燒結煙道余熱鍋爐儀表檢測及控制介紹

供稿|申世武，周蕓 / SHEN Shi-wu, ZHOU Yun

在競爭日益激烈、人們?nèi)找嬷匾暛h(huán)境質(zhì)量的今天，如何降低能耗、減少污染排放，無疑是擺在各大鋼鐵企業(yè)面前的重點、難點。眾所周知，在鋼鐵生產(chǎn)過程中，燒結工序不僅能耗大(僅次于煉鐵工序，位居第二)，而且有近50%的熱能以燒結機煙氣和環(huán)冷機(帶冷機)廢氣的顯熱形式排入大氣。對于這種余熱，目前國內(nèi)外鋼鐵廠大多仍停留于熱風燒結及產(chǎn)生低容量、低品位蒸汽或熱水利用上。其實，使燒結機中低溫廢氣通過熱管余熱鍋爐技術能有效利用更多能量。從能源利用的有效性和經(jīng)濟性角度看，這一技術能夠充分利用低溫廢氣以達到變廢為寶、凈化環(huán)境的目的，不僅是未來中低溫余熱利用的發(fā)展方向，也是當前鋼鐵工業(yè)企業(yè)節(jié)能和環(huán)保要求下的必然趨勢和產(chǎn)物。

工藝概述

(1)根據(jù)燒結機具體情況，對內(nèi)置式熱管余熱鍋爐采用分段布置方式，將過熱器、蒸發(fā)器、水預熱器分別布置在不同風管之間的煙道上，實現(xiàn)能量的梯級回收，以提高能量的回收利用率。(2)采用全自然循環(huán)余熱鍋爐技術，無需另加循環(huán)泵，減少中間設備和故障點，提高綜合利用率。(3)采用純低溫煙氣無補燃余熱回收技術，即燒結機機尾余熱煙氣為210~420 ℃的純低溫煙氣，無需進行補燃，實現(xiàn)純低溫余熱回收。(4)能適應燒結機機尾余熱煙氣溫度、流量波動變化的工況，調(diào)節(jié)能力強。(5)受熱面全部采用熱管管組，安裝方便，易于保證質(zhì)量，縮短安裝周期。(6)由于蒸發(fā)段處于煙道外，煙道內(nèi)排除漏水情況，保證了燒結機煙氣脫硫技術要求。(7)受熱面全部采用螺旋鰭片管，適應燒結機余熱煙氣溫度低、流量大的特點。

廣西某鋼廠360m2燒結機大煙道余熱回收工程的熱管余熱鍋爐系統(tǒng)南側、北側煙道熱管余熱鍋爐均采用分段布置方式。因為南側煙道有18#、20#、22#、24#風管共122600 m3/ h的廢氣量可用，所以南側煙道分段設計成蒸汽過熱器、蒸汽發(fā)生器、二級水預熱器、一級水預熱器。而北側煙道只有19#、21#、23#風管共98500 m3/ h的廢氣量可用，因此北側煙道設計成蒸汽過熱器、第一段蒸汽發(fā)生器、第二段蒸汽發(fā)生器、二級水預熱器。北側煙道的一級水預熱器與南側煙道合并，布置在南側煙道上。

在南側煙道中，20#風箱與22#風箱之間安裝過熱器，18#風箱與20#風箱之間安裝蒸發(fā)器，16#風箱與18#風箱之間安裝二級水預熱器及與北側煙道合并的1級水預熱器。同時在北側煙道，19#風箱與21#風箱之間安裝過熱器及第一段蒸發(fā)器，17#風箱與19#風箱之間安裝第二段蒸發(fā)器及二級水預熱器，北側煙道的一級水預熱器在南側煙道上。其中，2臺蒸發(fā)器共用1個汽包。汽包通過上升管和下降管與蒸發(fā)器連接，蒸發(fā)器吸收煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽。蒸汽經(jīng)過過熱器后，產(chǎn)生過熱溫度為310℃、壓力為1.25 MPa、汽量為10 t的過熱蒸汽。其中約有0.3 t過熱蒸汽送往除氧器除氧，外供約9.7 t過熱蒸汽。40℃軟化水11 t進入一級水預熱器，水被預熱到95℃后進入除氧器，除氧后水溫約104℃。再由水泵打入二級水預熱器，水被預熱到170℃后，直接送入汽包。南、北側大煙道蒸發(fā)器所產(chǎn)生的飽和蒸汽通過上升管進入汽包，汽包中汽水分離后，飽和水通過下降管分別回流到各自的蒸發(fā)器，飽和汽則分別進入各自的過熱器過熱到310℃，過熱蒸汽進入減溫器進行過熱溫度的調(diào)節(jié)控制，然后外供與燒結機環(huán)冷機所產(chǎn)生的過熱蒸汽并網(wǎng)，送往發(fā)電機組發(fā)電。

溫度及壓力檢測

控制南側煙道過熱器煙氣進口溫度，當煙氣進口溫度超過420℃時，立即報警。同時與安裝在過熱器前面的煙道上的2個電磁閥聯(lián)鎖，使電磁閥得電開啟，吸入冷風降低煙氣溫度。當煙氣進口溫度≤400℃時，解除與電磁閥聯(lián)鎖，電磁閥斷電關閉。

同時控制北側煙道過熱器煙氣進口溫度，當煙氣進口溫度超過420℃時，立即報警。也與安裝在過熱器前面的煙道上的2個電磁閥聯(lián)鎖，使電磁閥得電開啟，吸入冷風降低煙氣溫度。當煙氣進口溫度≤400℃時，解除與電磁閥聯(lián)鎖，電磁閥斷電關閉。

然后對南側煙道過熱器煙氣進口壓力、出口壓力，蒸發(fā)器煙氣出口壓力，與一級水預熱器煙氣出口壓力進行測量。對北側煙道過熱器煙氣進口壓力、出口壓力，二級水預熱器煙氣出口壓力進行測量，所有壓力測量值均應遠傳至控制室并在控制界面上顯示及記錄。

汽包水位及壓力控制

采用玻璃云母片雙色就地水位計顯示水位，數(shù)量2個。采用攝像頭對準就地水位計遠傳至控制室，顯示就地水位情況。采用平衡容器及配套的液位差壓變送器(2個)遠傳信號進行水位顯示及控制。建議采用手動給水和自動給水兩種控制方式進行水位控制，2臺給水泵為1備1用。運行的給水泵始終處于運行狀態(tài)，依靠各自管路上的電動閘閥的自動開啟或關閉來控制汽包液位。

汽包水位在汽包中心線 ±200 mm范圍內(nèi)波動，當水位到達汽包中心線以上100 mm處，高水位預報警，當水位到達汽包中心線以上200 mm處時，自動(或手動)關閉電動閘閥停止給水，并且長時間高水位報警。當水位到達汽包中心線以下100 mm處，自動(或手動)開啟電動閘閥供水，同時低水位報警。當汽包水位低于汽包中心線以下100 mm時，若水位仍持續(xù)下降至-200 mm時，則需自動(或手動)開啟另一臺備用水泵及電動閘閥供水。

汽包蒸汽壓力的檢測，除了就地儀表外，需采用壓力變送器遠傳信號至控制室。當壓力超過1.25 MPa時，自動報警，同時主蒸汽閥門開度加大。當壓力低于1.2 MPa時，自動報警，同時主蒸汽閥門的開度關小。

汽包上設置連續(xù)排污閥(手動閥)和定期排污閥。連續(xù)排污閥常開，污水直接通向排污擴容器。定期排污閥為電動閘閥，電動閘閥前的手動截止閥常開，電動閘閥常閉。每班至少定期排污1次，可設計成自動定期定時(或手動點動)開啟定期排污電動閘閥。當汽包水位控制閥出現(xiàn)故障或平衡容器失靈當鍋爐汽包水位高于緊急水位時，為防止汽包滿水或在嚴重超水位工況下工作，需聯(lián)鎖自動(或手動)打開緊急放水電動閘閥。

過熱蒸汽溫度及放散控制

額定蒸汽過熱溫度為310℃，除了就地溫度計現(xiàn)場顯示過熱蒸汽溫度外，還必須將另1支熱電偶的溫度信號遠傳至控制室，由PLC進行計算轉換顯示在控制畫面上，輸出信號為4~20 mA。當溫度超過320℃時，反饋信號指令減溫器給水閥門自動開啟，減溫器內(nèi)的噴頭開始自動噴淋降溫，當溫度降低到310℃時，減溫器給水閥門自動關閉停止噴淋。

當汽輪機故障或其他設備故障時，應該給熱管余熱鍋爐系統(tǒng)的控制室發(fā)來信號，采用聯(lián)鎖方式自動(或手動)先打開過熱蒸汽管路上的電動閘閥(放散閥)，使蒸汽能夠?qū)崿F(xiàn)緊急快速放散。后自動(或手動)關閉過熱蒸汽管路上的電動閘閥，停止向汽輪機供汽。

除氧器水箱液位控制

采用雙色水位計進行就地水位顯示。采用攝像頭對準就地水位計遠傳至控制室，顯示就地水位情況。采用平衡容器及配套的液位差壓變送器(2個)遠傳信號進行水位顯示及控制。建議采用手動和自動兩種控制方式進行水位控制。

除氧器水箱的水位在水箱基準線上+200 mm，基準線下-100 mm范圍內(nèi)波動，當水位到達水箱基準線以上100 mm處，自動(或手動)減小電動調(diào)節(jié)閥開度(減小的幅度可任意設定)，降低進入一級水預熱器的給水量，同時高水位報警。當水位到達水箱基準線以上200 mm處，則自動(或手動)進一步減小電動調(diào)節(jié)閥開度(進一步減小的幅度可任意設定)，進一步降低進入一級水預熱器的給水量。當水位到達水箱基準線以下100 mm處，自動(或手動)加大電動調(diào)節(jié)閥開度(加大的幅度可任意設定)，增加進入一級水預熱器的給水量，同時低水位報警。

排污擴容器液位控制：采用傳感型雙色液位計遠傳信號至控制室顯示排污擴容器液位。 建議采用手動和自動兩種控制方式進行排污擴容器液位控制。當排污擴容器實際液位超出上液位限制線時，電動排污閥自動(或手動)開啟進行排污，當實際液位低于下液位限制線時，電動排污閥自動(或手動)關閉停止排污。

過熱蒸汽流量控制

建議在熱管余熱鍋爐系統(tǒng)設置三個流量檢測點：過熱蒸汽流量檢測及控制、鍋爐給水(除氧水)流量檢測及控制以及減溫器噴淋水流量檢測。在外供過熱蒸汽管路上安裝1臺過熱蒸汽流量計，檢測外供蒸汽流量。建議采用手動和自動兩種控制方式進行過熱蒸汽流量控制。

過熱蒸汽流量控制以額定外供9.7 t/h為基準(基準值可以根據(jù)需要及實際情況修改變動)。當實際檢測到的過熱蒸汽流量大于基準值10%時(大于的百分比份額可以任意設定)，自動(或手動)減小流量控制閥(調(diào)節(jié)閥)的開度(減小的幅度可任意設定)，以減少進入汽包的給水量。當實際檢測到的過熱蒸汽流量小于基準值10%時(小于的百分比份額可以任意設定)，自動(或手動)加大流量控制閥(調(diào)節(jié)閥)的開度(加大的幅度可任意設定)，以增加進入汽包的給水量。

鍋爐給水流量控制

在鍋爐給水管路上安裝1臺給水流量計，檢測進入汽包的水量大小。建議采用手動和自動兩種控制方式進行鍋爐給水流量控制。

產(chǎn)氣量為10 t/h的熱管余熱鍋爐的額定給水量約為10.5 t/h，當實際檢測到的鍋爐給水量大于基準值10%時(大于的百分比份額可以任意設定)，自動(或手動)減小流量控制閥(調(diào)節(jié)閥)的開度(減小的幅度可任意設定)，以減少進入汽包的給水量。當實際檢測到的鍋爐給水量小于基準值10%時(小于的百分比份額可以任意設定)，自動(或手動)加大流量控制閥(調(diào)節(jié)閥)的開度(加大的幅度可任意設定)，以增加進入汽包的給水量。

如果根據(jù)需要及鍋爐實際運行情況，外供過熱蒸汽大于(或小于)額定過熱蒸汽量，則額定的鍋爐給水量應相應進行調(diào)整，考慮到鍋爐的排污率，額定的鍋爐給水量不大于額定過熱蒸汽量的5%。在減溫器給水管路上安裝1臺噴淋水流量計，檢測進入減溫器的水量大小。

控制畫面及操作要求

熱管余熱鍋爐系統(tǒng)控制畫面包括：熱管余熱鍋爐系統(tǒng)汽、水、煙氣流程圖；流程圖上標明汽、水、煙氣相應測點的溫度、壓力、流量的顯示值及各種電動閥門的運行狀態(tài)；分南側煙道、北側煙道列表顯示上述溫度、壓力、流量瞬時值；繪制汽、水、煙氣相關溫度、壓力、流量歷史趨勢圖。

充水前要打開汽包頂部排空閥，排除系統(tǒng)內(nèi)殘留氣體。余熱利用裝置充滿水后，打開系統(tǒng)放水閥，對翅片管、汽包、連管進行沖洗。關小放水閥，調(diào)整回水管閥門和給水閥門開關，使汽包水位達到正常工作液位，關閉放水閥，打開二混蒸汽放散閥。

汽包液位上、下限分別與二臺加壓泵聯(lián)鎖，上限水位泵停，下限水位泵開。余熱利用裝置充水后，與燒結機聯(lián)系，啟動冷卻風機，使熱風通過余熱利用裝置。汽包頂部放空閥排出蒸汽后，調(diào)整給水泵供回水閥門，以保持汽包內(nèi)適當水位。如果蒸汽生產(chǎn)穩(wěn)定后，通知有關部門得到確定后，方可打開汽包供汽閥門，關閉放空閥。將蒸汽接入過熱器，過熱器出口接入蒸汽管網(wǎng)。根據(jù)燒結機生產(chǎn)情況，隨時監(jiān)視，通知汽包水位，保證正常供汽，壓力超過標準時，打開放散閥門進行放散，保持壓力處于正常狀態(tài)。關爐時，應按照以下步驟進行操作：當設備檢修，熱管裝置停用時，關閉出水和進水閥門，保持一定水位。

結束語

余熱鍋爐控制系統(tǒng)采用成熟可靠的DCS控制系統(tǒng)，它是一個控制功能分散控制、集中監(jiān)視和管理的控制系統(tǒng)。而且中控室取消了常規(guī)模擬儀表盤和模擬流程圖，代之以屏幕彩色圖形顯示器，更便于運行人員監(jiān)視和操作。此外，系統(tǒng)中還采用了面向過程的語言，硬件均為模塊化，使整個系統(tǒng)的操作與維護更加簡便，為防止數(shù)據(jù)丟失和電源干擾，系統(tǒng)采用不間斷電源 (UPS)供電，保證了運行的可靠性。

余熱鍋爐利用廢氣為熱源，無需燃燒系統(tǒng)，不消耗一次能源，經(jīng)濟效益明顯。采用翅片管最大限度地強化傳熱，可在多壓狀態(tài)下產(chǎn)生蒸汽以提高熱回收效率。采用分段布置方式，設備布置合理，占地少，便于操作。同時減少了廢渣、廢氣等氣體的排放，切實有效地改善了環(huán)境。

[1] 杜衛(wèi)軍. 200 m2燒結機煙氣余熱利用改造設計方案. 山西冶金,2013, 36(2): 58

[2] 李紹俊 . 燒結余熱發(fā)電技術的應用. 礦業(yè)工程, 2013, 11(1): 64