烧结烟道余热锅炉仪表检测及控制介绍

供稿|申世武，周芸 / SHEN Shi-wu, ZHOU Yun

在竞争日益激烈、人们日益重视环境质量的今天，如何降低能耗、减少污染排放，无疑是摆在各大钢铁企业面前的重点、难点。众所周知，在钢铁生产过程中，烧结工序不仅能耗大(仅次于炼铁工序，位居第二)，而且有近50%的热能以烧结机烟气和环冷机(带冷机)废气的显热形式排入大气。对于这种余热，目前国内外钢铁厂大多仍停留于热风烧结及产生低容量、低品位蒸汽或热水利用上。其实，使烧结机中低温废气通过热管余热锅炉技术能有效利用更多能量。从能源利用的有效性和经济性角度看，这一技术能够充分利用低温废气以达到变废为宝、净化环境的目的，不仅是未来中低温余热利用的发展方向，也是当前钢铁工业企业节能和环保要求下的必然趋势和产物。

工艺概述

(1)根据烧结机具体情况，对内置式热管余热锅炉采用分段布置方式，将过热器、蒸发器、水预热器分别布置在不同风管之间的烟道上，实现能量的梯级回收，以提高能量的回收利用率。(2)采用全自然循环余热锅炉技术，无需另加循环泵，减少中间设备和故障点，提高综合利用率。(3)采用纯低温烟气无补燃余热回收技术，即烧结机机尾余热烟气为210~420 ℃的纯低温烟气，无需进行补燃，实现纯低温余热回收。(4)能适应烧结机机尾余热烟气温度、流量波动变化的工况，调节能力强。(5)受热面全部采用热管管组，安装方便，易于保证质量，缩短安装周期。(6)由于蒸发段处于烟道外，烟道内排除漏水情况，保证了烧结机烟气脱硫技术要求。(7)受热面全部采用螺旋鳍片管，适应烧结机余热烟气温度低、流量大的特点。

广西某钢厂360m2烧结机大烟道余热回收工程的热管余热锅炉系统南侧、北侧烟道热管余热锅炉均采用分段布置方式。因为南侧烟道有18#、20#、22#、24#风管共122600 m3/ h的废气量可用，所以南侧烟道分段设计成蒸汽过热器、蒸汽发生器、二级水预热器、一级水预热器。而北侧烟道只有19#、21#、23#风管共98500 m3/ h的废气量可用，因此北侧烟道设计成蒸汽过热器、第一段蒸汽发生器、第二段蒸汽发生器、二级水预热器。北侧烟道的一级水预热器与南侧烟道合并，布置在南侧烟道上。

在南侧烟道中，20#风箱与22#风箱之间安装过热器，18#风箱与20#风箱之间安装蒸发器，16#风箱与18#风箱之间安装二级水预热器及与北侧烟道合并的1级水预热器。同时在北侧烟道，19#风箱与21#风箱之间安装过热器及第一段蒸发器，17#风箱与19#风箱之间安装第二段蒸发器及二级水预热器，北侧烟道的一级水预热器在南侧烟道上。其中，2台蒸发器共用1个汽包。汽包通过上升管和下降管与蒸发器连接，蒸发器吸收烟气余热产生蒸汽。蒸汽经过过热器后，产生过热温度为310℃、压力为1.25 MPa、汽量为10 t的过热蒸汽。其中约有0.3 t过热蒸汽送往除氧器除氧，外供约9.7 t过热蒸汽。40℃软化水11 t进入一级水预热器，水被预热到95℃后进入除氧器，除氧后水温约104℃。再由水泵打入二级水预热器，水被预热到170℃后，直接送入汽包。南、北侧大烟道蒸发器所产生的饱和蒸汽通过上升管进入汽包，汽包中汽水分离后，饱和水通过下降管分别回流到各自的蒸发器，饱和汽则分别进入各自的过热器过热到310℃，过热蒸汽进入减温器进行过热温度的调节控制，然后外供与烧结机环冷机所产生的过热蒸汽并网，送往发电机组发电。

温度及压力检测

控制南侧烟道过热器烟气进口温度，当烟气进口温度超过420℃时，立即报警。同时与安装在过热器前面的烟道上的2个电磁阀联锁，使电磁阀得电开启，吸入冷风降低烟气温度。当烟气进口温度≤400℃时，解除与电磁阀联锁，电磁阀断电关闭。

同时控制北侧烟道过热器烟气进口温度，当烟气进口温度超过420℃时，立即报警。也与安装在过热器前面的烟道上的2个电磁阀联锁，使电磁阀得电开启，吸入冷风降低烟气温度。当烟气进口温度≤400℃时，解除与电磁阀联锁，电磁阀断电关闭。

然后对南侧烟道过热器烟气进口压力、出口压力，蒸发器烟气出口压力，与一级水预热器烟气出口压力进行测量。对北侧烟道过热器烟气进口压力、出口压力，二级水预热器烟气出口压力进行测量，所有压力测量值均应远传至控制室并在控制界面上显示及记录。

汽包水位及压力控制

采用玻璃云母片双色就地水位计显示水位，数量2个。采用摄像头对准就地水位计远传至控制室，显示就地水位情况。采用平衡容器及配套的液位差压变送器(2个)远传信号进行水位显示及控制。建议采用手动给水和自动给水两种控制方式进行水位控制，2台给水泵为1备1用。运行的给水泵始终处于运行状态，依靠各自管路上的电动闸阀的自动开启或关闭来控制汽包液位。

汽包水位在汽包中心线 ±200 mm范围内波动，当水位到达汽包中心线以上100 mm处，高水位预报警，当水位到达汽包中心线以上200 mm处时，自动(或手动)关闭电动闸阀停止给水，并且长时间高水位报警。当水位到达汽包中心线以下100 mm处，自动(或手动)开启电动闸阀供水，同时低水位报警。当汽包水位低于汽包中心线以下100 mm时，若水位仍持续下降至-200 mm时，则需自动(或手动)开启另一台备用水泵及电动闸阀供水。

汽包蒸汽压力的检测，除了就地仪表外，需采用压力变送器远传信号至控制室。当压力超过1.25 MPa时，自动报警，同时主蒸汽阀门开度加大。当压力低于1.2 MPa时，自动报警，同时主蒸汽阀门的开度关小。

汽包上设置连续排污阀(手动阀)和定期排污阀。连续排污阀常开，污水直接通向排污扩容器。定期排污阀为电动闸阀，电动闸阀前的手动截止阀常开，电动闸阀常闭。每班至少定期排污1次，可设计成自动定期定时(或手动点动)开启定期排污电动闸阀。当汽包水位控制阀出现故障或平衡容器失灵当锅炉汽包水位高于紧急水位时，为防止汽包满水或在严重超水位工况下工作，需联锁自动(或手动)打开紧急放水电动闸阀。

过热蒸汽温度及放散控制

额定蒸汽过热温度为310℃，除了就地温度计现场显示过热蒸汽温度外，还必须将另1支热电偶的温度信号远传至控制室，由PLC进行计算转换显示在控制画面上，输出信号为4~20 mA。当温度超过320℃时，反馈信号指令减温器给水阀门自动开启，减温器内的喷头开始自动喷淋降温，当温度降低到310℃时，减温器给水阀门自动关闭停止喷淋。

当汽轮机故障或其他设备故障时，应该给热管余热锅炉系统的控制室发来信号，采用联锁方式自动(或手动)先打开过热蒸汽管路上的电动闸阀(放散阀)，使蒸汽能够实现紧急快速放散。后自动(或手动)关闭过热蒸汽管路上的电动闸阀，停止向汽轮机供汽。

除氧器水箱液位控制

采用双色水位计进行就地水位显示。采用摄像头对准就地水位计远传至控制室，显示就地水位情况。采用平衡容器及配套的液位差压变送器(2个)远传信号进行水位显示及控制。建议采用手动和自动两种控制方式进行水位控制。

除氧器水箱的水位在水箱基准线上+200 mm，基准线下-100 mm范围内波动，当水位到达水箱基准线以上100 mm处，自动(或手动)减小电动调节阀开度(减小的幅度可任意设定)，降低进入一级水预热器的给水量，同时高水位报警。当水位到达水箱基准线以上200 mm处，则自动(或手动)进一步减小电动调节阀开度(进一步减小的幅度可任意设定)，进一步降低进入一级水预热器的给水量。当水位到达水箱基准线以下100 mm处，自动(或手动)加大电动调节阀开度(加大的幅度可任意设定)，增加进入一级水预热器的给水量，同时低水位报警。

排污扩容器液位控制：采用传感型双色液位计远传信号至控制室显示排污扩容器液位。 建议采用手动和自动两种控制方式进行排污扩容器液位控制。当排污扩容器实际液位超出上液位限制线时，电动排污阀自动(或手动)开启进行排污，当实际液位低于下液位限制线时，电动排污阀自动(或手动)关闭停止排污。

过热蒸汽流量控制

建议在热管余热锅炉系统设置三个流量检测点：过热蒸汽流量检测及控制、锅炉给水(除氧水)流量检测及控制以及减温器喷淋水流量检测。在外供过热蒸汽管路上安装1台过热蒸汽流量计，检测外供蒸汽流量。建议采用手动和自动两种控制方式进行过热蒸汽流量控制。

过热蒸汽流量控制以额定外供9.7 t/h为基准(基准值可以根据需要及实际情况修改变动)。当实际检测到的过热蒸汽流量大于基准值10%时(大于的百分比份额可以任意设定)，自动(或手动)减小流量控制阀(调节阀)的开度(减小的幅度可任意设定)，以减少进入汽包的给水量。当实际检测到的过热蒸汽流量小于基准值10%时(小于的百分比份额可以任意设定)，自动(或手动)加大流量控制阀(调节阀)的开度(加大的幅度可任意设定)，以增加进入汽包的给水量。

锅炉给水流量控制

在锅炉给水管路上安装1台给水流量计，检测进入汽包的水量大小。建议采用手动和自动两种控制方式进行锅炉给水流量控制。

产气量为10 t/h的热管余热锅炉的额定给水量约为10.5 t/h，当实际检测到的锅炉给水量大于基准值10%时(大于的百分比份额可以任意设定)，自动(或手动)减小流量控制阀(调节阀)的开度(减小的幅度可任意设定)，以减少进入汽包的给水量。当实际检测到的锅炉给水量小于基准值10%时(小于的百分比份额可以任意设定)，自动(或手动)加大流量控制阀(调节阀)的开度(加大的幅度可任意设定)，以增加进入汽包的给水量。

如果根据需要及锅炉实际运行情况，外供过热蒸汽大于(或小于)额定过热蒸汽量，则额定的锅炉给水量应相应进行调整，考虑到锅炉的排污率，额定的锅炉给水量不大于额定过热蒸汽量的5%。在减温器给水管路上安装1台喷淋水流量计，检测进入减温器的水量大小。

控制画面及操作要求

热管余热锅炉系统控制画面包括：热管余热锅炉系统汽、水、烟气流程图；流程图上标明汽、水、烟气相应测点的温度、压力、流量的显示值及各种电动阀门的运行状态；分南侧烟道、北侧烟道列表显示上述温度、压力、流量瞬时值；绘制汽、水、烟气相关温度、压力、流量历史趋势图。

充水前要打开汽包顶部排空阀，排除系统内残留气体。余热利用装置充满水后，打开系统放水阀，对翅片管、汽包、连管进行冲洗。关小放水阀，调整回水管阀门和给水阀门开关，使汽包水位达到正常工作液位，关闭放水阀，打开二混蒸汽放散阀。

汽包液位上、下限分别与二台加压泵联锁，上限水位泵停，下限水位泵开。余热利用装置充水后，与烧结机联系，启动冷却风机，使热风通过余热利用装置。汽包顶部放空阀排出蒸汽后，调整给水泵供回水阀门，以保持汽包内适当水位。如果蒸汽生产稳定后，通知有关部门得到确定后，方可打开汽包供汽阀门，关闭放空阀。将蒸汽接入过热器，过热器出口接入蒸汽管网。根据烧结机生产情况，随时监视，通知汽包水位，保证正常供汽，压力超过标准时，打开放散阀门进行放散，保持压力处于正常状态。关炉时，应按照以下步骤进行操作：当设备检修，热管装置停用时，关闭出水和进水阀门，保持一定水位。

结束语

余热锅炉控制系统采用成熟可靠的DCS控制系统，它是一个控制功能分散控制、集中监视和管理的控制系统。而且中控室取消了常规模拟仪表盘和模拟流程图，代之以屏幕彩色图形显示器，更便于运行人员监视和操作。此外，系统中还采用了面向过程的语言，硬件均为模块化，使整个系统的操作与维护更加简便，为防止数据丢失和电源干扰，系统采用不间断电源 (UPS)供电，保证了运行的可靠性。

余热锅炉利用废气为热源，无需燃烧系统，不消耗一次能源，经济效益明显。采用翅片管最大限度地强化传热，可在多压状态下产生蒸汽以提高热回收效率。采用分段布置方式，设备布置合理，占地少，便于操作。同时减少了废渣、废气等气体的排放，切实有效地改善了环境。

[1] 杜卫军. 200 m2烧结机烟气余热利用改造设计方案. 山西冶金,2013, 36(2): 58

[2] 李绍俊 . 烧结余热发电技术的应用. 矿业工程, 2013, 11(1): 64