電廠中余熱鍋爐汽包水位波動的不確定性成分研究與探討

閆志新

（中鋼集團吉林機電設備有限公司 吉林省吉林市 132021）

在余熱鍋爐汽包水位波動的研究中，整個聯合循環的發電效率和安全穩定，會受汽包水位控制系統的影響。并且在循環系統中，系統工程情況的變化會造成汽包水位的變化，比如蒸汽出口量突變使汽包壓力受到影響，水位也會發生變化，但是這種成分造成的水位波動是明確的，可以確定成因；但是部分不確定成分也會造成汽包水位的變化，比如現場情況、機械設備震動、密度波不穩定等等，這些成分造成的影響就是不確定的，也被稱為水位噪聲，控制系統對汽包水位變化情況的判斷會受其影響，對余熱鍋爐汽包水位波動的不確定成分進行分析，并提出相應的解決方案。

1 汽包水位波動的不確定成分

1.1 成分分析

余熱鍋爐在電廠實際應用中發現，汽包水位總是根據工程情況的不穩定而有所波動，而且工程情況的變化是造成其波動的主要因素。一般情況下，給水量、余熱量、蒸汽量比較容易受外部環境干擾，而這些成分的變化會明顯影響汽包水位的變化，根據余熱鍋爐的動態特性來進行分析，這種變化可以視為確定性波動[1]。但是在實際應用中，汽包水位的波動是很難確定的，會受到很多不確定因素的影響。通過現場實際的觀測數據，即使上述成分都沒有對工程造成影響，那么汽包水位仍可能出現變化，而且還可能藏有隱患，若出現突然狀況，很可能超過警戒線。

1.2 原理分析

1.2.1 機械振動

水管內給水的震蕩、汽包管筒與連接機部件振動引起的共振、余熱煙氣沖刷水冷壁時使汽包產生的機械振動。以及廠房現場具有的噪聲干擾等等，都是會造成水位波動的振動原因，這些影響會使水位波動與其出現同步，并且很難停止[2]。在系統的整個運行中，這種干擾經常存在，高頻成分包括振動的頻率，一般可以運用低通濾波進行消除。

1.2.2 壓降振蕩

兩相流中的常見現象是壓震蕩，收入流體的流向上擁有可壓縮容積的部分是其主要原因，加熱流道運行在壓降-流量內部特殊曲線的負斜率區也可能對其有一定影響。50~180s是壓降振蕩的周期，其頻率在0.005~0.02Hz之間，所以汽包水位出現無規律的波動主要是因為壓降振蕩引起的。

通過以上原因分析，鍋爐內兩相流的壓降振蕩的變化時靜態下汽包水位出現變化的主要原因，這種振蕩效果反映到汽包水位上，會形成一系列的諧波，且頻率疊加[3]。所以，壓力振蕩和其他因素的高頻波是汽包水位波動信號成分的基本合成條件，并且工程情況的不同，會早場這個周期波動的變化，但若是工程情況穩定，那么汽包水位不會受到影響。

2 工程實例及解決方案

2.1 工程實例

某電力工廠的鍋爐房內擁有2臺24t的低壓鍋爐，2臺13t的中壓過來。因為前期設計的差異，鍋爐房中，有3臺國產鍋爐的汽包水位測量方式是通過雙室平衡容器金習慣測量的。兩臺供水泵（一用一備）為1臺鍋爐汽包供水。最開始的水位控制方法是，根據汽包水位由主控室進行PID調節，水調節控制需要輸出4~20mA信號控制，但是這種操作經常造成調節閥的損壞。所以應在主控室對鍋爐汽包水位控制，調節PID儀表盤上的調節儀上輸出啟停信號，對調解閥進行手動調節，汽包水位在100mm位置停泵，低于0mm時起泵，通過這種方式對汽包水位進行控制。但是汽包蒸發量會發生瞬間的大幅變化，工作人員往往難以及時處理，致使汽包水位在測量中出現誤差，使鍋爐為了保護低水位進行停爐誤工作，對生產造成影響。目前進口的LOOS爐，在鍋爐爐體上比以往容量大一倍，其測控系統更加精確，水調節程序較為穩定，汽包水位也比較穩定。

現階段，對于汽包水位波動的不確定成分有很多解決方案，相關研究人員也提出了很多方法，比如在組合PID調節儀控制調節閥時，可以選用兩參數或三參數，或改善氣動調節閥，更換電容式液位計控制液位，以防假水位造成停爐現象，或者在PLC控制中對需要的信號進行改造[4]。但是這些方案在實際應用中所需要的投資較大，且在進行相應改進是，影響鍋爐的正常工作。所以，合理的解決方案應該根據現有設備，在不增加費用以及設備的基礎上，并且不會對鍋爐正常生產造成影響，提出有效的方案，并進行相應改造，滿足工藝的需求。

2.2 解決方案

開啟汽包供水調節閥，讓汽包水位可以根據旁通閥進行補水，確保調整時的政策生產。其次，使汽包供水泵出口流閥開口度為6%，并合理控制管道壓力使保持在合理的范圍內，汽包供水泵的正常的工作狀態不被改變，可以通過接下來的調整時使之可以繼續運行，以此解決水閥頻發開關引起的問題[5]。汽包供水調節閥執行器參數的調節，可以使其在出現故障時全部打開，并保證系統緊急情況下的安全，使執行器的靈敏度降低，以1%為標準。控制PID調節儀啟停泵的參數，對鍋爐汽包水位繼續進行調整。分析汽包水位量程范圍在-185（RG.00）-260mm（RG.FS），汽包水位為40mm，所以起泵的水位設置為45mm（L0.AL），停泵水位為80mm（HI.AL）回差2（HYST）。假如汽包水位符合停泵條件是停泵，若水位下降到40mm時起泵，并且會根據慣性，汽包水位會下降到34mm左右，這種方式有利于降低超調，縮短調節時間。

控制PID調節儀的參數可以調整鍋爐汽包水位，這是解決方案中需要考慮的難點，也是最耗費時間的程序，在很多資料中都涉及的調整方法：試湊法和計算法。本文主要是應用試湊法對影響汽包水位的不確定成分進行調整和控制，值得注意的是，F＆B的PID調節儀的比例參數比較大，系統的反映速度較慢，其他儀表的情況正好與之相反，所以若對P值進行調節會有很多多余的程序。在系統中使用的PID調節儀一般沒有死區調節功能，所以在調整過程中引入部分微分調節，可以使系統在出現大幅度的變化時，或突發現象發生時，能夠快速解決，受超調時間和響應時間得以減少，所以根據這幾點原因，要配合生產過程對調整過程進行整合，這個調整過程一般花費1周的時間。

120、80、900是經過PID參數調整過的，其可以確保汽包水位在允許的范圍內穩定變化，并在調節閥進行調整的過程中，頻發啟停水泵不會引起超調現象造成汽包供水的影響，這個過程也不要過于頻繁的使用調節閥。確保閥門不會全部關閉，同時使閥門開度的最小值為6%，防止閥體前后的壓差過大。一般情況下，小負荷的鍋爐在運行時，不會出現水位波動的現象，也不會造成這類維他，所以控制鍋爐水位使用小負荷的啟停給水泵，觀察給水流量，適當控制給水調節，控制給水流量最小值每小時3t左右，確保蒸發量小于每小時2t左右時，汽包水位會上升指停泵水位，從而保證鍋爐小負荷運作是，啟停給水泵控制鍋爐也為，達到節約能源和減小調節閥磨損的目的。

3 結語

在冶煉過程中，余熱鍋爐的汽包水位波動是復雜并且變化多樣的，其變化特點有呈周期性規律、速率快、具有波動性。鍋爐內水容積的變化直接引起汽包水位的變化，爐內氣熱負荷的變化是其根本原因。爐水中水和汽的容積組成了鍋爐水的容積，在汽包水位發生變化時，爐水中汽的容積和水的容積對汽包水位所造成的影響并不一致，而沒有關聯。對汽包水位波動有直接影響的可控參數有吹煉強度、汽包運行壓力、鍋爐補水流量等等。在實際應用中，這些基本參數應進行合理的調控，確保余熱鍋爐穩定、安全的運行。

[1]譚季秋,鄂加強,鐘定清.聯合循環余熱鍋爐汽包水位晃蕩信號智能預測[J].中南大學學報(自然科學版),2012(3):159-160.

[2]王強,曹小玲,蘇明.余熱鍋爐汽包水位波動信號的EMD特性分析[J].中國電機工程學報,2011(1):175-176.

[3]趙焱焱.水泥純低溫余熱發電優化控制軟件的研發[J].濟南大學,2011(5):164-165.

[4]馬文通.燃氣輪機及燃氣—蒸汽聯合循環在部分工況下的仿真研究[J].上海交通大學,2009(1):162-163.

[5]陳楊,孫應淳.垃圾焚燒余熱鍋爐汽包水位變形的三沖量串級調節[J].自動化與儀器儀表,2012(11):176-177.