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1、全国能源与热工 2008 学术年会517R-D 阀在转炉煤气回收系统中的问题及改进阀在转炉煤气回收系统中的问题及改进焦 黎 李群桥 童健民(武钢第一炼钢厂 武汉 430083)摘摘 要要： R-D阀是调控转炉煤气回收的关键设备，对转炉煤气的回收量有着重要影响。由于R-D阀在自动运行中产生的故障会引起一次风机剧烈喘振，因此，提出了相应的具体解决措施，在某钢厂120t转炉煤气回收系统的应用结果表明，可以有效的提高煤气的回收质量和数量，且具有易操作、易维护及节能的效果。关键词关键词： R-D阀；伺服装置；煤气回收；问题及其改进The Problem and Improvement of R-D Va
2、lve in Converter Gas Recovery SystemJIAO Li LI Qun-qiao TONG Jian-min（No.1 Steel-making Plant of WISCO, Wuhan 430083）Abstract: The valve of R-D is the key equipment in the converter gas recovery system and has important impacts on the quantity ofgas recovery. R-D valve can induce a fault in automati
3、c running, which will cause fierce vibration. Therefore, put forward acorresponding measure to solve it . In a steel mill 120 t converter gas recovery system application results showed that it caneffectively improve the quality and quantity of the gas recovery, and is these effects: easy to operate
4、, maintain and energy-saving.Key words: R-D Valve; Servo Mechanism; Converter Gas Recovery; Problem and Improvement1 前言转炉煤气是钢铁企业重要的二次能源，也是我国二次能源回收利用的薄弱环节之一，提高转炉煤气回收量，不仅能有效降低炼钢工序生产成本，为实现“负能”炼钢打下坚实的基础，而且能极大降低钢厂污染物排放总量，实现绿色生产。目前，我国的转炉煤气回收利用技术和水平有了较大的提高，但还是有很多企业的回收效果不是很理想，与国外的先进水平还有一定的差距，既浪费了大量能源，又严重污染了
5、环境。随着能源的日益缺乏，原材料的价格上涨，钢材成本的竞争日益加剧，掌握转炉煤气回收技术、充分挖掘现有设备的潜能、安全而高效的提高转炉煤气回收水平，成为各大钢厂面临的共同课题。因此，转炉煤气回收利用的意义更加重大，成为现代转炉炼钢中的重要技术13。炼钢厂的生产实践表明，转炉煤气回收量占转炉工序能源回收量近 67的比例，是其实现“负能”炼钢的关键环节。2 转炉煤气回收工艺简介及R-D阀的作用2.1 转炉 OG 法煤气回收工艺简介所谓OG法是指氧气转炉煤气回收（OxygenConverter Gas Recovery） ，是以双级文氏管为主，抑制空气从转炉口流入，使转炉煤气保持不燃烧状态，经过冷却
6、而回收的方法，因此也叫未燃法，又称湿法。OG系统烟气冷却设备由活动烟罩、汽化冷却烟道组成，在风机吸力作用下，煤气从活动烟罩进入全封闭的回收系统，经汽化冷却烟道后温度降至约1100，在一级文氏管进行灭火和粗除尘、煤气降温至75，随之煤气经重力脱水器脱水后，由R-D阀(RICEBALL-DAMPER)开口度的自动控制使煤气进入二级文氏管进行精除尘和再冷却，温度降至65左右，含尘量降至150mg/Nm3，煤气经过湿旋脱水器及旋流脱水器再度脱水后含尘量降至65mg/Nm3进入一次除尘风机。一次风机配有烟气分析仪，进行烟气的在线实时分析，煤气通过三通阀进行回收放散切换，节能技术与装备518当煤气CO35
7、时，由三煤气罐除尘风机脱水器活动烟罩一级文氏管汽化冷却烟道水封逆止阀放散塔V型水封湿旋脱水转炉脱水器三通 阀二级文氏管 (R-D阀)旁通阀旋流脱 水器图 1 OG 法工艺流程通阀切换至高空放散塔完全燃烧后排入大气，当CO35时，由三通阀切换至水封逆止阀进入煤气柜回收，柜内煤气经加压泵送至用户重复使用。电动旁通阀用于设备事故系统，油泵系统、水冷系统用于一次电机和风机轴承及液力偶合器的润滑和冷却。OG 法工艺流程如图 1 所示：转炉烟气活动烟罩汽化冷却烟道一级文氏管脱水器二级文氏管脱水器湿旋脱水器旋流脱水器除尘风机三通切换阀放散塔或煤气回收。2.2 R-D 阀在转炉煤气回收中的作用用未燃法回收转炉
8、煤气时，炉口上的活动烟罩与炉口间的缝隙处存在着烟罩内、外气体之间的压差，其压差的每一微小变化，都会对转炉煤气回收的数量和质量及钢厂的生产环境产生很大的影响。压差为负值时，将导致周围空气被吸入烟罩，参与烟气燃烧，使回收的煤气热值降低，反之，罩内烟气外溢使回收量减少，并恶化周围环境。为保证烟气的净化效果和煤气的安全回收，需要对煤气回收系统进行自动控制。R-D 阀作为转炉炼钢与煤气回收的关键设备之一，既影响着煤气回收又影响着转炉炼钢操作。由于在转炉炼钢中，炉内烟气的生成量在不断地变化，炉口微差压也需随之变化。在转炉炼钢的过程中碳氧反应是一个变化量，在吹炼一炉钢的过程中，生成的炉气量是随着碳氧反应速度
9、的变化而变化，其变化规律一般是“两头低，中间高”，通过变化着的炉口微差压，对二文喉口 R-D阀开口度实行自动调节，使一次风机的抽风量与烟气的生成量保持一致，就可避免烟气外溢或罩内吸入过多空气，这就是我们希望通过 R-D 阀的精确定位和一次风机转速的自动控制手段去达到的最佳回收状态，一般不可能做到一次风机的抽风量与烟气的生成量绝对的一致。为有利于煤气回收，炉口微差压经常在-2020Pa 范围内，R-D 阀的开口度也随着炉口微差压的变化而变化。3 R-D阀在运行过程中存在的问题3.1 液压伺服装置存在的问题及原因分析转炉煤气回收的关键设备 R-D 阀是一个带有电压负反馈的闭环控制系统，它通过液压伺
10、服阀控制液压油缸（执行机构）作变速运动及精确定位。二级文氏管采用 R-D 阀，其喉口设有椭圆形阀板，由炉口微差压装置控制喉口开度，以适应烟气量的变化保证气流以高速状态通过喉口，达到精除尘的目的。转炉在连续生产过程中 R-D 阀的阀板上的积灰逐步增多，其通过的烟气量也随之减少，持续发展将导致一次风机进气量不够从而引发喘振故障，造成风机不能正常工作。液压伺服阀本身也存在一些问题，主要表现在能耗浪费大、容易出故障、抗污染能力差、价格昂贵以及系统对油质要求较高等方面。3.2 控制系统框图存在的问题及原因分析自动控制时，是通过伺服阀来控制液压缸动作的，液压伺服控制系统反应太过于灵敏，使喉口开度的控制速度
11、超前于烟气压力的变化速度，全国能源与热工 2008 学术年会519不能很好的实现炉口微差压自动控制 R-D 阀的目的。系统工作时，通过均匀安装在活动烟罩顶部的四个取压环管，从炉口取出微差压信号，与WINCC 操作画面设定的 CO 值、炉口微差压值、二文喉口开口度值送入 PLC 中，经控制器运行后输出 420mA 的电信号至伺服放大器，再将其位移状态反馈来的实时信号与 PLC 送来的信号进行比较运算，用所得的差动信号去调节 R-D 阀的开口度，R-D 阀开口度的测量信号送至控制器，在WINCC 操作画面上显示其开口度。伺服阀动态性能比较高，响应过快，R-D 阀开口度与气体流量之间的线性关系不强，
12、经常导致一次风机抽风量、炉口微差压与二文喉口的开口度不一致，使三者不能组成具有稳定性和快速的闭环控制系统，结果导致一次风机的抽风量与烟气的生成量不能保持一致，这种现象对一次风机的安全运行造成了极大的威胁。伺服阀控制系统框图如图 2 所示。WINCC操作画面 SP值、CO值 炉口微差压值 二文喉口开口度位移反 馈 （+10 -10v）炉口微差压 环管 （420mA）变送器1RD阀开口度 测量 （420mA）变送器2P2-PLC系统PIW646PIW644PQW606伺服放大器VI1VI2VO液压 伺服 2DT数据总线图 2 伺服阀调节系统4 R-D阀伺服装置的改进4.1 液压伺服装置的改进针对
13、3.1 分析结果，选择了相应的比例阀与现有的伺服阀作了工况对比，结果为比例阀比伺服阀控制要灵活一些。伺服阀多是零遮盖，比例阀有一定的死区，控制精度要低，响应要慢，但是比例阀的成本比伺服阀要低许多，抗污染能力也强。由于系统存在参数时变，以及被控对象的非线性及耦合等不确定因素，因此 R-D 阀适于采用比例阀控制。比例阀的阀门开口度与气体流量之间存在很强的线性关系，特别适合工业现场的恶劣环境。鉴于上述对比结果，将 R-D 阀的液压伺服阀改造为液压比例阀，改造后的效果良好。4.2 R-D 阀控制回路的改进在改进的控制系统中控制器采用 SIEMENSS7400 系列 PLC 作为主站。PLC 之间的通信
14、采用工业以太网。PROFIBUSDP 主要完成 PLC 与远程站 ET200M 之间的数据通信功能。 用于主站 S7400 系列 PLC 的 CPU 选型为 CPU4142DP 和CPU4162DP。转炉冶炼过程中的烟气有着压力变化较快、烟气量的波动较大等特点，为保持炉口微差压控制在2020Pa 范围内，提高控制精度和速度，使喉口开度的控制速度能跟上烟气压力变化的速度，实现炉口微差压自动控制 R-D 阀的目的，对原控制系统的伺服控制回路作了改进。把伺服阀控制回路改为比例阀控制回路，这样能对反馈信号做出正确、及时的对比与分析，改进后的控制系统由 A、B 两个线圈组成比例阀控制，线圈 A用于控制油
15、缸的伸出动作，线圈 B 用于控制油缸的缩回动作，能组成动态性、稳定性具佳的闭环控制系统，使执行元件进一步符合控制系统的要求，改进后的控制回路如图 3 所示。炉口微差压 环管 （420mA）变送器1RD阀开口度 测量 （420mA）变送器2P2-PLC系统PIW646PIW644PQW606WINCC操作画面SP值、CO值炉口微差压值二文喉口开口度伺服放大器VI1VI2VO比例伺 服2DT位移反 馈 （+10 -10v）数据总线比例阀线圈A比例阀线圈B图 3 比例阀调节系统根据炉口的微差压信号，经过转换、放大、控制液压驱动装置的执行机构，从而改变 R-D 阀的开度， 使转炉炉口内外的压差控制在-
16、2020Pa的范围内，从而安全有效地保证煤气回收的质量和数量。炉口的微差压检测装置与转炉活动烟罩的升降装置连锁，当活动烟罩降罩时，炉口的微差压检测装置开始工作，反之当活动烟罩升起时，微差压检测装置停止工作。5 结束语通过结合实际的改进工作，取得了如下效果：（1）控制速度快，超调量小，稳定性好，对参数变化的不敏感均优于传统控制器。炉口微压节能技术与装备520差控制系统操纵 R-D 阀，使刚进入烟罩的煤气保持在2020Pa 范围内的压差，确保回收煤气的 CO 含量在 55%以上。R-D 阀的控制灵敏，阻力小，除尘效果好，其开度与抽风量之间基本呈线性关系。（2）OG 烟气净化效率高，使外围空气较少进入烟道参与烟气燃烧，从而提高了回收的煤气质量。（3）转炉煤气回收创造了可观的经济效益和环保效益：由于一次风机在转炉炼钢生产中作变速运行及 R-D 阀稳定投入自动运行，每炉煤气回收时间从 400 秒提高至 460 秒，因此多回收 15%的煤气，年多创效益 1012500 元，即
