智能控制程序在汽化冷卻鍋爐上的應用

王博

摘 要：汽化冷卻鍋爐是煉鋼重要的工藝設(shè)施，是實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐負能煉鋼的關(guān)鍵設(shè)備，汽化冷卻鍋爐水位控制和上水調(diào)節(jié)對汽化冷卻系統(tǒng)起決定性作用。本文主要通過對三沖量汽化水位冷卻鍋爐中三沖量上水和水位控制的改進，設(shè)計編制水位控制操作程序和軟件進行HMI軟件更新，投入生產(chǎn)后成功實現(xiàn)了三沖量汽包水位在轉(zhuǎn)爐和冶煉各個操作階段的全自動精準水位控制。

關(guān)鍵詞：汽化冷卻鍋爐;編制控制程序;HMI;蒸汽流量

汽化冷卻系統(tǒng)用于將高溫煙氣通過水冷煙道降溫冷卻，同時對高溫煙氣的余熱進行回收。轉(zhuǎn)爐在進行吹煉的過程中，由于煙道溫度的升高，汽化煙氣冷卻系統(tǒng)主要的功能是用于控制冷卻的煙道和清洗爐罩。宣鋼二鋼軋廠1#，2#轉(zhuǎn)爐的汽包三沖量上水值自動調(diào)節(jié)通過計算機采集汽包轉(zhuǎn)爐的水位、蒸汽流量、給水流量以及汽包三沖量上水值作為自動調(diào)節(jié)控制參數(shù)，設(shè)計編制轉(zhuǎn)爐控制管理程序和軟件進行HMI自控更新，投入生產(chǎn)后基本實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐汽包三沖量上水位在各個操作階段的全自動精準調(diào)節(jié)和控制。

1 控制系統(tǒng)改進

汽包的水位自動控制是保證汽包正常運行的主要條件和指標，，汽包水位的自動控制系統(tǒng)是保證了汽包安全正常運行的最重要控制條件之一。開始進行汽包水位動態(tài)特性分析：當出口蒸汽給水流量突然地增加時，由于假上升水位的現(xiàn)象，在汽包開始給水階段汽包的水位不僅不會突然下降，反而先迅速地上升，然后繼續(xù)下降。當突然地加大汽包的給水量后，汽包內(nèi)的水位一開始不立即突然增加，而要使水位呈現(xiàn)出一段起始的慣性段。

汽包整體水位的主要水流控制和雙沖給壓供水管理手段之一就是采用汽包的水流控制和雙沖給壓供水，傳統(tǒng)的單向雙沖量的汽包控制給水系統(tǒng)和采用雙沖量的給水控制系統(tǒng)給水管理系統(tǒng)其本身都仍然存在有著許多目前不可彌補的缺陷。

就單沖量的控制給水系統(tǒng)而言，當系統(tǒng)蒸汽負荷突然的增大，由于假水位的現(xiàn)象，控制器不但不能及時開啟或加大給水閥從而增加給水量，而是關(guān)小了控制閥，減少了送水量，等到假蒸汽水位的消失后，由于系統(tǒng)蒸汽包給水量的增加，送水量反而大大的減少，將使系統(tǒng)水位嚴重的下降，波動很厲害，甚至可能會直接使系統(tǒng)的蒸汽包水位下降到達危險的程度，以至于發(fā)生系統(tǒng)漏水事故。雙沖量給水控制信號引入系統(tǒng)就是在單沖量給水控制系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)上將控制蒸汽流量的信號進行引入。將蒸汽的流量控制信號進行引入就是可根據(jù)系統(tǒng)的蒸汽溫度和流量的變化來起到自動校正的作用，糾正了由于假蒸汽水位引起的誤動作，使得控制閥的校正動作十分及時，從而大大減少了假水位的波動。但雙沖量的控制給水系統(tǒng)的設(shè)計還有兩個明顯的缺點：由于控制閥的工作原理和特性不一定能夠成為系統(tǒng)的線性，要有效的做到這種靜態(tài)的補償比較困難;對于復雜的給水控制系統(tǒng)的干擾仍不能有效的克服。

三沖量汽包調(diào)節(jié)系統(tǒng)是針對給水進行汽包流量自動調(diào)節(jié)的，其三個主要沖量分別是汽包液位，給水流量和系統(tǒng)中的蒸汽進水流量。據(jù)汽包系統(tǒng)中的水位，給水流量，蒸汽進水流量三個主要沖量經(jīng)過PDI計算來自動調(diào)節(jié)汽包給水系統(tǒng)中的閥門開度，從而達到可以自動控制汽包給水流量的汽包調(diào)節(jié)目的。

從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上來說，三汽包液位沖量的調(diào)節(jié)實際上也就是一個簡單的帶前饋干擾信號的串級給水流動控制系統(tǒng)。其中汽包給水液位的流量是主要正變量，給水流量是一個副變量。副變量的控制和引入可以使系統(tǒng)對汽包給水液位壓力（流量）的變化和波動信號具有較強的控制和克服干擾能力。所以蒸汽給水流量的波動信號可以作為一個前饋干擾信號進行引入。

2 系統(tǒng)改良取得的實效

汽化上水設(shè)定方式均為一級設(shè)定方式。汽化上水控制方式分為自動方式、手動，在汽化上水控制中，手動方式操作優(yōu)先權(quán)高于自動方式。

（1）自動方式：結(jié)合三沖量PLC自動計算控制輸出。采用單沖量和三沖量相結(jié)合分段連續(xù)調(diào)節(jié)控制上水模式。

（2）手動控制方式：操作人員HMI操作PLC的手動控制輸出。

（3）在正常的完成汽包余熱回收吹煉期時，當完成汽包內(nèi)余熱回收壓力的設(shè)定值超過了蒸汽余熱回收壓力的設(shè)定值1.65MPa時，控制系統(tǒng)將蒸汽的回收壓力調(diào)節(jié)閥門的開啟，進行汽包內(nèi)余熱的回收，同時可以檢測出完成蒸汽的余熱回收流量（溫壓補正后），通過對計算公式的計算得出完成汽包內(nèi)向外供的蒸汽消耗量，換算出完成汽包給水的質(zhì)量，通過對質(zhì)量的變化趨勢的計算和檢測可以控制完成補水流量調(diào)節(jié)閥給水在汽包內(nèi)部進行了補水，通過對補水流量的計算將測得的流量進行比較，快速給水在汽包內(nèi)部進行了補水從而可以保證一定的開度和水位。在對完成蒸汽余熱回收質(zhì)量的準確性和計算上對汽包進行了經(jīng)驗值的修整，從而可以保證質(zhì)量計算的準確性。同時可以采用質(zhì)量計算時間段對完成蒸汽的質(zhì)量計算不停的進行計算，得到其與快速給汽包進水量的偏差，適當?shù)恼{(diào)整快速給汽包進水閥的開度、流量（經(jīng)驗值待定），保證汽包進水質(zhì)量與蒸汽回收質(zhì)量的平衡。

（4）吹煉結(jié)束初期，汽包水位調(diào)節(jié)回路退出自動連續(xù)調(diào)節(jié);液位SP設(shè)定為250mm～300mm。

（5）吹煉停止吹煉后期，汽包水位SP設(shè)定為-100mm～0mm。

（6）當汽包上水出現(xiàn)控制或設(shè)備故障時，上水設(shè)備保持原有的控制方式不變，當有人工干預時，再確認調(diào)整設(shè)備控制方式。

（7）汽包放汽閥，每個汽包配備一臺汽包放散閥。當汽包壓力高于（2.5mpa）時，該汽包氣閥自動關(guān)閉或打開，壓力低于2.3mpa。上水調(diào)節(jié)自動轉(zhuǎn)為手動（需要崗位手動干預、確認）。

（8）HMI功能：增加“三沖量自動調(diào)節(jié)”和“液位控制上水”兩個按鈕，保持原有上水控制和改造后上水控制兩種方式。增加“退出自動調(diào)節(jié)報警”指示。

3 結(jié)語

汽包鍋爐液位自動三沖量上水控制改造程序汽包投入使用后，汽包水位平穩(wěn)，自動上水快速穩(wěn)定。通過對現(xiàn)有的汽化冷卻塔和鍋爐中液位三沖量上水和水位的控制進行改造，結(jié)合各轉(zhuǎn)爐實際工況和操作制度，設(shè)計人員通過編制汽包水位控制程序和軟件進行hmi更新，投入批量生產(chǎn)后成功實現(xiàn)了對汽包水位在轉(zhuǎn)爐冶煉各個操作階段的全自動精準水位控制。自設(shè)備投入以來，未曾一次發(fā)生由于汽包水位不準確或錯誤而造成的任何嚴重影響生產(chǎn)設(shè)備操作安全事故。