浅议蒸汽锅炉汽包水位的自动控制

　　摘  要：液位计作为锅炉的三大附件之一，可见控制锅炉的液位尤其重要。本文主要对电厂的蒸汽锅炉液位控制进行论述，通过调节PID参数来实现锅炉水位的平稳。

　　关键词：锅炉；液位；调节；控制

　　中图分类号：  U664.111  　　　文献标识码：  A      文章编号：2095-0802-(2012)07-00  -00

　　The Automatic Control of the Steam Boiler Drum Water Level

　　NIE Xiao-min

　　(Shaanxi Gas and Design Institute, Xi'an 710043, Shanxi, China)

　　Abstract: the level gauge is one of the three attachment of a boiler, showing that control the level of the boiler is particularly important. This paper mainly discusses the power plant steam boiler level control, to achieve stable of boiler water level by adjusting the PID parameters.

　　Key words: boiler; level; adjustment; control

　　0引 言

　　蒸汽锅炉炉体设计和制造采用三回程、湿背式、偏心炉膛、非对称性结构。炉胆可设计为波形，减少热膨胀应力，增加辐射受热面 。应用先进的数字化控制技术，可远程精确监控燃烧过程。 自动化程度，各种保完善。 选配优质进口低NOX燃烧机，燃烧充分，属于环保产品 。可选配冷凝换热器和空气预热器，从而提高锅炉效率。 可增设通讯接口实现上位机控制。 锅炉制造规范，严格按国家有关标准制造。整体快装出厂，外形美观，色泽明快。

　　随着现代化工业的飞速发展，对能源利用率的要求越来越高，作为将一次能源转化为二次能源的重要设备之一的锅炉，其控制和管理随之要求越来越高。由于电站锅炉锅筒属于在高温高压运行的密闭性容器,受其温度、压力的影响，汽包水位的测量经常出现假值,不能真实地反映水位的实际变化情况。汽包水位是锅炉运行的主要指标,是一个非常重要的被控变量,维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件,按照锅炉操作规程上讲，正常情况下锅炉的水位必须投自动，出现事故或者其他紧急事故时可切断到手动位置上，但是蒸汽负荷突然增加或减少时会造成自动不稳。这就会对我们操作人员和专业工程师提出更高的要求。为有效利用转换废热，降低消耗，减低劳动强度，有利于整体工艺稳定，要求汽包液位自动控制，正常生产时波动应小于±5％[1]。

　　1锅炉液位控制原理

　　图1 锅炉液位控制系统示意图

　　图2 锅炉液位控制系统方块图

　　当蒸汽的耗气量与锅炉进水量相等时液位保持正常值。当锅炉的给水量不变，而蒸汽负荷突然增加或减少时，液位就会下降或者上升；或者当蒸汽负荷不变，而给水管道水压发生变化时，引起锅炉液位发生变化。不论出现哪种情况，只要实际液位高度与正常液位之间出现了偏差，调节器均应立即进行控制，去开大或关小给水阀门，使液位恢复到给定值[2]。见图1和图2。

　　2引起锅炉液位变化的参数

　　影响水位变化的主要因素有以下几点：

　　a） 给水压力变化对水位的影响。给水压力变化时，将引起给水量变化，破坏给水量与蒸发量的物质平衡，引起汽包水位的波动。如给水压力增加时，给水量增加，水位上升；给水压力降低时，给水量减少，水位下降。

　　b） 锅炉负荷变化对水位的影响。汽包水位是否稳定，首先取决锅炉负荷及蒸发量的变动量及其变化速度。因为负荷变化不仅影响蒸发设备中水的消耗量，而且还会造成压力变化，引起锅炉水状态的变化。当负荷变化缓慢，锅炉的燃烧调整和给水调整配合较好时，水位变化是不明显的。但当负荷突然变化时，水位会迅速波动；

　　c） 炉内燃烧工况对水位的影响燃烧工况的改变对水位的影响也很大。在机组负荷不变的情况下，强化燃烧时，水位将暂时升高，然后又下降；燃烧减弱时，水位将暂时降低，然后又升高。这是由于燃烧工况的改变使炉内放热量改变，因而引起工质状态发生变化的缘故；

　　此外，仪表信号不准确、锅炉的定期排污等都会引起锅炉液位的变化。

　　3几种锅炉汽包水位的控制方案

　　PID调节蒸汽出口阀可以很好的控制汽包压力。开车正常后波动范围不大，可以不考虑。转化负荷波动、出预热器锅炉给水温度变化、锅炉负荷波动、排污量变化这几个因素对汽包液位的影响必须考虑。

　　汽包水位主要有3种控制方案。

　　3.1单冲量控制系统

　　单冲量控制系统(冲量一词指的是变量,单冲量即汽包液位)是采用汽包液位直接控制给水调节阀。该系统结构简单，投资少,容易实现,用于小型低压锅炉。因为这种锅炉的蒸汽负荷比较稳定,汽包的相对容积大,用户对蒸汽的要求往往不十分严格,该控制系统若再配上一些报警联锁装置,也可以满足生产要求。

　　在停留时间较短，负荷变化较大时，就不能采用单冲量液位控制系统。

　　3.2双冲量控制系统

　　在汽包的水位控制中，最主要的扰动是负荷的变化，那么引入蒸汽流量来校正,不仅可以补偿“虚假液位”所引起的误动作，而且使给水调节阀的动作及时,这就构成了双冲量控制系统。从本质上看，双冲量控制系统是一个前馈(蒸汽流量)加单回路反馈控制系统构成的复合控制系统。当蒸汽流量加大时,给水流量亦要相应增加,此时选用气开阀,加法器的输出应增加,即应该取正号[3]。

　　双冲量控制系统有2个缺点:a) 调节阀的工作特性不一定完全是线性，这样要做到静态补偿就比较困难;b) 对于给水系统的扰动不能直接补偿。

　　为此将引人给水流量信号，构成三冲量控制系统。

　　3.3三冲量控制系统

　　三冲量指的是：汽包水位、蒸汽流量、给水流量。量程范围可以随机设定。汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成；

　　4控制方案的确定

　　35 t的锅炉最终选用三冲量控制系统，调节器选用三冲量调节仪。系统中配上一些报警联锁装置。在这里主要说明2点内容：

　　4.1关于测量信号接入调节器的极性说明

　　当信号值增大时要求开大调节阀，该信号标以“+”号；反之，当信号值减小时要求关小调节阀，该信号标以“－”号。在给水调节系统中，当蒸汽流量信号增大时，要求开大调节阀，该信号标以“+”号；给水流量信号增大时，要求关小调节阀，该信号标以“－”号；当汽包水位升高时，差压减小，水位测量信号减小，要求关小调节阀，则该信号标以“+”号。

　　4.2调节器控制参数主要有3个

　　a) 比例带P：输出变化量与偏差成正比例（比例系数越大，反应速度越快，稳定性变差。比例系数越小，反应速度越慢，稳定性变好）；

　　b) 积分时间T ：用积分时间表示积分作用，用以修正（上升或下降）偏差。Ti越大系统的稳态误差消除的越快，但Ti也不能过大，否则在响应过程的初期会产生积分饱和现象。若Ti过小，系统的稳态误差将难以消除，影响系统的调节精度；

　　c) 微分作用Td：是改善系统的动态性能，其主要作用是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。但Ti不能过大，否则会使响应过程提前制动，延长调节时间，并且会降低系统的抗干扰性能。它主要适用于特性滞后较大的广义对象，如温度对象等。

　　/ V9 r+ }0 k( H( q但是，要保证锅炉水位自动平稳，需要一定的理论和经验。以下是我在这几年工作中积累的一点经验，供大家参考。

　　进行整定时先进行P调节，使I无效，观察液位变化曲线，若变化曲线多次出现波形则应该放大比例（P）参数，若变化曲线非常平缓，则应该缩小比例（P）参数。比例（P）参数设定好后，设定积分（I）参数，积分（I）正好与P参数相反，曲线平缓则需要放大积分（I），出现多次波形则需要缩小积分（I）。P=20%~80%，I=60 s~300 s，D=0当然在调的过程中要满足比例系数偏差不应超过±25%。还应注意水、汽尽量平衡[4]。

　　5结语

　　本文给出了锅炉汽包水位的自动控制方法，通过不同的控制方案以及他们的特性，能够很好的解决锅炉汽包水位控制中的“虚假液位”问题。在使用时，只需根据实际控制对象的规模、灵敏度、控制要求等参数选择合适的控制方案即可。并且设有液位连锁报警，保证了工业生产中的财产和人身安全。

　　参考文献：

　　[1] 胡寿松.自动控制原理[M].北京：北京科学出版社，2001.

　　[2] 陆德民.石油化工自动控制设计手册[M].北京：化学工业出版社，2000.

　　[3] 张晓兵.胜利炼油三冲量控制的应用及其改进[J].数字石油和化工，2006(6):42-45.

　　[4] 唐紫英.控制阀流量系数Kv设计计算中的修正[J].抚顺石油学院学报,1997(3):33-37.