一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法技术领域
本发明涉及一种压力控制装置及压力控制方法，尤其涉及一种应用于转炉炼钢生
产过程中对炉窑煤气进行加压的装置及煤气加压控制方法。
背景技术
目前，在钢铁生产领域中的转炉炼钢的生产过程中会产生大量烟气，这种烟气的
主要成分是煤气，即CO，约占总量的60％～75％，其次是二氧化碳CO2和氮气N2，
而包含在烟气中的其他气体含量很少，几乎忽略不计，故转炉烟气通常被称为转炉煤
气。
转炉煤气是一种有毒、有害、易燃、易爆的危险性气体，也是一种很好的工业生
产能源，以往各家单位的转炉煤气几乎都有富余，须大量放散，如能回收和再利用是
减少烟气排放、治理大气环境污染和节约能源的一项有力措施。
目前，转炉煤气的回收和再利用领域中，有一种应用于炉窑的转炉煤气应用方法，
炉窑是一种用于生产冶金石灰的设备，主要可用来生产高质量的活性石灰，满足炼钢
需要，炉窑系统的关键部分是它的燃烧系统，直接关系到生产出来的成品的产量和质
量。
而现有炉窑的燃料系统通常采用以下两种物质作为燃料：
1.采用天然气作为燃料，其热值大致在8000kCal/Nm3，且稳定，烧成活性石灰的
质量、活性度及残余CO2的含量等均大于不锈钢冶炼的正常需求，不过消耗大量天然
气所需燃料费用非常高，这也是天然气作为燃料最大的缺点；
2.采用转炉煤气作为燃料，其正常热值为1800±100kcal/Nm3，看起来似乎与天
然气差距不小，但转炉煤气本身就是属于回收和再利用类型的资源，故这第二种方法
反而实施率及普及率较高。
虽然转炉煤气的利用是对当今社会提倡节能减排具有重要示范意义，但转炉煤气
的正常压力只在6kp左右，而进入炉窑烧嘴前转炉煤气压力必须达到16～17kPa，所
以炼钢生产过程中产生的转炉煤气需要加压达到一定压力才能作为炉窑燃料。
现有技术下的转炉煤气压力控制方法是采用了在转炉煤气至炉窖的管路上加装了
煤气加压机来实现对转炉煤气的压力控制，但是经过长时间的现场数据记录和操作工
人的反馈中发现，由于转炉煤气成分波动较大，使得压力的调节难度很大，而现有技
术下的煤气加压机只具有单一的、预设式的调节方式，无法应对转炉煤气的成分波动，
而操作工人更是无法得知进入的转炉煤气的成分，导致炉窑的生产石灰的质量不稳定，
对以转炉煤气作为燃料的炉窑的正常煅烧和顺利运行影响非常之大。
综上所述，现需要一种新型的炉窑煤气的加压装置及煤气加压控制方法，能有效
地解决转炉煤气压力调节的问题，从而确保炉窑的生产石灰的质量，稳定炉窑的正常
煅烧和顺利运行，响应当今社会提倡的节能减排。
发明内容
为了解决现有技术下的由于转炉煤气成分波动较大，使得压力的调节难度增大，
单一的调节方式已经无法应对转炉煤气的成分波动，导致炉窑的生产石灰的质量不稳
定，对以转炉煤气作为燃料的炉窑的正常煅烧和顺利运行影响较大的问题，本发明提
供一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法，在生产中能自动调节进入
炉窑烧嘴前转炉煤气的压力，确保燃气压力流量稳定受控，通过实施该发明能有效地
稳定炉窑生产石灰的质量，本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控
制方法，其具体结构和方法步骤如下所述：
一种用于炉窑煤气的煤气加压装置，包括煤气加压机，其特征在于：
所述的煤气加压机的进气端连接一煤气入口阀，该煤气入口阀与转炉煤气供给气
包气路连通，而煤气加压机的出气端则与一煤气出口阀连接，该煤气出口阀再与后续
的炉窖系统气路连通；
所述的煤气加压机设置有一变频器组件，通过该变频器组件的变频调速维持煤气
加压机的压力稳定；
所述的煤气入口阀与转炉煤气供给气包之间的气路上连通了回流阀组件的一端，
而该回流阀组件的另一端则与煤气出口阀和炉窖系统之间的气路连通；
所述的回流阀组件与煤气入口阀连通的气路上设置有煤气入口压力检测装置，而
回流阀组件与煤气出口阀连通的气路上则设置有煤气出口压力检测装置。
煤气入口压力检测装置对转炉煤气供给气包进入煤气入口阀前的煤气压力做出检
测，该数据为统计观察所需，而煤气出口压力检测装置为主要的监控及反馈设备。
根据本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置，其特征在于，所述的变频器组
件包括PID压力控制器、压力变速器和压力变频器，通过煤气出口压力检测装置检测
煤气出口阀的实测压力值，将该实测压力值的压力数据转换后送入PID压力控制器，
PID压力控制器将压力数据与预设的煤气加压机期望的压力设定值进行比较，来控制
后续连接的压力变速器和压力变频器动作，形成一变频器闭环压力调节控制回路，该
变频器组件控制了与其连接的煤气加压机转速增加或减少，即煤气加压机的出气端的
压力增大或减小。
根据本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置，其特征在于，所述的回流阀组
件包括PID回流调节器、回流变速器和回流阀，PID回流调节器控制后续连接的回流
变速器动作，使得回流阀的开度增大或减少，形成一回流阀闭环压力调节控制回路，
该回流阀组件用于配合变频器组件来调整煤气入口阀与煤气出口阀之间的管路压力。
根据本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置，其特征在于，所述的变频器组
件和回流阀组件均连接设置有RS触发器，该RS触发器将变频器组件的变频器闭环压
力调节控制回路的动作来锁定及复位回流阀组件，同样地，该RS触发器亦可将回流阀
组件的回流阀闭环压力调节控制回路的动作来锁定及复位变频器组件。
该RS触发器的设计目的在于，使变频器组件的变频器闭环压力调节控制回路与回
流阀组件的回流阀闭环压力调节控制回路相互配合，当升压时，先调节回流阀组件的
回流阀开度减少，直至关闭时如压力还不能满足要求，则再调节变频器组件使得煤气
加压机转速增加，使压力达到设定值，而当降压时，先调节变频器组件使得煤气加压
机转速下降，直至降速至0时如压力还不能满足要求，则再调大回流阀组件的回流阀
开度，使压力达到设定值，RS触发器将变频器闭环压力调节控制回路与回流阀闭环压
力调节控制回路互锁及复位，实现了上述功能。
一种用于炉窑煤气的煤气加压控制方法，基于上述的本发明的一种用于炉窑煤气
的煤气加压装置，其具体步骤如下：
1)煤气出口压力检测装置将检测出来的煤气出口阀的压力值信号用屏蔽电缆先送
至隔离器输入端，隔离器输出端再送至PLC计算机的模拟量输入模块140ACI04000端
子上，经CPU处理后，转化成实际压力值PV；
2)该实际压力值PV的压力量程为0～20kpa，对应4～20MA，即，现场显示实际
压力值PV＝20KPA时，PLC计算机的模拟量输入模块140ACI04000端子上为20MA，而
当现场显示实际压力值PV＝10KPA，即一半时，PLC计算机的模拟量输入模块
140ACI04000端子上应为4～20MA的一半，即12MA，以此类推，将实际压力值PV转
换为4～20ma电流信号送至PLC计算机控制；
3)转炉煤气的煤气出口阀的压力控制系统期望的压力设定值sp，一般设定
sp＝16kpa，该值存放在变频器组件的PID压力控制器内，通过上述步骤1)和2)中获得
的实际压力值PV的电流信号经转换模块进行模/数转换，并将转换后的信号进行滤波处
理，得到实测压力信号值pv，传送给PID压力控制器；
4)PID压力控制器对步骤3)中获得的实测压力信号值pv进行判断，若该实测压力
信号值pv与转炉煤气的压力控制系统期望的压力设定值sp相接近，即≈16kpa，则PID
压力控制器发出正常工作信号指令，使压力变速器和压力变频器正常工作；
5)步骤4)中当实测压力信号值pv较低时，即＜16kpa时，PID压力控制器发出加
速工作信号指令，压力变速器和压力变频器获得指令后控制了与其连接的煤气加压机
的转速增加，系统送风量增加，使得煤气加压机的出口端的压力增大；
6)步骤4)中当实测压力信号值pv较高时，即＞16kpa时，PID压力控制器发出减
速工作信号指令，压力变速器和压力变频器获得指令后控制了与其连接的煤气加压机
的转速减小，系统送风量减少，使得煤气加压机的出口端的压力也随之降低；
7)如上述步骤1)～步骤6)中的对煤气加压机的转速变频调节还无法满足压力的
需求，则采用回流阀组件的回流阀的开度调节来改变压力，在回流阀的开度已定的情
况下，当煤气加压机的转速增大，整个管网压力也增大；而在煤气加压机的转速已定
的情况下，回流阀的开度增大，则整个管网压力减小，为了使得变频器组件的变频器
闭环压力调节控制回路与回流阀组件的回流阀闭环压力调节控制回路相互配合，采用
如下控制方式：当升压时，先调节回流阀组件的回流阀开度减少，直至关闭时如压力
还不能满足要求，则再调节变频器组件使得煤气加压机转速增加，使压力达到设定值；
而当降压时，先调节变频器组件使得煤气加压机转速下降，直至降速至0时如压力还不
能满足要求，则再调大回流阀组件的回流阀开度，使压力达到设定值。
应注意，步骤7)中，回流阀组件启用时同样需要参考压力设定值sp和实测压力信
号值pv，此处的工作性质与变频器组件相同。
8)上述的步骤7)采用了在变频器组件和回流阀组件加装的RS触发器来实现，该
RS触发器将变频器组件的变频器闭环压力调节控制回路的动作来锁定及复位回流阀组
件，同样地，该RS触发器亦可将回流阀组件的回流阀闭环压力调节控制回路的动作来
锁定及复位变频器组件。
根据本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压控制方法，其特征在于，所述的变频
器组件与PLC计算机之间设置有转换开关，当煤气出口压力检测装置的检测信号出现异
常时，可以转换为手动调节变频器组件，即人为给定一个4～20MA电流信号，控制变频
器组件的输出频率，同时控制了煤气加压机1的转速，此时直接查看实际压力值PV，该
手动模式下不参考实测压力信号值pv，如实际压力值PV大于压力设定值sp，则要减少
变频器组件的频率；如实际压力值PV小于压力设定值sp，则要增大变频器组件的频率，
使得最终的实际压力值PV接近压力设定值sp。
使用本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法获得了如下
有益效果：
1.本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法，其装置部分
结构合理，易于实施；
2.本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法，其方法部分
采用闭环调节控制系统，对进入炉窑前的转炉煤气压力进行加压调节，使其符合炉窑
燃料要求，窑内的热度稳定受控，生产石灰的质量指标能满足炼钢需要，节能减排效
益显著。
附图说明
图1为本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法的装置部
分的具体结构示意图；
图2为本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法的变频器
组件的变频器闭环压力调节控制回路的控制原理图；
图3为本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法的回流阀
组件的回流阀闭环压力调节控制回路的控制原理图；
图4为本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法的配置RS
触发器后的变频器闭环压力调节控制回路与回流阀闭环压力调节控制回路之间的相互
关系示意图；
图5为本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法的整体流
程示意图。
图中：1-煤气加压机，2-煤气入口阀，3-转炉煤气供给气包，4-煤气出口阀，5-
炉窖系统，6-煤气入口压力检测装置，7-煤气出口压力检测装置，A-变频器组件，A1-PID
压力控制器，A2-压力变速器，A3-压力变频器，B-回流阀组件，B1-PID回流调节器，
B2-回流变速器，B3-回流阀，C-RS触发器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压
控制方法做进一步的描述。
实施例
如图1至图5所示，一种用于炉窑煤气的煤气加压装置，包括煤气加压机1，该
煤气加压机的进气端连接一煤气入口阀2，该煤气入口阀与转炉煤气供给气包3气路
连通，而煤气加压机的出气端则与一煤气出口阀4连接，该煤气出口阀再与后续的炉
窖系统5气路连通；
煤气加压机1设置有一变频器组件A，通过该变频器组件的变频调速维持煤气加
压机的压力稳定；
煤气入口阀2与转炉煤气供给气包3之间的气路上连通了回流阀组件B的一端，
而该回流阀组件的另一端则与煤气出口阀4和炉窖系统5之间的气路连通；
回流阀组件B与煤气入口阀2连通的气路上设置有煤气入口压力检测装置6，而
回流阀组件与煤气出口阀4连通的气路上则设置有煤气出口压力检测装置7。
煤气入口压力检测装置6对转炉煤气供给气包3进入煤气入口阀2前的煤气压力
做出检测，该数据为统计观察所需，而煤气出口压力检测装置7为主要的监控及反馈
设备。
如图2所示，变频器组件A包括PID压力控制器A1、压力变速器A2和压力变频
器A3，通过煤气出口压力检测装置7检测煤气出口阀4的实测压力值，将该实测压力
值的压力数据转换后送入PID压力控制器，PID压力控制器将压力数据与预设的煤气
加压机期望的压力设定值进行比较，来控制后续连接的压力变速器和压力变频器动作，
形成一变频器闭环压力调节控制回路，该变频器组件控制了与其连接的煤气加压机转
速增加或减少，即煤气加压机的出气端的压力增大或减小。
如图3所示，回流阀组件B包括PID回流调节器B1、回流变速器B2和回流阀B3，
PID回流调节器控制后续连接的回流变速器动作，使得回流阀的开度增大或减少，形
成一回流阀闭环压力调节控制回路，该回流阀组件用于配合变频器组件A来调整煤气
入口阀2与煤气出口阀4之间的管路压力。
如图4所示，变频器组件A和回流阀组件B均连接设置有RS触发器C，该RS触
发器将变频器组件的变频器闭环压力调节控制回路的动作来锁定及复位回流阀组件，
同样地，该RS触发器亦可将回流阀组件的回流阀闭环压力调节控制回路的动作来锁定
及复位变频器组件。
该RS触发器的设计目的在于，使变频器组件的变频器闭环压力调节控制回路与回
流阀组件的回流阀闭环压力调节控制回路相互配合，当升压时，先调节回流阀组件的
回流阀开度减少，直至关闭时如压力还不能满足要求，则再调节变频器组件使得煤气
加压机转速增加，使压力达到设定值，而当降压时，先调节变频器组件使得煤气加压
机转速下降，直至降速至0时如压力还不能满足要求，则再调大回流阀组件的回流阀
开度，使压力达到设定值，RS触发器将变频器闭环压力调节控制回路与回流阀闭环压
力调节控制回路互锁及复位，实现了上述功能。
一种用于炉窑煤气的煤气加压控制方法，基于上述的本发明的一种用于炉窑煤气
的煤气加压装置，其具体步骤如下：
1)煤气出口压力检测装置7将检测出来的煤气出口阀4的压力值信号用屏蔽电缆
先送至隔离器输入端，隔离器输出端再送至PLC计算机的模拟量输入模块140ACI04000
端子上，经CPU处理后，转化成实际压力值PV；
2)该实际压力值PV的压力量程为0～20kpa，对应4～20MA，即，现场显示实际
压力值PV＝20KPA时，PLC计算机的模拟量输入模块140ACI04000端子上为20MA，而
当现场显示实际压力值PV＝10KPA，即一半时，PLC计算机的模拟量输入模块
140ACI04000端子上应为4～20MA的一半，即12MA，以此类推，将实际压力值PV转
换为4～20ma电流信号送至PLC计算机控制；
3)转炉煤气的煤气出口阀4的压力控制系统期望的压力设定值sp，一般设定
sp＝16kpa，该值存放在变频器组件A的PID压力控制器A1内，通过上述步骤1)和2)中
获得的实际压力值PV的电流信号经转换模块进行模/数转换，并将转换后的信号进行滤
波处理，得到实测压力信号值pv，传送给PID压力控制器；
4)PID压力控制器(A1)对步骤3)中获得的实测压力信号值pv进行判断，若该实
测压力信号值pv与转炉煤气的压力控制系统期望的压力设定值sp相接近，即≈16kpa，
则PID压力控制器发出正常工作信号指令，使压力变速器A2和压力变频器A3正常工作；
5)步骤4)中当实测压力信号值pv较低时，即＜16kpa时，PID压力控制器A1发出
加速工作信号指令，压力变速器A2和压力变频器A3获得指令后控制了与其连接的煤气
加压机1的转速增加，系统送风量增加，使得煤气加压机的出口端的压力增大；
6)步骤4)中当实测压力信号值pv较高时，即＞16kpa时，PID压力控制器A1发出
减速工作信号指令，压力变速器A2和压力变频器A3获得指令后控制了与其连接的煤气
加压机1的转速减小，系统送风量减少，使得煤气加压机的出口端的压力也随之降低；
7)如上述步骤1)～步骤6)中的对煤气加压机1的转速变频调节还无法满足压力的
需求，则采用回流阀组件B的回流阀B3的开度调节来改变压力，在回流阀的开度已定的
情况下，当煤气加压机的转速增大，整个管网压力也增大；而在煤气加压机的转速已
定的情况下，回流阀的开度增大，则整个管网压力减小，为了使得变频器组件A的变频
器闭环压力调节控制回路与回流阀组件的回流阀闭环压力调节控制回路相互配合，采
用如下控制方式：当升压时，先调节回流阀组件的回流阀开度减少，直至关闭时如压
力还不能满足要求，则再调节变频器组件使得煤气加压机转速增加，使压力达到设定
值；而当降压时，先调节变频器组件使得煤气加压机转速下降，直至降速至0时如压力
还不能满足要求，则再调大回流阀组件的回流阀开度，使压力达到设定值。
应注意，步骤7)中，回流阀组件B启用时同样需要参考压力设定值sp和实测压力信
号值pv(如图3和图4所示)，此处的工作性质与变频器组件A相同。
8)上述的步骤7)采用了在变频器组件A和回流阀组件B加装的RS触发器C来实现，
该RS触发器将变频器组件的变频器闭环压力调节控制回路的动作来锁定及复位回流阀
组件，同样地，该RS触发器亦可将回流阀组件的回流阀闭环压力调节控制回路的动作
来锁定及复位变频器组件。
变频器组件A与PLC计算机之间设置有转换开关，当煤气出口压力检测装置7的检测
信号出现异常时，可以转换为手动调节变频器组件，即人为给定一个4～20MA电流信号，
控制变频器组件的输出频率，同时控制了煤气加压机1的转速，此时直接查看实际压力
值PV，该手动模式下不参考实测压力信号值pv，如实际压力值PV大于压力设定值sp，
则要减少变频器组件的频率；如实际压力值PV小于压力设定值sp，则要增大变频器组
件的频率，使得最终的实际压力值PV接近压力设定值sp。
应注意，本实施例中的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法在
正常情况下都是自动方式下运行，自动控制均由PLC计算机进行全自动控制，不需要
进行人工干预，但考虑到风机特性、压力负荷变化、主要扰动和系统控制要求等具体
情况，同时还考虑到系统的经济性以及系统投入方便等，可选择加入PI调节，即控制
系统在执行中将变频器组件A的PID压力控制器A1的增益系数P＝0.05、积分时间常
数I＝10(P和I的具体参数可根据工艺调整)，送入PLC计算机的中央控制器的数据寄
存器中，以输入的压力设定值sp为16kpa(此sp值也可根据工艺调整)，系统锁定该
值，此时PID压力控制器会自动调整，相应的压力变速器A2和压力变频器A3会自动
调频，煤气加压机1自动调速，使得煤气加压机的出口端的实际压力值PV自动跟随目
标的压力设定值sp＝16KPA上下移动，确保炉窑烧嘴转炉煤气进口在16kpa压力下进行
定量控制。而在此期间，另外一个回流阀组件B的回流阀闭环压力调节控制回路，其
设定值、过程值、实时压力与变频器组件的变频器闭环压力调节控制回路所对应的值
保持一致即可，但此时的PID运算后的输出给执行元件改为回流阀组件的回流阀，即
这种自动模式下调节的是回流阀的开闭来增加或减少压力，而不再考虑变频器组件，
以上为本发明的另一种实施方式。
本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法，其装置部分结
构合理，易于实施；本发明的方法部分采用闭环调节控制系统，对进入炉窑前的转炉
煤气压力进行加压调节，使其符合炉窑燃料要求，窑内的热度稳定受控，生产石灰的
质量指标能满足炼钢需要，节能减排效益显著。
本发明的一种用于炉窑煤气的煤气加压装置及煤气加压控制方法，适用于各种转
炉炼钢生产过程中对炉窑煤气进行加压的领域。