汽化鍋爐水位全自動控制系統

摘要：本文結合國內各鋼廠汽化冷卻系統的實際應用，闡述在煉鋼轉爐生產中自動上水系統的控制過程。

關鍵詞：汽包水位 三沖量 單沖量

汽化鍋爐是煉鋼工業生產的重要動力能源設備。在汽化鍋爐的正常運行中，汽包水位值是它最重要的工藝參數指標。隨著現代工藝的不斷改進提高，對汽化鍋爐而言，允許的汽包水位波動范圍也隨之減小，將液位控制在一定范圍內是保證汽化鍋爐安全、正常運行及蒸汽質量的必要條件，同時也是轉爐煉鋼工業正常生產的首要條件。理論概述：現在在國內煉鋼工業的汽化冷卻水位控制，一般都采用三沖量控制方式。轉爐汽化鍋爐可采用工藝時序與單沖量與三沖量交叉控制的方式來對汽化鍋爐液位進行全自動調節。即當轉爐停止吹煉時，采用單沖量的控制方式進行對鍋爐水位的調節。在轉爐開始吹煉一定時間后，采用三沖量的控制方式進行對鍋爐水位的調節（如圖1所示）。

由于轉爐是間歇生產，所以汽化鍋爐產生的蒸汽也是斷續的，熱負荷波動極大，汽包水位急劇變化，系統操作時間短。因此對對汽化鍋爐來講，必須是汽化鍋爐給水根上其負荷的變化，如果給水量跟不上負荷的變化，就會造成設備燒損，嚴重時會引起爆炸事故，如果給水量太大，會使汽包水位過高，造成蒸汽帶水，影響蒸汽質量。轉爐汽化鍋爐液位控制，采用工藝時序與單沖量與三沖量交叉控制的方式可以保證在轉爐冶煉過程中鍋爐液位的穩定。應用：我們可以根據轉爐冶煉過程將汽化鍋爐運行分為六個階段，即未吹煉階段、吹煉開始過程、補水過程、產汽過程、停吹初期過程、停止吹煉過程。并且在整個的補水過程中，除氧水箱均保持自動上水狀態，即根據除氧水箱和軟水箱水位的高低來確定軟水泵的啟/停，將除氧水箱水位控制在正常的范圍內。在未吹煉過程，要采用單沖量控制的方式給汽包補水。單沖量調節是只采集汽包的水位一個量作為DCS或PLC中PID調節器的輸入值，再通過PID運算后得到的值作為DCS或PLC的輸出值，作用于給水調節閥（如圖2所示）。

使給水調節閥作出相應的動作，補水完成后鍋爐水位和鍋爐壓力是穩定的，也沒有蒸汽的外送，這個過程給鍋爐給水流量及鍋爐蒸汽流量均為零。

吹煉開始過程，轉爐吹氧點火后，隨著熱負荷不斷增加，使鍋爐汽包內水中的氣泡量增大，此時鍋爐汽包水位將會迅速上升，形成假水位。為了避免假水位過高，要使DCS或PID調節的水位設定值穩定，避免上水調節閥打開。補水過程，這時汽包中的假水位已經下降，產汽量增加，用水量也隨之增加。這時要給汽包補水。如果此時的DCS或PID調節的水位設定值不變的話，那么鍋爐的給水調節閥開啟的就相對滯后一段時間，所以這時一定要提高鍋爐水位的給定值。也就是說，我們通過DCS或PLC采集信號，當吹煉開始后由DCS或PLC進行計時，在一定時間后由DCS或PLC自動提高PID調節的水位給定值，同時也要投入三沖量自動調節程序。三沖量調節是根據汽包水位、汽包出口蒸汽流量、汽包給水流量這三個量進行調節（如圖3所示）。

在這三個量中，其中把鍋爐出口蒸汽流量信號為負信號，鍋爐水位和鍋爐給水流量信號均為正信號，PID起正作用。這三個信號在DCS或PLC中進行疊加運算形成一個正確輸出后與鍋爐液位的給定值相比較，然后將輸出控制信號調節給水量的大小。當給水流量減少或是汽包液位減少時，相當于DCS或PLC的輸出信號減小，就會使信號小于汽包液位的給定值，使給水量增大，給鍋爐補水。當鍋爐出口蒸汽流量增大時，由于它是負信號，所以DCS或PLC的輸出也會減小，同樣也會使給水量增大。但在補水過程一般蒸汽用量較小，所以鍋爐出口蒸汽流量一般也很小，DCS或PLC的輸出信號會增大，給水調節閥不會動作。

產汽過程，這時蒸汽用量會快速增大，給水調節閥會自動打開進行鍋爐的自動補水，水位——給水流量——蒸汽流量三沖量串級調節完全構成。停吹初期過程，轉爐停止吹煉后，鍋爐熱負荷及蒸汽用量會快速減少，給水調節閥會接到DCS或PLC給的減小的輸出信號，會關閉給水調節閥停止向鍋爐補水。停止吹煉過程，此時由于鍋爐對外供汽，會使鍋爐內壓力減小，汽包內的水會在壓力減小的過程中汽化使鍋爐液位降低。DCS或PLC也會接到停止吹煉的連鎖信號，控制方式會自動轉成單沖量調節過程，降低水位設定值，使調節閥做出相應的動作，給汽包補水。在實際水位預設定水位相等時，給水調節閥自動關閉，補水完成，周期結束。全自動補水過程趨勢圖如圖4所示。

在整個過程中必須注意汽包內的壓力波動，在產氣階段汽包很有可能通過放散閥放散，由于切斷閥只有兩個狀態，會直接影響汽包壓力的穩定，這樣會直接導致蒸汽流量猜測的不準確，對流量的溫壓補償后的計算值影響極大。所以一般應采用氣動調節閥，調節閥根據汽包壓力檢測值，采用PID調節可以保證汽包在產氣階段的壓力穩定。結束語：汽化鍋爐水位全自動控制系統是一種新型的調節控制方式，可以排除干擾信號，消除虛假水位對給水調節閥的影響，避免了鍋爐虧水所造成的事故，提高了蒸汽質量，節省了水資源。由此可見，這種調節系統會對轉爐汽化冷卻系統起到重要的作用。