鍋爐汽包水位的自動控制應用研究

劉艷榮 王俊娜

摘 要：維護鍋爐正常運行涉及到諸多指標，其中汽包水位關系到機組是否能夠實現正常運行，由于該指標事關安全性和經濟性而受到重視，如果出現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，甚至可能導致嚴重事故的發生，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。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的操作使用的相關問題，對液位控制的難點入手展開研究，經過細致的分析探討后，對其特征和應用做出歸納和總結，認為對鍋爐汽包水位精度能夠產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律，針對在汽包水位控制中所出現的“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模、靈敏度、控制要求等要素的相關參數進行選擇，采用最具科學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狀

鍋爐安全正常的運轉是復雜的過程，從輸入變量的層面進行分析發現所涉及的元素具有多樣性的特點，技術含量較高。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，其中任何一個要素發生變化或者出現異常，都會導致鍋爐運行故障，為了保證鍋爐能夠正常發揮功效，尤其是從安全角度出發，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，對其產生影響的因素很多，同樣具有較高的復雜性，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，如果該數量發生變化，同樣會對各元素產生不同的影響力，首先蒸汽壓力受到影響而處于動態變化這中，鍋筒水位必然受其影響而出現變動，同時過熱蒸汽溫度、過剩空氣以及爐膛負壓都受到影響而發生變化，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雜性，具有多輸入、多輸出的特點，同時各變量之間的關聯性很強。

1.1 鍋爐液位控制的難點

液位控制技術的復雜程度較高，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狀

從實際操作上看，如果負荷出現劇變則會引發一系列變化，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出相反的性質；在這種設置下，如果出現虛假液位的情況則會做出反應，信號會做出關小給水閥的操作，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，但是這咱控制系統并非無懈可擊，如果遇到給水壓力自身并不穩定，處于波動之中，雙沖量控制系統必然會對到影響而失去作用，而三沖量調節系統則更具優勢，在雙沖量控制為基礎，按照實際情況設置給水量的沖量，由于三個沖量設置于不同的位置之上，在調節系統中所起的作用各異，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

單沖量控制系統：這種系統是最基礎的控制方法，采用汽包液位走近控制給水調節閥的方法。這種系統在鍋爐控制中屬于最常見的方式，其優勢在于結構簡單和投資較小，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，其優勢在于負荷波動較小，一般處于穩定狀態，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的安全性得到更大的保障，報警聯鎖裝置是最佳選擇。

2.2 雙沖量控制系統

汽包水位控制是非常關鍵的環節，其中影響力最大的和最常見的是擾動負荷變化，一旦出現這種問題，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勢，需要注意的是在操作時給水調節閥動作必須做到及時快速，形成雙沖量控制系統。

與單沖量控制系統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，通過對調節閥進行研究，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，使靜態補償的難度隨之提高，操作起來比較復雜；對于給水系統的擾動，不能夠采取直接補償的方式，為了解除這一問題，可以采取引入給水量信號，由此而構建三沖量控制系統，如圖1所示。

2.3 三沖量控制系統

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。

對于一般鍋爐的液位問題，在處理時可以采取這種方式，具有自己獨特的優勢，尤其是從使用設備上看，不必太多設備設施，整定方案相對簡單，調節機構運行比較容易達到穩定狀態。

三沖量控制方案Ⅱ―蒸汽流量前饋給水流量串級控制系統。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生變化，我們在方案I中采取的方案是安置在調節器前，而在本方案中則改變為安置在調節器后，這種方法的優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，這種控制方案應是最優的，在實踐活動中，如果遇到負荷發生變化的情況，在控制方案的作用下，給水流量將會根據情況而進行調整，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 關于汽包液位測量的問題

汽包液位容易產生波動，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，此時汽包內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，如有意外事故發生，該閥則會立刻做出反應，停留在原來的位置，不會發生變化。

給水調節閥有多種型號，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，多級高壓調節閥則是首選，可以緩解汽蝕的問題，同時還可以避免由于汽蝕而產生的噪音振動所產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，如果節流裝置效果好，差壓變送器輸出信號在經過開方器之后，由加法器負責對信號進行疊加處理，經過這種操作后，非線性對系統調節品質產生的影響會相應縮小。

4 結 語

從上面的論術可以確定，鍋爐運過程中最關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，同時也會導致經濟性變差，因此，本文對鍋爐汽包水位的自動控制應用研究顯得尤為重要。

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