球团生产煤气发生炉的炉内层次控制

许多球团厂建在铁矿附近，它没有钢铁工厂的煤气能源，因而大都建有煤气发生炉，并使用发生炉煤气作为竖炉等焙烧设备加热之用(如太钢的峨口铁矿)。

煤气发生炉生产过程控制的好坏不仅对煤气的产量、质量、发生炉的安全运行和原材料消耗有着密切关系，而且会影响球团矿的质量。其中发生炉炉内层次(简称层次)是一个十分重要的也是当今国内外同行业中感到比较头痛的控制参数，发生炉工艺流程和层次示意如图1所示，为保证煤气质量、产量和发生炉的安全运行，工艺对各层控制范围如下(以某个容量的煤气发生炉为例，不同大小的炉子，各层厚度略有不同)，灰层厚度为150～250mm，温度约为400～600℃，氧化层厚度为100～200mm，温度约为1100～1250，煤层(包括还原层、干馏层、干燥层)厚度为650mm，温度约为800℃左右；总层次高约为900～1100mm；空层高度应保持相对稳定。传统的控制是采用人工作业，每隔1～2h用长达3～4m的探火钢钎从炉顶打开的探火孔插入到炉底灰层2min后快速抽出，观看被烧热的探火钎各段的颜色来大致判断各层次的位置和温度，再采取相应的控制，即控制煤炭的加入、灰渣的排出及空气的鼓入量等，为防止煤气外泄，探火时必须采用蒸汽从探火孔吹入炉内以封锁煤气，这种传统的操作法测量粗糙、劳动强度大、安全性差，并且吹入的蒸汽影响煤气质量，由于煤气产量随负荷变化，且煤种亦时有变化，故这些变化均会影响层次的稳定，因此，工艺对过程控制提出了对炉内层次的位置、厚度的检测和控制要求。

图1  煤气发生炉内层次及控制示意图

解决层次控制包括检测和自动控制问题，系统采用PLC控制，其功能为：

1)层次的判断是由炉内水套上的插入煤层和灰层的2支热电偶测温度(为防止层次倾斜造成测温不准，煤层和各设4个测温点，求其平均温度为该层显示温度)，与层次正常时给定的层次温度比较，判断出氧化层是升高还是降低。当炉内层次不正常时，例如当氧化层位置升高，超过煤层温度控制上限，就对正常的流量控制出渣进行中断，改间歇式出渣为连续出渣，以降低氧化层位置，直到层次温度正常后再自动转为由流量控制。反之，若氧化层位置降低，超过灰层温度控制上限，就暂时中断出渣，使氧化层位置逐渐升高至正常后再自动转为由流量控制。

2)当炉内层次正常时鼓风流量跟随炉出口煤气压力的高低作对应的改变，加煤机和出渣机根据鼓风流量的大小在各自固定的周期内靠改变其运行和停止的占空比动作。

3)炉出口煤气温度的控制。通常在加煤周期和占空比调整合适的情况下，煤气温度应在一个较小的允许范围内波动。若该温度的波动较大，超过允许值，则由该温度与给定值进行比较后得出信号，暂时中断由流量控制加煤而改为短时连续加煤或停止加煤，待温度正常后再自动转为流量控制加煤。一般这种情况在很短时间就可解决。

有关其自动控制系统见图2。

图2  煤气发生炉内层次控制系统方框图