鍋爐汽包液位控制

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1、鍋爐汽包液位控制摘要：鍋爐是電廠和化工廠里常見的生產(chǎn)設(shè)備，為了使鍋爐能正常運行，必須維持鍋爐的水位在一定的范圍內(nèi)，這就需要控制鍋爐汽包的水位。本文分析的是鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)。利用控制裝置和被控對象組成了一個自動控制系統(tǒng)。根據(jù)汽包水位在給水流量和蒸汽流量下的動態(tài)特性，選擇了三沖量（水位、蒸汽流量、給水流量）水位控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：汽包液位控制單沖量雙沖量三沖量傳遞函數(shù)正文：鍋爐是我國工業(yè)生產(chǎn)和生活上應(yīng)用面最廣、數(shù)量最多的熱力設(shè)備。由干鍋爐往往負(fù)荷變化大、起停頻繁依靠人工操作很難保證其安全、穩(wěn)定地在經(jīng)濟(jì)工況下長期運行，所以必須裝備自動控制設(shè)備

2、。工業(yè)鍋爐的汽包液位是正常運行的主要指標(biāo)之一。液位過高會影響水汽分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象；液位過低會影響鍋爐的汽水自然循環(huán)，如不及時調(diào)節(jié)就會使汽包里的水全部汽化掉，可能導(dǎo)致鍋爐燒壞或爆炸事故。所以在鍋爐運行中保持汽包液位是十分重要的，對鍋爐設(shè)備的自動控制首先是從汽包液位的自動調(diào)節(jié)開始。鍋爐是一個復(fù)雜的被控對象，主要輸入變量包括符合的蒸汽需求量、給水量、燃料量、減溫水量、送風(fēng)量和引風(fēng)量等；主要輸出變量有鍋筒水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負(fù)壓、過?？諝猓煔夂趿浚┑龋瑘D1所示為輸入變量與輸出變量之間的相互關(guān)系。如果蒸汽符合變化或給水量發(fā)生

3、變化，會引起鍋筒水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度等的變化；而燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，還會影響鍋筒水位、過熱蒸汽溫度、過?？諝夂蜖t膛負(fù)壓、可見，鍋爐是一個具有多輸入、多輸出且變量之間相互關(guān)聯(lián)的被控對象。圖1鍋爐的輸入輸出變量示意圖鍋爐汽包液位是鍋爐運行中一個重要的監(jiān)控參數(shù)，反映了鍋爐負(fù)荷與給水的平衡關(guān)系，要求汽包液位控制在一定范圍內(nèi)。鍋爐汽水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2　鍋爐汽水系統(tǒng)1—給水泵；2—給水母管；3—調(diào)節(jié)閥；4—省煤器5—鍋爐汽包；6—下降管；7—上升管；8—蒸汽母管鍋筒水位是保證鍋爐安全運行的重要標(biāo)志。水位過低時，如果負(fù)荷（蒸汽

4、用量）較大，水的汽化速度又快，使鍋筒內(nèi)的水量變化速度較快，一旦鍋筒內(nèi)的水全部汽化，會導(dǎo)致鍋爐燒壞，甚至爆炸；水位過高，影響鍋筒的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，是過熱器關(guān)閉結(jié)垢導(dǎo)致?lián)p壞，同時過熱蒸汽溫度下降，容易孫華汽輪機(jī)葉片，影響機(jī)組運行的安全和經(jīng)濟(jì)性。因此，必須嚴(yán)格控制鍋筒水位的高低。鍋筒水位的最大特點是水中央夾帶著大量蒸汽氣泡。在鍋筒內(nèi)水量不變的情況下，蒸汽氣泡體積的變化會引起鍋筒水位的變化。蒸汽氣泡的體積取決于鍋筒壓力、鍋筒內(nèi)水溫和負(fù)荷需求。因此，影響鍋筒水位主要有給水量、蒸汽用量等因素。汽包液位過高會造成蒸汽帶水，影響汽水分離效果；

5、水位過低容易使水全部被汽化燒壞鍋爐。影響汽包液位的因素，除了加熱汽化外，還有蒸汽負(fù)荷和給水流量的波動，當(dāng)負(fù)荷突然增大、汽包壓力突然降低時，水就會被急劇汽化，出現(xiàn)大量氣泡，形成“虛假液位”。目前較為成熟的鍋爐氣包水位控制方案有單沖量水位控制系統(tǒng)、雙沖量水位控制系統(tǒng)及三沖量水位控制系統(tǒng)。鍋爐水位的控制方案應(yīng)根據(jù)鍋爐系統(tǒng)的具體情況選擇。(1)單沖量水位控制系統(tǒng):單沖量水位控制系統(tǒng)是典型的單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由被控對象、測量變送單元、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器組成，通過給水流量調(diào)節(jié)氣包液位，這里指的單沖量即氣包液位。其控制方案如圖3所示，該控制方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，

6、投資少，易實現(xiàn)。但它不能克服“虛假液位”的影響，且不能及時反映給水量的擾動，控制作用遲緩，因此，只適用于小型低壓鍋爐。(2)雙沖量水位控制系統(tǒng):雙沖量水位控制系統(tǒng)是在單沖量水位控制的基礎(chǔ)上，將蒸汽流量作為前饋信號引入控系統(tǒng)，這樣就可消除“虛假現(xiàn)象”對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不良影響，從而改善調(diào)節(jié)特性，提高調(diào)節(jié)質(zhì)量且投資增加不多，其控制方案如圖4所示，該控制方案依舊存在不能及時反映給水流量對調(diào)節(jié)的干擾，因此雙沖量水位控制適用于負(fù)荷變化較頻繁的小型低壓鍋爐，而不適用于給水母管壓力經(jīng)常有波動的鍋爐系統(tǒng)。LT圖3單沖量控制系統(tǒng)圖4雙沖量控制系統(tǒng)LC蒸汽給水LT

7、LC蒸汽給水省煤器ΣFCFT為了確保調(diào)節(jié)質(zhì)量，在這里我們采用串級加前饋的三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，此方案可有效地克服給水系統(tǒng)和蒸汽負(fù)荷變化對液位的干擾，控制住汽包液位。三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它是在雙沖量控制系統(tǒng)上再加上一個給水流量的沖量。由蒸汽流量、給水流量前饋與汽包液位反饋所組成的三沖量控制系統(tǒng)。（3）三沖量水位控制系統(tǒng):三沖量控制系統(tǒng)中控制信號的鏈接關(guān)系如圖5所示。圖中，OL表示水位控制器LC的輸出;OF1表示蒸汽流量前饋控制器F1C的輸出；C0為一常數(shù)以保證正常負(fù)荷下，其值能近似抵消負(fù)荷的前饋控制輸出；C1為水位控制器輸出的比例系數(shù)，由于水位為主控

8、參數(shù)，因此C1通常取1或稍小于1的值。三沖量控制系統(tǒng)中，水位控制器和流量控制器的參數(shù)整定方法與一般串級控制系統(tǒng)相同，蒸汽流量前饋控制器中的靜態(tài)增益一般依據(jù)下式選取式中Dmax-Dmin——蒸