鍋爐汽包液位檢測與控制

1、自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用年第卷第期經(jīng)驗(yàn)交流Technical Communications鍋爐汽包液位檢測與控制馬琴，馬玉玲，孫元帥，王曉云（萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部，山東萊蕪）摘要：本文作者結(jié)合多年鍋爐調(diào)試與維護(hù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了鍋爐汽包液位的測量原理和汽包液位三沖量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程。關(guān)鍵詞：汽包液位；三沖量；自動(dòng)調(diào)節(jié)中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（）Control of the Boiler LevelMA Qin, MA Yu-ling, SUN Yuan-shuai, WANG Xiao-yun( Automation Section, Laiwu Iron & Steel G

2、roup, Laiwu 271104 China Abstract: This paper discusses the measurement of the boiler level and presents a three-impulse level regulation system for theboiler.Key words: boiler level; three-impulse regulation; automatic regulation引言在冶金企業(yè)中，鍋爐是應(yīng)用廣泛的熱力設(shè)備，而鍋爐汽包中液位的高低，將直接影響到蒸汽的質(zhì)量與鍋爐的熱效率及設(shè)備的安全運(yùn)行，因此要時(shí)刻掌握鍋爐

3、汽包的液位情況，研究汽包液位的檢測原理，保證儀表檢測裝置的檢測精度是非常有必要的。同時(shí)，鍋爐汽包的液位，不允許超出規(guī)定的限度，否則將威脅生產(chǎn)的安全，為了實(shí)現(xiàn)控制的要求，可以有兩種方式，一是人工控制，二是自動(dòng)控制。人工控制主要是憑經(jīng)驗(yàn)用人工去控制生產(chǎn)過程，生產(chǎn)過程的關(guān)鍵參數(shù)靠人工觀察，生產(chǎn)過程的操作也靠人工去執(zhí)行，因此人工控制僅適用于工藝簡單且控制要求不高的場合。自動(dòng)控制是以汽包液位為主被控變量，以給水流量為副被控變量，以鍋爐蒸汽負(fù)荷為前饋擾動(dòng)量構(gòu)成一個(gè)串級(jí)加前饋的三沖量閉環(huán)控制系統(tǒng)。鍋爐生產(chǎn)蒸汽的簡單過程是：把水加熱產(chǎn)生蒸汽，并使蒸汽達(dá)到一定的溫度和壓力，然后送到蒸汽管網(wǎng)中去。為了縮短產(chǎn)汽時(shí)間

4、，一般不向鍋爐中提供冷水，而是將冷水經(jīng)過一級(jí)省煤器和二級(jí)省煤器的預(yù)熱，然后送入汽包和水冷壁；另外，為了提高蒸汽質(zhì)量，從汽包中出來的蒸汽不是直接送入蒸汽管網(wǎng)，而是經(jīng)過一級(jí)過熱器、減溫器和二級(jí)過熱器調(diào)整到工藝要求的溫度，然后送入蒸汽管網(wǎng)。汽包是水、汽分離的地方，蒸汽由汽包上部引出，一般汽包中的水要保持在一半的地方。汽包中的液面比較復(fù)雜，它不象一般的靜止液面，而是汽、水混合在一起的沸騰狀態(tài)，同時(shí)還具有一定的壓力，由此可見，這種狀態(tài)下的液面，液位的精確測量由一定的困難。差壓法測液位汽包液位有多種測量方法，其中雙室平衡容器差壓變送器測量液位是比較常用的，這種測量方式比較復(fù)雜，測量精確度比較高，在萊鋼鍋爐

5、上應(yīng)用非常廣泛。汽包液位檢測工藝簡介收稿日期：86 | T echniques of Automation & Applications雙室平衡容器結(jié)構(gòu)雙室平衡容器的結(jié)構(gòu)圖見圖，其中測量筒分別與經(jīng)驗(yàn)交流Technical Communications自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用年第卷第期汽包上部和下部接通，上部引入蒸汽，遇冷蒸汽溫度下降不斷冷凝，冷凝水流入冷凝臺(tái)進(jìn)入管（管是充滿液體的），管與汽包下部液體連通，直接反映汽包內(nèi)液面的高度，平衡容器與汽包的連接方式見圖所示。從上述公式可以看出，當(dāng)汽包液位時(shí)，差壓變送器就有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)輸出，不能正確反映液位的高低，但是，當(dāng)差壓變送器安裝位置固定后，

6、將是一個(gè)定值，可以采用變送器負(fù)遷移，調(diào)整變送器儀表內(nèi)部零點(diǎn)，消除作用力。差壓變送器負(fù)遷移后，當(dāng)液位從最低液位變化到最高液位時(shí)，差壓變送器輸出電流對(duì)應(yīng)為，可以直接反映汽包液位的實(shí)際值。汽包液位調(diào)節(jié)被控過程分析鍋爐汽包液位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，汽包液位是主被調(diào)參數(shù)，液位過高會(huì)影響汽包中的汽、水分離，容易產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，導(dǎo)致過熱器管壁結(jié)垢并損壞，使過熱蒸汽的溫度嚴(yán)重下降，如以此過熱蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī)，則將因蒸汽帶液損壞汽輪機(jī)的葉片，造成運(yùn)行安全事故。液位過低，則由于汽包容積太小，并且橫截面積中間大，上下小，當(dāng)液位偏離給定值往上或往下變化時(shí)，變化越來越快，是一個(gè)加速式的變化，由于有了這種變化，當(dāng)液位降低時(shí)，則

7、干的塊，升高時(shí)，則滿的快，而負(fù)荷很大時(shí)， 水的汽化速度很快， 如不及時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)水量， 汽包中的水會(huì)全部汽化， 從而導(dǎo)致水冷壁燒壞， 甚至引 起爆炸， 產(chǎn)生設(shè)備事故。 決定汽包液位的除了汽包中儲(chǔ)水量的多少外，也與液位下汽泡容積有關(guān)。而液位下汽泡容積與鍋爐的負(fù)荷、蒸汽壓力、爐膛熱負(fù)荷等有關(guān)。在影響汽包液位的諸多因素中，以鍋爐蒸發(fā)量和給水流量為主。圖 雙室平衡容器的結(jié)構(gòu)圖汽包液位在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性圖汽包與平衡容器連接圖測量原理如圖所示，假設(shè)汽包液位為，管中充滿的液體高度為，差壓變送器正壓室壓力，差壓變送器正壓室壓力，差壓為則： （ ） 圖給水流量作用下汽包液位階躍響應(yīng)曲線由于給水溫度要比汽包內(nèi)

8、飽和水的溫度低，所以給水流量增加后，需要從原有飽和水中吸取部分熱量，使液位下汽泡容積減少。當(dāng)液位下汽泡容積的變化過程Techniques of Automation & Applications | 87自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用年第卷第期經(jīng)驗(yàn)交流Technical Communications逐漸平衡時(shí)，液位將因汽包中儲(chǔ)水量的增加而上升。最后當(dāng)液位下汽泡容積不再變化時(shí)，液位變化就完全反映了因儲(chǔ)水量的增加而直線上升。圖反映了在給水流量作用下液位變化的階躍響應(yīng)曲線，圖中線是液位的實(shí)際變化曲線。在給水量作階躍變化后，汽包液位不是馬上增加，而呈現(xiàn)一段起始慣性段。汽包液位在蒸汽流量作用下的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)蒸汽

9、流量突然增加，在燃料量不變的情況下，從鍋爐的物料平衡關(guān)系來看，蒸汽量大于給水量，液位應(yīng)如圖所示曲線。但實(shí)際情況并非如此，由于蒸汽用量突然增加，瞬間必導(dǎo)致汽包壓力的下降。汽包內(nèi)水沸騰突然加劇，產(chǎn)生閃蒸，水中汽泡迅速增加，因汽泡容積增加，而使液位變化的曲線如圖中的。而實(shí)際顯示的液位響應(yīng)曲線為與的疊加，即。在穩(wěn)定狀態(tài)下，液位調(diào)節(jié)信號(hào)等于液位調(diào)節(jié)器的輸出、蒸汽流量和進(jìn)水量三個(gè)信號(hào)相加，去控制給水執(zhí)行器動(dòng)作，即：式中：為加法器的輸出電信號(hào)為液位調(diào)節(jié)器的輸出為給水變送器的輸出為蒸汽流量變送器的輸出為加法器的可變常數(shù)如果在某一時(shí)刻，蒸汽用量突然增加， 在蒸汽流量 變送器的輸出信號(hào) 相應(yīng)增加，則加法器的輸出信

10、號(hào)減 小，調(diào)節(jié)閥開大，加大進(jìn)水量，使鍋爐液位穩(wěn)定。另一方 面，蒸汽量的增加，反而與虛假液位作用的結(jié)果抵消，最 終的結(jié)果是使加法器的輸出信號(hào)變化不大，保持恒定的 液位。當(dāng)蒸汽負(fù)荷變化不大時(shí)， 由于給水壓力變化， 在 同樣調(diào)節(jié)閥開度下，將會(huì)影響進(jìn)水量，導(dǎo)致液位下降，由 圖三沖量控制流程圖圖 蒸汽流量作用下汽包液位階躍響應(yīng)曲線從圖中可以看出，當(dāng)蒸汽用量加大時(shí)，雖然鍋爐的給水量小于蒸發(fā)量，但在一開始，液位不僅不下降反而迅速上升，然后再下降（反之，蒸汽流量突然減小時(shí)，則液位先下降，然后上升）。這種現(xiàn)象稱為“虛假液位”。虛假液位的變化大小與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量等有關(guān)。對(duì)于 的中壓鍋爐，當(dāng)負(fù)荷變化 時(shí)，虛

11、假液位 可達(dá) 。虛假液位現(xiàn)象屬于反向特性，給控制帶 來一定困難。 于水量、液位調(diào)節(jié)器均為正值，最終使加法器的輸出減小，直至液位等于給定值為止。鍋爐液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引入給水量、蒸汽量兩個(gè)參數(shù)，消除了“假液位”所導(dǎo)致的不良后果，而且還可以根據(jù)干擾的作用提前作用，其實(shí)質(zhì)使前饋?zhàn)饔眉臃答佔(zhàn)饔玫恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)。串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)三沖量調(diào)節(jié) 為了解決“虛假液位”現(xiàn)象，我們將主蒸汽流量、 給 水流量引入調(diào)節(jié)系統(tǒng)中， 將這三個(gè)信號(hào)疊加后， 輸出調(diào) 節(jié)信號(hào)控制給水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作， 從而構(gòu)成三沖量調(diào)節(jié)系 統(tǒng)，如圖所示。圖串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖88 | T echniques of Automation & Applica

12、tions經(jīng)驗(yàn)交流Technical Communications自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用年第卷第期在三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，液位調(diào)節(jié)器的輸出為蒸汽、給水量綜合信號(hào)，該信號(hào)作為副調(diào)節(jié)器的給定值，調(diào)節(jié)汽包液位，圖所示為串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖。）將副控制器比例度放，積分時(shí)間放最長，微分放最小，然后按照：衰減比整定主環(huán)，找出主變量出現(xiàn)： 振蕩過程時(shí)的比例度 及振蕩周期 。）通過差表法，求得主、副控制器的參數(shù)，按照參數(shù)調(diào)整控制器，進(jìn)行仿真試驗(yàn)。串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)參數(shù)整定在參數(shù)整定時(shí)先整定副環(huán)后整定主環(huán)，具體步驟如下：表控制參數(shù)整定表結(jié)束語通過研究鍋爐汽包液位的檢測，實(shí)現(xiàn)了液位信號(hào)的精確檢測和自動(dòng)調(diào)節(jié)。參考文獻(xiàn)：翁維勤，

13、周慶海過程控制系統(tǒng)及工程北京：化學(xué)工）在主、副環(huán)路閉合的情況下，將主控制器比例度放，積分時(shí)間放最長，微分放最小，然后按照：衰減比整定副環(huán)，找出副變量出現(xiàn)：振蕩過程時(shí)的比例度及振蕩周期。（上接第頁）一致。采用方案二時(shí)如果沒有增加新的模塊則只需要修改通信參數(shù)，如增加地址等就可以滿足系統(tǒng)通信要求。如果增加了新的模塊則需為該模塊編制程序。其軟件結(jié)構(gòu)如圖所示。業(yè)出版社作者簡介：馬琴（），女，工程師，主要從事：自動(dòng)化控制工作。西門子控制器在貴廣回直流輸電工程中作為的應(yīng)用比較成功。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，且擴(kuò)展性強(qiáng)，能較好地滿足日后對(duì)直流輸電系統(tǒng)的更高要求。本文以興仁換流站為例，對(duì)系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行了介紹。并根據(jù)南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展前景，探討了控制器在換流站區(qū)域控制中心建設(shè)中的應(yīng)用。希望本文在直流輸電系統(tǒng)的日常運(yùn)行維護(hù)管理和以后功能擴(kuò)展方面發(fā)揮一些參考作用。參考文獻(xiàn)：浙江大學(xué)直流輸電科研組直流輸電電力工業(yè)出版社貴廣回直流系統(tǒng)信息手冊