熱工自動控制在火力發電廠汽包水位上的應用

張福偉 張福艷

摘 要：汽包水位是鍋爐使用過程中的重要參數指標，其指標的大小可以直接影響鍋爐的運行狀況，太高的水位會造成大量的飽和水蒸汽帶水，導致溫度快速下降，會嚴重影響安全問題，造成鍋爐不能正常運行，造成相關經濟損失，但是如果水位下降得太低，產生的汽包水量就不夠，當鍋爐在高速運轉時，汽包水的氣化速度就會變快，由于水位在進行快速下降之后，不能夠有效的進行補水，鍋爐就會受到很大的傷害，影響鍋爐的正常運行，嚴重的還會引起爆炸，影響人身安全，財產安全。所以，對汽包水位必須要嚴格控制，這樣才能夠使得鍋爐正常運行，由于其危害性特別大，因此需要安裝相應的監控進行實時檢測，可以時刻掌握具體情況，在水位情況發生變化時可以及時發現。

關鍵詞：熱工自動控制;火力發電廠;汽包水位;應用

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0144-02

0 引言

在鍋爐系統中，如果鍋爐內汽包水位不能保持在一個正常的范圍內，會造成很大的危害，水位可以控制鍋爐的汽包分離的速度，并且水蒸氣形成的好壞也是受水位所控制，因此必須要先去把水位保持在一個合理的范圍內，從而才能保證鍋爐正常穩定的運行，而本文主要就是對汽包水位控制進行相關研究與分析圖，提出了相應的方式方法，闡述了其優劣所在，氣泡水為示例圖如圖1。

1 影響汽包水位變化的因素及動態特性分析

影響汽包水位變化的因素多種多樣，很多因素都會使得鍋爐水位發生變化，主要因素有以下幾點：

1.1 鍋爐負荷的變化

當鍋爐運行穩定，并且鍋爐燃燒與給水量調節可以穩步協調時，鍋爐內部水分就會保持在一個平穩狀態，不會使得汽包水位有很大的變化。但是如果鍋爐不能正常運行，或者負荷變化很大時，給水量調節就不能與鍋爐燃燒充分配合，使得鍋爐內部水份不能保持在一個正常的范圍，汽包水位變動就很大，因為當負荷突然變大，鍋爐的燃燒與給水量調節還來不及作相應調整，就會使得鍋爐內部水飽和溫度下降，增加汽水混合物比容，增大體積，這時就會使得水位快速上升，持續負荷，使得水位一直下降，所以，這種情況下，汽包水位一般會先升高再下降，反之，突然降低負荷，汽包水位就會先下降后升高。[1]

1.2 給水量的變化

水壓變大變小的情況可以影響給水流量的變化，而給水流量的變化情況對鍋爐水位也可以產生一定的影響，結合相關具體事例，給水流量的變化會影響汽包水位的變化，如果基本條件不變，升高給水流量就會升高汽包水位，降低給水流量就會降低氣泡水位。

1.3 燃燒工況的變化

燃燒工況也可以影響汽包水位，如果燃燒量非常大，就會增大鍋爐燃燒率，鍋爐內水的氣化隨之加強，氣體混合物體積迅速膨脹，就會在短時間內造成水位升高，接下來就是水位的下降。相反，燃燒量變少時，水位的變化情況就與上述情況相反。

1.4 鍋爐設備原因

鍋爐的設備原因中包含著設備的故障，泄漏，汽包相對水容積，如果汽包相對水容積很小的話，水位會產生很明顯的變化，相反，相對水容積越大，水位變化速度就越不明顯，并且除了水容積這一影響因素以外，高壓加熱器也可以影響水位變化，鍋爐水冷壁也可以影響水位變化，單沖量形式的自動調節控制方式雖然簡單，但是它對水位的要求就很高，要求鍋爐內的水位很大程度上都保持在正常的范圍內，并且保持時間要很長，使得水位產生的水負載保持在一個穩定的狀態。再安裝安全裝置，對鍋爐實際情況不斷進行監測，這種控制方式會產生虛假水位，這是他的最大缺點，這種調節方式會使得控制反應很慢，如果出現嚴重的情況就會出現不能夠再對鍋爐內汽包水位進行控制。

2 氣泡水位調節熱工自動控制方案

分析完鍋爐水位影響因素和變化特征以后，可以了解到，在實際運行工況和各種影響因素下，鍋爐水位的變化是呈規律性的曲線變化，相關專家可以根據這種規律性，提高鍋爐汽包水位調節的自動化控制技術，研制相關方案，從而使得就算有不同的運行工況以及各種各樣的影響因素，也可以將水位保持在一個合理平穩的狀態，[2]而以下分析了幾種保持水位合理狀態的方式和控制系統的示例圖（如圖2）。鍋爐水位調節的自動化控制方案主要有以下幾點：

2.1 單沖量控制系統

這種控制方式是所有控制方式中最簡單的一種，單沖量可以充當氣泡水位，給水調節閥被汽包水位直接控制，有著非常簡單的控制原理和結構，并且不用投入太多投資，很容易實現。操作變量是給水量，如果鍋爐內的負荷不高，并且保持在一個平穩的狀態時，蒸發的水分就很少，使得水鍋爐牛內停留的時間就變得很長，不會出現假水位的現象。再配置相關安全設備，可以保證鍋爐正常運行，如果蒸發的水分較多時，就會有比較明顯的假水位現象，因此會給相關設備提供錯誤的信號，使得調節器不能夠及時有效的補水，如果有著很低的水位時，還會發生更嚴重的事故，因此大型鍋爐不宜采用這種方式，一般都是小型低壓鍋爐使用。

2.2 雙沖量控制系統

控制方式是在上一種控制方式的基礎上進行補償調節，上一種控制方式主要是通過調節自身氣流產生的壓力，而這種控制方式主要是將蒸汽的流量負壓引入，不容易產生虛假水位這種情況，使得控制系統在調水過程中能夠快速進行水位調節，但雙沖量控制形式也存在自身的不足，他會產生拋物線曲線，工作人員對其補水不能進行有效控制，第1種控制形式也會產生這種問題，不能夠有效的控制水位。

雙沖量控制方式加入了對蒸汽流量的測量，是對單沖量形式進行補充控制，汽包水位中，負荷的變化是最主要的影響因素，由于單沖量是參考汽包水位，從而控制給水量，這種控制方式過于單一，很容易造成虛假水位的現象，不能夠使多鍋爐正常的運行，不能夠有效的對水量進行相關調節，而這種控制方式加入了蒸汽流量測量，即給水量被控制著，可以在一定程度上消除虛假水位所帶來的不良影響，可以準確有效的調節水位，將水位保持在穩定的狀態。

2.3 三沖量控制系統

三沖量控制是在雙沖量控制的基礎上，加入了給水流量信號，這種控制方式結合了汽包水位，蒸汽流量，給水流量，經過相關的運算，將三種信號控制在一個給水閥，讓他們在鍋爐水位調節中都發揮各自的作用，可以減少外界因素的影響，使得控制效果更好。除了上述文中提到的兩種控制方法，就引出了效果更好的三沖量控制法。由文中可知，這三種方法都具有一定的相同點，說明技術在進步，這種方法還考慮了水流量，將水流量作為一個參考，再結合以上兩種信號，就形成了三種信號，可以進行仔細運算，可以進一步了解鍋爐內部的狀態，工作人員可以在第一時間內發現問題，做出相關調節。第三種水位自動調節控制方式結合了以上兩種調節方式，讓三種不同的控制方式同時發生作用。但是也有相應的缺點，要求鍋爐里面的物料保持在比較平衡的狀態，不然當三種負壓都發生變化時，會產生不同程度的汽包水位控制，但這種方法比以上兩種控制方式更加準確，不容易受外界的干擾。我們可以觀察相關儀器，從而時刻了解鍋爐內汽包水位，所以必須要選正確的相關儀器進行測量，采用wc系列的儀表表頭，安裝方式不能夠采用以往的安裝方式，必須用垂直儀表頭面方式安裝變壓器。[3]

3 氣泡水位調節熱工自動控制方案的實現

在進行轉爐煉鋼生產時，一般都采用了單沖量和雙沖量調節自動給水系統，根據實際情況，安裝相關報警裝置，從而保證鍋爐可以安全工作，當轉爐沒有缺氧時，采用第一種自動調節方式，通過程序控制調節閥，調節給水量，讓汽包水位保持在中間水位，當轉爐開始吹氧時，則采用第二種自動調節方式，為了讓鍋爐能夠正常運行，需要安裝相關報警設備，汽包水位一旦過高或過低，就會進行相應的報警，使得工作人員可以及時發現，進行相關控制與調節。改變水流量，可以調節鍋爐汽包水位，所以想要控制好水位，就必須要及時監控鍋爐內水位。[4]

在鍋爐正常運轉時，對水位的監測應該以就地水位計作為標準，還要參照低地位水位計和電接點水位計，使得各影響因素之間保持在一個平穩的狀態，使得汽包水位保持在穩定的范圍內，并且必須要保證汽包水位監測指示劑的質量，能夠準確無誤的進行監測，對相關安全裝置也要進行定時檢查。

4 注意事項

根據以上汽包水位調節的自動化控制方式的相關研究，對鍋爐內水位變化的影響因素和相關特征做了相關分析，在進行具體控制應用時，應該選擇合理的控制措施，可以解決虛假水位的問題，提高利用效率，可以對鍋爐汽包水位進行及時有效的調節。再結合相關報警設備，保證鍋爐可以安全穩定的工作，并且還要時刻檢查相關儀器設備，提高工作人員的安全意識。還需要使用相關的儀表設備，相關人員要對儀表設備有具體的了解，WC系列的測量儀器最好，并且用垂直儀表頭面的方式安裝變壓器，可以有效提高空間利用率。[5]

5 結語

通過上述文章的研究，先分析了影響因素，發現鍋爐負荷的變化，給水量的變化，燃燒工況的變化以及鍋爐設備等，都可以影響汽包水位變化，再提出了幾種控制方式，對幾種控制系統進行了相應的分析，提出了三種自動控制方式，雙沖量控制方式加入了對蒸汽流量的測量，是對單沖量形式進行補充控制，三沖量控制是在雙沖量控制的基礎上，加入了給水流量信號，這種控制方式結合了汽包水位，蒸汽流量，給水流量，經過相關的運算，將三種信號控制一個給水閥，讓他們在鍋爐水位調節中都發揮各自的作用，可以減少外界因素的影響，分析了每種系統的原理以及優點缺點，其中三沖量控制方式的效果最好，它可以使得鍋爐安全穩定的運行，提高鍋爐的工作效率提高。[6]

參考文獻

[1] 時煒，安美玲，張樹亭.電廠鍋爐汽包水位的控制分析[J].中國科技博覽，2013（17）：282-283.

[2] 高康林.淺談鍋爐汽包水位的自動控制[J].中國計量，2003（4）：57.

[3] 丁榮，蔡新平.鍋爐汽包水位控制系統的分析與確定[J].應用能源技術，2011（4）：18-23.

[4] 黃永杰.工業鍋爐汽包水位自動控制系統分析與研究[J].煤炭技術，2013（6）：151-153.

[5] 孔那.鍋爐內汽包水位控制過程[M].北京：西南交通大學出版，2016.

[6] 丁榮，蔡新平.鍋爐汽包水位控制系統的分析與確定[J].應用能源技術，2011（4）：18-23.