铜转炉余热锅炉汽包水位控制工艺攻关

欧阳晓辉 张敏 庄丽莉

摘 要：本文阐述了铜转炉余热锅炉汽包水位波动的主要原因，通过分析原因，加设前馈条件改进水位三冲量控制，实现铜转炉余热锅炉共用汽包水位自动控制。

关键词：余热锅炉；共用汽包用；水位；三冲量；前馈条件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.012

0 前言

转炉余热锅炉作为铜转炉的配套设备，只能按照余热烟气被动组织生产。汽包水位是锅炉运行安全性的重要评判参数之一，在转炉吹炼状态发生变化的时候，受转炉烟气的影响其呈现出急剧升高或下降的情况，采用常规的三冲量自动控制难以满足生产需求，两台铜转炉余热锅炉共用一个汽包同时生产时表现的更为激烈。

1 余热锅炉工艺概况

我公司设置了200t/炉铜转炉3台，120t/炉铜转炉2台，其中将D#转炉余热锅炉及A#转炉余热锅炉建设为4.0MPa的强制循环余热锅炉，并两台余热锅炉共用一套汽水系统的形式，工艺流程简图见图1。

2 汽包水位控制情况

2.1 汽包水位波动情况

单台转炉余热锅炉运行时，在转炉连续吹炼阶段，汽包水位能维持中水位运行。转炉起吹后，汽包水位在20～30S内从零水位急剧升至+200mm～250mm，在5～10min内慢慢的回归至中水位。在转炉停吹时，水位急剧下降至-200～-250mm，在3～5min内慢慢的回归至中水位。单台转炉余热锅炉平稳运行时，将另外一台余热锅炉起吹，水位可以快速上升到+250mm～300mm，若此时其中一台停吹的话，水位可以快速下降到-250mm～-300mm。汽包水位计的监控范围是±300mm，偶尔超出量程时，操作人员无法判断水位，从操作方法上规定严禁两台转炉同时起吹和同时停吹。

若按照工业锅炉水位控制要求，需要时时采取紧急停炉措施，考虑到转炉锅炉未配置过热器，外供蒸汽仅做供热使用，虽然水位波动较大，仍通过人员加强监控和在起吹前人工放水降低水位、停吹前提高汽包水位的方式维持运行，但对锅炉的安全运行的威胁仍然存在。

2.2 三冲量水位控制情况

余热锅炉配置了DCS控制系统，汽包水位按照常规三冲量控制逻辑编写，即以汽包水位为主，采用汽包给水流量、蒸汽流量进行修正来控制。自动控制投入运行后，设定汽包中水位为控制要求，在正常吹炼过程中能到达平稳控制，但在转炉起吹、停吹时水位波动较大，难以满足控制要求，需要切换为手动控制。

3 水位波动分析

3.1 余热锅炉热源

转炉余热锅炉设计时烟气量61998m3/h，烟气温度740℃～870℃。铜转炉将来自贫化电炉约65%含铜量的冰铜通过吹炼达到含铜量98%的品位，再送入阳极炉进行精炼，主要有加料（进冰铜）→造渣→放渣→出铜的操作步骤，伴随有加溶剂、冷料、取样等环节，使转炉炉口多次摇开、合上。当炉口摇开停止吹炼时，且炉口敞开，进入烟道烟气量很少，炉口合上吹炼时，烟气量可达60000m3/h，温度740℃以上。

3.2 水位波动分析

余热锅炉为饱和蒸汽形式，采用膜式壁受热面构成烟道，内部设置凝渣管束、对流管束。在转炉由停吹转至吹炼后，烟气量从零快速升至60000 m3/h，进口烟温温度从150℃以下很快提升至700℃以上，大量的热量传递给水，饱和状态下的循环水吸热后产生汽水混合物，使循环水容积快速增大，引起汽包水位快速升高，待运行一段时间后，由于蒸发量大于补给水量，水位慢慢趋于平稳。在转炉由吹炼转至停吹状态时，由于烟气量和热量骤减，蒸发停滞导致水容积快速下降，汽包水位快速降低。

4 改进措施

4.1 单台锅炉改进措施

将转炉起吹/停吹的信号引进余热锅炉DCS系统，该信号与汽包水位PID单冲量调节进行修正，设定起吹/停吹时的汽包水位相对“零位”，并设定一定的延时。例如在D#转炉吹炼时，设定汽包水位“零位”在+80mm，PID调节维持水位在+80mm左右波动，当摇炉后水位急剧下降，保持+80mm的设定90S后，将水位“零位”改至-70mm对汽包水位进行自动控制。这样是在转炉停吹时先对锅炉加一定的水，避免水容积降低造成严重缺水，90S后改为-70mm控制，避免锅炉吹炼后，水容积增加引起汽包满水。对于转炉从停吹状态转为吹炼，设置方式一样。

4.2 两台锅炉运行改进措施

依照单台锅炉的解决思路，将A#、D#转炉起吹/停吹信号进行逻辑求和运算后，对汽包水位调节PID进行修正，并对水位“零位”设定值和延时进行适当的修改，减少转炉起吹/停吹对汽包水位的影响。

5 结束语

对转炉余热锅炉汽包水位的自动控逻辑改进后，在余热锅炉汽包水位投入自动控制的时候，虽不能完全消除转炉在起吹/停吹时候汽包水位波动的情况，但波动维持在±200mm范围内，加上系统报警的设置及人员的监控，已经实现转炉余热锅炉汽包水位的自动控制，一定程度上提高了锅炉运行的安全性。

参考文献：

[1]赵钦新.余热锅炉研究与设计[M].中国标准出版社，2010（09）.

[2]樊泉桂，阎维平.锅炉原理[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3]孙长生等.锅炉热力过程控制系统[M].北京：中国电力出版社，2016（02）.

[4]中国恩菲工程公司.QCF61/870-12-4.0型余热锅炉设计说明书[S].

作者简介：欧阳晓辉（1985-），男，云南永勝人，本科，中级工程师，研究方向：热能动力工程。