干法除塵蒸發冷卻器出口溫度控制策略

閆曉凱

（山信軟件股份有限公司， 山東 濟南 250101）

轉爐干法除塵系統是與轉爐冶煉過程緊密結合的一個系統。干法除塵系統中煙氣溫度的穩定控制，既能保證煙氣中除塵的效果達到最好的狀態，也能夠保證進入靜電除塵器的溫度在一個理想的范圍內，從而保證靜電除塵器在一個安全可靠的工況下。在整個系統中，除塵風機的轉速、活動煙罩的位置以及吹氧流量等諸多因素的變化會反映到煙氣流量和煙氣溫度的變化上，如何能夠克服這些變化的因素，保證煙氣溫度得到穩定控制是干法除塵系統的一個核心環節[1]。

1 工藝過程簡述

在轉爐吹氧冶煉過程中，轉爐冶煉產生的煙氣經汽化冷卻煙道冷卻后，約800～1 000℃的煙氣進入蒸發冷卻器，需要根據轉爐煙氣的含熱量精確控制蒸發冷卻器中的噴水，水用蒸汽霧化后進入蒸發冷卻器，對煙氣進行冷卻降溫，在這個過程中，約有一半的粉塵通過吸附沉降落入蒸發冷卻器底部的鏈式輸灰機，隨后粗灰通過輸灰機等裝置被送至灰倉。

蒸發冷卻器作為轉爐煙氣進入干法除塵系統后的第一級設備，蒸發冷卻器溫度控制的優劣直接影響了整個系統的工作狀態。在生產的各階段，蒸發冷卻器噴水量是否合理直接影響溫度控制效果和除塵效果，噴水量偏低會引起出口煙氣溫度過高，高溫煙氣進入靜電除塵器后直接導致靜電除塵器的除塵效果過差，因此出口煙氣溫度過高時會連鎖轉爐提槍。噴水量過大會導致出口煙氣溫度過低，引起蒸發冷卻器底部的積水，粗灰顆粒濕度過大引起濕灰，影響轉爐的生產效率，煙氣溫度過低也會影響靜電除塵器的使用壽命。因此蒸發冷卻器的溫度自動控制是干法除塵系統中的核心控制系統，它不僅直接影響除塵效果與煤氣回收，還直接影響轉爐的正常生產[2]。

2 控制原理

2.1 工藝控制理論依據

蒸發冷卻器的溫度控制是通過調節雙介質噴槍的進水流量來進行調節的，根據熱量傳遞公式可以得出進水流量的理論計算公式如下：

式中：Fw為冷卻水理論流量，c為轉爐煙氣的比熱容，r為水的汽化熱值，Fa為轉爐煙氣的流量，Ta為入口溫度，Ts為出口設定溫度。

因此冷卻水的理論流量由煙氣流量與溫差的積乘以系數后得到。但是由于溫度的大滯后、煙氣成分不斷變化特點，單純地根據計算流量做溫度的串級控制很難滿足工藝的要求。

2.2 吹氧初期控制

為了解決轉爐間歇冶煉過程中溫度環控制的大滯后問題，在吹氧初期控制器的調節速度不能立即滿足溫控的要求，在初期溫度控制不能立即投入，在冶煉開始時，水量為開環控制方式，即當入口溫度或出口溫度到達設定的開閥溫度時，打開氣動切斷閥，調節閥使用一個設定的閥門開度持續供水一段時間，這段時間的水量冶煉開始的溫度快速上升得到有效的控制，同時能夠保證溫度PID控制器與流量PID控制器經過幾個周期的運算后能夠滿足溫度的要求，系統的串級溫度控制投入運行。

2.3 溫度串級控制

通過采用優化后的串級PID控制系統，使用溫度PID的輸出來補償理論計算流量的偏差，補償后的流量設定值發送給內環PID，完成流量的控制，從而消除溫度劇烈變化帶來的擾動，提升了整個蒸發冷卻器溫度控制系統的穩定性和適應性，圖1為詳細的控制框圖[3]。

圖1 控制邏輯框圖

入口溫度和出口溫度的選擇器的作用是在兩支熱電偶的一支發生故障時，能自動選擇好的熱電偶參與控制，保證系統的正常運行；當兩支熱電偶均正常時，能自動選擇高的溫度值參與控制，使熱電偶的測量結果更接近真實值，保證控制系統的控制效果。控制圖的第一部分中入口溫度實際值與出口溫度的設定值相減后乘以煙氣流量和理論計算系數，得出理論計算的流量設定值。第二部分中出口溫度的設定值與出口溫度的實際值送溫度PID控制器，得到溫度控制器的補償值后乘以溫度補償系數K2得到溫度環對理論計算值的補償系數，該溫度補償系數的變化能夠反映控制過程中蒸發冷卻器出口溫度的變化，補償了理論計算的偏差。經過補償后的流量設定值經過限幅器后將該設定值限制在理論的最大值和最小值之間，使下一級流量PID控制器的流量設定值的變化范圍在一個合理的區間，保證噴水流量的控制品質。噴水流量的控制品質將直接影響溫度自動控制。通過各系數和控制器參數的不斷優化，保證溫度控制器的積分速度，從而提高溫度偏差補償的響應速度，使流量控制器的積分速度稍慢，以利于溫度控制的穩定。

3 結語

上述蒸發冷卻器出口溫度控制算法對于轉爐煉鋼干法除塵系統煙氣溫度控制具有一定的通用性，其溫度修正系數可以根據各個工藝設備的不同稍作修正，即可得到理想的控制效果。投入運行后，煙氣溫度控制穩定，值得在轉爐干法除塵控制系統中進行推廣。