三冲量控制系统在锅炉汽包液位的应用

摘要：文章通过介绍三冲量控制系统的工作原理和调节过程，提出采用这种系统来控制锅炉的汽包液位，消除虚假液位现象，保证锅炉的正常生产运行，促进锅炉技术的改进和完善。

关键词：三冲量控制系统；锅炉汽包液位；虚假液位；锅炉技术

中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0053-02

在矿业企业原料的开采、加工、成品等一系列生产过程中，锅炉几乎是其中枢神经，故而其技术标准和安全操作就显得至关重要。但是在锅炉生产的过程中，控制它的汽包液位仍旧是一个技术难题。

1 锅炉汽包液位

在锅炉生产中，汽包液位是一项重要的工艺指标。通常情况下，汽包液位过高，可能造成过节器结垢，汽轮机叶片损坏；而汽包液位过低，会使水汽失衡，严重的会引起爆炸。同时在实际工艺中，还经常出现蒸汽负荷波动、给水量改变而引起的虚假液位现象。基于种种原因，我们需要对锅炉汽包液位进行有效控制。

1.1 虚假液位

在锅炉的运行中，出现虚假液位现象的主要原因是汽包内部压力的改变。通常在蒸汽负荷以及锅炉的工况发生改变时，汽包内部的压力也会发生相应的改变。举例来说，某锅炉的燃烧强度保持不变，蒸汽的负荷却增加。为了保持水位，大都会将汽包内的一部分蒸汽流量取出。然而燃料强度却并未增加，这就造成汽包内的压力下降、沸腾加剧，出现大量气泡，这些气泡会抬高锅炉内的水位，待气泡破坏后，水位才能够恢复。这个短暂的提高水位的现象就是虚假液位现象。发生这种现象后，如不及时控制，经常会造成给水流量和蒸汽负荷的反向运行，不利于调节器的正常工作。

1.2 锅炉汽包液位的控制要求

对锅炉汽包液位控制通常会采用三种方式，即单冲量、双冲量、三冲量。其中，冲量可以理解为变量。

单冲量控制采用的是单回路调节系统，在调节中，汽包液位是被控变量，而给水流量是调节变量，由于其独有的特性，故而单冲量控制系统适用于蒸汽负荷变化小而停留时间长的锅炉系统。同时这种控制系统在调节的过程中，仍旧会出现因蒸汽负荷增加产生“假液位”的现象。

双冲量控制系统增加了蒸汽流量前馈信号功能，旨在消除“假液位”现象，比单冲量控制系统更加精确先进，然而在使用的过程中，由于给水流量信号无法反馈，故而影响锅炉汽包液位的正常使用和运行。

针对单冲量和双冲量的缺陷和不足，设计了三冲量控制系统。它将汽包液位、蒸汽流量和给水流量作为三个信号，通过前馈-串级反馈系统来调节水位。三冲量控制系统是一种较为完善的、安全的、准确的汽包液位控制系统。

2 三冲量控制系统

2.1 三冲量控制系统的构成

在三冲量控制系统中，汽包液位、蒸汽流量及给水流量等3个被控变量会安装相应的调节器，在锅炉运行的过程中，这三个信号作用于调节器，会适时调整，做相应的改变。而且三冲量控制采用的是前馈-串级反馈控制系统，其系统的构成图如下：

从图中可以看出，在三冲量控制系统中，汽包液位、蒸汽流量、给水流量都是串联关系，其中汽包液位是三者中的主冲量，能够反映整个汽包的工作状态和运行状况；而蒸汽流量和给水流量分别担任辅助冲量，蒸汽流量就是一个前馈系统，通过这个系统，能够消除“假液位”现象，保证整个系统的准确性；给水流量是一个反馈系统，它能够副回路减少水压改变对汽包液位的影响。主冲量和辅助冲量之间相互配合、相互影响，共同保证前馈-串级反馈的三冲量控制系统的正常有效运行。

2.2 三冲量控制系统的工作原理

三冲量控制系统的工作原理是：将三个信号中的汽包液位当做主信号，当锅炉中的水位改变时，与之相对应的调节器输出也会发生相应的变化，在此基础上的给水流量也会发生改变，这样就能够使锅炉的水位达到给定值。在这个过程中，蒸汽流量充当着前馈作用，其作用是防止“假液位”干扰调节器的工作。而给水流量充当着反馈的作用，当前馈的蒸汽流量发出干扰信号时，给水流量会在锅炉水位未改变之前，消除这种干扰，使调节器正常工作，使给水流量更加稳定。

3 三冲量控制系统在锅炉汽包液位中的应用

在锅炉生产中，三冲量控制系统作为前馈-串级反馈系统，其运行遵循着主控制器的正作用和副控制器的反作用原则。在三冲量控制系统中，流量控制器FC作为主控制器，起着正作用功能；水位控制器LC作为副控制器，起着反作用的功能；而调节器则起着调节阀的作用。

通常当锅炉的水位升高时，LC就会产生反作用，其输出就会相应减少，通过加法器，FC的给定值减少，而调节器的输出却增加，故而要减小调节器的阀门开度，缩小FA2101（给水流量），使水位下降至给定值。

在FAQ2102（蒸汽流量）增加的情况下，FC的给定值会相应的减少，而调节器的输出增加，故而要扩大调节器的阀门开度，增加给水流量，平衡蒸汽流量，使水位保持在给定值上。

当FA2102（给水流量）增加时，FC调节器的输出也会相应增加，这时要减小调节阀开度，减少给水流量，平衡蒸汽流量，保持水位不变。另外，在选择给水流量的调节阀时，要保证锅炉的安全。比如当生产的热源是蒸汽时，就应该选择气关阀来保护锅炉；而当蒸汽的供给超过蒸汽压缩机时，就应该选择气开阀来保护锅炉设备。

通过三冲量控制系统，能够利用调节器的开关阀对锅炉生产中的汽包液位、蒸汽流量和给水流量进行有效调节，消除了“虚假液位”现象，保证水位的稳定，很好地控制了锅炉汽包液位，保证整个锅炉系统和整个生产工艺的安全可靠，同时也促进了锅炉生产技术的改进和完善。

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