淺析鍋爐汽包液位的三沖量調節系統工作原理及應用

周開文

【摘 要】鍋爐是化工造紙、電力生產中重要的動力設備。汽包液位是鍋爐運行中的一個重要控制參數，同時也是保證鍋爐安全、穩定運行的重要條件之一。它反映了鍋爐負荷與給水的平衡調節關系。汽包水位過高，汽包蒸汽頂部空間減小會造成蒸汽帶水，影響過熱器正常運行及汽水分離的效果。

【關鍵詞】液位；三沖量；控制

一、三沖量調節系統的概念

液位自動調節作用水位信號去調節供水閥開度。當液位升高，關小供水閥門，減小供水流量；當液位降低，開大給水閥門，增大給水流量。為了使液位穩定，把主蒸汽流量和給水流量參與調節。這就是鍋爐汽包液位三沖量調節系統。這種調節系統因引入了給水流量，液位及蒸汽流量三個參數，故叫做三沖量調節系統。

二、三沖量控制系統

1、單級三沖量控制系統

三沖量控制系統采用蒸汽量進行前饋控制調節。當負荷（蒸汽流量）突然發生增大、變小，蒸汽流量信號能使供水調節閥一開始就向正方向動作，即使當蒸汽流量增加時，給水調節閥開大，消除了由于“假水位”引起的方向誤動作。如供水流量減少，調節控制器立即根據供水流量減少的信號，開大供水調節閥門，從而使給水量保持不變。另外，供水流量信號也是調節控制器動作后的反饋輸入信號，能使調節器及早知道控制的效果，所以使用三沖量控制系統，能使調節器控制動作加快。

從以上系統框圖看出，單級三沖量控制系統有兩個閉合回路：一個是由供水流量W、供水測量變送器、調節控制器和調節控制閥組成的內回路；另一個是由汽包水位對象和內回路構成的主回路。蒸汽流量D及其蒸汽測量變送器未包含在這兩個閉合回路中。但它的引入可以提高控制質量，而不影響閉合回路工作的穩定性。所以系統三沖量控制的實質是前饋加反饋的控制系統。

單級三沖量控制系統具有如下優點：相對單沖量和雙沖量控制系統，其控制質量最好，能有效地滿足系統對穩定性、快速性、準確性的要求，能有效地避免“假水位”現象。與單沖量和雙沖量相比，最大的不足是，系統成本較高，系統復雜，不容易整定。

2、串級三沖量控制系統

隨著現代生產過程向著大型、連續和強化的方向發展，對操作的要求更加嚴格，參數間相互關系更加復雜，對控制的精度和功能提出更高要求。因此，需要在單回路的基礎上，采取其它控制方法，組成復雜控制系統。上圖所示的三沖量串級控制系統框圖中，主調節控制器接受液位信號作為主控信號和蒸汽流量信號去控制副調節控制器的供水給定值，副調節控制器除了接受主調節器的設定信號外，還接受供水流量信號。蒸汽流量信號作為前饋信號對給水流量進行前饋控制，當蒸汽負荷突然發生變化時，蒸汽流量信號使供水調節閥立即向正確的方向動作，即當蒸汽流量增加時，給水調節閥開大，從而消除了由于假水位引起的反向作用，因此減少了水位和給水流量的波動幅度。給水流量信號作為調節閥動作后的反饋信號，能使調節器及早知道控制的效果，做出相應的調整。

三、工作原理

下圖一中所示的三沖量控制調節系統、汽包液位是被控變量，也是主沖量信號；蒸汽流量和供水流量是輔助沖量信號。系統將供水流量與蒸汽流量前饋到汽包液位調節系統中，一旦供水流量或蒸汽流量波動，不是等到影響液位才進行調節，而是在這兩個量改變之時就能通過DCS控制系統中加法器馬上去改變調節閥開度進行校正。因此大大提高了液位這個被調參數的調節精度，大大縮短調控時間。

四、控制方案選定

在提出方案前，我們首先明確三個沖量及其關系：1、鍋爐液位，是控制中的主要沖量；2、蒸汽流量，是控制中的輔助沖量，它的較大變化會造成假液位；3、供水流量，是控制中的輔助沖量，它的較大變化同樣會造成假液位。通過分析三者的運算關系，結合選用的具體DCS系統，將上述沖量引入到DCS的三沖量控制模塊當中，通過調整參數的值，來實現比較理想的液位自動控制品質。配套的DCS系統是西門子公司的S7-300系統，運算功能完全可以滿足多變量的控制運算。

按照要求，我們提出了三套控制方案，方案一：采用單回路的三沖量控制方案，加法器在控制器前，即控制器的輸入為多變量之和。方案二：前饋加串級反饋的三沖量控制方案，液位調節為主回路，給水調節為負回路，液位控制器選擇反作用，流量控制器選擇正作用，調節閥為氣關閥。：方案三：采用單回路的三沖量控制方案，加法器在控制器后，流量負回路相當于一個100%的比例調節回路。經分析討論，決定采用方案一，主要考慮單回路控制方案投運比較簡單，操作工容易掌握，但調節器輸入為多變量之和，與真實的液位不同，這一點須向工藝人員說明。

確定三沖量單回路控制方案后，進行了一定的改進，加入了水汽系（SQXS），修正系數（XZXS）等影響因素，完善控制模型；對輸入的液位信號進行一階慣性濾波（HSFOP_1），以增強穩定性，提高抗擾動能力；各個沖量的系數可以在工程師級別下在線修改，當有技術改造，原來的控制參數不再合適時，則可以對參數進行優化，以達到適應的目的。改進的控制方案首先在6#鍋爐上應用。在DCS中的三沖量控制模型如圖2。

五、應用條件

從上面分析可以看出三沖量調節控制系統能及時克服蒸汽流量和供水流量的干擾作用，調節精度高，適用于汽包容積較小、負荷和供水干擾大的場合。單沖量適合在汽包容積較大負荷變化比較小的場合。因此在給水全程自動調節設計了兩套調節系統以便互相切換。主要是在開停爐過程中當負荷低于滿負荷的35%左右時，蒸汽流量信號很小、測量誤差相對較大。所以此時由單沖量控制，一旦滿足運行條件就改為三沖量調節系統控制。雙沖量調節適合于鍋爐容積較小給水壓力波動不大的場合。

六、結束語

鍋爐汽包液位通過三沖量控制系統精確控制不僅保證了鍋爐氣機安全經濟有效運行，同時能及時調節。在其他需要精密控制的設備也可因地制宜，借鑒使用，以提高我們設備系統多因素干擾的自動化控制水平。

【參考文獻】

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