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汽包液位的三冲量控制应用研究

发布时间:2019-05-14  发布作者:

    摘要: 锅炉生产运行安全的一个关键指标就是汽包液位,液位过高或过低都会产生不利的影响,因此,做好汽包液位的控制是一项极为重要的工作。而要做好汽包液位的良好控制,比较分析不同设备和工况下的控制方案认为三冲量控制是一种非常有效实用的调节方式,其通过分别引入汽包液位、蒸汽流量和给水流量3个信号,经过一定运算后,共同控制一个调节阀来实现精准控制。基于此,本文从三冲量的控制原理、优势、实现过程、常见故障处理等几个方面,就汽包液位的三冲量控制方案进行了详细分析。
1.为什么要做好汽包液位控制
    锅炉生产运行过程中的一个重要工艺指标就是汽包液位,做好汽包液位控制是有效保障锅炉运行安全的基本前提之一,然而受运行环境、参数等因素影响,汽包液位经常会出现液位过高或者过低的问题,而过高或者过低的液位对锅炉的运行安全都是极为不利,具体来说就是过高的液位直接对汽水分离造成影响,导致饱和蒸汽过多的带水,进而出现蒸汽温度降低的问题,严重影响蒸汽温度和质量,甚至造成锅炉设备出现过热器结垢或者汽轮机叶片损坏的后果;而过低的液位不仅可造成水蒸气失衡,严重的话会导致锅炉烧干直接损坏设备。因此,在锅炉运行过程中确保汽包液位处于良好的稳定状态至关重要。
2.三冲量调节控制系统应用
(1) 影响汽包液位的因素
    分析发现对汽包液位的稳定产生影响的主要有给水流量和蒸汽流量两个方面的因素,具体影响就是给水流量由于水温和压力的变化对水流量产生影响进而造成汽包液位出现变化;而蒸汽流量会因为水位变化造成严重的“虚假液位”现象,虚假液位是锅炉运行时不真实的液位。产生虚假液位的原因主要有以下三个方面:①如果汽包内的压力出现突然降低时,炉水的饱和温度就会出现明显下降的现象,直到和较低压力时的饱和温度相当,这时候炉水为了完成蒸发就会释放大量的热量,这样就会出现炉水内汽包增加,汽水混合物体积膨胀,促使快速上升液位的问题,进而形成虚假液位。②而如果汽包内压力出现迅速上升的时候,这时的蒸汽饱和温度就会迅速提高,这就需要大量的热量来进行炉水加热,导致进行炉水蒸发所需的热量明显减少,出现炉水中汽泡量迅速减少,汽水混合物体积明显收缩的问题,这时候液位就会出现快速下降,形成虚假液位。③当锅炉内热负荷增加或骤减时,水的比容将增大或减小,也会形成虚假液位。锅炉负荷突变、灭火、燃烧不稳时,都会产生虚假液位。
(2) 为什 么 选择三冲量控制
    单冲量、双冲量和三冲量控制是当前确保锅炉汽包液位稳定的三种主要调节方案,这三种方案中单冲量调节方案较简单,但是存在的问题就是一旦负荷出现急剧变化时,“虚假液位”的问题就会发生,这时候的调节器会错误的认为汽包液位升高了而对供水阀门进行关小的操作,从而导致出现安全生产事故。而在单冲量控制的基础上加上一个蒸汽冲量信号就是双冲量控制系统,应对“虚假液位”问题是其主要的目的。然而双冲量控制存在的一个问题就是给水压力参数自身的影响,给水压力自身的波动会导致双冲量控制系统无法克服给水量波动的影响。可以看出,单、双冲量调节系统都无法满足汽包液位的正常调节。这时候具有明显优势的三冲量液位控制系统就有效规避了单、双冲量控制系统存在的缺陷,三冲量控制系统是在上述两类控制系统的基础上再增加一个给水流量参数,这时进行液位调节控制的就有汽包液位、蒸汽流量、给水流量三个参数共同作用。
(3) 三冲量控制的定义
    三冲量控制主要是指锅炉汽包液位控制中,分别引入汽包液位、蒸汽流量和给水流量3个信号,经过一定运算后,共同控制一个调节阀,是一个前馈控制+串级控制的系统。所谓“冲量”实质上就是“变量”,是指引入控制系统的测量信号。其中主要变量是汽包液位信号,这是关键和指标参数;而蒸汽流量和给水流量信号一个是干扰,一个是副变量,都是为了克服因“虚假液位”现象防止进行误操作而引入控制系统的参数。
(4) 三冲量控制的实现过程
    状态稳定的情况下,测量液位的信号是定值,这时的给水流量、蒸汽流量和液位调节器输出三个信号,通过加法器和流量控制器后得到的输出电流为:I0=K1I1-K2I2+K3I3,式中I1为液位调节器的输出电流;I2为蒸汽流量变送器的电流;I3为给水流量变送器的电流;K1、K2、K3分别为加法器各通道的衰减系数。设计K2I2=K3I3时I0正是调节阀处于正常开度所需的电流信号。
    假定在某时刻,蒸汽负荷突然增加,蒸汽流量变送器的输出电流I2相应增加,加法器的输出电流I0就减少,给水调节阀会开大。但是这时虚假液位如果同时出现的话,液位调节器输出电流I1将增大。由于进入加法器的两个信号相反,蒸汽流量变送器的输出电流I2会抵消一部分虚假液位输出电流I1。因此就局部或全部克服了虚假液位的影响。
    待假液位过去后,水位开始下降,液位调节器输出电流I0开始减小,此时,它与蒸汽流量信号变化的方向相反,因此加法器的输出电流I0减小,此时意味着增加给水量,以适应新的负荷需要并补充液位的不足。调节过程进行到液面重新稳定在给定值,给水量和蒸发量达到新的平衡为止。
    如果蒸汽负荷参数保持不变,给水量本身因压力波动出现变化时,这时加法器输出会变化,通过对阀门开度调节,直至给水量恢复到所需的数值为止。起有效超前控制作用的蒸汽流量和给水流量两个信号参数对于给水阀控制的精准性影响明显,汽包液位波动明显减少,有效克服了“虚假液位”问题的影响。
(5) 三冲量控制的调节过程
三冲量液位调节方案
    如图1所示,液位控制器LC选反作用,流量控制器FC为正作用,调节阀为气关阀。当水位由于扰动而升高时,因LC反作用,它的输出下降,进入加法器后,使FC给定值减小而测量值不变,因此输出增加,调节阀的开度减小,给水流量减小,水位下降,保持在设定值上;当蒸汽流量增加,FC给定值增加而输出减小,调节阀的开度增加,给水流量增加,保持水蒸汽平衡,使水位不发生大的波动。
3.结语
    做好汽包液位的控制是确保锅炉稳定运行的重要保证。然而在具体生产运行过程中,汽包内平衡状态受蒸汽负荷波动和给水流量变化影响容易出现失衡,尤其是易出现“虚假液位”问题,因此,为提高控制品质,引入了三冲量调节控制系统,系统控制液位精度优势明显,经应用验证控制效果极佳。
 
 
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