蒸发冷却器出口温度自动控制

蒸发冷却器出口温度自动控制

[摘要]蒸发冷却器系统是转炉干法除尘的核心系统之一，其在整个工艺控制过程中起着承前启后的作用。所以本文主要介绍了蒸发冷却器的核心控制系统—EC出口温度控制，以成功应用于宣钢150T转炉的蒸发冷却器出口温度控制为例，介绍了蒸发冷却器出口温度的控制算法以及实现方法。

【关键词】蒸发冷却器；PID；FB41；死区自动调节；温度控制

1、前言

蒸发冷却器（EC）是干法除尘系统的重要环节，其前部连接尾部烟道，后部连接静电除尘器，是整个系统的冲要位置，所以其工作状态直接决定了转炉生产能否顺利进行。蒸发冷却器的控制核心为出口温度控制，如果出口烟气温度高，粉尘比电阻大，不利于电场除尘，且影响较大。如温度太低，蒸发冷却器容易造成湿底和筒体结垢现象，容易造成粗输灰系统链式输灰机故障，不仅增大维护量，且影响转炉生产，且低温烟气进入电场，可能会在电场内产生结露现象，造成高压爬电，影响除尘效果，严重时，腐蚀阴极线，使电场无法正常工作。

2、工艺原理

转炉冶炼过程中产生的高温烟气首先进过汽化冷却烟道进行初步冷却，使进入EC的烟气温度大约在700—900℃之间。然后进入EC的烟气通过喷射水的方法对烟气进行再一次降温，同时因为烟气流速降低，还能起到收集粗大颗粒粉尘的作用。

根据静电除尘器对烟气温度的要求，当静电除尘器的入口温度在130-150℃时，烟气温度在露点以上，且烟气比电阻合理，收尘效率高。根据公式：

式中：和为EP电场入口温度，为荒煤气管道温降，为蒸发冷却器出口温度。

宣钢150T转炉因为管道长，虽然管道敷设保温，但仍然存在温降严重的现象，根据实际工况要求，EC出口温度需要控制在300℃以上。这样保证了静电除尘器入口温度在130-150℃之间。

3、控制原理和控制算法

蒸发冷却器实际是一个热交换器，喷入的氮气和水吸收的热量等于降温后烟气释放的热量。故根据公式热平衡原理得出理论上的喷水量，公式如下：

温度控制系统是一个大滞后的系统，单纯依靠以上公式无法达到控制要求，因此根据工艺要求，采用温度PID为主，水流量PID为副的串级PID控制系统，其控制系统图如图-2所示。

主PID的输入信号为蒸发冷却器的出口温度，其给定值为蒸发冷却器的出口温度设定值，主PID的输出作为蒸发冷却器喷射水调节器的给定流量，用他作为副PID的设定流量。副PID的输入信号为为实际检测流量，其给定值来源于主PID的输出，其输出加载到喷射水调节阀，从而保证合适的喷水流量进入蒸发冷却器。

从上述串级PID的系统图可知，当蒸发冷却器出口温度大于设定温度时，主PID函数块输入正作用，给定流量将增加，那么副PID函数块控制输出为增大喷水量，相应的调节阀阀门开度降增加，达到降低出口温度的目的，最终到达EC出口温度自动控制。

4、实际应用

4.1 控制功能

主温度PID输出“给定流量”与系统计算出的计算流量进行输出优化，再做为副PID的输入设定流量。在实际应用过程中，温度PID输出值范围为±50%，对应补偿水流量为±22T/h。该补偿水量与公式计算值相加，作为水流量PID的输入量。

4.2 FB41 DEADB_W死区自动调节原理

采用以上的串级PID系统基本上实现了蒸发冷却器出口温度的控制，但还存在当EC出口温度和设定温度相近时，喷射水量仍然变化剧烈，造成温度超调量变大，对系统造成不利影响。因此设计了温度PID死区值的动态调节模型，根据蒸发冷却器出口温度变化率来实时调节FB41的死区值，通过对比变化率大小和正负，判读死区值增大或较小。

4.3 控制过程

蒸发冷却器温度控制是一个间歇式的串级温度控制系统，其控制核心是在转炉吹炼时期烟气的温度自动控制。在转炉开始吹炼时，蒸发冷却器出口温度大于K1时，氮气切断阀打开，同时调节阀以20%阀位打开，20s以后调节阀打开100%。当出口温度大于K2时，喷射水切断阀打开，吹炼前120S内屏蔽温度PID，只启动流量PID，0-120S之间给定22T水量，在120S以后，EC入口温度较为稳定，烟气量也比较稳定，则投入串级PID自动调节系统，当吹炼结束后，当出口温度低于设定值时，关闭水切断阀。在非吹炼阶段，如溅渣护炉阶段，EC入口温度仍后升高，但升高频幅不会太大，因此在此时，为控制其温度，仍然屏蔽温度PID，给定流量PID固定喷水量6T。下图是EC出口温度在宣钢实际应用中温度曲线，可以看出EC出口温度在吹炼中期和设定温度相差±10℃，能满足系统要求。

5、结语

上述蒸发冷却器出口温度控制已经在宣钢150T转炉上成功应用，在应用1年多时间里，EP电场工作稳定，极线无腐蚀，更为关键的是EC筒体无结垢现象，这就解决了国内钢企普遍存在的EC筒体结垢现象。确保了转炉的顺利生产和系统的顺利运行。