1.為什么要做好汽包液位控制

    鍋爐生產(chǎn)運行過程中的一個重要工藝指標就是汽包液位，做好汽包液位控制是有效保障鍋爐運行安全的基本前提之一，然而受運行環(huán)境、參數(shù)等因素影響，汽包液位經(jīng)常會出現(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，導致飽和蒸汽過多的帶水，進而出現(xiàn)蒸汽溫度降低的問題，嚴重影響蒸汽溫度和質量，甚至造成鍋爐設備出現(xiàn)過熱器結垢或者汽輪機葉片損壞的后果；而過低的液位不僅可造成水蒸氣失衡，嚴重的話會導致鍋爐燒干直接損壞設備。因此，在鍋爐運行過程中確保汽包液位處于良好的穩(wěn)定狀態(tài)至關重要。

2.三沖量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)應用

(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)生影響進而造成汽包液位出現(xiàn)變化；而蒸汽流量會因為水位變化造成嚴重的“虛假液位”現(xiàn)象，虛假液位是鍋爐運行時不真實的液位。產(chǎn)生虛假液位的原因主要有以下三個方面：①如果汽包內(nèi)的壓力出現(xiàn)突然降低時，爐水的飽和溫度就會出現(xiàn)明顯下降的現(xiàn)象，直到和較低壓力時的飽和溫度相當，這時候爐水為了完成蒸發(fā)就會釋放大量的熱量，這樣就會出現(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)迅速上升的時候，這時的蒸汽飽和溫度就會迅速提高，這就需要大量的熱量來進行爐水加熱，導致進行爐水蒸發(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，這時候液位就會出現(xiàn)快速下降，形成虛假液位。③當鍋爐內(nèi)熱負荷增加或驟減時，水的比容將增大或減小，也會形成虛假液位。鍋爐負荷突變、滅火、燃燒不穩(wěn)時，都會產(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荷出現(xiàn)急劇變化時，“虛假液位”的問題就會發(fā)生，這時候的調(diào)節(jié)器會錯誤的認為汽包液位升高了而對供水閥門進行關小的操作，從而導致出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故。而在單沖量控制的基礎上加上一個蒸汽沖量信號就是雙沖量控制系統(tǒng)，應對“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會導致雙沖量控制系統(tǒng)無法克服給水量波動的影響�？梢钥闯�，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)的基礎上再增加一個給水流量參數(shù)，這時進行液位調(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個信號，經(jīng)過一定運算后，共同控制一個調(diào)節(jié)閥，是一個前饋控制+串級控制的系統(tǒng)。所謂“沖量”實質上就是“變量”，是指引入控制系統(tǒng)的測量信號。其中主要變量是汽包液位信號，這是關鍵和指標參數(shù)；而蒸汽流量和給水流量信號一個是干擾，一個是副變量，都是為了克服因“虛假液位”現(xiàn)象防止進行誤操作而引入控制系統(tǒng)的參數(shù)。

(4) 三沖量控制的實現(xiàn)過程

    狀態(tài)穩(wěn)定的情況下，測量液位的信號是定值，這時的給水流量、蒸汽流量和液位調(diào)節(jié)器輸出三個信號，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)。設計K2I2=K3I3時I0正是調(diào)節(jié)閥處于正常開度所需的電流信號。

    假定在某時刻，蒸汽負荷突然增加，蒸汽流量變送器的輸出電流I2相應增加，加法器的輸出電流I0就減少，給水調(diào)節(jié)閥會開大。但是這時虛假液位如果同時出現(xiàn)的話，液位調(diào)節(jié)器輸出電流I1將增大。由于進入加法器的兩個信號相反，蒸汽流量變送器的輸出電流I2會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，它與蒸汽流量信號變化的方向相反，因此加法器的輸出電流I0減小，此時意味著增加給水量，以適應新的負荷需要并補充液位的不足。調(diào)節(jié)過程進行到液面重新穩(wěn)定在給定值，給水量和蒸發(fā)量達到新的平衡為止。

    如果蒸汽負荷參數(shù)保持不變，給水量本身因壓力波動出現(xiàn)變化時，這時加法器輸出會變化，通過對閥門開度調(diào)節(jié)，直至給水量恢復到所需的數(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信號參數(shù)對于給水閥控制的精準性影響明顯，汽包液位波動明顯減少，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)閥為氣關閥。當水位由于擾動而升高時，因LC反作用，它的輸出下降，進入加法器后，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，保持在設定值上；當蒸汽流量增加，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。

3.結語

    做好汽包液位的控制是確保鍋爐穩(wěn)定運行的重要保證。然而在具體生產(chǎn)運行過程中，汽包內(nèi)平衡狀態(tài)受蒸汽負荷波動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，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)應用驗證控制效果極佳。

 

 

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