汽包液位的三沖量控制應(yīng)用研究
發(fā)布時間:2019-05-14 發(fā)布作者:
摘要: 鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行安全的一個關(guān)鍵指標(biāo)就是汽包液位,液位過高或過低都會產(chǎn)生不利的影響,因此,做好汽包液位的控制是一項(xiàng)極為重要的工作。而要做好汽包液位的良好控制,比較分析不同設(shè)備和工況下的控制方案認(rèn)為三沖量控制是一種非常有效實(shí)用的調(diào)節(jié)方式,其通過分別引入汽包液位、蒸汽流量和給水流量3個信號,經(jīng)過一定運(yùn)算后,共同控制一個調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。基于此,本文從三沖量的控制原理、優(yōu)勢、實(shí)現(xiàn)過程、常見故障處理等幾個方面,就汽包液位的三沖量控制方案進(jìn)行了詳細(xì)分析。
1.為什么要做好汽包液位控制
鍋爐生產(chǎn)運(yùn)行過程中的一個重要工藝指標(biāo)就是汽包液位,做好汽包液位控制是有效保障鍋爐運(yùn)行安全的基本前提之一,然而受運(yùn)行環(huán)境、參數(shù)等因素影響,汽包液位經(jīng)常會出現(xiàn)液位過高或者過低的問題,而過高或者過低的液位對鍋爐的運(yùn)行安全都是極為不利,具體來說就是過高的液位直接對汽水分離造成影響,導(dǎo)致飽和蒸汽過多的帶水,進(jìn)而出現(xiàn)蒸汽溫度降低的問題,嚴(yán)重影響蒸汽溫度和質(zhì)量,甚至造成鍋爐設(shè)備出現(xiàn)過熱器結(jié)垢或者汽輪機(jī)葉片損壞的后果;而過低的液位不僅可造成水蒸氣失衡,嚴(yán)重的話會導(dǎo)致鍋爐燒干直接損壞設(shè)備。因此,在鍋爐運(yùn)行過程中確保汽包液位處于良好的穩(wěn)定狀態(tài)至關(guān)重要。
2.三沖量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)應(yīng)用
(1) 影響汽包液位的因素
分析發(fā)現(xiàn)對汽包液位的穩(wěn)定產(chǎn)生影響的主要有給水流量和蒸汽流量兩個方面的因素,具體影響就是給水流量由于水溫和壓力的變化對水流量產(chǎn)生影響進(jìn)而造成汽包液位出現(xiàn)變化;而蒸汽流量會因?yàn)樗蛔兓斐蓢?yán)重的“虛假液位”現(xiàn)象,虛假液位是鍋爐運(yùn)行時不真實(shí)的液位。產(chǎn)生虛假液位的原因主要有以下三個方面:①如果汽包內(nèi)的壓力出現(xiàn)突然降低時,爐水的飽和溫度就會出現(xiàn)明顯下降的現(xiàn)象,直到和較低壓力時的飽和溫度相當(dāng),這時候爐水為了完成蒸發(fā)就會釋放大量的熱量,這樣就會出現(xiàn)爐水內(nèi)汽包增加,汽水混合物體積膨脹,促使快速上升液位的問題,進(jìn)而形成虛假液位。②而如果汽包內(nèi)壓力出現(xiàn)迅速上升的時候,這時的蒸汽飽和溫度就會迅速提高,這就需要大量的熱量來進(jìn)行爐水加熱,導(dǎo)致進(jìn)行爐水蒸發(fā)所需的熱量明顯減少,出現(xiàn)爐水中汽泡量迅速減少,汽水混合物體積明顯收縮的問題,這時候液位就會出現(xiàn)快速下降,形成虛假液位。③當(dāng)鍋爐內(nèi)熱負(fù)荷增加或驟減時,水的比容將增大或減小,也會形成虛假液位。鍋爐負(fù)荷突變、滅火、燃燒不穩(wěn)時,都會產(chǎn)生虛假液位。
(2) 為什 么 選擇三沖量控制
單沖量、雙沖量和三沖量控制是當(dāng)前確保鍋爐汽包液位穩(wěn)定的三種主要調(diào)節(jié)方案,這三種方案中單沖量調(diào)節(jié)方案較簡單,但是存在的問題就是一旦負(fù)荷出現(xiàn)急劇變化時,“虛假液位”的問題就會發(fā)生,這時候的調(diào)節(jié)器會錯誤的認(rèn)為汽包液位升高了而對供水閥門進(jìn)行關(guān)小的操作,從而導(dǎo)致出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故。而在單沖量控制的基礎(chǔ)上加上一個蒸汽沖量信號就是雙沖量控制系統(tǒng),應(yīng)對“虛假液位”問題是其主要的目的。然而雙沖量控制存在的一個問題就是給水壓力參數(shù)自身的影響,給水壓力自身的波動會導(dǎo)致雙沖量控制系統(tǒng)無法克服給水量波動的影響。可以看出,單、雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)都無法滿足汽包液位的正常調(diào)節(jié)。這時候具有明顯優(yōu)勢的三沖量液位控制系統(tǒng)就有效規(guī)避了單、雙沖量控制系統(tǒng)存在的缺陷,三沖量控制系統(tǒng)是在上述兩類控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再增加一個給水流量參數(shù),這時進(jìn)行液位調(diào)節(jié)控制的就有汽包液位、蒸汽流量、給水流量三個參數(shù)共同作用。
(3) 三沖量控制的定義
三沖量控制主要是指鍋爐汽包液位控制中,分別引入汽包液位、蒸汽流量和給水流量3個信號,經(jīng)過一定運(yùn)算后,共同控制一個調(diào)節(jié)閥,是一個前饋控制+串級控制的系統(tǒng)。所謂“沖量”實(shí)質(zhì)上就是“變量”,是指引入控制系統(tǒng)的測量信號。其中主要變量是汽包液位信號,這是關(guān)鍵和指標(biāo)參數(shù);而蒸汽流量和給水流量信號一個是干擾,一個是副變量,都是為了克服因“虛假液位”現(xiàn)象防止進(jìn)行誤操作而引入控制系統(tǒng)的參數(shù)。
(4) 三沖量控制的實(shí)現(xiàn)過程
狀態(tài)穩(wěn)定的情況下,測量液位的信號是定值,這時的給水流量、蒸汽流量和液位調(diào)節(jié)器輸出三個信號,通過加法器和流量控制器后得到的輸出電流為:I0=K1I1-K2I2+K3I3,式中I1為液位調(diào)節(jié)器的輸出電流;I2為蒸汽流量變送器的電流;I3為給水流量變送器的電流;K1、K2、K3分別為加法器各通道的衰減系數(shù)。設(shè)計(jì)K2I2=K3I3時I0正是調(diào)節(jié)閥處于正常開度所需的電流信號。
假定在某時刻,蒸汽負(fù)荷突然增加,蒸汽流量變送器的輸出電流I2相應(yīng)增加,加法器的輸出電流I0就減少,給水調(diào)節(jié)閥會開大。但是這時虛假液位如果同時出現(xiàn)的話,液位調(diào)節(jié)器輸出電流I1將增大。由于進(jìn)入加法器的兩個信號相反,蒸汽流量變送器的輸出電流I2會抵消一部分虛假液位輸出電流I1。因此就局部或全部克服了虛假液位的影響。
待假液位過去后,水位開始下降,液位調(diào)節(jié)器輸出電流I0開始減小,此時,它與蒸汽流量信號變化的方向相反,因此加法器的輸出電流I0減小,此時意味著增加給水量,以適應(yīng)新的負(fù)荷需要并補(bǔ)充液位的不足。調(diào)節(jié)過程進(jìn)行到液面重新穩(wěn)定在給定值,給水量和蒸發(fā)量達(dá)到新的平衡為止。
如果蒸汽負(fù)荷參數(shù)保持不變,給水量本身因壓力波動出現(xiàn)變化時,這時加法器輸出會變化,通過對閥門開度調(diào)節(jié),直至給水量恢復(fù)到所需的數(shù)值為止。起有效超前控制作用的蒸汽流量和給水流量兩個信號參數(shù)對于給水閥控制的精準(zhǔn)性影響明顯,汽包液位波動明顯減少,有效克服了“虛假液位”問題的影響。
(5) 三沖量控制的調(diào)節(jié)過程
如圖1所示,液位控制器LC選反作用,流量控制器FC為正作用,調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥。當(dāng)水位由于擾動而升高時,因LC反作用,它的輸出下降,進(jìn)入加法器后,使FC給定值減小而測量值不變,因此輸出增加,調(diào)節(jié)閥的開度減小,給水流量減小,水位下降,保持在設(shè)定值上;當(dāng)蒸汽流量增加,F(xiàn)C給定值增加而輸出減小,調(diào)節(jié)閥的開度增加,給水流量增加,保持水蒸汽平衡,使水位不發(fā)生大的波動。
3.結(jié)語
做好汽包液位的控制是確保鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。然而在具體生產(chǎn)運(yùn)行過程中,汽包內(nèi)平衡狀態(tài)受蒸汽負(fù)荷波動和給水流量變化影響容易出現(xiàn)失衡,尤其是易出現(xiàn)“虛假液位”問題,因此,為提高控制品質(zhì),引入了三沖量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng),系統(tǒng)控制液位精度優(yōu)勢明顯,經(jīng)應(yīng)用驗(yàn)證控制效果極佳。