轉(zhuǎn)爐冶煉汽包水位控制方法

苗 青，張淋云

（山鋼股份濟南分公司自動化信息技術(shù)公司，山東 濟南 250101）

信息化建設

轉(zhuǎn)爐冶煉汽包水位控制方法

苗 青，張淋云

（山鋼股份濟南分公司自動化信息技術(shù)公司，山東 濟南 250101）

根據(jù)轉(zhuǎn)爐間斷性煉鋼特性，利用可編程控制器，依據(jù)汽包與給水系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，對汽包上水量進行合理的控制與調(diào)整，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐汽包水位控制，提高了轉(zhuǎn)爐冶煉汽包水位控制的準確性，滿足煉鋼廠汽包的最佳運行要求。

轉(zhuǎn)爐冶煉；汽包；水位控制；給水系統(tǒng)；程序設計

1 前言

目前，國內(nèi)外轉(zhuǎn)爐煤氣回收的方法主要有濕法（OG）和干法（LT）兩種，在OG或LT系統(tǒng)的上部煙道處設置轉(zhuǎn)爐汽化裝置（余熱鍋爐），汽化裝置的汽包水位能否穩(wěn)定，不僅影響設備的安全和蒸汽的質(zhì)量，還影響轉(zhuǎn)爐能否正常安全生產(chǎn)。汽包水位的控制方式很多種，汽包上水閥一般為調(diào)節(jié)閥，也有采用切斷閥控制。

連續(xù)性生產(chǎn)的鍋爐水位的控制，通常采用串級三沖量或單沖量、兩沖量控制，為安全起見，采用兩個調(diào)節(jié)閥（投一備一）；利用基于模型參考神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)水位自適應控制；使用模糊PID控制器對水位進行控制。這些控制方式對汽包液位的檢測依賴性大，一旦液位檢測有誤，控制便會無法進行。對于轉(zhuǎn)爐汽包基于間斷性煉鋼的特殊性以及吹氧期和停氧期水位要求的急劇變化，上述控制方法都未取得良好的控制效果。

針對現(xiàn)有技術(shù)手段的不足，采用一種轉(zhuǎn)爐冶煉汽包水位控制方法進行液位控制。

2 水位控制方法簡介

2.1 影響汽包水位變化的干擾因素[1]

影響轉(zhuǎn)爐汽化裝置汽包水位變化的主要干擾因素有：

1）給水量的干擾（吹煉期和非吹煉期）；2）蒸汽負荷的變化（吹煉期和非吹煉期）；3）煉鋼過程中產(chǎn)生煙氣的變化（吹煉期和非吹煉期）；4）汽包壓力的變化（吹煉期和非吹煉期）；5）汽包水溫的變化（吹煉期和非吹煉期）；6）汽包容器的結(jié)構(gòu)；7）除氧器、汽包、給水泵的耦合響應。

其中，汽包壓力的變化并不直接影響水位，而是通過汽包壓力升高時的“自凝結(jié)”和壓力降低使“自蒸發(fā)”過程引起水位變化，且壓力變化的原因往往是由于熱負荷和蒸汽負荷的變化引起的，故這一干擾因素可歸并在其他干擾中考慮。

蒸汽負荷的變化是按用戶需要而改變的不可控因素，而針對轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)熱負荷變動極大的狀況，應盡量避免水位波動過大而造成給水量跟不上負荷的變化。

由于冷水溫度比汽包飽和水的溫度低，給水量變化后，使汽包中汽泡含量減少，導致水位下降，當突然加大給水量后，汽包水位一開始不立即增加，而是存在一個滯后環(huán)節(jié)，這樣就有可能還會出現(xiàn)短時間內(nèi)給水量跟不上水位變化的狀況，給水溫度越低，滯后時間越大。

2.2 汽包工作過程[2]

轉(zhuǎn)爐吹煉過程中產(chǎn)生大量約1 600℃左右的高溫煙氣，在進入除塵系統(tǒng)前，必須先經(jīng)過汽化冷卻裝置，設置汽化冷卻裝置的目的是收集轉(zhuǎn)爐冶煉過程中的高溫煙氣，并將其冷卻下來，以便滿足下一步除塵及煤氣回收的要求，保證轉(zhuǎn)爐煉鋼的安全生產(chǎn)。汽化冷卻裝置的主要工藝設備有汽化冷卻煙道、汽包（余熱鍋爐）、除氧器、蓄熱器等，汽包內(nèi)除設有汽水分離裝置、給水分配裝置、加熱裝置外，還設有加熱給水用的帶有混合和分配噴嘴的蒸汽加熱裝置。一般來說，汽包的容積越大，其容水量就越小，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 汽包結(jié)構(gòu)示意圖

煙道鍋爐管內(nèi)包括上升管和下降管，管內(nèi)的軟水通過與煙氣進行熱交換而汽化，產(chǎn)生的汽水混合物進入汽包，汽包主要起汽水分離器的作用，對軟水進行預熱并承載轉(zhuǎn)爐冶煉所需軟水的循環(huán)，保障轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)。

3 控制過程實施[3]

在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中根據(jù)吹氧期和停氧期兩個不同階段，依據(jù)汽包容積和給水泵揚程大小初步計算每分鐘的上水量，汽包的容水量是一定的，因而每爐吹煉時的上水量也就基本固定。因此，摸索一個冶煉周期的汽包上水量，并利用給水泵變頻控制的特性設置可調(diào)的上水時間段，在冶煉過程中間斷性給汽包補水，從而控制上水量，即避免了汽包液位檢測不準給生產(chǎn)帶來了麻煩，又減輕了操作人員的工作強度。

以210 t轉(zhuǎn)爐煉鋼為例，汽包額定工作壓力為2.9 MPa（表），汽包內(nèi)徑為Φ3 000 mm，筒體部分長度11 000 mm，容積為～86 m3，即容水量為～86 t，給水泵揚程為660～540 m，上水量為90～130 t/h，轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。汽包水位控制設給水切斷閥和排水切斷閥，液位量程-750～+1 000 mm，報警水位為-650 mm，與轉(zhuǎn)爐氧槍連鎖水位為-750 mm。轉(zhuǎn)爐冶煉周期為35～40 min，其中吹氧時間約15 min。

為解決汽包水位不穩(wěn)的問題，通過在汽化系統(tǒng)煮爐時試驗各種不同方案，最終選定的最佳控制方案是：利用給水泵變頻調(diào)速的特性，分為高速和低速兩種速度，高速為50 Hz（可調(diào)），即電機全速運轉(zhuǎn)，上水為2.2 t/min左右；低速為10 Hz以下（可調(diào)），給水泵電機在此速度下基本不上水。整體水位的控制分為吹煉期和非吹煉期，給水泵分別設有手動、自動兩種控制方式。

給水泵在一個吹煉周期投高頻自動補水時間約為8～10 min左右（上水量約為17～21 t），水位保持-100～300 mm左右。投低頻時間為5～7 min，此時轉(zhuǎn)爐已吹煉13～15 min，轉(zhuǎn)爐氧槍可隨時停止吹煉，轉(zhuǎn)入非吹煉期（氧槍提至待吹位）。

吹煉結(jié)束后，水位下降至-100～100 mm（一方面是因為汽化煙道仍有一部分消耗，另外主要還是因為補水時大量氣泡破裂水的體積縮小所至），給水泵自動轉(zhuǎn)入非吹煉期的補水控制，當水位H＜-200 mm時，給水泵高速；當水位H＞0 mm時，給水泵低速。

一個吹煉周期結(jié)束，等下一爐煉鋼時，操作人員可根據(jù)上一爐的吹煉補水經(jīng)驗實時調(diào)節(jié)下一爐補水時間。轉(zhuǎn)爐冶煉汽包水位流程見圖2。

控制方式為全自動控制方式，在手動控制下各控制可解列。排水切斷閥在正常方式下，由操作人員手動控制開啟和關(guān)閉。

圖2 轉(zhuǎn)爐汽包水位控制邏輯流程

4 結(jié)語

系統(tǒng)投用后，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐汽包水位控制，降低了對汽包液位檢測值的依賴性，避免了“虛假水位”對汽包補水的影響，提高了轉(zhuǎn)爐冶煉汽包水位控制的準確性；汽包水位控制在-100～+350 mm，汽包壓力控制在1.2～2.35 MPa，完全滿足煉鋼廠汽包的最佳運行要求，吹煉過程中水位控制平穩(wěn)，汽包壓力正常，為轉(zhuǎn)爐煉鋼的正常運轉(zhuǎn)提供了有利條件。

[1]馮俊凱，沈幼庭.鍋爐原理及計算[M].北京：科學出版社，2003.

[2]張承武.煉鋼學[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

[3]翁維勤，周慶海.過程控制系統(tǒng)及工程[M].北京：化學工業(yè)出版社，1996．

Smelting Process Steam Drum Water Level Control Method

MIAO Qing,ZHANG Linyun
（The Automation Information Technology Company of Jinan Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

An advanced method for controlling smelting process steam drum water level is introduced.According to BOF steelmaking intermittent characteristics，using the programmable controller according to the main technical parameters of the steam drum,the water supply system of a reasonable amount of water for steam drum can be controlled and adjusted.This enable to control the converter steam drum water level,to improve the accuracy of the smelting steam drum water level control.It can meet the best operation requirements for the steel mill steam drum.

smelting;steam drum water level;water supply system;programming

TP273

A

1004-4620（2015）04-0054-02

信息園地

2015-02-27

苗青，女，1970年生，1993年畢業(yè)于北京科學與技術(shù)學院自動化專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份濟南分公司自動化信息技術(shù)公司高級工程師，從事儀表、電氣自動化控制工作。