汽化锅炉水位全自动控制系统

摘要：本文结合国内各钢厂汽化冷却系统的实际应用，阐述在炼钢转炉生产中自动上水系统的控制过程。

关键词：汽包水位 三冲量 单冲量

汽化锅炉是炼钢工业生产的重要动力能源设备。在汽化锅炉的正常运行中，汽包水位值是它最重要的工艺参数指标。随着现代工艺的不断改进提高，对汽化锅炉而言，允许的汽包水位波动范围也随之减小，将液位控制在一定范围内是保证汽化锅炉安全、正常运行及蒸汽质量的必要条件，同时也是转炉炼钢工业正常生产的首要条件。理论概述：现在在国内炼钢工业的汽化冷却水位控制，一般都采用三冲量控制方式。转炉汽化锅炉可采用工艺时序与单冲量与三冲量交叉控制的方式来对汽化锅炉液位进行全自动调节。即当转炉停止吹炼时，采用单冲量的控制方式进行对锅炉水位的调节。在转炉开始吹炼一定时间后，采用三冲量的控制方式进行对锅炉水位的调节（如图1所示）。

由于转炉是间歇生产，所以汽化锅炉产生的蒸汽也是断续的，热负荷波动极大，汽包水位急剧变化，系统操作时间短。因此对对汽化锅炉来讲，必须是汽化锅炉给水根上其负荷的变化，如果给水量跟不上负荷的变化，就会造成设备烧损，严重时会引起爆炸事故，如果给水量太大，会使汽包水位过高，造成蒸汽带水，影响蒸汽质量。转炉汽化锅炉液位控制，采用工艺时序与单冲量与三冲量交叉控制的方式可以保证在转炉冶炼过程中锅炉液位的稳定。应用：我们可以根据转炉冶炼过程将汽化锅炉运行分为六个阶段，即未吹炼阶段、吹炼开始过程、补水过程、产汽过程、停吹初期过程、停止吹炼过程。并且在整个的补水过程中，除氧水箱均保持自动上水状态，即根据除氧水箱和软水箱水位的高低来确定软水泵的启/停，将除氧水箱水位控制在正常的范围内。在未吹炼过程，要采用单冲量控制的方式给汽包补水。单冲量调节是只采集汽包的水位一个量作为DCS或PLC中PID调节器的输入值，再通过PID运算后得到的值作为DCS或PLC的输出值，作用于给水调节阀（如图2所示）。

使给水调节阀作出相应的动作，补水完成后锅炉水位和锅炉压力是稳定的，也没有蒸汽的外送，这个过程给锅炉给水流量及锅炉蒸汽流量均为零。

吹炼开始过程，转炉吹氧点火后，随着热负荷不断增加，使锅炉汽包内水中的气泡量增大，此时锅炉汽包水位将会迅速上升，形成假水位。为了避免假水位过高，要使DCS或PID调节的水位设定值稳定，避免上水调节阀打开。补水过程，这时汽包中的假水位已经下降，产汽量增加，用水量也随之增加。这时要给汽包补水。如果此时的DCS或PID调节的水位设定值不变的话，那么锅炉的给水调节阀开启的就相对滞后一段时间，所以这时一定要提高锅炉水位的给定值。也就是说，我们通过DCS或PLC采集信号，当吹炼开始后由DCS或PLC进行计时，在一定时间后由DCS或PLC自动提高PID调节的水位给定值，同时也要投入三冲量自动调节程序。三冲量调节是根据汽包水位、汽包出口蒸汽流量、汽包给水流量这三个量进行调节（如图3所示）。

在这三个量中，其中把锅炉出口蒸汽流量信号为负信号，锅炉水位和锅炉给水流量信号均为正信号，PID起正作用。这三个信号在DCS或PLC中进行叠加运算形成一个正确输出后与锅炉液位的给定值相比较，然后将输出控制信号调节给水量的大小。当给水流量减少或是汽包液位减少时，相当于DCS或PLC的输出信号减小，就会使信号小于汽包液位的给定值，使给水量增大，给锅炉补水。当锅炉出口蒸汽流量增大时，由于它是负信号，所以DCS或PLC的输出也会减小，同样也会使给水量增大。但在补水过程一般蒸汽用量较小，所以锅炉出口蒸汽流量一般也很小，DCS或PLC的输出信号会增大，给水调节阀不会动作。

产汽过程，这时蒸汽用量会快速增大，给水调节阀会自动打开进行锅炉的自动补水，水位——给水流量——蒸汽流量三冲量串级调节完全构成。停吹初期过程，转炉停止吹炼后，锅炉热负荷及蒸汽用量会快速减少，给水调节阀会接到DCS或PLC给的减小的输出信号，会关闭给水调节阀停止向锅炉补水。停止吹炼过程，此时由于锅炉对外供汽，会使锅炉内压力减小，汽包内的水会在压力减小的过程中汽化使锅炉液位降低。DCS或PLC也会接到停止吹炼的连锁信号，控制方式会自动转成单冲量调节过程，降低水位设定值，使调节阀做出相应的动作，给汽包补水。在实际水位预设定水位相等时，给水调节阀自动关闭，补水完成，周期结束。全自动补水过程趋势图如图4所示。

在整个过程中必须注意汽包内的压力波动，在产气阶段汽包很有可能通过放散阀放散，由于切断阀只有两个状态，会直接影响汽包压力的稳定，这样会直接导致蒸汽流量猜测的不准确，对流量的温压补偿后的计算值影响极大。所以一般应采用气动调节阀，调节阀根据汽包压力检测值，采用PID调节可以保证汽包在产气阶段的压力稳定。结束语：汽化锅炉水位全自动控制系统是一种新型的调节控制方式，可以排除干扰信号，消除虚假水位对给水调节阀的影响，避免了锅炉亏水所造成的事故，提高了蒸汽质量，节省了水资源。由此可见，这种调节系统会对转炉汽化冷却系统起到重要的作用。

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