| 北满特殊钢有限责任公司黑龙江161041 摘要：由于转炉炼钢工艺的条件，在转炉吹炼的周期之内，汽包水位会发生大幅度的波动，这不仅直接给转炉汽化系统的安全运行带来了较大 的影响，同时还不利于蒸汽的回收利用。本文首先阐述了转炉汽化系统的工作原理，汽包水位波动产生的原因及波动的特点，着重分析了转炉汽化系统 中汽包水位在吹炼周期内的变化情况，最后探讨了汽包给水控制的方式。希望对相关人士有所帮助。 关键词：汽化系统、汽包水位、波动特性、给水控制 中图分类号：TF748 文献标识码：A 一、前言 汽化冷却系统设备为炼钢厂中关键设备，转炉汽化冷却系 统的安全稳定运行是保证转炉安全，稳定生产的重要条件之一， 了解和把握转炉汽化冷却系统运行工作原理，对于保障生产运 行的安全可靠性起着至关重要的作用。受到转炉炼钢工艺条件 的影响，转炉烟道内的热负荷变化是呈周期性的，热量强度是剧 烈的，这些特点将直观地反应在汽包水位的变化上。汽包水位是 汽化系统安全运行的必要参数。要使气化冷却系统更好为转炉 生产服务,就必须使汽包水位的控制适应转炉生产的特点。由于 转炉生产过程是周期性的,在吹炼期间与非吹炼期间，烟气量、烟 气温度变化很大, 非吹炼期间烟气量少且烟气温度很低。但在 吹炼期间产生了大量一氧化碳、少量二氧化碳气体组成的烟气， 并且烟气温度在1400℃。因此其汽包内的水位波动范围很大。为 保证转炉汽化冷却系统的安全运行和回收蒸汽的质量,汽包水位 的正确控制当然显得十分必要。 二、水位波动产生的原因及特点 1、转炉汽化循环系统的组成的工作原理 转炉汽化系统主要由活动烟罩、固定烟道、中部烟道、末段 烟道，汽包，除氧器，给水泵，循环泵、蓄热器等主要设备组成。由 于炉口固定段烟道结构较复杂，管路中阻力损失大，末段烟道处 于汽化冷却烟道末端，吸热强度相对差些，所以固定段烟道，末 端烟道主要采用高压强制循环。中部烟道的下降管入口与汽包 下降管出口的静压头足以克服三段烟道内的阻力，经常采用自 然循环。活动烟罩一般采用低压循环。转炉汽化冷却系统所需软 化水由软水母管送至除氧器，除氧器的水由给水泵送至汽包，汽 包内的水经下降管分配到个烟道，在风机的作用下，转炉吹炼释 放大量高温烟气，经过各部分烟道，使烟道内的水变成汽水混合 物，经上升管返回汽包，通过汽包汽水分离设备实现汽水分离， 蒸汽进蓄热器后在送入外部管网。 2、水位波动产生的原因 转炉生产是周期性的,转炉在非吹氧期间,汽包的下降管、上 升管中，烟道受热管及充满了水;当转炉开始吹氧后,烟道受热管 中的水开始蒸发,形成汽水混合物,体积急剧膨胀,导致汽包内的 水位急剧上升。吹炼结束,烟道受热管中的水会随着时间的延长 蒸发量逐渐减少,由于吹氧期间的汽水混合物变成水蒸汽,体积 急剧缩小,导致汽包水位急剧下降。吹氧开始汽包水位急剧上升 到吹氧结束汽包水位急剧下降,造成汽包水位大幅度波动。开始 吹炼时，液位迅速升高，造成了“虚假液位”。“虚假液位”产生的 首先是转炉下枪吹炼时热负荷增大，烟道水冷壁温度快速上升， 快速产生蒸汽，原来的水空间被蒸汽占有，而这部分水进入汽 包，造成汽包液位上升：其次由于冲击热负荷的作用，导致汽化 冷却系统处于升压，升温过程，系统循环水溶剂增大，汽包水位 上升；当转炉停止吹炼后，热负荷快速从最大值变为零，饱和水 停止汽化，汽包内部部分水又回到烟道水冷排管和上升管中，是 汽包液位快速下降。虚假液位的产生容易使操作工对汽包水位 的误判断，从而造成汽包供水不足，汽包缺水烧坏烟道水冷壁， 造成烟道水冷系统频繁更换。由此可见,汽包液位迅速升高与转 炉是否吹氧紧紧的联系在一起。要控制好吹炼期间时汽包的给 水量。 3、汽包水位波动的特点 从某钢厂转炉生产期间汽包水位的变化趋势可以看出，汽 包水位波动的以下几个特点：(1）周期性波动；(2）上升、下降速度 快。由于转炉汽化冷却系统的热负荷是呈周期性变化的，使得蒸 汽产量亦呈周期性变化，导致了汽包水位的剧烈周期性波动，当 吹炼开始后，汽包水位在3～4min 内快速上升约300mm 左右，有 时甚至达到400mm。因为汽包水位的较大波动，常造成虚假信 号，在汽包水位的控制上易出现误操作，给转炉安全运行埋下了 安全隐患，同时也影响到了回收蒸汽的品质。 三、汽包水位波动周期内的变化情况 可以将一个周期内汽包水位的变化分为三个时段，吹炼前 烧期、吹炼中期、吹炼后烧期，下面分别从这三个时段来讨论汽 包水位的变化。 1、在转炉吹炼前烧期时水位变化（0~200?s） 吹炼开始时前200?s，前烧期炉气量急剧增加，烟道水冷管 过热度较大，管内逐步有汽泡产生，系统的空泡率增加，使得汽 水容积增加，导致汽包水位升高。汽包水位增幅很大，水位增速 为1mm/s，水位增加210mm 左右，而此时蒸汽流量增幅也很大， 达到40t/h。 2、在转炉吹炼中期时水位变化（200~800?s） 伴随着吹氧强度的提高，产汽量急剧加大，水中含汽率也急 剧提高，烟道水冷管及上升管内均为汽水混合物，因而造成水容 积的急剧膨胀，汽包水位急剧上升，当系统内含汽率增加而造成 的水容积增加量与汽包外排蒸汽量相当时，汽包水位将不再上 升，而随作蒸汽的外排汽包水位将慢慢降低。 3、在转炉吹炼后烧期时水位变化 后烧期及吹氧结束后，转炉烟道内烟气量少且温度低，烟道 水冷壁中水含汽率快速下降，所以汽包水位也将随之快速下降。 四、给水控制 转炉汽包的给水是间断性的，同时给水流量也是不断波动 的，转炉汽包的给水控制存在以下几个难以解决的问题。 1、调节阀的问题 转炉汽包的给水控制主要靠给水调节阀采用二冲量或三冲 量调节给水。无论二冲量或三冲量调节给水，由于蒸汽流量的不 稳定性及汽包水位的波动，造成给水调节阀的频繁动作，同时， 调节阀前后压差变化大，对调节阀的使用寿命造成很大影响。 2、给水泵的启停问题 在转炉炼钢过程中，由于给水的间断性，在冶炼中当给水调 节阀处于关闭状态下，给水泵是否要关闭?如果关闭给水泵，那 么给水泵在每天需要数十次启停，不但对给水泵的寿命造成非 常大的影响。如果给水泵不关闭，给水再循环管路就需要一直开 启，25%~30%的给水流量回流到除氧器，此时，泵在高扬程下最 小流量运行，造成给水效率下降及能源的浪费。 3、给水压力的问题 以120t 转炉为例，汽包工作压力2.5MPa，给水泵扬程的确 定也是以此为基础的，要求高于汽包压力0.5MPa，并考虑管路阻 力损失，一般为330~370m 左右。但在吹炼过程中，汽包的压力是 一个不断变化的过程，吹炼开始时为0.8－1.5MPa，随着吹氧强 度的增加，逐步到达工作压力（2.5MPa），维持一定时间后随着吹 氧的结束，汽包压力又很快回落到初始压力。在这个过程中，总 共会有12t水变成水蒸气。在进行补水的时候，可以将变频给水 的方式引入炼钢转炉汽化系统汽包的给水控制中，这是一种非 常理想的办法。水泵运行遵循如下规律：流量Q 与转速N 成正 比，扬程（压力）H 与转速N 的平方成正比轴功率P 与转速N 的 三次方成正比，电动机的转速: N＝fxb0/p 式中，N—水泵电机转速，p—电机极对数，f—电机供电频率， b0—常数。 除氧器的加热蒸汽即为启动给水泵的汽轮机排汽，其排汽 比焓i2＝3029kJ；除氧器的出水温度为158℃，其出水比焓i4＝ 665kJ。根据能量守恒定律Q 吸=Q 放 Q 吸=D 进水×(i4-i进)=180×(665-430) Q 放=D 汽×(i2-i4)+D 疏(i疏-i4) =D 汽×(3029-665)+18×(812-665) 计算出高压除氧器所需加热蒸汽的量D 汽=16.8t/h。排汽量 全部可以用于加热除氧器，不够部分还可以再取自低压蒸汽母 管的一部分蒸汽，以满足除氧器的需要。这整个过程中，水量控 制比常态增加了10%。 六、结束语 按照上述确定水位和确定最大给水流量的方式, 在某钢第 一、二炼钢厂90t转炉上得到了实际应用。实践表明,上述确定水 位和最大给水流量的方式是切实可行的、科学的。不但满足了汽 化冷却系统安全运行的需要,而且符合转炉生产的特点,同时由 于汽包内汽空间得到了保证,汽水分离效果明显得到改善,从而 极大地提高了蒸汽品质, 使回收的蒸汽质量达到了并网的要求, 实现了6 台转炉汽化系统的蒸汽全部并网回收。 参考文献： [1]刘正海.火电厂节能与指标管理技术手册[M].北京：中国电 力科技 出版社，2006. [2]于洪泽.锅炉汽包水位自整定模糊PID 控制[J].沈阳师范大 学学报（自然科学版），2008（03）. [3]张松兰，刘延太.锅炉汽包水位控制系统的设计[J].科技情 报开发与经济，2008（14）. |
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