转炉汽包水位自动控制

王永刚

南京钢铁股份有限公司第一炼钢厂 江苏 南京 210035

在当前炼钢厂转炉冶炼过程中汽化冷却是重要的设备之一,在转炉冶炼过程中会产生高温烟气,汽化烟道是高温烟气的冷却装置,汽包换热装置进一步形成蒸汽,产生的蒸汽能够为工业生产所利用,汽化冷却是转炉实现环保的重要生产工艺,转炉稳定生产蒸汽的量是衡量转炉生产和控制系统是否能够达到高效使用的重要指标。

1 汽包水位控制的价值分析

对炼钢厂转炉烟气净化冷却工艺来说汽包是重要的设备之一,汽包水位的有效控制可影响生产工作人员以及设备的安全运行以及蒸汽产生质量,同时还会影响炼钢转炉的正常运行。转炉冶炼是一种断续的过程,其产生的蒸汽也是断续的,对转炉汽包水位进行测控,比电厂锅炉汽包连续性生产来说难度较大,也很难实现在炼钢厂转炉吹氧冶炼时,由于热负荷变化范围较大,因此也会导致汽包水位发生显著变化,在转炉冶炼初始阶段会随溶池温度和钢水温度升高,提高汽包水位,当压力上升至一定范围时会输出蒸汽,这时需要给汽包补水。在冶炼中期过程中,随熔池、钢水温度升高,会在短时间内快速增加蒸汽量,汽包水位也会显著上升,这一过程中需要调节汽包给水量,能够结合产气量变化,确保水位的稳定性,如果水位不足会造成转炉吹炼条件不足停止生产如果一旦水位上升时设备会出现故障停止生产,严重时还会出现汽包爆炸的问题,如果补水较多时会使水位较高,使蒸汽带水进一步影响产生的蒸汽质量,因此需要合理控制汽包水位,这对于转炉实现安全生产来说是十分重要的。控制汽包水位主要就是确保补水量和汽包蒸发量保持平衡,并能够使汽包水位持续处于合理的范围内,通过控制软件可实现汽包水位在不同冶炼过程中的自动化控制。

2 控制汽包水位的设施

在参与炼钢厂汽包水位测控过程中所需要的设备,包括两台汽包设备机,一台压力变送器,两台给水泵,两台变频器,两台汽包给水调节阀,,一台流量计,一台压力变送器,一台蒸汽输出调节阀门,一台流量计,一台压力变送器以及PLC自动控制系统软件。汽化冷却自动控制化系统采用的是远程站s7 300,PLC自动化控制系统能够与操作站通信,利用以太网站等方式进行信息传输,PLC主和相应的从站变频器通信采用ProfIbus总线,其编程软件为step7v5.4,监控软件为ifx5.0,变频器为S120型。

3 汽包水位的具体检测

汽包水位的检测是比较难以实现的工艺,主要是由于在冶炼过程中转炉间歇生产,汽包内压力水位会受到外界因素的影响,存在较大的变化范围,压力容器水位在测量过程中难度较大。在处于不稳定的运行条件下,汽包水位并不是属于正常位置的,因此无法采用汽包水位计进行测量,且如果利用该仪器进行测量时存在较大的密度误差,测量结果不准确。因此针对锅炉汽包水位在检测过程中主要采用平衡容器和差压变送器的方式,由于汽包压力变化导致出现虚假水位,最终会影响水位的测量结果,在设备处于正常运行下,平衡容器中的冷凝筒内经常会存在高压蒸汽聚集,使产品水柱高度保持恒定,冷凝水是一种饱和状态水,其温度与蒸汽相同,一旦汽包压力有显著减小时会使其成为过饱和水,进一步形成汽化,在这一过程中只需要在短时间完成,一旦恢复压力条件之后汽体水又呈现饱和状态,出现液面回落的问题,此时冷凝筒中的水缺失,参比水无法达到满管状态,减小正压和测压力,但由于差压变送器只能够接受差压信号,最终其测量结果是错误的,即假水位测量。

目前常采用的汽包水位测量器包括电接点水位计,双色水位计等,这些仪器均采用连通器的设计原理,但由于上述两种无法利用计算机输出连续性信号,且无法实现保温效果,因此只能够通过人工监测和冷态校准的方式。一种可以使用连通器设计原理,实现全工况连续性测量,同时还具有保温效果的汽包水位计,可满足上述条件,进而能够对汽包水位进行时准确测量,本研究中提出了将老式液位计改为智能电容式汽包液位计,这种智能汽包液位计是由电容探极,电容变送器,测量筒这三个部分共同构成的。首先,对于测量筒来说采用连通器的设计原理,同样能够实现保温效果,测量筒内的取样水与汽包水存在温差一致性,在测量筒中心轴上设置不锈钢棒,能够与测量筒构成电容器正、负极,两极绝缘具有耐高温和高压的效果,变送器能够将水位高度形成了电容,转换为电流信号输出水位,能够对水、汽这两种介质接电常数变化进行实时补偿,该电容器的原理为测量水位过程中不会受到温度、压力等因素的影响,所以会受到介电常数的变化,无论处于哪种运行条件下所测量的水位值都是标准水位高度,可实现在任意工况条件下连续性进行水位准确测量,同时对于满足空值可进行实时纠正,也避免现场标定的复杂环节。

4 汽包水位的控制

针对该控制其方法是在给水母管压力保持稳定的条件下,能够对给水调节阀开度进行控制,进一步能够确保汽包水的给水量与蒸汽量保持平衡,使其维持在一定的范围内,而对于汽包水位在控制过程中流程比较复杂,处于不同冶炼过程中的控制方式是不同的,需要利用软件进行控制。当前国内炼钢厂转炉冶炼在汽包水位控制过程中,采用三冲量的方式,从其使用情况上来看能够实现自动化控制的方式是比较少的,对于转炉过程汽包水位控制采用单冲量、三冲量分段控制方式可对其实现全自动控制,保证在冶炼过程中水位处于稳定状态,当转炉停止吹炼时可采用单冲量的方式调节汽包水位,在转炉开始冶炼一定时间之后调节汽包水位。

小结

在本研究中针对炼钢厂转炉水位采用新型汽包液位计,自动化控制系统和计算机软件等信息技术,经过实践生产,目前这种锅炉汽化冷却系统能够实现良好应用,利用液位以及蒸汽流量能够进行水位信号的测量,该系统可消除虚假水位的影响,有效控制汽包水位,防止由于汽包亏水造成安全事故,极大长度上节省水资源,提升蒸汽质量。