锅炉给水检测控制系统研究

[摘要]

锅炉给水控制系统的主要任务是通过锅炉的给水跟踪锅炉的蒸发量，保证锅炉进出的物质平衡和正常运行所需。由于虚假水位现象的存在，给水控制系统不能单单以汽包水位为被调量，为了减少或抵消虚假水位现象，就必须采用三冲量调节系统。给水控制是串级调节系统，主调节器接受水位信号，对水位起校正作用，是细调；其输出作为副调节器给定值，副调节器的被调量是给水流量，目的是快速消除来自水测的扰动。本文通过对锅炉给水检测控制系统进行原理分析、可靠性论证、实际运行情况分析，以提出保证该系统长期稳定处于协调控制的方案。

[关键词]

给水控制；串级；三冲量

引言

随着国民经济的飞速发展，生活水平的不断提高，人们的生产生活对电的需求也日益增大，电厂作为发电单位如何能保质保量的安全生产成为国民生产的一个重要因素。然而，大型机组的控制与运行管理相当复杂。目前，随着锅炉容量和参数的提高，汽包的容积相对减少，锅炉蒸发受热面的热负荷显著提高。通过人工控制给水量来维持汽包水位不仅操作繁重，而且相当困难。针对锅炉实现全程调节的给水自动调节系统，扩大了调节范围，具有逻辑保护功能，是程序控制、保护和自动调节相结合的综合性调节系统。同时，为减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全稳定运行，提高机组的效率，实现给水系统的全程自动控制也是非常必要的。

一、锅炉给水检测控制系统综述

1.锅炉给水控制系统的任务

汽包锅炉给水控制的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中的水位保持在一定范围内。具体要求有以下两个方面：

（1）维持汽包水位在一定范围内。汽包水位是影响锅炉安全运行的重要因素。水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢，甚至使汽轮机发生水冲击而损坏叶片；水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁的破裂。

（2）保持稳定的给水量。稳定工况下，给水量不应该时大时小地剧烈波动，否则，将对省煤器和给水管道的安全运行不利。

2.给水控制对象的动态特性

汽包水位是由汽包中的贮水量和水面下的汽泡容积所决定的，因此，凡是引起汽包中贮水量变化和水面下的汽泡容积变化的各种因素都有是给水控制对象的扰动。

3.给水控制系统的基本要求

给水控制系统对象动态特性的分析，应符合以下基本要求：

首先，由于被控对象在给水量扰动下的水位阶跃反应曲线表示为无自衡能力，且有较大的延迟，因此必须采用带比例作用的调节器以保证系统的稳定性。

其次，在蒸发量扰动下，水位阶跃反应曲线表现有“虚假水位”现象，这种现象的反应速度比内扰快，为克服“虚假水位”现象对控制的不利影响，应考虑引入蒸汽流量的补偿信号。

第三，给水压力是有波动的，为了稳定给水量，应考虑将给水量信号作为反馈信号，用于及时消除内扰。

二、给水控制的基本方案

1.汽包给水控制方案的选择

无论采用何种控制手段，对于汽包锅炉给水控制系统来说，不外乎采用单冲量给水控制系统、单级三冲量给水控制系统、串级三冲量给水控制系统三种基本结构。由于引起汽包水位变化的因素较多，如锅炉负荷、燃烧工况、给水压力等，加上锅炉特有的虚假水位现象，简单的单回路控制难以满足对控制的要求，因此在汽包水位控制方案中通常采用了三冲量控制。

2.全程的水位控制系统，分为单冲量和三冲量两种调节运行方式

当备用给水调整阀全开，并且相应的操作站处于手动时，操作员可通过相应操作站进行选择，备用给水阀操作站连锁手动。电泵通过改变出口差为阀的开度调节水位，汽泵通过改变小汽轮机转速调节水位，电泵与汽泵操作站自动/手动可任意选择。

负荷小于30%时，给水为单冲量控制模式，汽泵与备用阀操作站联锁切手动，电泵操作站自动/手动可任意选择。负荷大于30%时，汽包水位切换为三冲量控制模式，

三、给水控制系统分析

1.信号校正

（1）汽包水位信号的校正：锅炉的汽包较长，为保证运行的安全，确保水位测量的精度和可靠性，安装了三套汽包水位测量装置，正常情况下，经过一系列运算器的运算后，三个水位信号经汽包压力修正并经过“三选一”进行取中值计算后，作为锅炉汽包水位的测量值H。其中，在左、中、右三个测点中，对汽包水位设有上、下监视系统，即对汽包水位的高、低监视，若汽包水位超出允许的范围时，则发出报警。

（2）主汽流量信号的校正：采用一级压力，经主汽温度校正来代替主汽流量。正常情况下，切换开关，与经校正后代替主汽流量的信号经加法器求和，所得的值作为主汽流量的测量信号。其中，若主汽流量超过设定值时，则发出报警。当旁路阀开启时，所测得的主汽流量还要加上旁路蒸汽流量。

2.控制过程分析

锅炉给水全程控制系统中，包含着多种给水控制方式，这些控制方式是根据机组不同的运行负荷，通过连锁逻辑及其切换器来选取。具体地说，各个负荷的给水控制方式如下：

（1）启动、冲转及带25%负荷

此阶段采用单冲量系统通过控制给水旁路阀门开度来维持汽包水位在给定范围内，电动给水泵维持在最低转速，汽动给水泵手/自动操作站强迫为手动状态，使汽动给水泵超驰全关。主给水电动门也关闭，给水旁路门从0-100%控制。

（2）升负荷25%-30%

此阶段采用单冲量系统控制电动给水泵转速。此时三冲量系统尚不能使用，给水旁路阀门已全开，只能依靠提高给水泵的转速来满足给水量的增加，T接N点，T的输出值随控制信号（PI2的输出）变化，去控制电动泵转速，实现由阀门控制到电动泵转速控制给水量的无扰过渡。

（3）30%-100%负荷阶段

此阶段采用三冲量系统控制给水泵转速方案，这是控制系统的正常工况。给水旁路阀锁定在全开位置不再关闭，以减少系统不必要的扰动。

在三冲量系统控制时，单冲量系统的调节器一直跟踪电泵指令加上两个汽泵的转速之和，所以，系统切回单冲量控制时也是无扰动的。

四、结语

综上所述，采取自动控制会使锅炉的给水连续均匀、相对稳定，从而使锅炉汽压稳定，保证锅炉在合适的参数下稳定运行，使锅炉具有较高的运行效率。若给水不能保持连续均匀和相对稳定，当水位较低时大量给水会大大降低锅炉的汽压，这时为保证负荷就得增加燃料和燃烧设备的负担，可能使锅炉排烟损失和不完全燃烧损失增加。

参考文献：

[1]

高伟.计算机控制系统.北京：中国电力出版社，2000.11

[2]王存旭.协调控制系统.沈阳.沈阳电力高等专科学校自编教材

[3]容銮恩.燃煤锅炉机组.北京：中国电力出版社，1998