转炉OG系统余热锅炉水位在线控制方法与流程

2021-02-25 17:02:49|

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本发明涉及锅炉技术，特别涉及转炉og系统余热锅炉水位在线控制方法。

背景技术：

转炉og系统(oxygenconvertergasrecovery，一种湿法净化和回收煤气方法)余热锅炉是炼钢重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要，水位控制是影响锅炉安全运行的重要技术。

锅炉设备是一个复杂的控制对象，汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节，使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性。

但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为"逆响应特性"，即所谓的"虚假水位"，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。

转炉生产一炉钢全程约40分钟，其中吹氧期发生剧烈的物理和化学反应，造成转炉余热锅炉的负荷波动极大，而且非常频繁。因此锅炉汽包水位的自动控制变得非常困难，现有汽包水位控制主要由分体式的单体仪表和继电器顺序控制方式组成，这种由分散的模拟信号组态的控制系统调试困难，故障多、排故繁琐。另外，随着现场调节阀的使用性能下降，不能及时调整控制参数，造成控制系统动态性能差，使现场阀门的有效使用寿命缩短，从而使故障的发生率大大的增加，并带来一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于设计一种转炉余热锅炉水位在线控制方法，使得锅炉汽包水位在吹炼期控制在汽包的中心线上下，以提高蒸汽的脱水效率。降低单位蒸汽的纯水耗水量；优化锅炉汽包的控制性能，延长蒸汽出口调节阀和补水调节阀的使用寿命，降低了og系统余热锅炉装置的故障发生率，减少转炉异常停机检修损失效益，降低现场检修人员劳动负荷。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

转炉og系统余热锅炉水位在线控制方法，其包括如下步骤：

1)锅炉汽包两侧设补水管道及补水阀；排水管道及排水阀；锅炉汽包顶部设放散管道及放散阀、压力调节管道及压力调节阀、分别连接至所述压力调节管道的进气管道、进气阀、排气管道、排气阀、设置于排气管道的蒸发量检测孔板；两套水位检测装置设置于所述锅炉汽包内；所述补水阀、排水阀、放散阀、压力调节阀、进气阀和排气阀、蒸发量检测孔板、两套水位检测装置分别电性连接一控制机构，控制机构包括水位调节器和补水调节器；

2)在转炉生产中，转炉处于两个状态：停吹状态和吹炼状态；对应的，转炉不同状态时余热锅炉的控制方式分为两种：

停吹状态时，水位控制方式为水位调节器和补水调节器组成的二冲量串级控制模式，其主控量是锅炉汽包水位，操纵量是锅炉补水量，水位调节器的水位设定值是低水位设定值，即汽包满量程的22％-25％，低于22％开始补水，高于25％停止补水；此设定值与水位测量值经水位调节器pid运算后的值作为补水调节器的设定值sv，此补水量的设定值sv通过补水调节器输出信号mv控制现场补水阀来完成水位调节控制；

吹炼状态时，转炉吹炼点火按钮动作，在点火后延时至少15秒以后，水位控制方式为水位调节器输出和蒸发量与补水调节器组成的三冲量前馈串级控制模式，在三冲量前馈串级控制模式中前馈量是蒸发量，主控对象是锅炉水位，操纵量为补水量；此时的水位调节器的水位设定值是高水位设定值即汽包满量程的55％-58％，水位调节器的输出值加蒸发量的值作为补水调节器的设定值，通过补水调节器输出信号控制补水阀来完成水位调节控制；蒸发量通过报警设定器输出接点信号，控制补水调节器输出到补水阀间控制信号的开关；

转炉刚开始吹炼时，当蒸发量和补水量低于报警设定器的设定值时断开补水调节器输出到现场补水调节阀间控制信号；

三冲量计算公式：

补水调节器sv＝蒸发量+20％×(水位调节器mv-50％)

其中，sv，补水调节器设定值，单位：吨/小时，蒸发量单位：吨/小时，mv，水位调节器的输出值，单位：吨/小时；补水调节器的响应时间i＝1.5-2.0sec；

水位调节器：吹炼时汽包水位控制在汽包满量程的55％-58％；其响应时间i＝0.5-0.8sec；

当转炉吹炼停止后，通过延时器延时15秒以后，锅炉控制模式再次切换到二冲量串级控制模式，实行停吹时的水位控制。

优选的，当补水过程中水位在10sec内上升超过5％，补水调节器有信号输出时，通过水位报警设定器控制补水调节器的输出，断开到补水调节阀的驱动信号，关闭补水调节阀来实现补水过程中的水位控制。

优选的，停吹状态时，补水调节器的设定值sv＝水位调节器的输出值mv；

补水调节器的响应时间i＝1.5-2.0sec；

水位调节器：停吹期汽包水位控制在汽包满量程的22-25％；其响应时间i＝0.5-0.8sec。

本发明锅炉系统控制系统参数检测主要有锅炉汽包压力、锅炉汽包蒸发量、锅炉汽包补水量、锅炉汽包水位。本发明所述锅炉汽包压力的检测通过压力调节阀加压差变送器获得现场压力数据，锅炉汽包蒸发量检测通过孔板加差压变送器组合的方法来获得现场流量数据，锅炉汽包补水量通过流量调节阀获得现场流量数据，锅炉汽包水位检测采用两套独立水位检测装置完成检测，由单室平衡容器加差压变送器组合的方法来获得现场水位数据。

锅炉汽包水位：

p1：汽包内压力

rw’：平衡容器内水密度

rw：汽包内饱和水密度

r冷：常温下水密度

r汽：汽包内饱和蒸汽密度

锅炉汽包的进气阀作用是在锅炉汽包压力偏低的时候为汽包补蒸汽，由汽包压力控制开闭。

锅炉汽包的排气阀作用是在锅炉汽包内压力达到回收蒸汽要求时回收蒸汽，由汽包压力控制开闭。

锅炉汽包的放散阀作用是当锅炉汽包压力达到警报值时，快读泄压，以保障汽包安全，由汽包压力控制开闭。

锅炉汽包的排水阀作用是锅炉汽包水位达到警报值时，快速排水，以保障锅炉汽包安全，由汽包水位控制开闭。

锅炉汽包的补水阀的作用是为汽包，由汽包水位控制开闭。

锅炉汽包水位控制系统包括水位检测装置、锅炉汽包给水调节阀、锅炉汽包蒸发量检测孔板与plc控制系统(水位控制切换器、水位调节器、补水调节器、报警单元)。

在转炉生产中，转炉处于两个状态：停吹状态和吹炼状态。转炉不同状态时余热锅炉的控制方式也分为两种。

停吹状态时，由于余热锅炉的加热以转炉吹炼时产生的高温烟气作为动力，当转炉停吹时几乎没有动力。此时控制水位控制切换器处于a-c连接状态，使水位控制方式为水位调节器和补水调节器组成的二冲量串级控制模式。其主控量是锅炉汽包水位，操纵量是锅炉补水量。考虑到锅炉加热时锅炉水位的体积膨胀因素，此时的水位调节器的水位设定值是低水位设定值(汽包满量程的22％-25％，低于22％开始补水，高于25％停止补水)，此设定值与水位测量值经水位调节器pid运算后的值作为补水调节器的设定值sv，此补水量的设定值sv通过补水调节器输出信号mv控制现场补水调节阀来完成水位调节控制。当补水过程中水位上升过快，补水调节器还有信号输出时通过水位报警设定器控制补水调节器的输出，断开到补水调节阀的驱动信号，关闭补水调节阀来实现补水过程中的水位控制。

考虑到现场补水调节阀存在泄漏的原因，在转炉停吹时间过长时水位会不断上升，此时通过水位报警设定器输出接点信号控制汽包溢流阀打开，来保证转炉停吹时汽包处于低水位状态。

吹炼状态时，当转炉吹炼点火按钮动作以后，og系统顺序动作控制开始执行，在点火后延时30秒以后水位控制方式为水位调节器输出和蒸发量与补水调节器组成的三冲量前馈串级控制模式，在三冲量前馈串级控制模式中前馈量是蒸发量，主控对象是锅炉水位，操纵量为补水量。此时的水位调节器的水位设定值是高水位设定值(汽包满量程的55％-58％)，水位调节器的输出值加蒸发量的值作为补水调节器的设定值，通过补水调节器输出信号控制现场补水调节阀来完成水位调节控制。蒸发量通过报警设定器输出接点信号，控制补水调节器输出到现场补水调节阀间控制信号的开关。

当转炉刚开始吹炼时蒸发量很小，如果这时实施三冲量控制时补水调节阀处于小开度状态，这种小开度状态使得现场阀门容易出现振荡现象，并且缩短阀门的使用寿命。这种现象通过蒸发量报警设定器和补水量报警设定器来完成。当蒸发量和补水量低于报警设定器的设定值时断开补水调节器输出到现场补水调节阀间控制信号。

本发明的有益效果：

通过本发明转炉og系统余热锅炉水位在线自动控制方法的应用，使得锅炉汽包水位在吹炼期控制在汽包的中心线上下，以提高蒸汽的脱水效率。降低单位蒸汽的纯水耗水量。通过蒸发量低报警设定值的调整来优化锅炉三冲量的动作时间，使汽包水位在停吹后控制在22％至25％之间，减少补水调节阀和溢流阀的动作次数。通过对压力调节器、水位调节器、补水调节器的pid参数的调整，进一步优化锅炉汽包的控制性能，延长蒸汽出口调节阀和补水调节阀的使用寿命，降低了og系统余热锅炉装置的故障发生率，减少转炉异常停机检修损失效益，降低现场检修人员劳动负荷。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的转炉og系统余热锅炉水位在线控制方法，其包括如下步骤：

1)锅炉汽包1两侧设补水管道101及补水阀f1、f2；排水管道102及排水阀f3；锅炉汽包1顶部设放散管道103及放散阀f4、压力调节管道104及压力调节阀f5、分别连接至所述压力调节管道104的进气管道105、进气阀f6、排气管道106、排气阀f7、设置于排气管道106的蒸发量检测孔板2；两套水位检测装置3、4设置于所述锅炉汽包1内；所述补水阀、排水阀、放散阀、压力调节阀、进气阀和排气阀、蒸发量检测孔板、两套水位检测装置分别电性连接一控制机构，控制机构包括水位调节器和补水调节器；