锅炉设备的控制

摘要：文章主要以锅炉设备为例，针对锅炉设备的三个主要控制系统：锅炉汽包液位、蒸汽过热系统及锅炉燃烧系统，介绍和分析了几种常用的控制方案。

关键词：锅炉设备；锅炉汽包液位；蒸汽过热系统；锅炉燃烧系统；控制方案

中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0097-02

1 概述

根据生产负荷的不同需求，锅炉应提供不同压力和温度的蒸汽，同时，根据经济性和安全性的要求，使燃料完全燃烧和确保锅炉的安全生产。锅炉设备的主要控制系统有三个：锅炉汽包液位的控制、蒸汽过热系统的控制、锅炉燃烧系统的控制。

2 锅炉汽包液位的控制

2.1 单冲量液位控制系统

单冲量液位控制系统的原理图如图1所示。由图可知，它是一个典型的简单液位控制系统，它适用于停留时间较长、负荷变化小的小型低压锅炉（一般为10t/h以下）。

图1 单冲量液位控制系统

单冲量液位控制系统对于停留时间短、负荷变化大的系统，就不能适应了。当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于汽包内蒸汽压力瞬间下降，水的沸腾加剧，汽泡量迅速增加，形成汽包内液位升高的现象。因为这种升高的液位不代表汽包内贮液量的真实情况，所以称为“假液位”。这时液位控制系统测量值升高，控制器错误地关小给水控制阀，减少给水量，等到这种暂时的闪急汽化现象一旦平稳下来，由于蒸汽量增加，送入水量反而减少，将使水位严重下降，波动很厉害，严重时会使汽包水位降到危险区内，甚至发生事故。

产生“假液位”主要是蒸汽负荷量的波动，如果把蒸汽流量的信号引入控制系统，就可以克服这个主要干扰，这样就构成了双冲量液位控制系统。

2.2 双冲量液位控制系统

图2 双冲量液位控制系统

双冲量液位控制系统的原理图如图2所示。这是一个前馈-反馈控制系统。蒸汽流量是前馈量。借助于前馈的校正作用，可避免蒸汽量波动所产生的“假液位”而引起控制阀误动作，改善了控制质量，防止事故发生。

双冲量液位控制系统的弱点是不能克服给水压力的干扰，当给水压力变化时，会引起给水流量的变化。所以一些大型锅炉则把给水流量的信号也引入控制系统，以保持汽包液位稳定。这样，作用控制系统共有三个参数的信号，故称为三冲量控制系统。

双冲量液位控制系统适用于给水压力变化不大，额定负荷在30t/h以下的锅炉。

2.3 三冲量液位控制系统

三冲量液位控制系统如图3所示。它是一个前馈-串级控制系统。蒸汽流量作为前馈信号，汽包水位为主变量，给水流量为副变量。

图3 三冲量液位控制系统

3 过热蒸汽系统的控制

目前广泛选用减温水的流量作为操纵变量，但是该通道的时滞和容量滞后太大。如果以蒸汽温度作为被控变量，控制减温水的流量组成简单控制系统，往往不能满足生产上的要求。因此，应采用以减温器出口温度为副变量的串级控制系统，如图4所示，这对提前克服如蒸汽流量、减温水的流量和温度等干扰因素是有利的，可以减少过热蒸汽温度的动态偏差，提高过热蒸汽温度的控制质量。

图4 过热蒸汽温度串级控制系统

过热蒸汽温度控制有时还采用双冲量控制系统，如图5所示。这种方案实质上是串级控制系统的变形。

图5 过热蒸汽温度双冲量控制系统

4 锅炉燃烧系统的控制

锅炉燃烧系统的自动控制基本任务是使燃料燃烧时产生的热量，适应蒸汽负荷的需要。由于汽包本身为压力容器，它输出蒸汽的压力受到它所带的汽轮机和其他设备条件的限制，所以锅炉燃烧系统的自动控制有三个主要作用：

（1）维持锅炉出口蒸汽压力的稳定。当负荷受干扰影响而变化时，通过控制燃料量使之稳定。

（2）保持燃料量和空气量按一定配比送入，即保持燃料燃烧良好。

（3）维持炉膛负压不变，应该使排烟量与空气量相配合。负压太小，炉膛容易向外喷火，影响环境卫生、设备和工作人员的安全；负压太大，会使大量冷空气漏进炉内，从而使热量损失增加，降低燃烧效率。一般炉膛应保持－2mmH2O左右的

负压。

5 结语

本文主要以锅炉设备为例，针对锅炉设备中的三个主要控制系统：锅炉汽包液位、蒸汽过热系统及锅炉燃烧系统，分别介绍了几种常用的控制方案，并且着重分析了这些控制方案各自的特点、适用场合以及选取过程。

参考文献

[1] 施仁，等．自动化仪表与过程控制[M]．北京：电子工业出版社．

[2] 金以慧．过程控制[M]．北京：清华大学出版社．

作者简介：蔡静，包头轻工职业技术学院自动化学院助教，硕士，研究方向：控制理论与控制工程。