智能控制程序在汽化冷却锅炉上的应用

王博

摘 要：汽化冷却锅炉是炼钢重要的工艺设施，是实现转炉负能炼钢的关键设备，汽化冷却锅炉水位控制和上水调节对汽化冷却系统起决定性作用。本文主要通过对三冲量汽化水位冷却锅炉中三冲量上水和水位控制的改进，设计编制水位控制操作程序和软件进行HMI软件更新，投入生产后成功实现了三冲量汽包水位在转炉和冶炼各个操作阶段的全自动精准水位控制。

关键词：汽化冷却锅炉;编制控制程序;HMI;蒸汽流量

汽化冷却系统用于将高温烟气通过水冷烟道降温冷却，同时对高温烟气的余热进行回收。转炉在进行吹炼的过程中，由于烟道温度的升高，汽化烟气冷却系统主要的功能是用于控制冷却的烟道和清洗炉罩。宣钢二钢轧厂1#，2#转炉的汽包三冲量上水值自动调节通过计算机采集汽包转炉的水位、蒸汽流量、给水流量以及汽包三冲量上水值作为自动调节控制参数，设计编制转炉控制管理程序和软件进行HMI自控更新，投入生产后基本实现了转炉汽包三冲量上水位在各个操作阶段的全自动精准调节和控制。

1 控制系统改进

汽包的水位自动控制是保证汽包正常运行的主要条件和指标，，汽包水位的自动控制系统是保证了汽包安全正常运行的最重要控制条件之一。开始进行汽包水位动态特性分析：当出口蒸汽给水流量突然地增加时，由于假上升水位的现象，在汽包开始给水阶段汽包的水位不仅不会突然下降，反而先迅速地上升，然后继续下降。当突然地加大汽包的给水量后，汽包内的水位一开始不立即突然增加，而要使水位呈现出一段起始的惯性段。

汽包整体水位的主要水流控制和双冲给压供水管理手段之一就是采用汽包的水流控制和双冲给压供水，传统的单向双冲量的汽包控制给水系统和采用双冲量的给水控制系统给水管理系统其本身都仍然存在有着许多目前不可弥补的缺陷。

就单冲量的控制给水系统而言，当系统蒸汽负荷突然的增大，由于假水位的现象，控制器不但不能及时开启或加大给水阀从而增加给水量，而是关小了控制阀，减少了送水量，等到假蒸汽水位的消失后，由于系统蒸汽包给水量的增加，送水量反而大大的减少，将使系统水位严重的下降，波动很厉害，甚至可能会直接使系统的蒸汽包水位下降到达危险的程度，以至于发生系统漏水事故。双冲量给水控制信号引入系统就是在单冲量给水控制系统的设计基础上将控制蒸汽流量的信号进行引入。将蒸汽的流量控制信号进行引入就是可根据系统的蒸汽温度和流量的变化来起到自动校正的作用，纠正了由于假蒸汽水位引起的误动作，使得控制阀的校正动作十分及时，从而大大减少了假水位的波动。但双冲量的控制给水系统的设计还有两个明显的缺点：由于控制阀的工作原理和特性不一定能够成为系统的线性，要有效的做到这种静态的补偿比较困难;对于复杂的给水控制系统的干扰仍不能有效的克服。

三冲量汽包调节系统是针对给水进行汽包流量自动调节的，其三个主要冲量分别是汽包液位，给水流量和系统中的蒸汽进水流量。据汽包系统中的水位，给水流量，蒸汽进水流量三个主要冲量经过PDI计算来自动调节汽包给水系统中的阀门开度，从而达到可以自动控制汽包给水流量的汽包调节目的。

从系统的结构上来说，三汽包液位冲量的调节实际上也就是一个简单的带前馈干扰信号的串级给水流动控制系统。其中汽包给水液位的流量是主要正变量，给水流量是一个副变量。副变量的控制和引入可以使系统对汽包给水液位压力（流量）的变化和波动信号具有较强的控制和克服干扰能力。所以蒸汽给水流量的波动信号可以作为一个前馈干扰信号进行引入。

2 系统改良取得的实效

汽化上水设定方式均为一级设定方式。汽化上水控制方式分为自动方式、手动，在汽化上水控制中，手动方式操作优先权高于自动方式。

（1）自动方式：结合三冲量PLC自动计算控制输出。采用单冲量和三冲量相结合分段连续调节控制上水模式。

（2）手动控制方式：操作人员HMI操作PLC的手动控制输出。

（3）在正常的完成汽包余热回收吹炼期时，当完成汽包内余热回收压力的设定值超过了蒸汽余热回收压力的设定值1.65MPa时，控制系统将蒸汽的回收压力调节阀门的开启，进行汽包内余热的回收，同时可以检测出完成蒸汽的余热回收流量（温压补正后），通过对计算公式的计算得出完成汽包内向外供的蒸汽消耗量，换算出完成汽包给水的质量，通过对质量的变化趋势的计算和检测可以控制完成补水流量调节阀给水在汽包内部进行了补水，通过对补水流量的计算将测得的流量进行比较，快速给水在汽包内部进行了补水从而可以保证一定的开度和水位。在对完成蒸汽余热回收质量的准确性和计算上对汽包进行了经验值的修整，从而可以保证质量计算的准确性。同时可以采用质量计算时间段对完成蒸汽的质量计算不停的进行计算，得到其与快速给汽包进水量的偏差，适当的调整快速给汽包进水阀的开度、流量（经验值待定），保证汽包进水质量与蒸汽回收质量的平衡。

（4）吹炼结束初期，汽包水位調节回路退出自动连续调节;液位SP设定为250mm～300mm。

（5）吹炼停止吹炼后期，汽包水位SP设定为-100mm～0mm。

（6）当汽包上水出现控制或设备故障时，上水设备保持原有的控制方式不变，当有人工干预时，再确认调整设备控制方式。

（7）汽包放汽阀，每个汽包配备一台汽包放散阀。当汽包压力高于（2.5mpa）时，该汽包气阀自动关闭或打开，压力低于2.3mpa。上水调节自动转为手动（需要岗位手动干预、确认）。

（8）HMI功能：增加“三冲量自动调节”和“液位控制上水”两个按钮，保持原有上水控制和改造后上水控制两种方式。增加“退出自动调节报警”指示。

3 结语

汽包锅炉液位自动三冲量上水控制改造程序汽包投入使用后，汽包水位平稳，自动上水快速稳定。通过对现有的汽化冷却塔和锅炉中液位三冲量上水和水位的控制进行改造，结合各转炉实际工况和操作制度，设计人员通过编制汽包水位控制程序和软件进行hmi更新，投入批量生产后成功实现了对汽包水位在转炉冶炼各个操作阶段的全自动精准水位控制。自设备投入以来，未曾一次发生由于汽包水位不准确或错误而造成的任何严重影响生产设备操作安全事故。