汽包液位的三衝量控製應用研究
發布時間：2019-05-14 發布作者：
摘要： 鍋爐生產運行安全的一個關鍵指標就是汽包液位，液位過高或過低都會產生不利的影響，因此，做好汽包液位的控製是一項極為重要的工作。而要做好汽包液位的良好控製，比較分析不同設備和工況下的控製方案認為三衝量控製是一種非常有效實用的調節方式，其通過分別引入汽包液位、蒸汽流量和給水流量3個信號，經過一定運算後，共同控製一個調節閥來實現精準控製。基於此，本文從三衝量的控製原理、優勢、實現過程、常見故障處理等幾個方麵，就汽包液位的三衝量控製方案進行了詳細分析。
1.為什麽要做好汽包液位控製
鍋爐生產運行過程中的一個重要工藝指標就是汽包液位，做好汽包液位控製是有效保障鍋爐運行安全的基本前提之一，然而受運行環境、參數等因素影響，汽包液位經常會出現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過熱器結垢或者汽輪機葉片損壞的後果；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幹直接損壞設備。因此，在鍋爐運行過程中確保汽包液位處於良好的穩定狀態至關重要。
2.三衝量調節控製係統應用
(1) 影響汽包液位的因素
分析發現對汽包液位的穩定產生影響的主要有給水流量和蒸汽流量兩個方麵的因素，具體影響就是給水流量由於水溫和壓力的變化對水流量產生影響進而造成汽包液位出現變化；而蒸汽流量會因為水位變化造成嚴重的“虛假液位”現象，虛假液位是鍋爐運行時不真實的液位。產生虛假液位的原因主要有以下三個方麵：①如果汽包內的壓力出現突然降低時，爐水的飽和溫度就會出現明顯下降的現象，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就會釋放大量的熱量，這樣就會出現爐水內汽包增加，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而如果汽包內壓力出現迅速上升的時候，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，導致進行爐水蒸發所需的熱量明顯減少，出現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快速下降，形成虛假液位。③當鍋爐內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、燃燒不穩時，都會產生虛假液位。
(2) 為什 麽 選擇三衝量控製
單衝量、雙衝量和三衝量控製是當前確保鍋爐汽包液位穩定的三種主要調節方案，這三種方案中單衝量調節方案較簡單，但是存在的問題就是一旦負荷出現急劇變化時，“虛假液位”的問題就會發生，這時候的調節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，從而導致出現安全生產事故。而在單衝量控製的基礎上加上一個蒸汽衝量信號就是雙衝量控製係統，應對“虛假液位”問題是其主要的目的。然而雙衝量控製存在的一個問題就是給水壓力參數自身的影響，給水壓力自身的波動會導致雙衝量控製係統無法克服給水量波動的影響。可以看出，單、雙衝量調節係統都無法滿足汽包液位的正常調節。這時候具有明顯優勢的三衝量液位控製係統就有效規避了單、雙衝量控製係統存在的缺陷，三衝量控製係統是在上述兩類控製係統的基礎上再增加一個給水流量參數，這時進行液位調節控製的就有汽包液位、蒸汽流量、給水流量三個參數共同作用。
(3) 三衝量控製的定義
三衝量控製主要是指鍋爐汽包液位控製中，分別引入汽包液位、蒸汽流量和給水流量3個信號，經過一定運算後，共同控製一個調節閥，是一個前饋控製+串級控製的係統。所謂“衝量”實質上就是“變量”，是指引入控製係統的測量信號。其中主要變量是汽包液位信號，這是關鍵和指標參數；而蒸汽流量和給水流量信號一個是幹擾，一個是副變量，都是為了克服因“虛假液位”現象防止進行誤操作而引入控製係統的參數。
(4) 三衝量控製的實現過程
狀態穩定的情況下，測量液位的信號是定值，這時的給水流量、蒸汽流量和液位調節器輸出三個信號，通過加法器和流量控製器後得到的輸出電流為：I0=K1I1-K2I2+K3I3，式中I1為液位調節器的輸出電流；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係數。設計K2I2=K3I3時I0正是調節閥處於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，給水調節閥會開大。但是這時虛假液位如果同時出現的話，液位調節器輸出電流I1將增大。由於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。
待假液位過去後，水位開始下降，液位調節器輸出電流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並補充液位的不足。調節過程進行到液麵重新穩定在給定值，給水量和蒸發量達到新的平衡為止。
如果蒸汽負荷參數保持不變，給水量本身因壓力波動出現變化時，這時加法器輸出會變化，通過對閥門開度調節，直至給水量恢複到所需的數值為止。起有效超前控製作用的蒸汽流量和給水流量兩個信號參數對於給水閥控製的精準性影響明顯，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) 三衝量控製的調節過程
如圖1所示，液位控製器LC選反作用，流量控製器FC為正作用，調節閥為氣關閥。當水位由於擾動而升高時，因LC反作用，它的輸出下降，進入加法器後，使FC給定值減小而測量值不變，因此輸出增加，調節閥的開度減小，給水流量減小，水位下降，保持在設定值上；當蒸汽流量增加，FC給定值增加而輸出減小，調節閥的開度增加，給水流量增加，保持水蒸汽平衡，使水位不發生大的波動。
3.結語
做好汽包液位的控製是確保鍋爐穩定運行的重要保證。然而在具體生產運行過程中，汽包內平衡狀態受蒸汽負荷波動和給水流量變化影響容易出現失衡，尤其是易出現“虛假液位”問題，因此，為提高控製品質，引入了三衝量調節控製係統，係統控製液位精度優勢明顯，經應用驗證控製效果極佳。
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