基于汽水平衡原理的鍋爐汽包水位控制系統研究與優化

鄧天心

摘 要：本文分析了型鋼220t/h鍋爐以及DCS自動控制系統的應用和功能，通過對鍋爐汽包水位控制系統的優化，進而保證了鍋爐的正常安全運行。

關鍵詞：平衡原理；鍋爐控制系統

0 引言

目前，在火電機組的廣泛應用下，火力發電廠的鍋爐汽包滿和缺水事故等問題越來越多，所以，對鍋爐水位控制系統來說，嚴格控制汽包水位的應用范圍越來越重要。

1 介紹萊鋼220t/h鍋爐

萊鋼220t/h鍋爐以純燒高爐煤氣設計為標準和焦爐煤氣燃燒器作為點火燃燒器，在高爐煤氣不足時燃燒器最多可燃用焦爐煤氣為30%負荷。技術參數如下：設計焦爐煤氣為17564kJ/Nm3，設計鍋爐燃料量高爐煤氣為300000Nm3/h以及單只燃燒器出力為20000Nm3/h等。表1為鍋爐具體的主要參數。

2 自動控制系統

220t/h鍋爐使用空氣助燃及用焦爐煤氣給鍋爐點火。DCS系統作為控制系統具有可靠性好、功能全、應用靈活、體積小及技術好、便于安裝和維護等優點。它由一個工程師站和一個操作員站組成，不僅包括了DCS系統一套和上位機兩臺及采用工業以太網通信在上位機與DCS之間，還采用Unity Pro V5.0的編程軟件和采用IFIX5.1的監控軟件以及采用P42.0G/256M內存/21″彩顯/USB/網卡等一樣的上位機配置。

DCS系統功能有：程控點火、停止投油、單步點火操作、遠控或就地選擇、自動或手動選擇、點火設備位置及狀態顯示、故障報警、設備信號向顯示器完成發送、遠控顯示器的命令信號及在驅動后發給對應的點火設備、點火成功或失敗的信號顯示。

3 汽包水位控制系統的應用與優化

3.1 汽包水位控制系統優化的必然性

當前，三沖量汽包水位控制策略是絕大多數電廠鍋爐采用的控制方式，其中包括單沖量、雙沖量和三沖量控制，采用平衡容器水位計的方法進行汽包水位測量，選取方法是由操作員從畫面上選擇多個水位計其中的某個值，并參與水位控制以及聯鎖報警時的水位計。這種方法有個很大的弊端就是：如果選取的水位計在受到干擾、平衡容器漏水或差壓變送器故障的情況下，系統就會發出錯誤的警報或者停爐信號，進而導致鍋爐停爐停止供汽。過高的水位容易出現蒸汽滯液和過熱器結垢的現象，還可損壞汽輪機葉片。過低的水位影響了水汽平衡，嚴重時會燒干鍋爐甚至鍋爐爆炸。雖然三沖量控制系統在虛假水位的問題上得到了有效解決，但是控制精度低的現象仍然存在，影響了鍋爐的安全運行。

3.2 汽包水位測量新技術研究

鍋爐汽包水位不但是其生產過程中主要的工藝指標，也是鍋爐安全運行的主要條件之一。精確測量鍋爐汽包水位是汽包水位有效控制和預測的保證。目前，汽包內置式平衡容器及汽包外置式平衡容器、汽包內置式電極傳感器、低偏差云母水位計和高精度取樣電極傳感器等是汽包水位測量應用的新技術。這些新技術不僅準確測量了汽包水位的結果（把各水位計的示值偏差有效的控制在30mm以內），并且使鍋爐啟動時的汽包水位得到更好的保護。

3.3 汽包水位汽水平衡原理控制技術

汽包水位控制中使用汽水平衡原理，即主蒸汽量+鍋爐排污流量=主給水量，在測量鍋爐排污流量時采取虛擬測量技術，不僅調節速度快，還將因汽機負荷變化時引起的鍋爐汽包虛假水位變化對控制的影響降到最低。圖2為控制原理（PV1為選取水位計平均值；SP1為汽包水位設定值；SP2為給水流量設定值；△F為鍋爐排污流量；PV2為給水流量；PID2輸出值）。

在排污量不變和鍋爐汽水平衡時，PID1輸出值約為0；在排污量改變和汽水失衡時，汽包水位改變，通過PID1輸出值的增減縮小水位偏差來保持汽水的平衡，PID1輸出值就又變成了零。在PID1、PID2進行手自動切換時需要用到無擾處理并設置的死區不能過小。

在鍋爐汽包不斷或不定時排污時，△F為鍋爐排污流量較難測量，計算△F需要用虛擬測量：具體時間的前5min 內的主給水流量Q F1和主蒸汽流量 Q F2的差就是△F鍋爐排污流量。

4 結論

把鍋爐汽包水位控制在規定的范圍內是鍋爐安全運行的保障，所以，優化汽包水位控制系統意義非常重大。

參考文獻

[1]侯子良.鍋爐汽包水位測量系統[M].北京：中國電力出版社，2005.

（作者單位：西北電力建設工程調試施工研究所）