三沖量控制系統(tǒng)在鍋爐汽包液位的應(yīng)用

常江

摘要：文章通過介紹三沖量控制系統(tǒng)的工作原理和調(diào)節(jié)過程，提出采用這種系統(tǒng)來控制鍋爐的汽包液位，消除虛假液位現(xiàn)象，保證鍋爐的正常生產(chǎn)運(yùn)行，促進(jìn)鍋爐技術(shù)的改進(jìn)和完善。

關(guān)鍵詞：三沖量控制系統(tǒng)；鍋爐汽包液位；虛假液位；鍋爐技術(shù)

中圖分類號(hào)：TK22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）09-0053-02

在礦業(yè)企業(yè)原料的開采、加工、成品等一系列生產(chǎn)過程中，鍋爐幾乎是其中樞神經(jīng)，故而其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和安全操作就顯得至關(guān)重要。但是在鍋爐生產(chǎn)的過程中，控制它的汽包液位仍舊是一個(gè)技術(shù)難題。

1 鍋爐汽包液位

在鍋爐生產(chǎn)中，汽包液位是一項(xiàng)重要的工藝指標(biāo)。通常情況下，汽包液位過高，可能造成過節(jié)器結(jié)垢，汽輪機(jī)葉片損壞；而汽包液位過低，會(huì)使水汽失衡，嚴(yán)重的會(huì)引起爆炸。同時(shí)在實(shí)際工藝中，還經(jīng)常出現(xiàn)蒸汽負(fù)荷波動(dòng)、給水量改變而引起的虛假液位現(xiàn)象?；诜N種原因，我們需要對(duì)鍋爐汽包液位進(jìn)行有效控制。

1.1 虛假液位

在鍋爐的運(yùn)行中，出現(xiàn)虛假液位現(xiàn)象的主要原因是汽包內(nèi)部壓力的改變。通常在蒸汽負(fù)荷以及鍋爐的工況發(fā)生改變時(shí)，汽包內(nèi)部的壓力也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。舉例來說，某鍋爐的燃燒強(qiáng)度保持不變，蒸汽的負(fù)荷卻增加。為了保持水位，大都會(huì)將汽包內(nèi)的一部分蒸汽流量取出。然而燃料強(qiáng)度卻并未增加，這就造成汽包內(nèi)的壓力下降、沸騰加劇，出現(xiàn)大量氣泡，這些氣泡會(huì)抬高鍋爐內(nèi)的水位，待氣泡破壞后，水位才能夠恢復(fù)。這個(gè)短暫的提高水位的現(xiàn)象就是虛假液位現(xiàn)象。發(fā)生這種現(xiàn)象后，如不及時(shí)控制，經(jīng)常會(huì)造成給水流量和蒸汽負(fù)荷的反向運(yùn)行，不利于調(diào)節(jié)器的正常工作。

1.2 鍋爐汽包液位的控制要求

對(duì)鍋爐汽包液位控制通常會(huì)采用三種方式，即單沖量、雙沖量、三沖量。其中，沖量可以理解為變量。

單沖量控制采用的是單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)中，汽包液位是被控變量，而給水流量是調(diào)節(jié)變量，由于其獨(dú)有的特性，故而單沖量控制系統(tǒng)適用于蒸汽負(fù)荷變化小而停留時(shí)間長(zhǎng)的鍋爐系統(tǒng)。同時(shí)這種控制系統(tǒng)在調(diào)節(jié)的過程中，仍舊會(huì)出現(xiàn)因蒸汽負(fù)荷增加產(chǎn)生“假液位”的現(xiàn)象。

雙沖量控制系統(tǒng)增加了蒸汽流量前饋信號(hào)功能，旨在消除“假液位”現(xiàn)象，比單沖量控制系統(tǒng)更加精確先進(jìn)，然而在使用的過程中，由于給水流量信號(hào)無法反饋，故而影響鍋爐汽包液位的正常使用和運(yùn)行。

針對(duì)單沖量和雙沖量的缺陷和不足，設(shè)計(jì)了三沖量控制系統(tǒng)。它將汽包液位、蒸汽流量和給水流量作為三個(gè)信號(hào)，通過前饋-串級(jí)反饋系統(tǒng)來調(diào)節(jié)水位。三沖量控制系統(tǒng)是一種較為完善的、安全的、準(zhǔn)確的汽包液位控制系統(tǒng)。

2 三沖量控制系統(tǒng)

2.1 三沖量控制系統(tǒng)的構(gòu)成

在三沖量控制系統(tǒng)中，汽包液位、蒸汽流量及給水流量等3個(gè)被控變量會(huì)安裝相應(yīng)的調(diào)節(jié)器，在鍋爐運(yùn)行的過程中，這三個(gè)信號(hào)作用于調(diào)節(jié)器，會(huì)適時(shí)調(diào)整，做相應(yīng)的改變。而且三沖量控制采用的是前饋-串級(jí)反饋控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)的構(gòu)成圖如下：

從圖中可以看出，在三沖量控制系統(tǒng)中，汽包液位、蒸汽流量、給水流量都是串聯(lián)關(guān)系，其中汽包液位是三者中的主沖量，能夠反映整個(gè)汽包的工作狀態(tài)和運(yùn)行狀況；而蒸汽流量和給水流量分別擔(dān)任輔助沖量，蒸汽流量就是一個(gè)前饋系統(tǒng)，通過這個(gè)系統(tǒng)，能夠消除“假液位”現(xiàn)象，保證整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性；給水流量是一個(gè)反饋系統(tǒng)，它能夠副回路減少水壓改變對(duì)汽包液位的影響。主沖量和輔助沖量之間相互配合、相互影響，共同保證前饋-串級(jí)反饋的三沖量控制系統(tǒng)的正常有效運(yùn)行。

2.2 三沖量控制系統(tǒng)的工作原理

三沖量控制系統(tǒng)的工作原理是：將三個(gè)信號(hào)中的汽包液位當(dāng)做主信號(hào)，當(dāng)鍋爐中的水位改變時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)器輸出也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，在此基礎(chǔ)上的給水流量也會(huì)發(fā)生改變，這樣就能夠使鍋爐的水位達(dá)到給定值。在這個(gè)過程中，蒸汽流量充當(dāng)著前饋?zhàn)饔茫渥饔檬欠乐埂凹僖何弧备蓴_調(diào)節(jié)器的工作。而給水流量充當(dāng)著反饋的作用，當(dāng)前饋的蒸汽流量發(fā)出干擾信號(hào)時(shí)，給水流量會(huì)在鍋爐水位未改變之前，消除這種干擾，使調(diào)節(jié)器正常工作，使給水流量更加穩(wěn)定。

3 三沖量控制系統(tǒng)在鍋爐汽包液位中的應(yīng)用

在鍋爐生產(chǎn)中，三沖量控制系統(tǒng)作為前饋-串級(jí)反饋系統(tǒng)，其運(yùn)行遵循著主控制器的正作用和副控制器的反作用原則。在三沖量控制系統(tǒng)中，流量控制器FC作為主控制器，起著正作用功能；水位控制器LC作為副控制器，起著反作用的功能；而調(diào)節(jié)器則起著調(diào)節(jié)閥的作用。

通常當(dāng)鍋爐的水位升高時(shí)，LC就會(huì)產(chǎn)生反作用，其輸出就會(huì)相應(yīng)減少，通過加法器，F(xiàn)C的給定值減少，而調(diào)節(jié)器的輸出卻增加，故而要減小調(diào)節(jié)器的閥門開度，縮小FA2101（給水流量），使水位下降至給定值。

在FAQ2102（蒸汽流量）增加的情況下，F(xiàn)C的給定值會(huì)相應(yīng)的減少，而調(diào)節(jié)器的輸出增加，故而要擴(kuò)大調(diào)節(jié)器的閥門開度，增加給水流量，平衡蒸汽流量，使水位保持在給定值上。

當(dāng)FA2102（給水流量）增加時(shí)，F(xiàn)C調(diào)節(jié)器的輸出也會(huì)相應(yīng)增加，這時(shí)要減小調(diào)節(jié)閥開度，減少給水流量，平衡蒸汽流量，保持水位不變。另外，在選擇給水流量的調(diào)節(jié)閥時(shí)，要保證鍋爐的安全。比如當(dāng)生產(chǎn)的熱源是蒸汽時(shí)，就應(yīng)該選擇氣關(guān)閥來保護(hù)鍋爐；而當(dāng)蒸汽的供給超過蒸汽壓縮機(jī)時(shí)，就應(yīng)該選擇氣開閥來保護(hù)鍋爐設(shè)備。

通過三沖量控制系統(tǒng)，能夠利用調(diào)節(jié)器的開關(guān)閥對(duì)鍋爐生產(chǎn)中的汽包液位、蒸汽流量和給水流量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，消除了“虛假液位”現(xiàn)象，保證水位的穩(wěn)定，很好地控制了鍋爐汽包液位，保證整個(gè)鍋爐系統(tǒng)和整個(gè)生產(chǎn)工藝的安全可靠，同時(shí)也促進(jìn)了鍋爐生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)和完善。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）