銅轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐汽包水位控制工藝攻關(guān)

歐陽曉輝 張敏 莊麗莉

摘 要：本文闡述了銅轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐汽包水位波動的主要原因，通過分析原因，加設(shè)前饋條件改進(jìn)水位三沖量控制，實(shí)現(xiàn)銅轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐共用汽包水位自動控制。

關(guān)鍵詞：余熱鍋爐；共用汽包用；水位；三沖量；前饋條件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.012

0 前言

轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐作為銅轉(zhuǎn)爐的配套設(shè)備，只能按照余熱煙氣被動組織生產(chǎn)。汽包水位是鍋爐運(yùn)行安全性的重要評判參數(shù)之一，在轉(zhuǎn)爐吹煉狀態(tài)發(fā)生變化的時候，受轉(zhuǎn)爐煙氣的影響其呈現(xiàn)出急劇升高或下降的情況，采用常規(guī)的三沖量自動控制難以滿足生產(chǎn)需求，兩臺銅轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐共用一個汽包同時生產(chǎn)時表現(xiàn)的更為激烈。

1 余熱鍋爐工藝概況

我公司設(shè)置了200t/爐銅轉(zhuǎn)爐3臺，120t/爐銅轉(zhuǎn)爐2臺，其中將D#轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐及A#轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐建設(shè)為4.0MPa的強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐，并兩臺余熱鍋爐共用一套汽水系統(tǒng)的形式，工藝流程簡圖見圖1。

2 汽包水位控制情況

2.1 汽包水位波動情況

單臺轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐運(yùn)行時，在轉(zhuǎn)爐連續(xù)吹煉階段，汽包水位能維持中水位運(yùn)行。轉(zhuǎn)爐起吹后，汽包水位在20～30S內(nèi)從零水位急劇升至+200mm～250mm，在5～10min內(nèi)慢慢的回歸至中水位。在轉(zhuǎn)爐停吹時，水位急劇下降至-200～-250mm，在3～5min內(nèi)慢慢的回歸至中水位。單臺轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐平穩(wěn)運(yùn)行時，將另外一臺余熱鍋爐起吹，水位可以快速上升到+250mm～300mm，若此時其中一臺停吹的話，水位可以快速下降到-250mm～-300mm。汽包水位計的監(jiān)控范圍是±300mm，偶爾超出量程時，操作人員無法判斷水位，從操作方法上規(guī)定嚴(yán)禁兩臺轉(zhuǎn)爐同時起吹和同時停吹。

若按照工業(yè)鍋爐水位控制要求，需要時時采取緊急停爐措施，考慮到轉(zhuǎn)爐鍋爐未配置過熱器，外供蒸汽僅做供熱使用，雖然水位波動較大，仍通過人員加強(qiáng)監(jiān)控和在起吹前人工放水降低水位、停吹前提高汽包水位的方式維持運(yùn)行，但對鍋爐的安全運(yùn)行的威脅仍然存在。

2.2 三沖量水位控制情況

余熱鍋爐配置了DCS控制系統(tǒng)，汽包水位按照常規(guī)三沖量控制邏輯編寫，即以汽包水位為主，采用汽包給水流量、蒸汽流量進(jìn)行修正來控制。自動控制投入運(yùn)行后，設(shè)定汽包中水位為控制要求，在正常吹煉過程中能到達(dá)平穩(wěn)控制，但在轉(zhuǎn)爐起吹、停吹時水位波動較大，難以滿足控制要求，需要切換為手動控制。

3 水位波動分析

3.1 余熱鍋爐熱源

轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐設(shè)計時煙氣量61998m3/h，煙氣溫度740℃～870℃。銅轉(zhuǎn)爐將來自貧化電爐約65%含銅量的冰銅通過吹煉達(dá)到含銅量98%的品位，再送入陽極爐進(jìn)行精煉，主要有加料（進(jìn)冰銅）→造渣→放渣→出銅的操作步驟，伴隨有加溶劑、冷料、取樣等環(huán)節(jié)，使轉(zhuǎn)爐爐口多次搖開、合上。當(dāng)爐口搖開停止吹煉時，且爐口敞開，進(jìn)入煙道煙氣量很少，爐口合上吹煉時，煙氣量可達(dá)60000m3/h，溫度740℃以上。

3.2 水位波動分析

余熱鍋爐為飽和蒸汽形式，采用膜式壁受熱面構(gòu)成煙道，內(nèi)部設(shè)置凝渣管束、對流管束。在轉(zhuǎn)爐由停吹轉(zhuǎn)至吹煉后，煙氣量從零快速升至60000 m3/h，進(jìn)口煙溫溫度從150℃以下很快提升至700℃以上，大量的熱量傳遞給水，飽和狀態(tài)下的循環(huán)水吸熱后產(chǎn)生汽水混合物，使循環(huán)水容積快速增大，引起汽包水位快速升高，待運(yùn)行一段時間后，由于蒸發(fā)量大于補(bǔ)給水量，水位慢慢趨于平穩(wěn)。在轉(zhuǎn)爐由吹煉轉(zhuǎn)至停吹狀態(tài)時，由于煙氣量和熱量驟減，蒸發(fā)停滯導(dǎo)致水容積快速下降，汽包水位快速降低。

4 改進(jìn)措施

4.1 單臺鍋爐改進(jìn)措施

將轉(zhuǎn)爐起吹/停吹的信號引進(jìn)余熱鍋爐DCS系統(tǒng)，該信號與汽包水位PID單沖量調(diào)節(jié)進(jìn)行修正，設(shè)定起吹/停吹時的汽包水位相對“零位”，并設(shè)定一定的延時。例如在D#轉(zhuǎn)爐吹煉時，設(shè)定汽包水位“零位”在+80mm，PID調(diào)節(jié)維持水位在+80mm左右波動，當(dāng)搖爐后水位急劇下降，保持+80mm的設(shè)定90S后，將水位“零位”改至-70mm對汽包水位進(jìn)行自動控制。這樣是在轉(zhuǎn)爐停吹時先對鍋爐加一定的水，避免水容積降低造成嚴(yán)重缺水，90S后改為-70mm控制，避免鍋爐吹煉后，水容積增加引起汽包滿水。對于轉(zhuǎn)爐從停吹狀態(tài)轉(zhuǎn)為吹煉，設(shè)置方式一樣。

4.2 兩臺鍋爐運(yùn)行改進(jìn)措施

依照單臺鍋爐的解決思路，將A#、D#轉(zhuǎn)爐起吹/停吹信號進(jìn)行邏輯求和運(yùn)算后，對汽包水位調(diào)節(jié)PID進(jìn)行修正，并對水位“零位”設(shè)定值和延時進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，減少轉(zhuǎn)爐起吹/停吹對汽包水位的影響。

5 結(jié)束語

對轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐汽包水位的自動控邏輯改進(jìn)后，在余熱鍋爐汽包水位投入自動控制的時候，雖不能完全消除轉(zhuǎn)爐在起吹/停吹時候汽包水位波動的情況，但波動維持在±200mm范圍內(nèi)，加上系統(tǒng)報警的設(shè)置及人員的監(jiān)控，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐汽包水位的自動控制，一定程度上提高了鍋爐運(yùn)行的安全性。

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作者簡介：歐陽曉輝（1985-），男，云南永勝人，本科，中級工程師，研究方向：熱能動力工程。