鍋爐給水自動控制系統(tǒng)研究

1、 鍋爐給水自動控制系統(tǒng)研究 【摘要】汽包水的水位對鍋爐的安全運行有著十分重要的影響，因此必須要合理對鍋爐汽包給水進行調節(jié)，確保其水位可以維持在合理范圍之內。本文主要分析了影響汽包水位的因素，并通過分析找到了產生虛假水位的原因，在此基礎上采取措施有效控制汽包水的最佳水位，不僅能夠在一定程度上降低人員的勞動強度，還能夠提升企業(yè)的經濟效益?！娟P鍵詞】給水自動控制系統(tǒng)；汽包水位；最佳水位汽包水位在很大程度上影響著鍋爐的安全運行，因此只有確保汽包水位處于合適范圍之內，才能保障鍋爐的安全有效運行。如果水位過高就會對汽水分離效果產生不利影響，從而導致管壁結垢，容易引起用汽設備故障；相反如果水位太低，則會對汽

2、水循環(huán)造成破壞，甚至可能造成鍋爐爆管的嚴重后果。鍋爐的給水自動控制系統(tǒng)的作用是一方面可以確保鍋爐水位保持在合理范圍之內，確保鍋爐的給水量能夠滿足蒸發(fā)量的需求，通常情況下鍋爐水位要保持在050mm的合理范圍之內。另一方面，能夠保持穩(wěn)定的給水量，從而確保省煤器與給水管道等可以安全有效運行。1控制要求鍋爐給水自動控制系統(tǒng)的控制要求具體如下：第一，將汽包水位維持在050mm的合理范圍之內；第二，處于超負荷運行的狀態(tài)下，給水自動控制系統(tǒng)可以調整為手動控制；第三，在鍋爐給水自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以切換成手動控制模式。2控制方案2.1原因分析導致鍋爐水位發(fā)生變化的原因多種多樣，其中最重要的原因表現(xiàn)在以下

3、幾個方面：第一，由于給水壓力變化、調節(jié)閥門開度變化而導致給水流量發(fā)生變化。第二，因為蒸汽管道阻力發(fā)生變化以及主蒸汽調節(jié)閥門的開度發(fā)生變化而導致蒸汽負荷出現(xiàn)變動。第三，由于受到各種因素的影響燃料的發(fā)熱量發(fā)生了變化。第四，系統(tǒng)受到過高壓力時會出現(xiàn)自凝結現(xiàn)象，在受到過低壓力時又會出現(xiàn)自蒸發(fā)現(xiàn)象，這都會對氣泡水位產生影響，從而會導致氣泡壓力的變化。其中前三個原因會對氣泡水位產生更為嚴重的影響，具體影響如下：首先，鍋爐給水自動控制系統(tǒng)中積水量的變化是影響汽包水位的主要原因之一，隨著給水量（以W來表示）的變化，汽包水位（以H來表示）的變動具體見下圖1：其次，汽輪發(fā)電機組負荷上發(fā)生的變化是導致蒸汽流量變化的

4、主要原因。在鍋爐負荷發(fā)生變化的情況下，汽包水位會表現(xiàn)出特殊形式的變化，如果負荷相應的增加，即便此時鍋爐給水量要比蒸汽流量小，但是最開始發(fā)生變化時汽包的水位不會立即下降而是會出現(xiàn)隨即上升的現(xiàn)象；相反，如果負荷降低汽包水位也會相應的下降。這種情況被稱作“虛假水位”現(xiàn)象。通常情況下虛假水位出現(xiàn)的時間很短，但是會在很大程度上影響調節(jié)效果。最后，燃料發(fā)熱量的變化也會對汽包水位造成一定的影響。在燃料量突然增多的情況下，鍋爐吸收的熱量也會隨之增加，從而提升蒸發(fā)強度。此時，如果不對汽機的進汽量進行調整，那么當主汽壓力提升時，蒸汽流量也會隨著增加，這就會引發(fā)虛假水位。2.2可控量與不可控因素分析在分析原因的過程

5、中我們可以發(fā)現(xiàn)，給水量變動、蒸汽負荷的變動以及鍋爐燃料發(fā)熱量的變動是對鍋爐給水自動控制系統(tǒng)產生影響的主要因素。對于熱電廠而言，蒸汽負荷的變動主要受到汽機電負荷的小大以及外界熱量的需求等各種因素的影響，變化幅度相對較大。同時，燃料量的變化主要是由物料組成等各種因素決定的，屬于外部影響因素。蒸汽負荷的變動和燃料發(fā)熱量的變動都屬于不可控因素。相對而言，給水量的變動是可以控制的，所以可以從控制給水量這一角度出發(fā)來對鍋爐給水自動控制系統(tǒng)進行調節(jié)。2.3控制方案通過以上分析，我們對以下內容進行了考慮：首先，因為給水流量發(fā)生變化之后，受到慣性的影響，汽包水位的變化會出現(xiàn)一定的延遲，如果在汽包水位已經出現(xiàn)不合

6、理狀況時才對給水流量進行調節(jié)，勢必會導致汽包水位發(fā)生大幅度的變化。其次，蒸汽負荷發(fā)生變化時會引起虛假水位現(xiàn)象。第三，因為會出現(xiàn)虛假水位，所以如果只是依據(jù)汽包的水位變化對給水流量進行調節(jié)，那么當負荷剛開始出現(xiàn)變化的時候，給水流量就會出現(xiàn)和負荷變化相反方向的變化，這就會加劇鍋爐流入量與流出量之間的不平衡。水位信號的單沖量自動控制系統(tǒng)中因為水位的變化會存在滯后現(xiàn)象，因此控制器不能夠及時做出反應，因此調節(jié)過程中會發(fā)生較大的誤差。同時，雙沖量給水自動控制系統(tǒng)中因為引入了蒸汽流量信號，所以有效彌補了由虛假水位現(xiàn)象導致的控制器無法及時反應的缺陷，但是由于無法及時有效的對給水側的變動進行反映，所以控制效果也比

7、較不理想，因此無法滿足控制系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性。所以，我們選擇汽包水位（H）、蒸汽流量（D）、給水量（W）共同組成三沖量給水自動控制系統(tǒng)，具體見下圖2：目前大容量蒸汽鍋爐的水容量都比較小，虛假水位會對汽包水位帶來特別嚴重的影響。如果中斷給水那么在10-30秒的時間之內就可能會對汽包水位造成一定的威脅，如果給水量與蒸汽流量不能夠相互適應，也會導致缺水或者滿水的事故發(fā)生。同時，母管制運行方式的鍋爐還特備容易出現(xiàn)汽包水位變化之間的相互影響。也就是說，當一臺鍋爐的給水量或者鍋爐負荷發(fā)生變化時，會導致給水母管壓力發(fā)生改變，其它鍋爐也會受到其影響，會導致給水流量隨之發(fā)生相應的變化。三沖量給水自動控制系統(tǒng)的

8、使用，可以消除負荷變化帶來的虛假水位而引起的控制器的誤動，同時給水流量也可以快速消除受到給水側的影響，確保給水流量的穩(wěn)定，汽包水位主信號可以消除各因素變化對汽包水位造成的影響，確保汽包水位一直在合理范圍之內變動。在三沖量的給水控制系統(tǒng)內，控制器會接受來自蒸汽流量、汽包水位、給水流量和三個方面的信號，其中蒸汽流量作為前饋信號可以避免因為虛假水位而導致的控制器誤動作，從而確保蒸汽流量發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以高效運轉；給水流量信號是介質反饋信號，在水流量發(fā)生變化的時候，給水流量測量孔板前后的壓差會迅速反應給水流量，并使控制器可以在水位尚且沒有發(fā)生變化的時候就依據(jù)前饋信號消除其帶來的影響，確保整個控制過程

9、的穩(wěn)定性，從而更好地將給水流量穩(wěn)定在合理范圍之內；而汽包水位信號是主信號，任何原因導致的水位變化，都會導致控制器發(fā)生相應的動作，從而有效調節(jié)給水流量，確保水位可以始終處于合理范圍內。3系統(tǒng)的效果以上控制方案的實施可以有效提升鍋爐給水自動控制系統(tǒng)的控制質量，從而實現(xiàn)以下效果：3.1有效降低工作人員的勞動強度在鍋爐運行過程中對鍋爐水位進行調節(jié)是十分重要的一項工作，當給水自動控制系統(tǒng)還沒有投入使用之前必須要由人工來調節(jié)鍋爐的水位，在投入運轉之后就可以實現(xiàn)監(jiān)視鍋爐的給水系統(tǒng)的目的，所以不再需要人工對水位進行調整，如此以來，可以從頻繁而又單調的手動操作中將工作人員解放出來，使其能夠更加有效地去監(jiān)視和調節(jié)

10、鍋爐的整體運行狀態(tài)。3.2提升控制精度，提高鍋爐效率使用手動控制系統(tǒng)的時候，鍋爐的汽包水位會在很大范圍內出現(xiàn)波動，而在使用給水自動控制系統(tǒng)之后，汽包的水位則會始終處于050mm的波動范圍之內，從而保障鍋爐水位處于合理控制范圍，確保汽水分離始終處于最佳狀態(tài)，防止發(fā)生汽包滿水或者干鍋等事故。3.3提高鍋爐的運行周期因為在給水自動控制系統(tǒng)投入使用之后，可以確保給水量和汽包水位的穩(wěn)定，從而能夠保障鍋爐各個受熱面溫度的穩(wěn)定性，從而有效降低了因大量增補水而導致的受熱面溫度的突然變化，避免水冷壁、過熱器等問題的出現(xiàn)，有效提高鍋爐的運行周期。4總結總而言之，很多因素會影響汽包水位的變化，而三沖量的自動給水控制系統(tǒng)的應用可以有效穩(wěn)定汽包的水位，起到有效降低工作人員的勞動強度；提升控制精度，提高鍋爐效率；提高鍋爐的運行周期的效果，從而有利于企業(yè)經濟效益的提升?！綬eference】