轉(zhuǎn)爐汽包水位自動控制

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)爐冶煉過程中汽化冷卻是重要的設(shè)備之一,在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中會產(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 汽包水位控制的價值分析

對煉鋼廠轉(zhuǎn)爐煙氣凈化冷卻工藝來說汽包是重要的設(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,同時還會影響煉鋼轉(zhuǎn)爐的正常運(yùn)行。轉(zhuǎn)爐冶煉是一種斷續(xù)的過程,其產(chǎn)生的蒸汽也是斷續(xù)的,對轉(zhuǎn)爐汽包水位進(jìn)行測控,比電廠鍋爐汽包連續(xù)性生產(chǎn)來說難度較大,也很難實(shí)現(xiàn)在煉鋼廠轉(zhuǎn)爐吹氧冶煉時,由于熱負(fù)荷變化范圍較大,因此也會導(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會輸出蒸汽,這時需要給汽包補(bǔ)水。在冶煉中期過程中,隨熔池、鋼水溫度升高,會在短時間內(nèi)快速增加蒸汽量,汽包水位也會顯著上升,這一過程中需要調(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設(shè)備會出現(xiàn)故障停止生產(chǎn),嚴(yán)重時還會出現(xiàn)汽包爆炸的問題,如果補(bǔ)水較多時會使水位較高,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,這對于轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)來說是十分重要的?？刂破恢饕褪谴_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),通過控制軟件可實(shí)現(xiàn)汽包水位在不同冶煉過程中的自動化控制。

2 控制汽包水位的設(shè)施

在參與煉鋼廠汽包水位測控過程中所需要的設(shè)備,包括兩臺汽包設(shè)備機(jī),一臺壓力變送器,兩臺給水泵,兩臺變頻器,兩臺汽包給水調(diào)節(jié)閥,,一臺流量計(jì),一臺壓力變送器,一臺蒸汽輸出調(diào)節(jié)閥門,一臺流量計(jì),一臺壓力變送器以及PLC自動控制系統(tǒng)軟件。汽化冷卻自動控制化系統(tǒng)采用的是遠(yuǎn)程站s7 300,PLC自動化控制系統(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

汽包水位的檢測是比較難以實(shí)現(xiàn)的工藝,主要是由于在冶煉過程中轉(zhuǎn)爐間歇生產(chǎn),汽包內(nèi)壓力水位會受到外界因素的影響,存在較大的變化范圍,壓力容器水位在測量過程中難度較大。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,因此無法采用汽包水位計(jì)進(jìn)行測量,且如果利用該儀器進(jìn)行測量時存在較大的密度誤差,測量結(jié)果不準(zhǔn)確。因此針對鍋爐汽包水位在檢測過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,最終會影響水位的測量結(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會使其成為過飽和水,進(jìn)一步形成汽化,在這一過程中只需要在短時間完成,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)液面回落的問題,此時冷凝筒中的水缺失,參比水無法達(dá)到滿管狀態(tài),減小正壓和測壓力,但由于差壓變送器只能夠接受差壓信號,最終其測量結(jié)果是錯誤的,即假水位測量。

目前常采用的汽包水位測量器包括電接點(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,但由于上述兩種無法利用計(jì)算機(jī)輸出連續(xù)性信號,且無法實(shí)現(xiàn)保溫效果,因此只能夠通過人工監(jiān)測和冷態(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)性測量,同時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)行時準(zhǔn)確測量,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,測量筒這三個部分共同構(gòu)成的。首先,對于測量筒來說采用連通器的設(shè)計(jì)原理,同樣能夠?qū)崿F(xiàn)保溫效果,測量筒內(nèi)的取樣水與汽包水存在溫差一致性,在測量筒中心軸上設(shè)置不銹鋼棒,能夠與測量筒構(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)時補(bǔ)償,該電容器的原理為測量水位過程中不會受到溫度、壓力等因素的影響,所以會受到介電常數(shù)的變化,無論處于哪種運(yùn)行條件下所測量的水位值都是標(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)確測量,同時對于滿足空值可進(jìn)行實(shí)時糾正,也避免現(xiàn)場標(biāo)定的復(fù)雜環(huán)節(jié)。

4 汽包水位的控制

針對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),而對于汽包水位在控制過程中流程比較復(fù)雜,處于不同冶煉過程中的控制方式是不同的,需要利用軟件進(jìn)行控制。當(dāng)前國內(nèi)煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉在汽包水位控制過程中,采用三沖量的方式,從其使用情況上來看能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制的方式是比較少的,對于轉(zhuǎn)爐過程汽包水位控制采用單沖量、三沖量分段控制方式可對其實(shí)現(xiàn)全自動控制,保證在冶煉過程中水位處于穩(wěn)定狀態(tài),當(dāng)轉(zhuǎn)爐停止吹煉時可采用單沖量的方式調(diào)節(jié)汽包水位,在轉(zhuǎn)爐開始冶煉一定時間之后調(diào)節(jié)汽包水位。

小結(jié)

在本研究中針對煉鋼廠轉(zhuǎn)爐水位采用新型汽包液位計(jì),自動化控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)軟件等信息技術(shù),經(jīng)過實(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)行水位信號的測量,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,極大長度上節(jié)省水資源,提升蒸汽質(zhì)量。