1.為什么要做好汽包液位控制

    鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行過程中的一個(gè)重要工藝指標(biāo)就是汽包液位，做好汽包液位控制是有效保障鍋爐運(yùn)行安全的基本前提之一，然而受運(yùn)行環(huán)境、參數(shù)等因素影響，汽包液位經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)液位過高或者過低的問題，而過高或者過低的液位對鍋爐的運(yùn)行安全都是極為不利，具體來說就是過高的液位直接對汽水分離造成影響，導(dǎo)致飽和蒸汽過多的帶水，進(jìn)而出現(xiàn)蒸汽溫度降低的問題，嚴(yán)重影響蒸汽溫度和質(zhì)量，甚至造成鍋爐設(shè)備出現(xiàn)過熱器結(jié)垢或者汽輪機(jī)葉片損壞的后果；而過低的液位不僅可造成水蒸氣失衡，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致鍋爐燒干直接損壞設(shè)備。因此，在鍋爐運(yùn)行過程中確保汽包液位處于良好的穩(wěn)定狀態(tài)至關(guān)重要。

2.三沖量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)應(yīng)用

(1) 影響汽包液位的因素

    分析發(fā)現(xiàn)對汽包液位的穩(wěn)定產(chǎn)生影響的主要有給水流量和蒸汽流量兩個(gè)方面的因素，具體影響就是給水流量由于水溫和壓力的變化對水流量產(chǎn)生影響進(jìn)而造成汽包液位出現(xiàn)變化；而蒸汽流量會(huì)因?yàn)樗蛔兓斐蓢?yán)重的“虛假液位”現(xiàn)象，虛假液位是鍋爐運(yùn)行時(shí)不真實(shí)的液位。產(chǎn)生虛假液位的原因主要有以下三個(gè)方面：①如果汽包內(nèi)的壓力出現(xiàn)突然降低時(shí)，爐水的飽和溫度就會(huì)出現(xiàn)明顯下降的現(xiàn)象，直到和較低壓力時(shí)的飽和溫度相當(dāng)，這時(shí)候爐水為了完成蒸發(fā)就會(huì)釋放大量的熱量，這樣就會(huì)出現(xiàn)爐水內(nèi)汽包增加，汽水混合物體積膨脹，促使快速上升液位的問題，進(jìn)而形成虛假液位。②而如果汽包內(nèi)壓力出現(xiàn)迅速上升的時(shí)候，這時(shí)的蒸汽飽和溫度就會(huì)迅速提高，這就需要大量的熱量來進(jìn)行爐水加熱，導(dǎo)致進(jìn)行爐水蒸發(fā)所需的熱量明顯減少，出現(xiàn)爐水中汽泡量迅速減少，汽水混合物體積明顯收縮的問題，這時(shí)候液位就會(huì)出現(xiàn)快速下降，形成虛假液位。③當(dāng)鍋爐內(nèi)熱負(fù)荷增加或驟減時(shí)，水的比容將增大或減小，也會(huì)形成虛假液位。鍋爐負(fù)荷突變、滅火、燃燒不穩(wěn)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生虛假液位。

(2) 為什 么 選擇三沖量控制

    單沖量、雙沖量和三沖量控制是當(dāng)前確保鍋爐汽包液位穩(wěn)定的三種主要調(diào)節(jié)方案，這三種方案中單沖量調(diào)節(jié)方案較簡單，但是存在的問題就是一旦負(fù)荷出現(xiàn)急劇變化時(shí)，“虛假液位”的問題就會(huì)發(fā)生，這時(shí)候的調(diào)節(jié)器會(huì)錯(cuò)誤的認(rèn)為汽包液位升高了而對供水閥門進(jìn)行關(guān)小的操作，從而導(dǎo)致出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故。而在單沖量控制的基礎(chǔ)上加上一個(gè)蒸汽沖量信號(hào)就是雙沖量控制系統(tǒng)，應(yīng)對“虛假液位”問題是其主要的目的。然而雙沖量控制存在的一個(gè)問題就是給水壓力參數(shù)自身的影響，給水壓力自身的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致雙沖量控制系統(tǒng)無法克服給水量波動(dòng)的影響。可以看出，單、雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)都無法滿足汽包液位的正常調(diào)節(jié)。這時(shí)候具有明顯優(yōu)勢的三沖量液位控制系統(tǒng)就有效規(guī)避了單、雙沖量控制系統(tǒng)存在的缺陷，三沖量控制系統(tǒng)是在上述兩類控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)給水流量參數(shù)，這時(shí)進(jìn)行液位調(diào)節(jié)控制的就有汽包液位、蒸汽流量、給水流量三個(gè)參數(shù)共同作用。

(3) 三沖量控制的定義

    三沖量控制主要是指鍋爐汽包液位控制中，分別引入汽包液位、蒸汽流量和給水流量3個(gè)信號(hào)，經(jīng)過一定運(yùn)算后，共同控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，是一個(gè)前饋控制+串級(jí)控制的系統(tǒng)。所謂“沖量”實(shí)質(zhì)上就是“變量”，是指引入控制系統(tǒng)的測量信號(hào)。其中主要變量是汽包液位信號(hào)，這是關(guān)鍵和指標(biāo)參數(shù)；而蒸汽流量和給水流量信號(hào)一個(gè)是干擾，一個(gè)是副變量，都是為了克服因“虛假液位”現(xiàn)象防止進(jìn)行誤操作而引入控制系統(tǒng)的參數(shù)。

(4) 三沖量控制的實(shí)現(xiàn)過程

    狀態(tài)穩(wěn)定的情況下，測量液位的信號(hào)是定值，這時(shí)的給水流量、蒸汽流量和液位調(diào)節(jié)器輸出三個(gè)信號(hào)，通過加法器和流量控制器后得到的輸出電流為：I0=K1I1-K2I2+K3I3，式中I1為液位調(diào)節(jié)器的輸出電流；I2為蒸汽流量變送器的電流；I3為給水流量變送器的電流；K1、K2、K3分別為加法器各通道的衰減系數(shù)。設(shè)計(jì)K2I2=K3I3時(shí)I0正是調(diào)節(jié)閥處于正常開度所需的電流信號(hào)。

    假定在某時(shí)刻，蒸汽負(fù)荷突然增加，蒸汽流量變送器的輸出電流I2相應(yīng)增加，加法器的輸出電流I0就減少，給水調(diào)節(jié)閥會(huì)開大。但是這時(shí)虛假液位如果同時(shí)出現(xiàn)的話，液位調(diào)節(jié)器輸出電流I1將增大。由于進(jìn)入加法器的兩個(gè)信號(hào)相反，蒸汽流量變送器的輸出電流I2會(huì)抵消一部分虛假液位輸出電流I1。因此就局部或全部克服了虛假液位的影響。

    待假液位過去后，水位開始下降，液位調(diào)節(jié)器輸出電流I0開始減小，此時(shí)，它與蒸汽流量信號(hào)變化的方向相反，因此加法器的輸出電流I0減小，此時(shí)意味著增加給水量，以適應(yīng)新的負(fù)荷需要并補(bǔ)充液位的不足。調(diào)節(jié)過程進(jìn)行到液面重新穩(wěn)定在給定值，給水量和蒸發(fā)量達(dá)到新的平衡為止。

    如果蒸汽負(fù)荷參數(shù)保持不變，給水量本身因壓力波動(dòng)出現(xiàn)變化時(shí)，這時(shí)加法器輸出會(huì)變化，通過對閥門開度調(diào)節(jié)，直至給水量恢復(fù)到所需的數(shù)值為止。起有效超前控制作用的蒸汽流量和給水流量兩個(gè)信號(hào)參數(shù)對于給水閥控制的精準(zhǔn)性影響明顯，汽包液位波動(dòng)明顯減少，有效克服了“虛假液位”問題的影響。

(5) 三沖量控制的調(diào)節(jié)過程

    如圖1所示，液位控制器LC選反作用，流量控制器FC為正作用，調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥。當(dāng)水位由于擾動(dòng)而升高時(shí)，因LC反作用，它的輸出下降，進(jìn)入加法器后，使FC給定值減小而測量值不變，因此輸出增加，調(diào)節(jié)閥的開度減小，給水流量減小，水位下降，保持在設(shè)定值上；當(dāng)蒸汽流量增加，F(xiàn)C給定值增加而輸出減小，調(diào)節(jié)閥的開度增加，給水流量增加，保持水蒸汽平衡，使水位不發(fā)生大的波動(dòng)。

3.結(jié)語

    做好汽包液位的控制是確保鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。然而在具體生產(chǎn)運(yùn)行過程中，汽包內(nèi)平衡狀態(tài)受蒸汽負(fù)荷波動(dòng)和給水流量變化影響容易出現(xiàn)失衡，尤其是易出現(xiàn)“虛假液位”問題，因此，為提高控制品質(zhì)，引入了三沖量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)控制液位精度優(yōu)勢明顯，經(jīng)應(yīng)用驗(yàn)證控制效果極佳。

 

 

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