根據(jù)鍋爐實(shí)際工藝的汽包水位三沖量調(diào)節(jié)

張興儉（深圳達(dá)實(shí)智能股份有限公司，廣東 深圳 518057）

1 引言

鍋爐是發(fā)電、煉油、化工等工業(yè)部門的重要能源、熱源的動力設(shè)備。鍋爐的種類很多，這里主要介紹根據(jù)實(shí)際工藝需求的循環(huán)流化床鍋爐汽包水位三沖量調(diào)節(jié)。汽包水位的自動調(diào)節(jié)在整個鍋爐生產(chǎn)工藝中極為重要，DCS系統(tǒng)邏輯組態(tài)的繁簡直接影響到生產(chǎn)工藝調(diào)節(jié)的快慢，也間接影響了鍋爐蒸汽的品質(zhì)，所以說利用鍋爐工藝和DCS 系統(tǒng)邏輯巧妙結(jié)合可以為生產(chǎn)提供可靠保障和極大便利。

2 鍋爐汽水系統(tǒng)工藝分析

對于額定蒸發(fā)量220t/h~260t/h 的循環(huán)流化床鍋爐來說，汽水系統(tǒng)是鍋爐重要調(diào)節(jié)系統(tǒng)之一，如圖1所示。

鍋爐汽包水位控制的目的就是使鍋爐給水量與鍋爐蒸發(fā)量相適應(yīng)，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內(nèi)。所以說汽包水位控制也稱為鍋爐給水控制。汽包水位過高，會影響汽水分離效果，容易造成過熱器積鹽結(jié)垢，使管道過熱損壞；汽包水位過低，會破壞水循環(huán)，嚴(yán)重時會損壞鍋爐造成水冷壁爆管直至干鍋[1]。根據(jù)鍋爐汽包水位動態(tài)特性，考慮到蒸汽流量和給水流量對水位的影響，分析它們階躍干擾下汽包水位相應(yīng)曲線，得出汽包三沖量水位控制方案，即給水流量、蒸汽流量和汽包水位。三沖量液位控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 循環(huán)流化床汽水系統(tǒng)工藝圖

圖2 三沖量液位控制系統(tǒng)框圖[2]

圖2 是常規(guī)的水位控制方案，基本上能夠滿足對汽包水位的控制，但在實(shí)際鍋爐工藝中存在許多弊端，如邏輯組態(tài)繁瑣、系統(tǒng)響應(yīng)慢，尤其對單元制鍋爐和母管制鍋爐的控制方案要分別對待，具體情況具體分析。

3 霍尼韋爾DCS系統(tǒng)組態(tài)在鍋爐水位實(shí)際工藝中的解決方案

首先，霍尼韋爾DCS系統(tǒng)是一套完整的集散控制系統(tǒng)，它具有完善的功能模塊，通過組態(tài)可實(shí)現(xiàn)各種類型的PID單回路控制、串級控制、前饋控制、純遲延補(bǔ)償控制、解耦控制以及順序控制等[3]。

其次，在鍋爐運(yùn)行工藝中有單元制鍋爐運(yùn)行和母管制鍋爐運(yùn)行之分，如果一臺鍋爐帶一臺汽輪機(jī)運(yùn)行的話，我們就叫它單元制，反之多臺鍋爐的蒸汽管道相連，通過母管帶動多臺汽輪機(jī)運(yùn)行，我們就叫它母管制運(yùn)行。

在單元制鍋爐運(yùn)行方式下，鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)類似于圖2所示的一般控制模式，但又不完全相同，主要反映在DCS SAMA圖里的給水流量檢測信號與主調(diào)節(jié)器來的信號相加，再減去蒸汽來的檢測信號，再送給副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。控制方案如圖3所示。

圖3 單元制鍋爐液位三沖量控制系統(tǒng)框圖

在圖3中，鍋爐汽包的水位信號需要先進(jìn)行水位壓力修正，也就是把鍋爐左、右側(cè)汽包壓力分別引入到汽包水位信號中加以修正計算，如式（1）所示。

其中：P1為汽包水位信號；P2、P3為左、右汽包壓力增益和偏置后的信號。在霍尼韋爾DCS組態(tài)中，采用RPV模塊CALCULTR來運(yùn)算式（1），運(yùn)算結(jié)果要再經(jīng)過一個三取中的模塊（MID OF 3），取出中間數(shù)值信號送到主調(diào)節(jié)器作為PV值。鍋爐給水流量信號是經(jīng)過流量開方后的信號，即經(jīng)過FLOWCOMP模塊運(yùn)算后的結(jié)果。如式（2）所示。

其中：F為給水流量信號，T為給水溫度信號。經(jīng)過流量開方后的給水流量信號將被送到副調(diào)節(jié)器作為PV值。鍋爐蒸汽流量信號也是經(jīng)過流量開方后的信號，即經(jīng)過FLOWCOMP模塊運(yùn)算后的結(jié)果。如式（3）所示。

其中：F為鍋爐蒸汽出口流量信號，T為主汽溫度信號，P為過熱器出口壓力信號。經(jīng)過流量開方后的蒸汽流量信號將被送到主調(diào)節(jié)器作為前饋FF值。在主調(diào)節(jié)器里修正后的水位信號和修正后的蒸汽流量信號經(jīng)過主調(diào)節(jié)器PID模塊運(yùn)算后作為給定值SP送給副調(diào)節(jié)器，再經(jīng)過副調(diào)節(jié)器的PID模塊運(yùn)算后輸出給調(diào)節(jié)閥。

單元制鍋爐汽包水位DCS組態(tài)如圖4所示。

圖4 單元制鍋爐液位三沖量控制組態(tài)圖

由于現(xiàn)在電廠多數(shù)都是母管制運(yùn)行的方式，所以如果延續(xù)使用單元制的控制邏輯模式，不但會使邏輯運(yùn)算繁瑣，而且很不方便調(diào)試運(yùn)行。下面就介紹一下母管制運(yùn)行方式下的控制邏輯模式。控制方案如圖5所示。

圖5 母管制鍋爐液位三沖量控制系統(tǒng)框圖

首先，母管制鍋爐水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)大大簡化了控制模式，由原來的兩個調(diào)節(jié)器簡化為使用一個調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)副給水調(diào)節(jié)閥就可以了。其次，在DCS邏輯上汽包水位不用經(jīng)過壓力修正，直接取汽包水位信號經(jīng)過三取中（MID OF 3）模塊運(yùn)算。鍋爐出口蒸汽流量需經(jīng)過流量開方運(yùn)算，即經(jīng)過FLOWCOMP模塊運(yùn)算后的結(jié)果。如式（4）所示。

其中：F為高過出口蒸汽流量信號，T為高過出口溫度信號，P為高過出口壓力信號經(jīng)過流量開方后的蒸汽流量信號還要經(jīng)過RPV模塊修正，如式（5）所示。

其中：C1=1.0~1.8，P1為式（4）函數(shù)值，鍋爐給水流量不需經(jīng)過流量開方，只需要一個RPV模塊修正就可以了，如式（6）所示。

其中：C1=1.0~1.8，P1為給水流量信號，經(jīng)過修正后的蒸汽流量和給水流量再經(jīng)過RPV模塊運(yùn)算取其差值，如式（7）所示。

圖6 母管制鍋爐液位三沖量控制組態(tài)圖

其中：P1為給水流量修正信號，P2為蒸汽流量修正信號。式（7）運(yùn)算后的值再與汽包水位三取中的值求和，如式（8）所示。

其中：P1為汽包水位三取中信號，P2為式（7）的值由式（8）得出的結(jié)果作為PV值送給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器再根據(jù)SP值和PV值PID運(yùn)算后控制副給水調(diào)節(jié)閥。母管制鍋爐投入汽包水位自動調(diào)節(jié)的先決條件是：鍋爐運(yùn)行工況穩(wěn)定，主調(diào)節(jié)閥沒有大的負(fù)荷調(diào)節(jié)，即主調(diào)節(jié)閥基本不動作。母管制鍋爐汽包水位DCS組態(tài)如圖6所示。

4 結(jié)語

由于多數(shù)電站使用母管制鍋爐運(yùn)行方式，所以在鍋爐穩(wěn)定的運(yùn)行工況下，使用母管制DCS組態(tài)方案可以很容易投入汽包水位調(diào)節(jié)自動，也使DCS系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)時間大大加快了。

母管制運(yùn)行方式下的控制邏輯模式,在鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定的情況下投入自動運(yùn)行，經(jīng)過多個項(xiàng)目的現(xiàn)場運(yùn)行觀察汽包水位控制的效果都非常好，既節(jié)省了繁瑣的組態(tài)工作，又方便了調(diào)試和運(yùn)行人員的操作，并且加快了系統(tǒng)響應(yīng)，得到了用戶的廣泛好評。

[1] 劉吉臻, 白焰. 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)[J]. 電站過程自動化. 2006, 5: 49-51.

[2] 王再英, 劉淮霞等. 工業(yè)鍋爐自動控制系統(tǒng)[J].過程控制系統(tǒng)與儀表. 2006, 2: 316-320.

[3] 劉國海. 集散控制系統(tǒng)的控制算法[J]. 集散控制與現(xiàn)場總線. 2006, 8: 53-62.