锅炉汽包液位控制

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1、锅炉汽包液位控制摘要：锅炉是电厂和化工厂里常见的生产设备，为了使锅炉能正常运行，必须维持锅炉的水位在一定的范围内，这就需要控制锅炉汽包的水位。本文分析的是锅炉汽包水位控制系统。利用控制装置和被控对象组成了一个自动控制系统。根据汽包水位在给水流量和蒸汽流量下的动态特性，选择了三冲量（水位、蒸汽流量、给水流量）水位控制系统。关键词：汽包液位控制单冲量双冲量三冲量传递函数正文：锅炉是我国工业生产和生活上应用面最广、数量最多的热力设备。由干锅炉往往负荷变化大、起停频繁依靠人工操作很难保证其安全、稳定地在经济工况下长期运行，所以必须装备自动控制设备

2、。工业锅炉的汽包液位是正常运行的主要指标之一。液位过高会影响水汽分离，产生蒸汽带液现象；液位过低会影响锅炉的汽水自然循环，如不及时调节就会使汽包里的水全部汽化掉，可能导致锅炉烧坏或爆炸事故。所以在锅炉运行中保持汽包液位是十分重要的，对锅炉设备的自动控制首先是从汽包液位的自动调节开始。锅炉是一个复杂的被控对象，主要输入变量包括符合的蒸汽需求量、给水量、燃料量、减温水量、送风量和引风量等；主要输出变量有锅筒水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（烟气含氧量）等，图1所示为输入变量与输出变量之间的相互关系。如果蒸汽符合变化或给水量发生

3、变化，会引起锅筒水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化；而燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，还会影响锅筒水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压、可见，锅炉是一个具有多输入、多输出且变量之间相互关联的被控对象。图1锅炉的输入输出变量示意图锅炉汽包液位是锅炉运行中一个重要的监控参数，反映了锅炉负荷与给水的平衡关系，要求汽包液位控制在一定范围内。锅炉汽水系统结构如图2所示。图2　锅炉汽水系统1—给水泵；2—给水母管；3—调节阀；4—省煤器5—锅炉汽包；6—下降管；7—上升管；8—蒸汽母管锅筒水位是保证锅炉安全运行的重要标志。水位过低时，如果负荷（蒸汽

4、用量）较大，水的汽化速度又快，使锅筒内的水量变化速度较快，一旦锅筒内的水全部汽化，会导致锅炉烧坏，甚至爆炸；水位过高，影响锅筒的汽水分离，产生蒸汽带液现象，是过热器关闭结垢导致损坏，同时过热蒸汽温度下降，容易孙华汽轮机叶片，影响机组运行的安全和经济性。因此，必须严格控制锅筒水位的高低。锅筒水位的最大特点是水中央夹带着大量蒸汽气泡。在锅筒内水量不变的情况下，蒸汽气泡体积的变化会引起锅筒水位的变化。蒸汽气泡的体积取决于锅筒压力、锅筒内水温和负荷需求。因此，影响锅筒水位主要有给水量、蒸汽用量等因素。汽包液位过高会造成蒸汽带水，影响汽水分离效果；

5、水位过低容易使水全部被汽化烧坏锅炉。影响汽包液位的因素，除了加热汽化外，还有蒸汽负荷和给水流量的波动，当负荷突然增大、汽包压力突然降低时，水就会被急剧汽化，出现大量气泡，形成“虚假液位”。目前较为成熟的锅炉气包水位控制方案有单冲量水位控制系统、双冲量水位控制系统及三冲量水位控制系统。锅炉水位的控制方案应根据锅炉系统的具体情况选择。(1)单冲量水位控制系统:单冲量水位控制系统是典型的单回路调节系统，由被控对象、测量变送单元、调节器和执行器组成，通过给水流量调节气包液位，这里指的单冲量即气包液位。其控制方案如图3所示，该控制方案系统结构简单，

6、投资少，易实现。但它不能克服“虚假液位”的影响，且不能及时反映给水量的扰动，控制作用迟缓，因此，只适用于小型低压锅炉。(2)双冲量水位控制系统:双冲量水位控制系统是在单冲量水位控制的基础上，将蒸汽流量作为前馈信号引入控系统，这样就可消除“虚假现象”对调节系统的不良影响，从而改善调节特性，提高调节质量且投资增加不多，其控制方案如图4所示，该控制方案依旧存在不能及时反映给水流量对调节的干扰，因此双冲量水位控制适用于负荷变化较频繁的小型低压锅炉，而不适用于给水母管压力经常有波动的锅炉系统。LT图3单冲量控制系统图4双冲量控制系统LC蒸汽给水LT

7、LC蒸汽给水省煤器ΣFCFT为了确保调节质量，在这里我们采用串级加前馈的三冲量调节系统，此方案可有效地克服给水系统和蒸汽负荷变化对液位的干扰，控制住汽包液位。三冲量调节系统，它是在双冲量控制系统上再加上一个给水流量的冲量。由蒸汽流量、给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量控制系统。（3）三冲量水位控制系统:三冲量控制系统中控制信号的链接关系如图5所示。图中，OL表示水位控制器LC的输出;OF1表示蒸汽流量前馈控制器F1C的输出；C0为一常数以保证正常负荷下，其值能近似抵消负荷的前馈控制输出；C1为水位控制器输出的比例系数，由于水位为主控

8、参数，因此C1通常取1或稍小于1的值。三冲量控制系统中，水位控制器和流量控制器的参数整定方法与一般串级控制系统相同，蒸汽流量前馈控制器中的静态增益一般依据下式选取式中Dmax-Dmin——蒸