鍋爐汽包給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)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(diào)節(jié)方法，分析了給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的相關(guān)方案。

關(guān)鍵詞：汽包水位；給水流量；自動(dòng)調(diào)節(jié)

1 汽包水位的重要性

火力發(fā)電廠汽包水位是鍋爐正常運(yùn)行中一個(gè)非常重要的監(jiān)控參數(shù)，也是鍋爐安全運(yùn)行的主要條件之一，保持汽包水位正常是保證鍋爐安全運(yùn)行的必要條件。汽包水位過(guò)高，會(huì)使蒸汽帶水而使過(guò)熱器結(jié)垢，容易造成過(guò)熱器超溫?fù)p壞，同時(shí)也使過(guò)熱器壁溫產(chǎn)生變化。汽包水位過(guò)低，則可能破壞鍋爐的水循環(huán)系統(tǒng)，造成水冷壁管破裂。無(wú)論汽包水位是過(guò)高還是過(guò)低，都將影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

2 給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的必要性

隨著鍋爐容量增大和參數(shù)的提高，鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱負(fù)荷顯著提高，負(fù)荷變化時(shí)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(tǒng)相應(yīng)復(fù)雜，因而對(duì)控制系統(tǒng)的功能和調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的特性要求更高，手動(dòng)調(diào)節(jié)對(duì)于參數(shù)的把握、數(shù)值的測(cè)算做不到非常的準(zhǔn)確。加之調(diào)節(jié)的延時(shí)，反饋的延時(shí)，都會(huì)給調(diào)節(jié)過(guò)程帶來(lái)一定的誤差。同時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)的工作量非常大，運(yùn)行人員調(diào)整的頻率很高，工作強(qiáng)度很大。所以，為了減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證鍋爐的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的自動(dòng)控制是非常必要的。

3 給水流量的調(diào)節(jié)

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(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)給水流量的改變，為給水流量的節(jié)流調(diào)節(jié)方式。其特點(diǎn)是，改變閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)給水流量，調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)便、可靠，但節(jié)流損失大，泵的消耗功率相對(duì)增大。由于調(diào)節(jié)閥在高壓下工作，容易造成閥門(mén)的磨損和損壞。從節(jié)約能源和經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，節(jié)流調(diào)節(jié)方式是不經(jīng)濟(jì)的。變速給水泵的優(yōu)點(diǎn)非常多，具體如下：對(duì)給水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行無(wú)極變速控制，控制范圍較寬（25%-100%），并且可實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，減少電機(jī)的啟動(dòng)功率；給水泵轉(zhuǎn)速傳遞效率高，維護(hù)量小，并且依靠流體的阻尼作用能吸收電動(dòng)機(jī)和水泵的震動(dòng)和沖擊，延長(zhǎng)機(jī)械壽命；變速結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，執(zhí)行器接受電流信號(hào)，控制勺管的位置，便于進(jìn)行自動(dòng)控制或遠(yuǎn)方操作。

4 給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案

給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以有多種實(shí)施方案，其最終方案的確定除考慮熱力系統(tǒng)布置，主機(jī)和輔機(jī)結(jié)構(gòu)特性等因素外，還應(yīng)確定選用的控制設(shè)備。好的控制設(shè)備功能完善、運(yùn)行可靠 、系統(tǒng)組成方便靈活，是實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要條件。常用給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案有三種：

1. 給水調(diào)節(jié)器接收汽包水位H、蒸汽流量D和給水流量q三個(gè)信號(hào)，其輸出信號(hào)用于調(diào)節(jié)給水流量。系統(tǒng)中汽包水位是被調(diào)量，稱(chēng)為主信號(hào)。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(tǒng)中引入了蒸汽流量和給水流量信號(hào)。其中蒸汽流量信號(hào)為前饋信號(hào)（用于消除干擾），給水流量信號(hào)稱(chēng)為反饋信號(hào)（用于消除內(nèi)擾）。這樣組成的系統(tǒng)稱(chēng)為前饋-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

2. 串級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。我廠目前主要采用了串級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了兩個(gè)調(diào)節(jié)器。主調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律，以保證水位無(wú)靜態(tài)偏差。主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)、給水流量、蒸汽流量信號(hào)接入副調(diào)節(jié)器，其中主調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)作為副調(diào)節(jié)器的給定值信號(hào)。副調(diào)節(jié)器一般采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律，以保證副回路的快速性。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)由兩個(gè)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(dòng)系統(tǒng)，用來(lái)克服因給水壓力波動(dòng)等因素引起的給水流量的自發(fā)擾動(dòng)（內(nèi)擾），以及當(dāng)蒸汽負(fù)荷改變（外擾）時(shí)，迅速調(diào)節(jié)給水流量和蒸汽流量進(jìn)行平衡。主回路的任務(wù)是校正水位偏差。與單級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比較，串級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量較好。

運(yùn)行中要控制好水位，就首先要做好對(duì)水位的監(jiān)視工作。鍋爐正常運(yùn)行中，汽包水位應(yīng)以就地水位計(jì)為準(zhǔn)，參照電接點(diǎn)水位計(jì)的指示作為監(jiān)視手段，通過(guò)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(wěn)定。值得注意的是：由于表計(jì)散熱，汽包就地水位計(jì)所顯示的水位要比汽包中的實(shí)際水位低。自然循環(huán)汽包爐的就地水位計(jì)指示與實(shí)際水位的差值約為50-100mm。水位低時(shí)偏差小些，水位高時(shí)則偏差大些，因而運(yùn)行中應(yīng)對(duì)就地水位計(jì)的水位進(jìn)行必要的修正。為減少水位計(jì)指示的水位與汽包內(nèi)實(shí)際水位的偏差，有的鍋爐將汽包就地水位計(jì)的水側(cè)下部接至汽包下降管處，使汽包就地水位計(jì)內(nèi)的水能流動(dòng)，以減少水位計(jì)散熱后水位指示的誤差。在鍋爐啟停過(guò)程中，由于負(fù)荷、燃燒工況頻繁變動(dòng)，給水調(diào)節(jié)一般采用手動(dòng)調(diào)節(jié)；鍋爐正常運(yùn)行中應(yīng)投入三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，經(jīng)常監(jiān)視各表計(jì)指示的變化情況。當(dāng)水位超過(guò)正常允許的變化范圍，且偏差繼續(xù)增大時(shí)應(yīng)及時(shí)將自動(dòng)切至手動(dòng)方式運(yùn)行。手動(dòng)調(diào)整時(shí)幅度不可過(guò)大，應(yīng)防止由于大幅度調(diào)節(jié)而引起的汽包水位大幅度波動(dòng)和缺水、滿水事故。

3. 采用變速泵的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。目前大型鍋爐中使用的調(diào)速水泵有電動(dòng)調(diào)速泵和氣動(dòng)調(diào)速泵兩種。電動(dòng)調(diào)速泵：驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)的原動(dòng)力是定速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)與水泵之間采用液力聯(lián)軸器連接，通過(guò)改變液力聯(lián)軸器中的油位高度，實(shí)現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的改變。氣動(dòng)調(diào)速泵：驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力是專(zhuān)用的汽輪機(jī)，通過(guò)改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，實(shí)現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的改變。兩種調(diào)速泵相比較：氣動(dòng)調(diào)速泵效率高、特性好，可直接將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。其缺點(diǎn)是在機(jī)組啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)，不能投入運(yùn)行。電動(dòng)調(diào)速泵在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)即可投入運(yùn)行。其缺點(diǎn)是經(jīng)過(guò)兩次能量轉(zhuǎn)換，效率較低。

采用變速泵滑參數(shù)運(yùn)行鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)是：維持水位恒定，并保證泵的工作點(diǎn)不超出安全工作區(qū)。為此，給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)包括三個(gè)子系統(tǒng)：（1）汽包水位調(diào)節(jié)子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)通過(guò)改變泵的轉(zhuǎn)速控制給水流量，以維持水位穩(wěn)定。（2）泵出口壓力調(diào)節(jié)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)改變給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，控制給水泵的出口壓力，以保證在安全區(qū)工作。（3）泵最小流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該子系統(tǒng)通過(guò)控制在循環(huán)閥門(mén)的開(kāi)或關(guān)來(lái)保證通過(guò)泵的流量不低于所規(guī)定的最小量。該子系統(tǒng)通常直接附設(shè)在泵的本體上。

5 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定方法

調(diào)節(jié)質(zhì)量取決于調(diào)節(jié)參數(shù)的選擇。調(diào)節(jié)參數(shù)的確定稱(chēng)為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定的任務(wù)就是根據(jù)調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性選擇最佳的調(diào)節(jié)參數(shù)，以使調(diào)節(jié)過(guò)程具有最佳的品質(zhì)指標(biāo)。生產(chǎn)過(guò)程較為復(fù)雜，對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量要求比較高的情況下，通常采用串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。我廠采用的汽包鍋爐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中有主回路和副回路兩個(gè)調(diào)節(jié)回路，有主副兩個(gè)調(diào)節(jié)器，每個(gè)調(diào)節(jié)器的參數(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有影響。下面介紹幾種常見(jiàn)的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定方法。

1.逐步逼近法：先對(duì)副回路進(jìn)行整定，暫時(shí)將主回路斷開(kāi)，按照單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定方法，求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)；先將副回路投入運(yùn)行，把副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，即相當(dāng)于主調(diào)節(jié)器等效對(duì)象的一個(gè)組成部分，然后連接主回路，此時(shí)主副回路都閉合，仍用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定方法求取主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)；在主回路閉合的情況下，修正副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)；如果調(diào)節(jié)質(zhì)量未達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，再修正主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。如此反復(fù)循環(huán)整定，逐步逼近最佳參數(shù)。

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

3.一步整定法：如果副調(diào)節(jié)器采用比例型，并且對(duì)副回路沒(méi)有嚴(yán)格的要求，可以按單回路的整定方法整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著電廠的迅速發(fā)展，鍋爐容量的增加，鍋爐在生產(chǎn)中的作用逐步增大，鍋爐的安全運(yùn)行的意義進(jìn)一步提高，汽包水位的自動(dòng)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(diào)節(jié)方法而努力工作著。

參考文獻(xiàn)

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