锅炉给水自动控制系统研究

锅炉给水自动控制系统研究

姜伟梁

吉电股份有限公司长春热电分公司130000

【摘要】汽包水的水位对锅炉的安全运行有着十分重要的影响，因此必须要合理对锅炉汽包给水进行调节，确保其水位可以维持在合理范围之内。本文主要分析了影响汽包水位的因素，并通过分析找到了产生虚假水位的原因，在此基础上采取措施有效控制汽包水的最佳水位，不仅能够在一定程度上降低人员的劳动强度，还能够提升企业的经济效益。

【关键词】给水自动控制系统；汽包水位；最佳水位

汽包水位在很大程度上影响着锅炉的安全运行，因此只有确保汽包水位处于合适范围之内，才能保障锅炉的安全有效运行。如果水位过高就会对汽水分离效果产生不利影响，从而导致管壁结垢，容易引起用汽设备故障；相反如果水位太低，则会对汽水循环造成破坏，甚至可能造成锅炉爆管的严重后果。锅炉的给水自动控制系统的作用是一方面可以确保锅炉水位保持在合理范围之内，确保锅炉的给水量能够满足蒸发量的需求，通常情况下锅炉水位要保持在0±50mm的合理范围之内。另一方面，能够保持稳定的给水量，从而确保省煤器与给水管道等可以安全有效运行。

1控制要求

锅炉给水自动控制系统的控制要求具体如下：第一，将汽包水位维持在0±50mm的合理范围之内；第二，处于超负荷运行的状态下，给水自动控制系统可以调整为手动控制；第三，在锅炉给水自动控制系统出现故障时，可以切换成手动控制模式。

2控制方案

2.1原因分析

导致锅炉水位发生变化的原因多种多样，其中最重要的原因表现在以下几个方面：第一，由于给水压力变化、调节阀门开度变化而导致给水流量发生变化。第二，因为蒸汽管道阻力发生变化以及主蒸汽调节阀门的开度发生变化而导致蒸汽负荷出现变动。第三，由于受到各种因素的影响燃料的发热量发生了变化。第四，系统受到过高压力时会出现自凝结现象，在受到过低压力时又会出现自蒸发现象，这都会对气泡水位产生影响，从而会导致气泡压力的变化。其中前三个原因会对气泡水位产生更为严重的影响，具体影响如下：

首先，锅炉给水自动控制系统中积水量的变化是影响汽包水位的主要原因之一，随着给水量（以W来表示）的变化，汽包水位（以H来表示）的变动具体见下图1：

其次，汽轮发电机组负荷上发生的变化是导致蒸汽流量变化的主要原因。在锅炉负荷发生变化的情况下，汽包水位会表现出特殊形式的变化，如果负荷相应的增加，即便此时锅炉给水量要比蒸汽流量小，但是最开始发生变化时汽包的水位不会立即下降而是会出现随即上升的现象；相反，如果负荷降低汽包水位也会相应的下降。这种情况被称作“虚假水位”现象。通常情况下虚假水位出现的时间很短，但是会在很大程度上影响调节效果。

最后，燃料发热量的变化也会对汽包水位造成一定的影响。在燃料量突然增多的情况下，锅炉吸收的热量也会随之增加，从而提升蒸发强度。此时，如果不对汽机的进汽量进行调整，那么当主汽压力提升时，蒸汽流量也会随着增加，这就会引发虚假水位。

2.2可控量与不可控因素分析

在分析原因的过程中我们可以发现，给水量变动、蒸汽负荷的变动以及锅炉燃料发热量的变动是对锅炉给水自动控制系统产生影响的主要因素。对于热电厂而言，蒸汽负荷的变动主要受到汽机电负荷的小大以及外界热量的需求等各种因素的影响，变化幅度相对较大。同时，燃料量的变化主要是由物料组成等各种因素决定的，属于外部影响因素。蒸汽负荷的变动和燃料发热量的变动都属于不可控因素。相对而言，给水量的变动是可以控制的，所以可以从控制给水量这一角度出发来对锅炉给水自动控制系统进行调节。

2.3控制方案

通过以上分析，我们对以下内容进行了考虑：首先，因为给水流量发生变化之后，受到惯性的影响，汽包水位的变化会出现一定的延迟，如果在汽包水位已经出现不合理状况时才对给水流量进行调节，势必会导致汽包水位发生大幅度的变化。其次，蒸汽负荷发生变化时会引起虚假水位现象。第三，因为会出现虚假水位，所以如果只是依据汽包的水位变化对给水流量进行调节，那么当负荷刚开始出现变化的时候，给水流量就会出现和负荷变化相反方向的变化，这就会加剧锅炉流入量与流出量之间的不平衡。水位信号的单冲量自动控制系统中因为水位的变化会存在滞后现象，因此控制器不能够及时做出反应，因此调节过程中会发生较大的误差。同时，双冲量给水自动控制系统中因为引入了蒸汽流量信号，所以有效弥补了由虚假水位现象导致的控制器无法及时反应的缺陷，但是由于无法及时有效的对给水侧的变动进行反映，所以控制效果也比较不理想，因此无法满足控制系统的准确性和稳定性。所以，我们选择汽包水位（H）、蒸汽流量（D）、给水量（W）共同组成三冲量给水自动控制系统，具体见下图2：

目前大容量蒸汽锅炉的水容量都比较小，虚假水位会对汽包水位带来特别严重的影响。如果中断给水那么在10-30秒的时间之内就可能会对汽包水位造成一定的威胁，如果给水量与蒸汽流量不能够相互适应，也会导致缺水或者满水的事故发生。同时，母管制运行方式的锅炉还特备容易出现汽包水位变化之间的相互影响。也就是说，当一台锅炉的给水量或者锅炉负荷发生变化时，会导致给水母管压力发生改变，其它锅炉也会受到其影响，会导致给水流量随之发生相应的变化。三冲量给水自动控制系统的使用，可以消除负荷变化带来的虚假水位而引起的控制器的误动，同时给水流量也可以快速消除受到给水侧的影响，确保给水流量的稳定，汽包水位主信号可以消除各因素变化对汽包水位造成的影响，确保汽包水位一直在合理范围之内变动。

在三冲量的给水控制系统内，控制器会接受来自蒸汽流量、汽包水位、给水流量和三个方面的信号，其中蒸汽流量作为前馈信号可以避免因为虚假水位而导致的控制器误动作，从而确保蒸汽流量发生变化时，系统可以高效运转；给水流量信号是介质反馈信号，在水流量发生变化的时候，给水流量测量孔板前后的压差会迅速反应给水流量，并使控制器可以在水位尚且没有发生变化的时候就依据前馈信号消除其带来的影响，确保整个控制过程的稳定性，从而更好地将给水流量稳定在合理范围之内；而汽包水位信号是主信号，任何原因导致的水位变化，都会导致控制器发生相应的动作，从而有效调节给水流量，确保水位可以始终处于合理范围内。

3系统的效果

以上控制方案的实施可以有效提升锅炉给水自动控制系统的控制质量，从而实现以下效果：

3.1有效降低工作人员的劳动强度

在锅炉运行过程中对锅炉水位进行调节是十分重要的一项工作，当给水自动控制系统还没有投入使用之前必须要由人工来调节锅炉的水位，在投入运转之后就可以实现监视锅炉的给水系统的目的，所以不再需要人工对水位进行调整，如此以来，可以从频繁而又单调的手动操作中将工作人员解放出来，使其能够更加有效地去监视和调节锅炉的整体运行状态。

3.2提升控制精度，提高锅炉效率

使用手动控制系统的时候，锅炉的汽包水位会在很大范围内出现波动，而在使用给水自动控制系统之后，汽包的水位则会始终处于0±50mm的波动范围之内，从而保障锅炉水位处于合理控制范围，确保汽水分离始终处于最佳状态，防止发生汽包满水或者干锅等事故。

3.3提高锅炉的运行周期

因为在给水自动控制系统投入使用之后，可以确保给水量和汽包水位的稳定，从而能够保障锅炉各个受热面温度的稳定性，从而有效降低了因大量增补水而导致的受热面温度的突然变化，避免水冷壁、过热器等问题的出现，有效提高锅炉的运行周期。

4总结

总而言之，很多因素会影响汽包水位的变化，而三冲量的自动给水控制系统的应用可以有效稳定汽包的水位，起到有效降低工作人员的劳动强度；提升控制精度，提高锅炉效率；提高锅炉的运行周期的效果，从而有利于企业经济效益的提升。

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