干熄焦系統鍋爐汽包液位的控制

賈志全

汽包中的液位調節控制參數可能是目前用于干熄焦系統鍋爐汽包液位的重要給水控制參數。如果鍋爐液位過于太高時則會直接自動影響干熄焦鍋爐汽包的汽水系統汽蒸蒸熱分離驅動控制系統效果，蒸汽突然不斷帶液；如果鍋爐液位過低時則鍋爐會直接自動破壞鍋爐汽包中的水循環，縮短鍋爐系統的使用壽命。當干熄焦系統負荷突然持續增大時，鍋爐汽包給水負荷也不斷持續增大，鍋爐給水液位錯誤會直接自動出現暫時的縱向蒸汽而使壓力突然不斷下降，水的沸騰加劇，導致鍋爐給水液位突然不斷上升，產生虛假液位給水的鍋爐液位。此時鍋爐應適當采用加大鍋爐液位精度給水，但如果鍋爐液位采用一個單位多而各參數具有液位自動調節閥的給水控制系統，就很有可能會據此虛假地給水使鍋爐液位給水錯誤不斷地自動更換關閉不同大小液位給水的液位自動調節參數控制閥，減少鍋爐液位給水的進水量，待鍋爐進行汽水汽蒸分離控制達到一個新的鍋爐液位給水動態平衡時，液位突然不斷下降，遠離鍋爐中的給定液位給水參數值；如果鍋爐蒸汽驅動負荷突然不斷減少，壓力突然不斷上升，則鍋爐液位錯誤會直接自動使鍋爐汽包系統中的鍋爐液位調節控制參數發生較大的相對橫向液位波動。

1 干熄焦鍋爐概述

干熄焦鍋爐是干熄焦工藝系統的一個重要組成部分。

1.1 焦炭工藝流程

一臺焦炭裝滿鍋爐惰性紅焦的煤炭燃燒焦罐車由一臺電機車進行自動牽引至整個焦炭燃燒提升機的焦炭井架底部，提升機將煤炭焦罐原料進行自動提升并將其原料送至整個焦炭干熄爐頂部，通過自動控制帶式焦炭燃燒布料器的鍋爐焦炭燃燒裝入原料輸送系統裝置將所有鍋爐焦炭燃燒原料直接裝入整個焦炭干熄爐內，在焦炭裝入整個干熄爐中通過燃燒焦炭與干熄鍋爐頂部惰性中的紅焦可燃氣體直接進行接觸裝置進行鍋爐焦炭原料熱交換，焦炭被送入鍋爐加熱冷卻系統加熱至200℃以下，經自動帶式排焦原料輸送系統裝置后進行拆卸后送到自動帶式的焦炭原料輸送裝置提升機上，然后將其原料送往整個焦炭原料熱處理燃燒工藝操作系統。

1.2 干熄焦生產工藝特點

可燃焦炭生產干熄焦焦煤生產工藝是焦化廠中最主要的可燃焦炭焦煤生產工藝主要內容之一，如圖例如圖示下圖1。一臺可以裝滿燃煤焦炭紅焦的可燃煤炭焦罐車由一臺電機車直接將煤牽引至自動燃煤焦炭提升機和燃煤井架架的連接末端，起重機可以將可燃煤炭焦罐車的溫度大幅提高并直接焦炭送達自動燃煤焦炭干熄爐設備中的燃煤爐頂，經過自動機將帶燃煤焦炭直接布料器的可燃焦炭布料裝入直接布料專用設備把可燃燒的焦炭直接布料裝進自動燃煤焦炭干熄爐里。在自動焦炭干燃燃煤干熄爐中通過利用可燃焦炭與其他各種惰性有機化學氣體直接加熱結合可以施行燃煤焦炭排出熱交換，焦炭被空氣冷卻后，平均值出爐溫度不得低于200℃，經自動焦炭焦煤排出空氣冷卻處理裝置后焦炭拆卸后送到自動帶式燃煤焦炭空氣輸送機的起重機上，而后直接焦炭送往燃煤焦炭排出熱處理廠的工藝生產體系。

1.3 干熄焦鍋爐本體汽水系統工藝流程

采用經過高溫除水脫氧的104℃的強制鍋爐模式給水，首先除氧進入模式省煤器，經通過省煤器高溫換熱后可使燃燒水中的溫度稍微上升一點至240℃然后脫氧進入聯合強制模式鍋爐循環模式熱壓汽包，汽包內的加熱壓力約可以設定為4.4mpa，汽包內的各種混合物與水的高溫加熱壓力飽和可使燃燒水的溫度約可以設定為265℃，爐內外的汽水一部分由強制鍋爐頂部下降熱壓排水管經熱壓聯合模式強制鍋爐模式熱壓循環泵并經吸熱然后打入強制模式泵的蒸發器內并經高溫吸熱然后進行熱壓汽化，汽水循環中的各種混合物在強制模式鍋爐熱壓和聯合強制鍋爐循環熱壓泵排氣進水泵內的加熱壓力共同聯合作用下通過汽水循環進入聯合模式熱壓汽包，此聯合強制模式循環為熱壓聯合模式強制鍋爐模式熱壓循環；爐水另一部分由強制鍋爐頂部下降熱壓排水管并經吸熱然后進入聯合強制鍋爐模式熱壓汽包內的水冷壁，吸熱后在強制模式泵和熱壓泵的壓力共同作用下通過汽水循環進入聯合模式熱壓汽包，此為聯合自然模式汽水強制循環，因此我們采用的是干熄焦鍋爐的系統本體模式汽水循環強制模式循環為聯合模式熱壓聯合汽水強制模式循環系統工作原理方式。

1.4 影響干熄焦鍋爐蒸發量的主要原因

1.4.1 排焦溫度不均造成熱量的損失

紅焦在干熄爐的均勻冷卻取決于，焦爐生產操作的穩定性，在焦罐車內的均勻分布和裝入裝置布料器的良好狀態。但由于焦爐需要圍繞2200m3高爐的需求，多次改變結焦時間，并且受到配煤成分的波動，個別情況下會存在焦炭顆粒不均，爐頭焦炭偏生的問題。焦罐車受到焦爐高度和焦方空間的影響，只能使用方形焦罐。而由于罐體方形式的罐接熱時焦罐的整個罐體占用容積和其散熱效率低，焦罐罐體重量大，而且整個焦罐在接焦時由于罐體黑色焦和紅焦在整個罐體方形罐的整個焦罐邊緣孔隙裂紋中的受熱溫度變化分布非常容易偏析、溫度不均勻而容易受熱導致整個焦罐孔隙熱應力十分集中和導致焦罐孔隙裂紋發生程度大大增加，由于布料不均，區域顆粒較大的部分無法充分冷卻，進而造成排焦溫度偏高，是造成熱量損失的一個重要因素。

1.4.2 氣料比的大小對蒸發量的影響

在一定條件下與氣料比是正比關系，隨著循環風量的提高而增加。但氣料比的增加，不僅循環風機的能耗增加，鍋爐入口溫度的降低和波動，也將影響鍋爐主蒸汽溫度，降低蒸汽熱焓和熱效率。尤其是運焦檢修時間，需要停止排焦，循環風量如果不盡快調整降低，鍋爐入口溫度將會快速下降，對鍋爐蒸發量和蒸汽溫度帶來很大的影響。對循環風量與鍋爐蒸發量的關系進行了數據統計。氣料比增加超過一定數值后，蒸汽蒸發量并不能顯著升高，蒸汽壓力卻有顯著下降。

1.4.3 控制系統沖氮時量

如果想鍋爐系統當中沖入氮氣，不僅可以補充系統內的新氣體，同時也可以降低鍋爐系統中循環氣體的含量。不過這樣也會造成一定的危害，主要是因為氮氣的沖入會增加鍋爐系統的不穩定性，從而影響到鍋爐系統內部的氣壓，進而會導致壓力調節閥失靈。除此之外，沖入氮氣也有可能的使得鍋爐系統溫度降低，進而使得干熄焦鍋爐系統的蒸汽量降低。

2 常用汽包液位測量液位計

鍋爐在蒸汽包中的水位變化是保證鍋爐安全正常運行的一個重要質量參數，特別重要是對高質量參數、大容量的大型鍋爐，隨時準確性地監視著蒸汽包鍋爐水位的發生變化就非常重要。如果水位內的溫度太大過低，將來還可能會直接漏水引起設備管內冷壁水循環的溫度嚴重破壞，使得管內熱水管和管內冷壁供水管道的溫度過大超溫直接發生管內過熱，嚴重破壞造成管內缺水時，還很容易有可能直接漏水造成更嚴重的水冷供熱設備管內過熱系統損壞或者漏水等等事故。因此鍋爐需要同時加強對汽包鍋爐專用水位的自動檢測監視和實時自動調整至關重要。因此每臺新型汽包鍋燒燃料專用鍋爐水箱專用鍋上應至少同時分別配置兩只彼此獨立的就地的可遠傳監測汽包燃料鍋爐專用水位自動測量計和兩只獨立的可遠傳就地監測汽包燃料鍋爐專用水位自動測量計，一般新型汽包燃料鍋爐水箱專用新型汽包鍋燒燃料鍋爐水位測量計的位置波動幅度范圍一般要求不能盡可能大于超過±30mm～50mm的水位波動幅度范圍，以有效率地防止惡性事故的再次發生。因此相對比如:新型汽包燃料鍋爐水箱專用新型汽包滿爐專用缺水滿鍋燃燒逃生事故和新型汽包燃料鍋爐水箱專用新型汽包鍋爐水箱專用缺水滿爐燃燒逃生事故。因此在每臺汽包燃料鍋爐上往往通常會分別安裝有一套不同需要測量水位型式的專用汽包鍋爐水位自動測量計，它可以是用來實時自動監視每個新型汽包燃料鍋爐專用水位測量計的波動變化及其波動范圍情況，并在鍋爐發現每個汽包燃料鍋爐專用水位計的波動范圍超過規定上限時立刻停爐進行自動中止報警，甚至可以是在鍋爐達到國家規定中止連鎖停爐時間的中止動作之后中止立即停爐。下面我們簡單介紹幾種常用和見到的新型汽包燃料鍋爐專用液位計和日常測量時使用的汽包液位計。

鍋爐針對汽包油箱水位自動調節和汽包水位補償保護的控制信號系統應直接采用來自有針對壓力、溫度水位補償的差分電壓式汽包水位調節表的控制信號。也就是說針對汽包鍋爐水位調節保護的控制信號系統應采用來自差分電壓式的變送器，嚴禁從就地汽包水位控制表上面讀取信號。

2.1 雙色液位計

采用光學連通器反射原理設計制成，通過這種光學反射原理所觀測顯示的雙色鍋爐氣位水汽部分都完全是有色的，汽包則呈綠或紅色，水汽則呈黃或綠色。這種鍋爐水位溫度計只是屬于家用鍋爐的一種附屬觀測設備，就地進行安裝。直接使用觀測鍋爐水位，氣位火滿全紅，水滿全綠，隨鍋爐水位計的變化自動而連續。現在一般鍋爐采用彩色工業電視進行監視，現場監控攝像頭由于受室外光線溫度變化等的影響而使水位計的顯示更加模糊不清，另外由于雙色水位溫度計內部處于雙色汽包上，環境供水溫度高，使用該水位溫度計的鍋爐照明時間維護量和工作量明顯有所增加。

2.2 雙室平衡容器

是將兩個平衡好的容器內部分成相互獨立的兩個溢流室，即主排氣室和高壓溢流室，溢流室通過疏管排水管道連接至一個下降排水管（≥10m），該疏管與水管連接是必須的。其不僅不但可以將管內過量的蒸汽冷凝回流水直接通過疏通下水管自動排走，而且通過不間斷的大量蒸汽冷凝、溢出回流水自動循環至平衡下降疏水管，使平衡鍋爐容器與管內水互相連通并使下降疏水管的額定溢流溫度基本上均可以達到等于平衡鍋爐內蒸汽包內的大量蒸汽水飽和蒸汽溢出回流水的額定溢流溫度，故大大幅度減小了平衡鍋爐汽包溫差，保證了平衡鍋爐汽包水位的精確測量性和準確性。

2.3 連通器+導波雷達液位計

其底部同時發射的兩個回波桿和電磁脈沖發射信號主要是沿著其底部兩個導波桿發射方向進行傳播，并且同時的它還有底部兩個回波自動探測器的自動功能，可以根據底部兩個不同回波桿的發射信號對兩個需要同時測量的回波數值分別進行實時加以自動化和修正，使需要測量到的信號更為穩定準確，特別是在整個鍋爐之間汽包內的液體水位劇烈發生波動或者變化時它更是能夠實時自動性地提供準確需要測量的數值，余熱爐和整個鍋爐同時自動進行的鍋爐水包內溫度自動調節和水控制閥加熱系統使它能夠準確性地對其做出自動調溫反應，使得整個家用余熱爐和整個鍋爐之間汽包內的水位劇烈變化可以實現實時的和自動控制。

3 鍋爐汽包液位的控制方案

3.1 基本設想

為有效消除鍋爐負荷溫度變化時易出現虛假沖量液位的不良影響，鍋爐沖量液位調節控制系統可選擇采用三段式沖量液位調節控制系統，即在調節系統中除了被調量外，引入2個輔助沖量。鍋爐虛假汽包給料水位三進一沖量自動調節系統是以虛假汽包鍋爐水位流量為被動可調量，給料進水量為直接調節影響量，主要直接干擾影響量分別為鍋爐蒸汽給水流量和鍋爐給水蒸汽流量的自動變化。通過汽包鍋爐水位三進一沖量自動調節控制系統設計可以有效避免虛假汽包水位的直接影響，克服鍋爐蒸汽給水負荷量的變化及鍋爐給水蒸汽流量發生波動時所產生的直接干擾。系統采用單回路前饋或串級前饋調節。沖量是指調節器接受的被調節量的信號，防止虛假水位導致調節器產生錯誤調節，提前消除蒸汽對液位的干擾。通過控制汽包流體液位給水三沖量控制給壓供水回路調節控制系統在汽包液位給水主機和調節給水回路中分別輸入汽包蒸汽液體流量和輸入給水液體流量兩種變量，可實現擾動的部分補償，有效消除系統干擾。

3.2 調節控制方法

主蒸汽負荷小時，可以手動直接調節給水閥門開度，穩定汽包水位控制，或單沖量調節，使汽包水位維持在汽水分界面。當給水負荷不斷增加時，為防止出現對擾動汽包給料水位的不良影響，可以采用串行單級三沖量自動控制，2個主動調節器工作任務不同，參數自動整定相對獨立。副動主調節器的基本作用主要是控制當擾動給料進水發生擾動時，迅速進行動作改變使給料進水量自動保持恒定不變；當擾動蒸汽給水流量發生擾動時，迅速動作改變給料進水量，保持擾動給料進水和擾動蒸汽平衡，對不變蒸汽給水流量自動按“靜態配比”方式進行參數整定。

主動副調節器的工作任務主要是自動校正汽包水位，這比單級串行三沖量自動控制給水系統更為合理。主調節器測控的變量為主變量（主被控參數），即汽包水位工藝控制的主過程控制回路。副回路調節器件所測控的回路變量被系統稱為主動副回路受控變量（副調節回路變量被控系統變量中的參數），即為為了能夠穩定控制主被動受控回路變量而直接通過引入使用諸如發電蒸汽或水蒸氣的電流量、水流量等參數作為系統輔助控制變量的副調節回路及其過程波動促使控制系統工作的副回路。負荷影響干擾中的擾動主要包括一次性的負荷干響擾動和二次性的負荷干響擾動。

一次電機負荷短路擾動一般來說是認為只能直接作用在整個電機主副兩回路主動被控制和控制驅動過程上的，而不僅是只能作用包括在整個主主副副兩回路被動控制過程范圍內的一次負荷短路擾動。二次過載負荷電流擾動一般來說是認為只能直接作用在副副雙回路主動被控制和控制驅動過程上的，即使它只能作用包括在一個主主副副雙回路被動控制過程范圍內的二次負荷擾動。

串行單級和副回路溫度調節控制技術主要能利于不斷改善系統控制工作過程的二次系統負荷動態控制工作特性，提高系統管理員和系統控制器的工作運行質量，克服直接控制進入系統主控路和副回路的二次系統負荷溫度擾動，提高系統的正?？刂乒ぷ黝l率，對系統二次負荷溫度波動頻率變化的動態控制性和適應性較強。

并行器主控可根據實際中的工作管理情況分別分為采用主機過程控制主控和副機并行回路副控等兩種方式分開控制回路工作控制器的工作控理方式，主控回路工作控制方式主要的就是直接分割切除控制主控部件副回路，以副機主控的控制被控驅動部件系統變量直接切除作為回路控制鎖定被控驅動部件系統變量的單回路控制并行回路可以進行過程控制；副機主控回路工作控制方式主要的就是直接分割切除控制被控部件主控的回路，以副控的控制被控驅動部件系統變量直接切除作為回路控制鎖定被控驅動部件系統變量的單回路控制并行回路可以進行過程控制。

因此，在采用主控部件串行單級設備回路自動控制系統管理軟件系統進行設備正常運行以及生產的全過程中，如果一個主控控制部件串行設備回路發生單級回路控制故障，可靈活地對其回路進行單級回路控制切換，減少對系統設備運行生產以及運行的全過程的直接回路影響。

3.3 DCS調節控制。

現場自動控制過程回路中有時可能會因為出現過程擾動的強制性變化而引起現場控制過程值的反向跳變，要有效消除這個過程擾動，會直接使得過程調節器的時間變得過長或速度過慢，這時就可能需要人為的干預進行手動干預。除了為在應用程序上有效解決過程調節器手動與自動的反向切換過程擾動，pid運算控制器對此分別設置了pid.swm置0或1，0指手動控制，1為負的pid運算參與手動調節，也可說就是“自動”與“手動”的反向切換。

pid控制運算不被參與執行時為手動控制方式，pid控制運算不被參與手動控制時為自動控制方式。從0到1的正反向跳變時，使整個pid從手動控制方式中的無任何擾動不斷地進行切換返回到自動控制方式，為了同時能保證使整個切換過程無任何擾動，pid運算會再次置值將過程變量值中的pv=給予恒定值中的sp，在未人為干預改變值的sp值之前，sp前值保持恒定，然后再次置值將過程輸入變量賦予前值前值pvn-1=并將過程輸出變量賦予現值前值pvn；如果相反向的切換，則會使pid運算停止控制工作，系統此時會將過程輸出的前值outn-1賦予前值outn，并繼續保持前值out不變，sp的前值通過跟蹤變為pv值。