鍋爐汽包給水自動調節系統解析

陳兵

摘 要：本文介紹了汽包水位的重要性，闡述了給水流量的調節方法，分析了給水自動調節的相關方案。

關鍵詞：汽包水位；給水流量；自動調節

1 汽包水位的重要性

火力發電廠汽包水位是鍋爐正常運行中一個非常重要的監控參數，也是鍋爐安全運行的主要條件之一，保持汽包水位正常是保證鍋爐安全運行的必要條件。汽包水位過高，會使蒸汽帶水而使過熱器結垢，容易造成過熱器超溫損壞，同時也使過熱器壁溫產生變化。汽包水位過低，則可能破壞鍋爐的水循環系統，造成水冷壁管破裂。無論汽包水位是過高還是過低，都將影響機組的安全運行。

2 給水自動調節的必要性

隨著鍋爐容量增大和參數的提高，鍋爐蒸發受熱面的熱負荷顯著提高，負荷變化時水位的變化速度加快。鍋爐工作壓力的提高，使給水管道系統相應復雜，因而對控制系統的功能和調節結構的特性要求更高，手動調節對于參數的把握、數值的測算做不到非常的準確。加之調節的延時，反饋的延時，都會給調節過程帶來一定的誤差。同時，手動調節的工作量非常大，運行人員調整的頻率很高，工作強度很大。所以，為了減輕運行人員的勞動強度，保證鍋爐的安全運行，實現給水系統的自動控制是非常必要的。

3 給水流量的調節

鍋爐采用定速給水泵和變速給水泵兩種方式供水。定速給水泵通過調節閥門開度，來實現給水流量的改變，為給水流量的節流調節方式。其特點是，改變閥門開度來調節給水流量，調節方式簡便、可靠，但節流損失大，泵的消耗功率相對增大。由于調節閥在高壓下工作，容易造成閥門的磨損和損壞。從節約能源和經濟效益方面考慮，節流調節方式是不經濟的。變速給水泵的優點非常多，具體如下：對給水泵的轉速進行無極變速控制，控制范圍較寬（25%-100%），并且可實現平滑啟動，減少電機的啟動功率；給水泵轉速傳遞效率高，維護量小，并且依靠流體的阻尼作用能吸收電動機和水泵的震動和沖擊，延長機械壽命；變速結構簡單，執行器接受電流信號，控制勺管的位置，便于進行自動控制或遠方操作。

4 給水自動調節系統的方案

給水調節系統可以有多種實施方案，其最終方案的確定除考慮熱力系統布置，主機和輔機結構特性等因素外，還應確定選用的控制設備。好的控制設備功能完善、運行可靠 、系統組成方便靈活，是實現調節系統正常運行的重要條件。常用給水自動調節系統的方案有三種：

1. 給水調節器接收汽包水位H、蒸汽流量D和給水流量q三個信號，其輸出信號用于調節給水流量。系統中汽包水位是被調量，稱為主信號。由于引起汽包水位變化的是蒸汽流量和給水流量，所以在系統中引入了蒸汽流量和給水流量信號。其中蒸汽流量信號為前饋信號（用于消除干擾），給水流量信號稱為反饋信號（用于消除內擾）。這樣組成的系統稱為前饋-反饋調節系統。

2. 串級三沖量給水調節系統。我廠目前主要采用了串級三沖量給水調節系統，系統采用了兩個調節器。主調節器采用PI調節規律，以保證水位無靜態偏差。主調節器輸出信號、給水流量、蒸汽流量信號接入副調節器，其中主調節器的輸出信號作為副調節器的給定值信號。副調節器一般采用比例調節規律，以保證副回路的快速性。該調節系統由兩個閉合回路和前饋組成。副回路是具有近似比例特性的快速隨動系統，用來克服因給水壓力波動等因素引起的給水流量的自發擾動（內擾），以及當蒸汽負荷改變（外擾）時，迅速調節給水流量和蒸汽流量進行平衡。主回路的任務是校正水位偏差。與單級三沖量給水調節系統相比較，串級三沖量給水調節系統的調節質量較好。

運行中要控制好水位，就首先要做好對水位的監視工作。鍋爐正常運行中，汽包水位應以就地水位計為準，參照電接點水位計的指示作為監視手段，通過保持給水流量，減溫水流量和蒸汽流量之間的平衡使汽包水位保持穩定。值得注意的是：由于表計散熱，汽包就地水位計所顯示的水位要比汽包中的實際水位低。自然循環汽包爐的就地水位計指示與實際水位的差值約為50-100mm。水位低時偏差小些，水位高時則偏差大些，因而運行中應對就地水位計的水位進行必要的修正。為減少水位計指示的水位與汽包內實際水位的偏差，有的鍋爐將汽包就地水位計的水側下部接至汽包下降管處，使汽包就地水位計內的水能流動，以減少水位計散熱后水位指示的誤差。在鍋爐啟停過程中，由于負荷、燃燒工況頻繁變動，給水調節一般采用手動調節；鍋爐正常運行中應投入三沖量給水自動調節系統，經常監視各表計指示的變化情況。當水位超過正常允許的變化范圍，且偏差繼續增大時應及時將自動切至手動方式運行。手動調整時幅度不可過大，應防止由于大幅度調節而引起的汽包水位大幅度波動和缺水、滿水事故。

3. 采用變速泵的給水調節系統。目前大型鍋爐中使用的調速水泵有電動調速泵和氣動調速泵兩種。電動調速泵：驅動水泵旋轉的原動力是定速電動機，電動機與水泵之間采用液力聯軸器連接，通過改變液力聯軸器中的油位高度，實現給水泵轉速的改變。氣動調速泵：驅動水泵旋轉的動力是專用的汽輪機，通過改變汽輪機的進汽量，實現給水泵轉速的改變。兩種調速泵相比較：氣動調速泵效率高、特性好，可直接將蒸汽的熱能轉變為機械能。其缺點是在機組啟動和低負荷時，不能投入運行。電動調速泵在機組啟動過程和低負荷運行時即可投入運行。其缺點是經過兩次能量轉換，效率較低。

采用變速泵滑參數運行鍋爐給水調節系統的任務是：維持水位恒定，并保證泵的工作點不超出安全工作區。為此，給水調節系統應包括三個子系統：（1）汽包水位調節子系統。該子系統通過改變泵的轉速控制給水流量，以維持水位穩定。（2）泵出口壓力調節子系統。該系統通過改變給水調節閥的開度，控制給水泵的出口壓力，以保證在安全區工作。（3）泵最小流量調節系統。該子系統通過控制在循環閥門的開或關來保證通過泵的流量不低于所規定的最小量。該子系統通常直接附設在泵的本體上。

5 調節系統的整定方法

調節質量取決于調節參數的選擇。調節參數的確定稱為調節系統的整定，調節系統的整定的任務就是根據調節對象的動態特性選擇最佳的調節參數，以使調節過程具有最佳的品質指標。生產過程較為復雜，對調節質量要求比較高的情況下，通常采用串級調節系統。我廠采用的汽包鍋爐給水自動調節系統就是串級調節系統。串級調節系統中有主回路和副回路兩個調節回路，有主副兩個調節器，每個調節器的參數對整個系統有影響。下面介紹幾種常見的串級調節系統的整定方法。

1.逐步逼近法：先對副回路進行整定，暫時將主回路斷開，按照單回路調節系統的整定方法，求取副調節器的整定參數；先將副回路投入運行，把副回路作為主回路的一個環節，即相當于主調節器等效對象的一個組成部分，然后連接主回路，此時主副回路都閉合，仍用單回路調節系統的整定方法求取主調節器的整定參數；在主回路閉合的情況下，修正副調節器的整定參數；如果調節質量未達到規定指標，再修正主調節器的整定參數。如此反復循環整定，逐步逼近最佳參數。

2.兩步整定法：在主副回路都閉合，主副調節器都采用比例作用的條件下，將主調節器的比例帶放在100%處，按衰減曲線法求的副調節器的比例帶和震蕩周期；取副調節器的比例帶，用同樣的方法，求的調節器的比例帶和震蕩周期；

3.一步整定法：如果副調節器采用比例型，并且對副回路沒有嚴格的要求，可以按單回路的整定方法整定主調節器的參數。

6 結語

隨著電廠的迅速發展，鍋爐容量的增加，鍋爐在生產中的作用逐步增大，鍋爐的安全運行的意義進一步提高，汽包水位的自動控制就顯得異常重要，我們也正在為打造適合自己廠里的、效率最高的調節方法而努力工作著。

參考文獻

[1] 巨林倉 《電廠熱工過程控制系統》 西安交通大學出版社 2009

[2]李永華，劉長良《火電廠鍋爐系統及優化運行》中國電力出版社 2011-9-1