干法除尘蒸发冷却器出口温度控制策略

闫晓凯

（山信软件股份有限公司， 山东 济南 250101）

转炉干法除尘系统是与转炉冶炼过程紧密结合的一个系统。干法除尘系统中烟气温度的稳定控制，既能保证烟气中除尘的效果达到最好的状态，也能够保证进入静电除尘器的温度在一个理想的范围内，从而保证静电除尘器在一个安全可靠的工况下。在整个系统中，除尘风机的转速、活动烟罩的位置以及吹氧流量等诸多因素的变化会反映到烟气流量和烟气温度的变化上，如何能够克服这些变化的因素，保证烟气温度得到稳定控制是干法除尘系统的一个核心环节[1]。

1 工艺过程简述

在转炉吹氧冶炼过程中，转炉冶炼产生的烟气经汽化冷却烟道冷却后，约800～1 000℃的烟气进入蒸发冷却器，需要根据转炉烟气的含热量精确控制蒸发冷却器中的喷水，水用蒸汽雾化后进入蒸发冷却器，对烟气进行冷却降温，在这个过程中，约有一半的粉尘通过吸附沉降落入蒸发冷却器底部的链式输灰机，随后粗灰通过输灰机等装置被送至灰仓。

蒸发冷却器作为转炉烟气进入干法除尘系统后的第一级设备，蒸发冷却器温度控制的优劣直接影响了整个系统的工作状态。在生产的各阶段，蒸发冷却器喷水量是否合理直接影响温度控制效果和除尘效果，喷水量偏低会引起出口烟气温度过高，高温烟气进入静电除尘器后直接导致静电除尘器的除尘效果过差，因此出口烟气温度过高时会连锁转炉提枪。喷水量过大会导致出口烟气温度过低，引起蒸发冷却器底部的积水，粗灰颗粒湿度过大引起湿灰，影响转炉的生产效率，烟气温度过低也会影响静电除尘器的使用寿命。因此蒸发冷却器的温度自动控制是干法除尘系统中的核心控制系统，它不仅直接影响除尘效果与煤气回收，还直接影响转炉的正常生产[2]。

2 控制原理

2.1 工艺控制理论依据

蒸发冷却器的温度控制是通过调节双介质喷枪的进水流量来进行调节的，根据热量传递公式可以得出进水流量的理论计算公式如下：

式中：Fw为冷却水理论流量，c为转炉烟气的比热容，r为水的汽化热值，Fa为转炉烟气的流量，Ta为入口温度，Ts为出口设定温度。

因此冷却水的理论流量由烟气流量与温差的积乘以系数后得到。但是由于温度的大滞后、烟气成分不断变化特点，单纯地根据计算流量做温度的串级控制很难满足工艺的要求。

2.2 吹氧初期控制

为了解决转炉间歇冶炼过程中温度环控制的大滞后问题，在吹氧初期控制器的调节速度不能立即满足温控的要求，在初期温度控制不能立即投入，在冶炼开始时，水量为开环控制方式，即当入口温度或出口温度到达设定的开阀温度时，打开气动切断阀，调节阀使用一个设定的阀门开度持续供水一段时间，这段时间的水量冶炼开始的温度快速上升得到有效的控制，同时能够保证温度PID控制器与流量PID控制器经过几个周期的运算后能够满足温度的要求，系统的串级温度控制投入运行。

2.3 温度串级控制

通过采用优化后的串级PID控制系统，使用温度PID的输出来补偿理论计算流量的偏差，补偿后的流量设定值发送给内环PID，完成流量的控制，从而消除温度剧烈变化带来的扰动，提升了整个蒸发冷却器温度控制系统的稳定性和适应性，图1为详细的控制框图[3]。

图1 控制逻辑框图

入口温度和出口温度的选择器的作用是在两支热电偶的一支发生故障时，能自动选择好的热电偶参与控制，保证系统的正常运行；当两支热电偶均正常时，能自动选择高的温度值参与控制，使热电偶的测量结果更接近真实值，保证控制系统的控制效果。控制图的第一部分中入口温度实际值与出口温度的设定值相减后乘以烟气流量和理论计算系数，得出理论计算的流量设定值。第二部分中出口温度的设定值与出口温度的实际值送温度PID控制器，得到温度控制器的补偿值后乘以温度补偿系数K2得到温度环对理论计算值的补偿系数，该温度补偿系数的变化能够反映控制过程中蒸发冷却器出口温度的变化，补偿了理论计算的偏差。经过补偿后的流量设定值经过限幅器后将该设定值限制在理论的最大值和最小值之间，使下一级流量PID控制器的流量设定值的变化范围在一个合理的区间，保证喷水流量的控制品质。喷水流量的控制品质将直接影响温度自动控制。通过各系数和控制器参数的不断优化，保证温度控制器的积分速度，从而提高温度偏差补偿的响应速度，使流量控制器的积分速度稍慢，以利于温度控制的稳定。

3 结语

上述蒸发冷却器出口温度控制算法对于转炉炼钢干法除尘系统烟气温度控制具有一定的通用性，其温度修正系数可以根据各个工艺设备的不同稍作修正，即可得到理想的控制效果。投入运行后，烟气温度控制稳定，值得在转炉干法除尘控制系统中进行推广。