轉(zhuǎn)爐汽包水位自動(dòng)控制

王永剛

南京鋼鐵股份有限公司第一煉鋼廠 江蘇 南京 210035

在當(dāng)前煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中汽化冷卻是重要的設(shè)備之一,在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高溫?zé)煔?汽化煙道是高溫?zé)煔獾睦鋮s裝置,汽包換熱裝置進(jìn)一步形成蒸汽,產(chǎn)生的蒸汽能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)所利用,汽化冷卻是轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)環(huán)保的重要生產(chǎn)工藝,轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定生產(chǎn)蒸汽的量是衡量轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)和控制系統(tǒng)是否能夠達(dá)到高效使用的重要指標(biāo)。

1 汽包水位控制的價(jià)值分析

對(duì)煉鋼廠轉(zhuǎn)爐煙氣凈化冷卻工藝來(lái)說(shuō)汽包是重要的設(shè)備之一,汽包水位的有效控制可影響生產(chǎn)工作人員以及設(shè)備的安全運(yùn)行以及蒸汽產(chǎn)生質(zhì)量,同時(shí)還會(huì)影響煉鋼轉(zhuǎn)爐的正常運(yùn)行。轉(zhuǎn)爐冶煉是一種斷續(xù)的過(guò)程,其產(chǎn)生的蒸汽也是斷續(xù)的,對(duì)轉(zhuǎn)爐汽包水位進(jìn)行測(cè)控,比電廠鍋爐汽包連續(xù)性生產(chǎn)來(lái)說(shuō)難度較大,也很難實(shí)現(xiàn)在煉鋼廠轉(zhuǎn)爐吹氧冶煉時(shí),由于熱負(fù)荷變化范圍較大,因此也會(huì)導(dǎo)致汽包水位發(fā)生顯著變化,在轉(zhuǎn)爐冶煉初始階段會(huì)隨溶池溫度和鋼水溫度升高,提高汽包水位,當(dāng)壓力上升至一定范圍時(shí)會(huì)輸出蒸汽,這時(shí)需要給汽包補(bǔ)水。在冶煉中期過(guò)程中,隨熔池、鋼水溫度升高,會(huì)在短時(shí)間內(nèi)快速增加蒸汽量,汽包水位也會(huì)顯著上升,這一過(guò)程中需要調(diào)節(jié)汽包給水量,能夠結(jié)合產(chǎn)氣量變化,確保水位的穩(wěn)定性,如果水位不足會(huì)造成轉(zhuǎn)爐吹煉條件不足停止生產(chǎn)如果一旦水位上升時(shí)設(shè)備會(huì)出現(xiàn)故障停止生產(chǎn),嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)汽包爆炸的問(wèn)題,如果補(bǔ)水較多時(shí)會(huì)使水位較高,使蒸汽帶水進(jìn)一步影響產(chǎn)生的蒸汽質(zhì)量,因此需要合理控制汽包水位,這對(duì)于轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是十分重要的。控制汽包水位主要就是確保補(bǔ)水量和汽包蒸發(fā)量保持平衡,并能夠使汽包水位持續(xù)處于合理的范圍內(nèi),通過(guò)控制軟件可實(shí)現(xiàn)汽包水位在不同冶煉過(guò)程中的自動(dòng)化控制。

2 控制汽包水位的設(shè)施

在參與煉鋼廠汽包水位測(cè)控過(guò)程中所需要的設(shè)備,包括兩臺(tái)汽包設(shè)備機(jī),一臺(tái)壓力變送器,兩臺(tái)給水泵,兩臺(tái)變頻器,兩臺(tái)汽包給水調(diào)節(jié)閥,,一臺(tái)流量計(jì),一臺(tái)壓力變送器,一臺(tái)蒸汽輸出調(diào)節(jié)閥門,一臺(tái)流量計(jì),一臺(tái)壓力變送器以及PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件。汽化冷卻自動(dòng)控制化系統(tǒng)采用的是遠(yuǎn)程站s7 300,PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠與操作站通信,利用以太網(wǎng)站等方式進(jìn)行信息傳輸,PLC主和相應(yīng)的從站變頻器通信采用ProfIbus總線,其編程軟件為step7v5.4,監(jiān)控軟件為ifx5.0,變頻器為S120型。

3 汽包水位的具體檢測(cè)

汽包水位的檢測(cè)是比較難以實(shí)現(xiàn)的工藝,主要是由于在冶煉過(guò)程中轉(zhuǎn)爐間歇生產(chǎn),汽包內(nèi)壓力水位會(huì)受到外界因素的影響,存在較大的變化范圍,壓力容器水位在測(cè)量過(guò)程中難度較大。在處于不穩(wěn)定的運(yùn)行條件下,汽包水位并不是屬于正常位置的,因此無(wú)法采用汽包水位計(jì)進(jìn)行測(cè)量,且如果利用該儀器進(jìn)行測(cè)量時(shí)存在較大的密度誤差,測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。因此針對(duì)鍋爐汽包水位在檢測(cè)過(guò)程中主要采用平衡容器和差壓變送器的方式,由于汽包壓力變化導(dǎo)致出現(xiàn)虛假水位,最終會(huì)影響水位的測(cè)量結(jié)果,在設(shè)備處于正常運(yùn)行下,平衡容器中的冷凝筒內(nèi)經(jīng)常會(huì)存在高壓蒸汽聚集,使產(chǎn)品水柱高度保持恒定,冷凝水是一種飽和狀態(tài)水,其溫度與蒸汽相同,一旦汽包壓力有顯著減小時(shí)會(huì)使其成為過(guò)飽和水,進(jìn)一步形成汽化,在這一過(guò)程中只需要在短時(shí)間完成,一旦恢復(fù)壓力條件之后汽體水又呈現(xiàn)飽和狀態(tài),出現(xiàn)液面回落的問(wèn)題,此時(shí)冷凝筒中的水缺失,參比水無(wú)法達(dá)到滿管狀態(tài),減小正壓和測(cè)壓力,但由于差壓變送器只能夠接受差壓信號(hào),最終其測(cè)量結(jié)果是錯(cuò)誤的,即假水位測(cè)量。

目前常采用的汽包水位測(cè)量器包括電接點(diǎn)水位計(jì),雙色水位計(jì)等,這些儀器均采用連通器的設(shè)計(jì)原理,但由于上述兩種無(wú)法利用計(jì)算機(jī)輸出連續(xù)性信號(hào),且無(wú)法實(shí)現(xiàn)保溫效果,因此只能夠通過(guò)人工監(jiān)測(cè)和冷態(tài)校準(zhǔn)的方式。一種可以使用連通器設(shè)計(jì)原理,實(shí)現(xiàn)全工況連續(xù)性測(cè)量,同時(shí)還具有保溫效果的汽包水位計(jì),可滿足上述條件,進(jìn)而能夠?qū)ζ贿M(jìn)行時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量,本研究中提出了將老式液位計(jì)改為智能電容式汽包液位計(jì),這種智能汽包液位計(jì)是由電容探極,電容變送器,測(cè)量筒這三個(gè)部分共同構(gòu)成的。首先,對(duì)于測(cè)量筒來(lái)說(shuō)采用連通器的設(shè)計(jì)原理,同樣能夠?qū)崿F(xiàn)保溫效果,測(cè)量筒內(nèi)的取樣水與汽包水存在溫差一致性,在測(cè)量筒中心軸上設(shè)置不銹鋼棒,能夠與測(cè)量筒構(gòu)成電容器正、負(fù)極,兩極絕緣具有耐高溫和高壓的效果,變送器能夠?qū)⑺桓叨刃纬闪穗娙?轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)輸出水位,能夠?qū)λ⑵@兩種介質(zhì)接電常數(shù)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償,該電容器的原理為測(cè)量水位過(guò)程中不會(huì)受到溫度、壓力等因素的影響,所以會(huì)受到介電常數(shù)的變化,無(wú)論處于哪種運(yùn)行條件下所測(cè)量的水位值都是標(biāo)準(zhǔn)水位高度,可實(shí)現(xiàn)在任意工況條件下連續(xù)性進(jìn)行水位準(zhǔn)確測(cè)量,同時(shí)對(duì)于滿足空值可進(jìn)行實(shí)時(shí)糾正,也避免現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的復(fù)雜環(huán)節(jié)。

4 汽包水位的控制

針對(duì)該控制其方法是在給水母管壓力保持穩(wěn)定的條件下,能夠?qū)o水調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行控制,進(jìn)一步能夠確保汽包水的給水量與蒸汽量保持平衡,使其維持在一定的范圍內(nèi),而對(duì)于汽包水位在控制過(guò)程中流程比較復(fù)雜,處于不同冶煉過(guò)程中的控制方式是不同的,需要利用軟件進(jìn)行控制。當(dāng)前國(guó)內(nèi)煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉在汽包水位控制過(guò)程中,采用三沖量的方式,從其使用情況上來(lái)看能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制的方式是比較少的,對(duì)于轉(zhuǎn)爐過(guò)程汽包水位控制采用單沖量、三沖量分段控制方式可對(duì)其實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制,保證在冶煉過(guò)程中水位處于穩(wěn)定狀態(tài),當(dāng)轉(zhuǎn)爐停止吹煉時(shí)可采用單沖量的方式調(diào)節(jié)汽包水位,在轉(zhuǎn)爐開始冶煉一定時(shí)間之后調(diào)節(jié)汽包水位。

小結(jié)

在本研究中針對(duì)煉鋼廠轉(zhuǎn)爐水位采用新型汽包液位計(jì),自動(dòng)化控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件等信息技術(shù),經(jīng)過(guò)實(shí)踐生產(chǎn),目前這種鍋爐汽化冷卻系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)良好應(yīng)用,利用液位以及蒸汽流量能夠進(jìn)行水位信號(hào)的測(cè)量,該系統(tǒng)可消除虛假水位的影響,有效控制汽包水位,防止由于汽包虧水造成安全事故,極大長(zhǎng)度上節(jié)省水資源,提升蒸汽質(zhì)量。