燒結余熱回收與燒結風機聯合機組全自動啟動系統及方法與流程

本發明涉及鋼鐵冶金流程中能量回收利用設備，具體涉及一種燒結余熱回收與燒結風機聯合機組全自動啟動系統及方法。

背景技術：

在煉鐵流程中，燒結工序能耗約占噸鋼能耗的10％以上，冷卻機排出的廢氣帶走的熱量，其熱能大約為燒結礦燒成系統熱耗量的35％，充分利用這部分熱量可顯著降低燒結工序能耗約占冶金總能耗的12％，是僅次于煉鐵的第二大耗能工序。一般燒結廠燒結煙氣平均溫度≤150℃，機尾煙氣溫度達300℃～400℃。目前的燒結冷卻機余熱回收，是通過回收燒結機尾落礦風箱及燒結冷卻機密閉段的煙氣經除塵器后加熱余熱鍋爐來回收低品位余熱能源，結合低溫余熱發電技術，用余熱鍋爐的過熱蒸汽來推動低參數的汽輪發電機組做功發電的成套技術。該技術是將熱能轉換為機械能，然后二次轉換為電能的能量回收技術。需要單獨投資廠房、發電設備、單獨設計控制系統，并且配備一套高壓并網及上網設備，投資成本較大。

燒結風機是鐵礦石原料燒結的關鍵設備，與相應規格的燒結機配套使用，輸送的介質為燒結煙氣。燒結煙氣在進入燒結風機之前，必須經過除塵，使灰粒或其它雜物除盡。在鋼鐵企業燒結流程中，燒結風機容量占到總裝機容量的30％～50％。由于燒結生產中部分附屬設備運轉率低，且選擇的電機容量偏大，風機耗電量占到50％～70％。因此，燒結風機是燒結系統的耗電大戶。現有的燒結風機由電動機驅動，該技術是將電能轉換為機械能，通過電動機拖動燒結風機旋轉的機組。需要單獨投資廠房、單獨設計控制系統，投資成本較大。

燒結余熱回收與燒結風機聯合驅動機組是將原有的燒結余熱發電機組和電驅燒結風機進行創新性聯合，此聯合驅動機組可減少設備、廠房等物資投入的同時，進一步提高煉鐵工藝中的能量回收率。對于此種國際首創的聯合驅動機組，如何實現全自動啟動控制是亟待解決的問題。

技術實現要素：

針對上述技術中存在的缺陷，本發明的目的在于，提供一種燒結余熱回收與燒結風機聯合機組全自動啟動系統，包括雙輸出軸的燒結風機、電動機、變速離合器和汽輪機，所述燒結風機的一輸出軸端與電動機同軸連接，燒結風機的另一輸出軸端通過變速離合器與汽輪機同軸連接；在汽輪機的入口依次設置有入口壓力變送器、速關閥和主汽門；

其中，入口壓力變送器的輸出用于作為入口壓力PID控制器的測量值；速關閥用于作為汽輪機的安全閥；主汽門執行機構連接汽輪機的轉速PID控制器和入口壓力PID控制器，主汽門執行機構用于調節主汽門的開度，從而控制汽輪機升轉速控制和汽輪機入口壓力；

汽輪機設有轉速傳感器，用于檢測汽輪機的實時轉速，作為轉速PID控制器的測量值；

變速離合器的低速端設置嚙合脫開裝置，嚙合脫開裝置安裝有嚙合脫開行程開關，嚙合脫開行程開關指示變速離合器的運行狀態；

燒結風機的入口設置有入口調節閥，入口調節閥用于控制燒結風機的排氣流量和壓力。

本發明的另一個目的在于，提供一種燒結余熱回收與燒結風機聯合機組全自動啟動的方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

(1)啟動燒結風機，啟動聯鎖條件包括：變速離合器脫開、燒結風機停機信號復位、潤滑油壓力≥120KPa(G)、潤滑油溫度≥35℃、入口調節閥開度V<10％、燒結風機盤車啟動、高壓電氣系統無故障，上述啟動聯鎖條件全部進入到與門運算，當啟動聯鎖條件同時滿足時，按下允許啟動按鈕，由PLC系統發出允許電氣啟動信號去高壓電控系統，高壓電控系統控制電動機啟動升速，然后實時檢測當電動機達到額定轉速時，將入口調節閥打開，當燒結風機的排氣壓力達到設計額定值時，燒結風機加載控制結束，燒結風機啟動結束；

(2)當燒結風機正常運行后，燒結煙氣通過管道送至工廠的鍋爐系統燃燒，鍋爐產生的高溫高壓蒸汽通過蒸汽管道送至汽輪機，實時檢測汽輪機入口蒸汽的壓力；

(3)啟動汽輪機，啟動聯鎖條件包括：燒結風機投入運行、速關閥關閉、汽輪機停機信號復位、潤滑油壓力正常、調節油壓力正常、潤滑油溫度正常、汽輪機盤車停止，上述條件同時滿足時，按下允許啟動按鈕，汽輪機閉鎖解除指令，速關閥全開，汽輪機閉鎖解除指令與速關閥全開這兩個條件同時滿足時，PLC系統發出主汽門開度控制信號到汽輪機主汽門執行機構，控制主汽門的開度，直至汽輪機轉速上升達到額定轉速，由汽輪機的轉速PID控制器控制機組轉速；當變速離合器的嚙合行程開關嚙合后，PLC系統入口壓力PID控制器發出主汽門開度控制信號到汽輪機主汽門執行機構，控制主汽門的開度，直至汽輪機入口蒸汽壓力測量值與入口壓力設定值的差不大于3Pa為止；

至此，燒結余熱回收與燒結風機聯合驅動機組全自動啟動結束。

進一步的，所述步驟(1)中，所述潤滑油壓力正常是指潤滑油壓力≥120KPa。

進一步的，所述步驟(1)中，所述潤滑油溫度正常是指潤滑油溫度≥35℃。

進一步的，所述步驟(1)中，所述入口調節閥開度正常時指V<10％。

進一步的，所述步驟(1)中，所述燒結風機盤車啟動是指轉速升到額定值15r/min。

進一步的，所述步驟(1)中，所述高壓電控系統控制電動機4啟動升速，具體是指控制轉速從15r/min開始逐步上升，升速時間為兩分鐘。

進一步的，所述步驟(1)中，所述汽輪機轉速上升達到額定轉速為1500r/min。

進一步的，所述步驟(3)中，所述調節油壓力正常是指調節油壓力≥800KPa(G)。

進一步的，所述步驟(3)中，汽輪機的轉速PID控制器控制機組轉速為1485r/min～1510r/min。

本發明的燒結余熱與燒結風機能量回收機組全自動啟動系統和方法，實現了聯合機組啟動時各部分的啟動以及部分之間配合啟動，先啟動燒結風機，燒結風機加載完成，同時，汽輪機入口蒸汽壓力穩定后，再啟動汽輪機，汽輪機轉速達到額定轉速后變速離合器嚙合，汽輪機加載并投入入口壓力調節控制。為了保證整個機組能夠全自動順利啟動，綜合考慮了整體的影響因素，使用PLC系統對各影響因素進行控制，大大提高了機組的自動化控制水平以及先進性和安全性，解決了該新型能量回收機組全自動啟動的難題，減少了現場操作人員的工作量和誤操作發生率。目前根據所投運的現場驗證，該全自動啟動控制方法效果顯著。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的工作流程中燒結風機啟動的分流程圖。

圖3為本發明的工作流程中汽輪機啟動的分流程圖。

以下結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的解釋說明。

具體實施方式

本發明首先通過對燒結余熱回收與燒結風機聯合驅動機組工藝系統的研究，以及鍋爐系統蒸汽特點的研究，分析機組全自動啟動控制面臨的無可借鑒工程經驗以及具體實施方法等困難，提出燒結余熱回收與燒結風機聯合驅動機組全自動啟動控制的方法。

以下根據附圖詳細敘述本發明的具體實施方式。

參照圖1，本發明的燒結余熱回收與燒結風機聯合機組全自動啟動系統，包括雙輸出軸的燒結風機3、電動機4、變速離合器2和汽輪機1，所述燒結風機3的一輸出軸端與電動機4同軸連接，燒結風機3的另一輸出軸端通過變速離合器2與汽輪機1同軸連接；在汽輪機1的入口依次設置有入口壓力變送器11、速關閥7和主汽門8；

其中，入口壓力變送器11的輸出用于作為入口壓力PID控制器(PIC)12的測量值；速關閥7作為速關閥的控制機構，速關閥的快速關閉控制依靠速關閥7實現；主汽門8的執行機構連接汽輪機1的轉速PID控制器(SIC)9和入口壓力PID控制器(PIC)12；主汽門執行機構用于調節主汽門8的開度，從而控制汽輪機升轉速控制和汽輪機入口壓力；

汽輪機1設有轉速傳感器(SE)10，其作用是檢測汽輪機1的實時轉速，其作為轉速PID控制器(SIC)9的測量值；

變速離合器2的低速端設置嚙合脫開裝置，嚙合脫開裝置安裝有嚙合脫開行程開關5，嚙合脫開行程開關5指示變速離合器2的運行狀態；

燒結風機3的入口設置有入口調節閥6，入口調節閥6的作用是控制燒結風機3的排氣流量和壓力。

參見圖2，本發明的燒結余熱回收與燒結風機聯合機組全自動啟動方法，其主要思路是先啟動燒結風機3，燒結風機3加載完成，同時，汽輪機1入口蒸汽壓力11穩定后，再啟動汽輪機1，汽輪機1轉速達到額定轉速后變速離合器2嚙合，汽輪機1加載并投入入口壓力調節控制。具體包括如下步驟：

(1)啟動燒結風機3，參見圖2，啟動聯鎖條件包括：變速離合器2脫開、燒結風機3停機信號復位、潤滑油壓力≥120KPa(G)、潤滑油溫度≥35℃、入口調節閥開度V<10％、燒結風機3盤車啟動(轉速升到額定值15r/min)、高壓電氣系統無故障，上述啟動聯鎖條件全部進入到“AND”(與門)301運算，當啟動聯鎖條件同時滿足時，按下允許啟動按鈕，由PLC系統發出“允許電氣啟動”信號去高壓電控系統，高壓電控系統控制電動機4啟動升速，具體是控制轉速從15r/min開始逐步上升，經過兩分鐘升速；然后實時檢測電動機4達到額定轉速1500r/min(額定轉速的不同是由所選電動機規格決定)時，燒結風機3轉入加負荷控制，即將入口調節閥6打開，當燒結風機3的排氣壓力達到設計額定值0.5～1.2KPa(G)時(根據風機的規格型號，額定排氣壓力不同)，燒結風機3加載控制結束，燒結風機3啟動結束；

(2)當燒結風機3正常運行后，燒結煙氣通過管道送至工廠的鍋爐系統燃燒，鍋爐產生的高溫高壓蒸汽通過蒸汽管道送至汽輪機1，實時檢測汽輪機1入口蒸汽的壓力；

(3)啟動汽輪機1，參見圖3，啟動聯鎖條件包括：燒結風機3投入運行(即排氣壓力達到額定值0.5～1.2KPa(G))、速關閥3關閉、汽輪機1停機信號復位、潤滑油壓力≥120KPa(G)、調節油壓力≥800KPa(G)、潤滑油溫度≥35℃、汽輪機1盤車停止，上述啟動條件全部進入到“AND”(與門)201運算，當啟動聯鎖條件同時滿足時，按下允許啟動按鈕202，汽輪機1閉鎖解除指令204，速關閥7全開，汽輪機閉鎖解除指令與速關閥7全開這兩個條件同時滿足時，汽輪機1進入到自動升轉速控制，也即是PLC系統發出主汽門8開度控制信號(4～20mA)到汽輪機1主汽門8執行機構，控制主汽門8的開度，直至汽輪機1轉速上升達到額定轉速1500r/min，由汽輪機的轉速PID控制器(SIC)9將機組轉速穩定控制在1485r/min～1510r/min之間，為變速離合器2的嚙合提供條件，當變速離合器2的嚙合行程開關(ZS)5嚙合后，汽輪機1由上述自動升轉速控制轉入到加負荷過程，并投入汽輪機1入口壓力調節控制208；此時，PLC系統入口壓力PID控制器12發出主汽門8開度控制信號(4～20mA)到汽輪機1主汽門8執行機構，控制主汽門8的開度，直至汽輪機1入口蒸汽壓力測量值Pv與入口壓力設定值Ps的差不大于3Pa為止。

至此，燒結余熱回收與燒結風機聯合驅動機組全自動啟動結束，整個機組投入生產。

本發明的燒結余熱回收與燒結風機聯合驅動機組啟動系統及方法可靠，經過與國內知名冶金設計院、寶鋼、首鋼、太鋼等大型鋼鐵企業用戶專家的討論和方案的修改完善，同時也經過國內三十余個用戶現場的驗證，效果良好，實現了整個機組的全自動一鍵啟動，保證了機組啟動過程的安全性，不但使整個機組的啟動時間大大的縮短，由120min減少至90min，而且避免了由人為進行機組啟動操作過程中的誤操作和可能的損失。同時，也可為企業節約人力成本提供條件，產生的直接和間接經濟效益巨大。