蒸汽鍋爐的控制系統探討

陳思乾

(青海油田供水供電公司,青海海西州鎮 816400)

蒸汽鍋爐的控制系統探討

陳思乾

(青海油田供水供電公司,青海海西州鎮 816400)

某區的發電廠有蒸汽鍋爐,也有燃汽輪機帶的余熱鍋爐,余熱鍋爐的控制系統比蒸汽鍋爐的簡單,下面就以蒸汽鍋爐控制鍋爐為例。最基本的工藝流程是用鍋爐產生蒸汽,推動汽輪機運轉,進而帶動發電機發電,鍋爐是全廠提供動力的重要設備,其任務是提供合格穩定的蒸汽,以滿足汽輪機發電的需要。為了產生合格的蒸汽,需要對鍋爐進行控制,以提高鍋爐產生的蒸汽品質。下面我們對蒸汽鍋爐的控制系統進行簡單的探討。

蒸汽鍋爐 控制系統

鍋爐設備是一個比較復雜的控制對象，主要輸入變量有負荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風和引風量。主要輸出變量有汽包水位、過熱蒸汽溫度及壓力、煙氣含氧量和爐膛負壓等。如果負荷發生變化，會引起汽包水位、蒸汽壓力和溫度等變化。燃料量的變化會影響蒸汽壓力，同時還會影響汽包水位、過熱蒸汽溫度、過剩空氣和爐膛負、汽包水位等的變化。

1 鍋爐的控制系統的劃分

在鍋爐控制系統方面將控制系統劃分為以下幾個控制系統，主要的控制系統如下：(1)鍋爐汽包水位的控制。被控變量主要是汽包水位，操縱變量是給水流量，維持汽包水位在給定的范圍內是保證鍋爐，保證鍋爐和汽輪機正常安全運行的必要條件之一，是鍋爐正常運行的重要指標。(2)鍋爐燃燒系統的控制。其控制目的是使燃料所產生的熱量適應蒸汽負荷的需要：為了達到控制目的，采用的方法控制對象有三個，燃料量、送風量和引風量。(3)過熱蒸汽系統的控制。維持過熱器出口溫度在允許的范圍內，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。控制對象一般是減溫水的水量。

圖1 水位單沖量控制原理圖

圖2 水位雙沖量控制原理圖

2 控制系統的實現

2.1 鍋爐汽包水位的控制方法

汽包水位是鍋爐運行的重要指標。如果水位太低，則由于汽包內的水量較少，負荷變化很大，水的汽化速度又快，因而汽包內的水量變化速度很快，如不及時控制，就會燒干鍋爐，嚴重時導致鍋爐燒壞或者爆炸：水位過高，就會影響汽包的汽水分離，產生蒸汽帶液現象，損壞汽輪機葉片，影響運行安全。汽包水位過高過低的對安全生產影響很大，所以對汽包的水位控制很重要。在運行過程中由于負荷增加時，導致汽包壓力下降，使汽包內水的沸點溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高，形成虛假水位。

圖3 燃燒控制系統原理圖

圖4 環保型燃燒控制系統圖

(1)鍋爐水位單沖量控制系統。汽包水位的控制手段是控制給水，基于這一原理可以設計出單沖量控制系統。單沖量指的是汽包的水位，這種控制系統是典型的單回路控制系統，當蒸汽負荷突然大幅度增加時，由于假水位現象，控制器不但不能開打給水閥增加給水量，以維持鍋爐的水位，而是關小控制閥的開度，減少給水量。等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而減少，將使水位嚴重下降，波動很厲害，嚴重時甚至會使汽包水位降到危險程度以致發生事故。由于小型鍋爐，由于汽包停留時間較長，在蒸汽負荷變化時，假水位現象并不顯著，配上一些連鎖報警裝置，也可以保證安全操作，所以小型鍋爐采用這種單沖量控制系統可以滿足生產要求。我們廠的鍋爐蒸發量為20噸每小時，在實際運行中采用的單沖量控制系統就可以滿足控制需要(如圖1)。(2)鍋爐水位雙沖量控制系統。在汽包水位的控制中，最主要的擾動是負荷的變化，如果根據蒸汽流量來起校正作用，就可以糾正虛假水位引起的誤動作，而且使控制閥的動作十分及時，從而減少水位的波動，改善控制品質。將蒸汽流量信號引入，就構成雙沖量控制系統。在這里雙沖量控制系統實際上就是一個前饋控制加上一個單回路反饋控制的復合控制系統(如圖2)。

圖5 過熱蒸汽減溫控制原理圖

2.2 燃燒控制系統

鍋爐燃燒控制系統的基本任務是使燃料產生的熱量能夠適應鍋爐的需要，同時還要保證鍋爐的安全經濟運行。主要完成的任務有：

主蒸汽壓力的變化反映了鍋爐生產的蒸汽量和汽輪機消耗的蒸汽量相適應，因此需要設計蒸汽的壓力控制系統，當負荷變化時，通過控制燃料量使蒸汽的壓力穩定。當燃料改變時，必須控制相適應的送風量，以保證燃燒的經濟性。爐膛壓力的高低關系著鍋爐的安全運行，燃燒控制系統必須控制引風量保證爐膛壓力為一定值，安全性。燃料的控制系統：用蒸汽負荷來控制燃料量的多少，同時也控制進風量的大小。為了提高控制效果他們的控制各自采用串級控制系統。為了控制燃燒的經濟性，所以要控制排氣氧含量，氧含量的控制通過控制進風量的大小從而控制氧含量的大小，氧含量的控制采用變比值控制方法(如圖3)。如果控制要求還要考慮到環保的問題，則再控制系統中加入選擇控制，就可以滿足環保控制要求(如圖4)。

爐膛負壓控制系統，則采用單回路控制系統就可以滿足控制要求，將爐膛負壓控制系統和上面的控制系統結合起來就形成了完整的鍋爐燃燒系統控制系統了。

2.3 過熱蒸汽溫度控制

現代鍋爐的過熱器在高溫條件下工作，過熱器出口溫度是全廠蒸汽溫度要求的最高點，也是金屬壁溫的最高處，在過熱器正常運行時已接近材料允許的最高溫度。如果過熱蒸汽溫度過高，容易燒壞過熱器，也會影響安全運行：溫度過低則滿足不了生產工藝的要求。此控制方案采用串級控制方案，可以得到比較滿意的控制效果(如圖5)。

2.4 鍋爐的聯鎖系統

為了提高汽輪機和鍋爐的安全性，需要為鍋爐加入聯鎖系統。鍋爐的水位太高太低會影響鍋爐的安全，水位太高可以和緊急排水聯鎖。水位太低可以和燃調閥聯鎖起來。鍋爐的壓力太高可以和鍋爐的緊急排氣聯鎖起來。可以根據鍋爐的實際運行情況加入其他的聯鎖裝置，其目的就是為了保護鍋爐汽輪機的正常安全運行。例如我們廠的余熱鍋爐中低壓水位高于66%時，緊急放水電動門自動打開。中低壓水位低于58%時，緊急放水電動門自動關閉。中壓水位高于84%或低于16%時，煙氣擋板門自動關閉。

2.5 鍋爐的報警系統

為了保證鍋爐汽輪機正常運行和安全，保證蒸汽的品質可，以根據運行情況設置一些需要的報警。以便提醒運行人員及時的進行調整處理。

鍋爐在現代工業生產中也有很重要的作用，本文對鍋爐的控制進行簡單的探討，在實際運行中實現的方法會有所不同，但原理基本一致。

[1]王樹青.工業過程控制過程.化學工業出版社.