鍋爐汽包水位的自動控制應(yīng)用研究

劉艷榮 王俊娜

摘 要：維護鍋爐正常運行涉及到諸多指標，其中汽包水位關(guān)系到機組是否能夠?qū)崿F(xiàn)正常運行，由于該指標事關(guān)安全性和經(jīng)濟性而受到重視，如果出現(xiàn)水位過高或者過低的情況，必然會對正常運行造成不利影響，甚至可能導(dǎo)致嚴重事故的發(fā)生，由此可知汽包水位必然保持在一定的范圍，是鍋爐安全運行的基礎(chǔ)。文章為了使研究更具針對性和可操作性，開篇即明確研究主體是汽包水位控制系統(tǒng)的操作使用的相關(guān)問題，對液位控制的難點入手展開研究，經(jīng)過細致的分析探討后，對其特征和應(yīng)用做出歸納和總結(jié)，認為對鍋爐汽包水位精度能夠產(chǎn)生影響力的因素主要有三點：液位測量、給水閥選擇、給水量蒸汽流量。

關(guān)鍵詞：鍋爐汽包；水位；自動控制；沖量

中圖分類號：TK223.1+3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）24-0055-02

本文將以鍋爐汽包水位為研究重點，對其控制方法進行了全面的研究分析，所采用的研究方式以對比為主，對不同的控制方案進行比較，了解他們的特點和規(guī)律，針對在汽包水位控制中所出現(xiàn)的“虛假液位”的問題，制定出有效的解決方案。在實踐操作時，要充分考慮到控制對象的規(guī)模、靈敏度、控制要求等要素的相關(guān)參數(shù)進行選擇，采用最具科學(xué)性和高效的控制方案，尤其重要的安裝液位連鎖報警裝置。

1 電站鍋爐汽包水位自動控制研究現(xiàn)狀

鍋爐安全正常的運轉(zhuǎn)是復(fù)雜的過程，從輸入變量的層面進行分析發(fā)現(xiàn)所涉及的元素具有多樣性的特點，技術(shù)含量較高。具體來說負荷的蒸汽需求量、給水量、燃料量、減溫水量、送風量、引風量等要素必須控制在合理的范圍內(nèi)，其中任何一個要素發(fā)生變化或者出現(xiàn)異常，都會導(dǎo)致鍋爐運行故障，為了保證鍋爐能夠正常發(fā)揮功效，尤其是從安全角度出發(fā)，這些指標變化不能超過一定的范圍，控制工作必須到位；如果從主要輸出變量的層面研究，對其產(chǎn)生影響的因素很多，同樣具有較高的復(fù)雜性，具體來說包括鍋筒水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負壓、過剩空氣等，任何一個條件發(fā)生變化，都會影響到整體運行，這些指標同樣要控制在合理的范圍之內(nèi)才能保障鍋爐的正常運行。

值得注意的燃料量的問題，如果該數(shù)量發(fā)生變化，同樣會對各元素產(chǎn)生不同的影響力，首先蒸汽壓力受到影響而處于動態(tài)變化這中，鍋筒水位必然受其影響而出現(xiàn)變動，同時過熱蒸汽溫度、過?？諝庖约盃t膛負壓都受到影響而發(fā)生變化，進而會影響到鍋爐整體運行，從上面的敘述可以確定鍋爐控制的復(fù)雜性，具有多輸入、多輸出的特點，同時各變量之間的關(guān)聯(lián)性很強。

1.1 鍋爐液位控制的難點

液位控制技術(shù)的復(fù)雜程度較高，具體操作時，要對進水和出水閥門實行控制，采用合現(xiàn)的開度，以此來完成控制活動。

1.2 鍋爐汽包水位自動控制的現(xiàn)狀

從實際操作上看，如果負荷出現(xiàn)劇變則會引發(fā)一系列變化，蒸氣流量信號通過加法器，從其作用上看與水位信號的作用呈現(xiàn)出相反的性質(zhì)；在這種設(shè)置下，如果出現(xiàn)虛假液位的情況則會做出反應(yīng)，信號會做出關(guān)小給水閥的操作，而蒸汽信號則會做出開大給水閥的操作，從其所起到的作用看，可以有效的抵消虛假液位，但是這咱控制系統(tǒng)并非無懈可擊，如果遇到給水壓力自身并不穩(wěn)定，處于波動之中，雙沖量控制系統(tǒng)必然會對到影響而失去作用，而三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)則更具優(yōu)勢，在雙沖量控制為基礎(chǔ)，按照實際情況設(shè)置給水量的沖量，由于三個沖量設(shè)置于不同的位置之上，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中所起的作用各異，會衍生出各種不同的方案。

2 幾種鍋爐汽包水位的控制方案

2.1 單沖量控制系統(tǒng)

單沖量控制系統(tǒng)：這種系統(tǒng)是最基礎(chǔ)的控制方法，采用汽包液位走近控制給水調(diào)節(jié)閥的方法。這種系統(tǒng)在鍋爐控制中屬于最常見的方式，其優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單和投資較小，適用于小型低壓鍋爐使用。

小型鍋爐蒸汽與大型相比較而言，其優(yōu)勢在于負荷波動較小，一般處于穩(wěn)定狀態(tài)，如果從汽包的容積考量，一般都比較大，而從用戶的角度看，對蒸氣的要求較低或者沒有要求，為了使這種控制系統(tǒng)的安全性得到更大的保障，報警聯(lián)鎖裝置是最佳選擇。

2.2 雙沖量控制系統(tǒng)

汽包水位控制是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其中影響力最大的和最常見的是擾動負荷變化，一旦出現(xiàn)這種問題，首先要做的是引入蒸汽流量，這種方式直接有效，在處理虛假液化問題上比較占優(yōu)勢，需要注意的是在操作時給水調(diào)節(jié)閥動作必須做到及時快速，形成雙沖量控制系統(tǒng)。

與單沖量控制系統(tǒng)相比雖然性能有所提高，但是并非盡善盡美，主要存在兩個缺陷要引起注意，通過對調(diào)節(jié)閥進行研究，從其工作特點看，未必是完全線性的，正是由于這種不確定性存在，使靜態(tài)補償?shù)碾y度隨之提高，操作起來比較復(fù)雜；對于給水系統(tǒng)的擾動，不能夠采取直接補償?shù)姆绞?，為了解除這一問題，可以采取引入給水量信號，由此而構(gòu)建三沖量控制系統(tǒng)，如圖1所示。

2.3 三沖量控制系統(tǒng)

三沖量控制方案I―前饋（蒸汽流量）加反饋（液位，給水流量）控制系統(tǒng)。

對于一般鍋爐的液位問題，在處理時可以采取這種方式，具有自己獨特的優(yōu)勢，尤其是從使用設(shè)備上看，不必太多設(shè)備設(shè)施，整定方案相對簡單，調(diào)節(jié)機構(gòu)運行比較容易達到穩(wěn)定狀態(tài)。

三沖量控制方案Ⅱ―蒸汽流量前饋給水流量串級控制系統(tǒng)。這種方案與方案I相比安全性能更高，從裝置看是加法器的位置發(fā)生變化，我們在方案I中采取的方案是安置在調(diào)節(jié)器前，而在本方案中則改變?yōu)榘仓迷谡{(diào)節(jié)器后，這種方法的優(yōu)勢在于如果遇到物料不平衡.

三沖量控制方案Ⅲ，如果以功能性為衡量標準，這種控制方案應(yīng)是最優(yōu)的，在實踐活動中，如果遇到負荷發(fā)生變化的情況，在控制方案的作用下，給水流量將會根據(jù)情況而進行調(diào)整，所需時間較少，可以更好的解決“虛假液位”的問題，這種系統(tǒng)在大容量高壓鍋爐中被廣泛采用，對于水位控制嚴格的情況適用性更高。

3 工程中需要注意的問題

3.1 關(guān)于汽包液位測量的問題

汽包液位容易產(chǎn)生波動，而且波動的幅度較大，正常情況下會選用平衡容器來進行測量，從原理進行分析，在平衡容器中，連通管中的液位與汽包液位是相同的，如果上端蒸汽出現(xiàn)冷凝的情況，將會在托盤之上形成水柱，這時分為兩種情況，一是水柱的高度低于托盤，二是高度超過托盤，遇到第二種情況時，將會從自溢口流出，流出后現(xiàn)通過平衡閥后，重新流回汽包之中，熱量和水量處于交換狀態(tài)，此時汽包內(nèi)部的液體與平衡容器的液體比重相同，而且將會保持恒定。

3.2 給水閥的選擇問題

如何選擇卻不簡單，首先要考慮的就是安全性，在經(jīng)過全面考慮和多方的對比，主伙帶保位的裝置（F.L）給水閥的安全性和實用性更高，如有意外事故發(fā)生，該閥則會立刻做出反應(yīng)，停留在原來的位置，不會發(fā)生變化。

給水調(diào)節(jié)閥有多種型號，在選擇時必須要謹慎，要充分考慮到汽蝕的問題，如果僅是輕度汽蝕的情況下，閥心和閥座采用司鈦萊合金堆焊可以滿足需求，但是如果重試汽蝕，多級高壓調(diào)節(jié)閥則是首選，可以緩解汽蝕的問題，同時還可以避免由于汽蝕而產(chǎn)生的噪音振動所產(chǎn)生的侵蝕和不利影響。

3.3 給水流量蒸汽流量

在對給水流量蒸汽流量的一次元件進行選擇時，如果節(jié)流裝置效果好，差壓變送器輸出信號在經(jīng)過開方器之后，由加法器負責對信號進行疊加處理，經(jīng)過這種操作后，非線性對系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)產(chǎn)生的影響會相應(yīng)縮小。

4 結(jié) 語

從上面的論術(shù)可以確定，鍋爐運過程中最關(guān)鍵的指標是汽包水位，這是不可缺少的被控變量，其作用是維持水位在合理的范圍之中，只有在此條件下，鍋爐才能正常運行，安全性才會得以保障。但是如果在運行中水位過高，不但影響到鍋爐的正常運行，更為嚴重的是安全性降低，同時也會導(dǎo)致經(jīng)濟性變差，因此，本文對鍋爐汽包水位的自動控制應(yīng)用研究顯得尤為重要。

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