摘  要：液位計作為鍋爐的三大附件之一，可見控制鍋爐的液位尤其重要。本文主要對電廠的蒸汽鍋爐液位控制進(jìn)行論述，通過調(diào)節(jié)PID參數(shù)來實現(xiàn)鍋爐水位的平穩(wěn)。

　　關(guān)鍵詞：鍋爐；液位；調(diào)節(jié)；控制

　　中圖分類號：  U664.111  　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：  A      文章編號：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

　　蒸汽鍋爐爐體設(shè)計和制造采用三回程、濕背式、偏心爐膛、非對稱性結(jié)構(gòu)。爐膽可設(shè)計為波形，減少熱膨脹應(yīng)力，增加輻射受熱面 。應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)字化控制技術(shù)，可遠(yuǎn)程精確監(jiān)控燃燒過程。 自動化程度，各種保完善。 選配優(yōu)質(zhì)進(jìn)口低NOX燃燒機(jī)，燃燒充分，屬于環(huán)保產(chǎn)品 。可選配冷凝換熱器和空氣預(yù)熱器，從而提高鍋爐效率。 可增設(shè)通訊接口實現(xiàn)上位機(jī)控制。 鍋爐制造規(guī)范，嚴(yán)格按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制造。整體快裝出廠，外形美觀，色澤明快。

　　隨著現(xiàn)代化工業(yè)的飛速發(fā)展，對能源利用率的要求越來越高，作為將一次能源轉(zhuǎn)化為二次能源的重要設(shè)備之一的鍋爐，其控制和管理隨之要求越來越高。由于電站鍋爐鍋筒屬于在高溫高壓運行的密閉性容器,受其溫度、壓力的影響，汽包水位的測量經(jīng)常出現(xiàn)假值,不能真實地反映水位的實際變化情況。汽包水位是鍋爐運行的主要指標(biāo),是一個非常重要的被控變量,維持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首要條件,按照鍋爐操作規(guī)程上講，正常情況下鍋爐的水位必須投自動，出現(xiàn)事故或者其他緊急事故時可切斷到手動位置上，但是蒸汽負(fù)荷突然增加或減少時會造成自動不穩(wěn)。這就會對我們操作人員和專業(yè)工程師提出更高的要求。為有效利用轉(zhuǎn)換廢熱，降低消耗，減低勞動強(qiáng)度，有利于整體工藝穩(wěn)定，要求汽包液位自動控制，正常生產(chǎn)時波動應(yīng)小于±5％[1]。

　　1鍋爐液位控制原理

　　圖1 鍋爐液位控制系統(tǒng)示意圖

　　圖2 鍋爐液位控制系統(tǒng)方塊圖

　　當(dāng)蒸汽的耗氣量與鍋爐進(jìn)水量相等時液位保持正常值。當(dāng)鍋爐的給水量不變，而蒸汽負(fù)荷突然增加或減少時，液位就會下降或者上升；或者當(dāng)蒸汽負(fù)荷不變，而給水管道水壓發(fā)生變化時，引起鍋爐液位發(fā)生變化。不論出現(xiàn)哪種情況，只要實際液位高度與正常液位之間出現(xiàn)了偏差，調(diào)節(jié)器均應(yīng)立即進(jìn)行控制，去開大或關(guān)小給水閥門，使液位恢復(fù)到給定值[2]。見圖1和圖2。

　　2引起鍋爐液位變化的參數(shù)

　　影響水位變化的主要因素有以下幾點：

　　a） 給水壓力變化對水位的影響。給水壓力變化時，將引起給水量變化，破壞給水量與蒸發(fā)量的物質(zhì)平衡，引起汽包水位的波動。如給水壓力增加時，給水量增加，水位上升；給水壓力降低時，給水量減少，水位下降。

　　b） 鍋爐負(fù)荷變化對水位的影響。汽包水位是否穩(wěn)定，首先取決鍋爐負(fù)荷及蒸發(fā)量的變動量及其變化速度。因為負(fù)荷變化不僅影響蒸發(fā)設(shè)備中水的消耗量，而且還會造成壓力變化，引起鍋爐水狀態(tài)的變化。當(dāng)負(fù)荷變化緩慢，鍋爐的燃燒調(diào)整和給水調(diào)整配合較好時，水位變化是不明顯的。但當(dāng)負(fù)荷突然變化時，水位會迅速波動；

　　c） 爐內(nèi)燃燒工況對水位的影響燃燒工況的改變對水位的影響也很大。在機(jī)組負(fù)荷不變的情況下，強(qiáng)化燃燒時，水位將暫時升高，然后又下降；燃燒減弱時，水位將暫時降低，然后又升高。這是由于燃燒工況的改變使?fàn)t內(nèi)放熱量改變，因而引起工質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化的緣故；

　　此外，儀表信號不準(zhǔn)確、鍋爐的定期排污等都會引起鍋爐液位的變化。

　　3幾種鍋爐汽包水位的控制方案

　　PID調(diào)節(jié)蒸汽出口閥可以很好的控制汽包壓力。開車正常后波動范圍不大，可以不考慮。轉(zhuǎn)化負(fù)荷波動、出預(yù)熱器鍋爐給水溫度變化、鍋爐負(fù)荷波動、排污量變化這幾個因素對汽包液位的影響必須考慮。

　　汽包水位主要有3種控制方案。

　　3.1單沖量控制系統(tǒng)

　　單沖量控制系統(tǒng)(沖量一詞指的是變量,單沖量即汽包液位)是采用汽包液位直接控制給水調(diào)節(jié)閥。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資少,容易實現(xiàn),用于小型低壓鍋爐。因為這種鍋爐的蒸汽負(fù)荷比較穩(wěn)定,汽包的相對容積大,用戶對蒸汽的要求往往不十分嚴(yán)格,該控制系統(tǒng)若再配上一些報警聯(lián)鎖裝置,也可以滿足生產(chǎn)要求。

　　在停留時間較短，負(fù)荷變化較大時，就不能采用單沖量液位控制系統(tǒng)。

　　3.2雙沖量控制系統(tǒng)

　　在汽包的水位控制中，最主要的擾動是負(fù)荷的變化，那么引入蒸汽流量來校正,不僅可以補償“虛假液位”所引起的誤動作，而且使給水調(diào)節(jié)閥的動作及時,這就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)。從本質(zhì)上看，雙沖量控制系統(tǒng)是一個前饋(蒸汽流量)加單回路反饋控制系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)合控制系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽流量加大時,給水流量亦要相應(yīng)增加,此時選用氣開閥,加法器的輸出應(yīng)增加,即應(yīng)該取正號[3]。

　　雙沖量控制系統(tǒng)有2個缺點:a) 調(diào)節(jié)閥的工作特性不一定完全是線性，這樣要做到靜態(tài)補償就比較困難;b) 對于給水系統(tǒng)的擾動不能直接補償。

　　為此將引人給水流量信號，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。

　　3.3三沖量控制系統(tǒng)

　　三沖量指的是：汽包水位、蒸汽流量、給水流量。量程范圍可以隨機(jī)設(shè)定。汽包水位三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)由汽包水位測量筒及變送器、蒸汽流量測量裝置及變送器、給水流量測量裝置及變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器等組成；

　　4控制方案的確定

　　35 t的鍋爐最終選用三沖量控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器選用三沖量調(diào)節(jié)儀。系統(tǒng)中配上一些報警聯(lián)鎖裝置。在這里主要說明2點內(nèi)容：

　　4.1關(guān)于測量信號接入調(diào)節(jié)器的極性說明

　　當(dāng)信號值增大時要求開大調(diào)節(jié)閥，該信號標(biāo)以“+”號；反之，當(dāng)信號值減小時要求關(guān)小調(diào)節(jié)閥，該信號標(biāo)以“－”號。在給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，當(dāng)蒸汽流量信號增大時，要求開大調(diào)節(jié)閥，該信號標(biāo)以“+”號；給水流量信號增大時，要求關(guān)小調(diào)節(jié)閥，該信號標(biāo)以“－”號；當(dāng)汽包水位升高時，差壓減小，水位測量信號減小，要求關(guān)小調(diào)節(jié)閥，則該信號標(biāo)以“+”號。

　　4.2調(diào)節(jié)器控制參數(shù)主要有3個

　　a) 比例帶P：輸出變化量與偏差成正比例（比例系數(shù)越大，反應(yīng)速度越快，穩(wěn)定性變差。比例系數(shù)越小，反應(yīng)速度越慢，穩(wěn)定性變好）；

　　b) 積分時間T ：用積分時間表示積分作用，用以修正（上升或下降）偏差。Ti越大系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除的越快，但Ti也不能過大，否則在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象。若Ti過小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差將難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度；

　　c) 微分作用Td：是改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，其主要作用是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報。但Ti不能過大，否則會使響應(yīng)過程提前制動，延長調(diào)節(jié)時間，并且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。它主要適用于特性滯后較大的廣義對象，如溫度對象等。

　　/ V9 r+ }0 k( H( q但是，要保證鍋爐水位自動平穩(wěn)，需要一定的理論和經(jīng)驗。以下是我在這幾年工作中積累的一點經(jīng)驗，供大家參考。

　　進(jìn)行整定時先進(jìn)行P調(diào)節(jié)，使I無效，觀察液位變化曲線，若變化曲線多次出現(xiàn)波形則應(yīng)該放大比例（P）參數(shù)，若變化曲線非常平緩，則應(yīng)該縮小比例（P）參數(shù)。比例（P）參數(shù)設(shè)定好后，設(shè)定積分（I）參數(shù)，積分（I）正好與P參數(shù)相反，曲線平緩則需要放大積分（I），出現(xiàn)多次波形則需要縮小積分（I）。P=20%~80%，I=60 s~300 s，D=0當(dāng)然在調(diào)的過程中要滿足比例系數(shù)偏差不應(yīng)超過±25%。還應(yīng)注意水、汽盡量平衡[4]。

　　5結(jié)語

　　本文給出了鍋爐汽包水位的自動控制方法，通過不同的控制方案以及他們的特性，能夠很好的解決鍋爐汽包水位控制中的“虛假液位”問題。在使用時，只需根據(jù)實際控制對象的規(guī)模、靈敏度、控制要求等參數(shù)選擇合適的控制方案即可。并且設(shè)有液位連鎖報警，保證了工業(yè)生產(chǎn)中的財產(chǎn)和人身安全。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 胡壽松.自動控制原理[M].北京：北京科學(xué)出版社，2001.

　　[2] 陸德民.石油化工自動控制設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

　　[3] 張曉兵.勝利煉油三沖量控制的應(yīng)用及其改進(jìn)[J].數(shù)字石油和化工，2006(6):42-45.

　　[4] 唐紫英.控制閥流量系數(shù)Kv設(shè)計計算中的修正[J].撫順石油學(xué)院學(xué)報,1997(3):33-37.