控制炉口微差压的目的；7.调节阀非线性特性补偿8.控制系统软件设计技术路线：考虑到转炉烟气净化回收控制系统大惯性、纯滞后、非线性、参数多变的特点，本项目采用多模态和变结构智能控制技术对系统进行控制。同时为了保证控制系统在现场的顺利投运，缩短试验调试时间,尽可能减少对生产的影响,本项目采用参数测试-仿真研究-模拟试验-工业性试验相结合的方法进行项目研究和开发。具体步骤究技术路线如下：转炉微差压工艺机理分析炉口微差压控制方案设计炉口微差压控制模型研究微差压检测与控制系统设计系统集成总体研究技术路线现场工业性试验实验室模拟试验微差压自动调节系统设计方案由控制柜、调节器、液压伺服装置、角位移传感器、供配电环节组成角位移传感器1管道烟气传输液压伺服装置P-A挡板角位移传感器2微差压变送器调节器SVDVMVΔE微差压控制柜显示仪表PV+--+非线性补偿器炉口微差压单变量自动调节方案液压伺服系统配置液压伺服系统组成液压伺服放大控制信号MV电液伺服阀执行机构PA阀液压控制泵站手动、电动液压换向阀应急手动操作电动操作角位移传感器调节器远程控制+-折线功能补偿吹氧阶段控制器加料降罩时间阶段信号风机智能调节器液压伺服装置PA挡板控制对象炉口微差压SVPV+-炉口微差压变结构自动调节方案三、工作进展微差压传感器安装采用独立的二线制角位移传感器与二线制配电器联接，并配备信号隔离器，实现一个角位移传感器同时输送两路相同信号到监视器和控制器，以取代原系统中采用一个机械连杆机构分别驱动两个角位移传感器的工作方式，提高了控制和监视的一致性。角位移检测系统改造水封罩裙转炉下部烟罩取压管二文喉口调节阀特性曲线测试实现转炉炉口微差压精确控制的技术关键在于实现对二文喉口开度和流量的准确控制。1、测试参数：二文喉口开度、OG烟气流量、二文喉口烟气流量、压力、炉口微差压2、测试方案：（1）在原系统中生产正常进行时，保证风机运行在额定状态，恒定风机的转速，在生产安排允许条件下，调整PA挡板的开度，通过现有的角位移传感器和流量显示仪表，测量并记录该开度下的二文喉口烟气流量、压力、炉口微差压；（2）在每炉钢冶炼的允许控制测试时间内，采集测试PA挡板的满程控制范围内200组以上的试验数据，并列表记录和保存（3）连续测试5～10炉的试验数据，并记录生产状态，检验各炉次试验数据的可重复性，并选择重复性较好的炉次数据作为后续数据处理和曲线拟合的有效数据。如果重复性较差，则增加测试炉次；（4）根据后期得到的有效试验数据，通过最小二乘法进行合理的数据处理和数据分析，建立二文喉口的开度和烟气流量与炉口微差压的数学模型，并拟合出相应的关系曲线，同时找出二文喉口对烟气流量有效控制范围；（5）微差压控制系统传感器等设备安装完成后，重复以上试验测试，以验证并修正得到的数学模型和二文喉口特性曲线，并最后作为测定结果，为以后的汽化烟道改造提供技术指导和理论依据。304050607080900102030405060708090100％5101520流量104Nm3/H25挡板开度PMPM位置显示器位置变送器位置反馈变送器压力指示器压力记录仪二文液压工作缸压力调节器折线功能发生器伺服放大器电液控制器本地柜（液压伺服装置）油储能器图炉口微差压控制系统隔离器压力变送器折线功能发生器是用来补偿二文喉口PA挡板转动时的非线性，通过这种方式，烟气流量就随着调节器的输出而变化，调节器输出减小，PA挡板位置就逐渐关闭。折线功能发生器可按实际要求进行调整。烟气流速(%)PA挡板位置（%）10050100500（最大）121PA挡板位置、烟气流速特性2折线功能发生器输出特性PA挡板非线性的折线功能补偿调节阀非线性特性补偿微差压控制系统建模--参数估计法利用Matlab提供的系统辨识工具箱，该工具箱模型辨识算法采用了最小二乘法。工具箱的功能主要包括参数/非参数化模型辨识工具、模型验证工具、递推参数估计、各种模型类的建立和转换函数及集成多种功能的图形用户界面(GUI)等，使用该工具箱可以方便地进行了系统建模，主要包括获取观测数据、数据预处理、模型结构选择、参数估计、模型检验和比较以及动态仿真等炉口微差压控制系统的模型结构是确定的，为两阶加纯滞后环节。利用过程模型辨识界面配置好模型结构，可得到模型传递函数为：)65.151)(22.21(822.0)(G5.1ssess微差压监控软件设计监控软件主画面微差压控制参数监视画面数据趋势画面四、应用情况及相关成果在对微差压传感器、PA挡板的角位移检测系统进行改进以及仿真研究的基础上，通过对梅山炼钢厂150ｔ二号转炉煤气回收系统实施改进的炉口微差压多变量控制方案（2008.9-2009.3)，使炉口微差压控制效果得到了明显的改善。应用结果表明，达到预期技术指标，转炉煤气回收量和品质（ＣＯ质量分数）分别提高了约8%和5％。在加料、吹氧、降罩等操作过程中，炉口冒火现象明显减轻，系统运行平稳。明显地减少了向大气中排放的烟尘量和废气量，不仅为企业带来可观的经济效益，也有效地保护了环境，产生了良好的社会效益。项目组在省级以上学术刊物上发表相关研究论文9篇，其中核心刊物6篇；培养硕士生2名；在两家冶金企业推广应用，签定两项科研项目，完成科研经费97万元。五、展望1.控制系统性能需进一步提高，“抖振”问题2.由于项目投入实际应用时间不长，因此专利申报、项目成果鉴定正在申请过程中。3.由于后续签订了横向应用课题，为了统一完成该项目的研究计划，故教育厅项目结题时间逾期半年.转炉烟气净化与煤气回收流程汽化冷却烟道活动烟罩转炉一文一文脱水器二文二文脱水器流量计风机旁通阀三通阀水封逆止阀V型水封煤气柜放散烟冲可调喉口热端分析仪水雾分离器微差压控制