電廠中余熱鍋爐汽包水位波動(dòng)的不確定性成分研究與探討

閆志新

（中鋼集團(tuán)吉林機(jī)電設(shè)備有限公司 吉林省吉林市 132021）

在余熱鍋爐汽包水位波動(dòng)的研究中，整個(gè)聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率和安全穩(wěn)定，會(huì)受汽包水位控制系統(tǒng)的影響。并且在循環(huán)系統(tǒng)中，系統(tǒng)工程情況的變化會(huì)造成汽包水位的變化，比如蒸汽出口量突變使汽包壓力受到影響，水位也會(huì)發(fā)生變化，但是這種成分造成的水位波動(dòng)是明確的，可以確定成因；但是部分不確定成分也會(huì)造成汽包水位的變化，比如現(xiàn)場(chǎng)情況、機(jī)械設(shè)備震動(dòng)、密度波不穩(wěn)定等等，這些成分造成的影響就是不確定的，也被稱為水位噪聲，控制系統(tǒng)對(duì)汽包水位變化情況的判斷會(huì)受其影響，對(duì)余熱鍋爐汽包水位波動(dòng)的不確定成分進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方案。

1 汽包水位波動(dòng)的不確定成分

1.1 成分分析

余熱鍋爐在電廠實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，汽包水位總是根據(jù)工程情況的不穩(wěn)定而有所波動(dòng)，而且工程情況的變化是造成其波動(dòng)的主要因素。一般情況下，給水量、余熱量、蒸汽量比較容易受外部環(huán)境干擾，而這些成分的變化會(huì)明顯影響汽包水位的變化，根據(jù)余熱鍋爐的動(dòng)態(tài)特性來(lái)進(jìn)行分析，這種變化可以視為確定性波動(dòng)[1]。但是在實(shí)際應(yīng)用中，汽包水位的波動(dòng)是很難確定的，會(huì)受到很多不確定因素的影響。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的觀測(cè)數(shù)據(jù)，即使上述成分都沒(méi)有對(duì)工程造成影響，那么汽包水位仍可能出現(xiàn)變化，而且還可能藏有隱患，若出現(xiàn)突然狀況，很可能超過(guò)警戒線。

1.2 原理分析

1.2.1 機(jī)械振動(dòng)

水管內(nèi)給水的震蕩、汽包管筒與連接機(jī)部件振動(dòng)引起的共振、余熱煙氣沖刷水冷壁時(shí)使汽包產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)。以及廠房現(xiàn)場(chǎng)具有的噪聲干擾等等，都是會(huì)造成水位波動(dòng)的振動(dòng)原因，這些影響會(huì)使水位波動(dòng)與其出現(xiàn)同步，并且很難停止[2]。在系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行中，這種干擾經(jīng)常存在，高頻成分包括振動(dòng)的頻率，一般可以運(yùn)用低通濾波進(jìn)行消除。

1.2.2 壓降振蕩

兩相流中的常見(jiàn)現(xiàn)象是壓震蕩，收入流體的流向上擁有可壓縮容積的部分是其主要原因，加熱流道運(yùn)行在壓降-流量?jī)?nèi)部特殊曲線的負(fù)斜率區(qū)也可能對(duì)其有一定影響。50~180s是壓降振蕩的周期，其頻率在0.005~0.02Hz之間，所以汽包水位出現(xiàn)無(wú)規(guī)律的波動(dòng)主要是因?yàn)閴航嫡袷幰鸬摹?/p>

通過(guò)以上原因分析，鍋爐內(nèi)兩相流的壓降振蕩的變化時(shí)靜態(tài)下汽包水位出現(xiàn)變化的主要原因，這種振蕩效果反映到汽包水位上，會(huì)形成一系列的諧波，且頻率疊加[3]。所以，壓力振蕩和其他因素的高頻波是汽包水位波動(dòng)信號(hào)成分的基本合成條件，并且工程情況的不同，會(huì)早場(chǎng)這個(gè)周期波動(dòng)的變化，但若是工程情況穩(wěn)定，那么汽包水位不會(huì)受到影響。

2 工程實(shí)例及解決方案

2.1 工程實(shí)例

某電力工廠的鍋爐房?jī)?nèi)擁有2臺(tái)24t的低壓鍋爐，2臺(tái)13t的中壓過(guò)來(lái)。因?yàn)榍捌谠O(shè)計(jì)的差異，鍋爐房中，有3臺(tái)國(guó)產(chǎn)鍋爐的汽包水位測(cè)量方式是通過(guò)雙室平衡容器金習(xí)慣測(cè)量的。兩臺(tái)供水泵（一用一備）為1臺(tái)鍋爐汽包供水。最開(kāi)始的水位控制方法是，根據(jù)汽包水位由主控室進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，水調(diào)節(jié)控制需要輸出4~20mA信號(hào)控制，但是這種操作經(jīng)常造成調(diào)節(jié)閥的損壞。所以應(yīng)在主控室對(duì)鍋爐汽包水位控制，調(diào)節(jié)PID儀表盤(pán)上的調(diào)節(jié)儀上輸出啟停信號(hào)，對(duì)調(diào)解閥進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，汽包水位在100mm位置停泵，低于0mm時(shí)起泵，通過(guò)這種方式對(duì)汽包水位進(jìn)行控制。但是汽包蒸發(fā)量會(huì)發(fā)生瞬間的大幅變化，工作人員往往難以及時(shí)處理，致使汽包水位在測(cè)量中出現(xiàn)誤差，使鍋爐為了保護(hù)低水位進(jìn)行停爐誤工作，對(duì)生產(chǎn)造成影響。目前進(jìn)口的LOOS爐，在鍋爐爐體上比以往容量大一倍，其測(cè)控系統(tǒng)更加精確，水調(diào)節(jié)程序較為穩(wěn)定，汽包水位也比較穩(wěn)定。

現(xiàn)階段，對(duì)于汽包水位波動(dòng)的不確定成分有很多解決方案，相關(guān)研究人員也提出了很多方法，比如在組合PID調(diào)節(jié)儀控制調(diào)節(jié)閥時(shí)，可以選用兩參數(shù)或三參數(shù)，或改善氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，更換電容式液位計(jì)控制液位，以防假水位造成停爐現(xiàn)象，或者在PLC控制中對(duì)需要的信號(hào)進(jìn)行改造[4]。但是這些方案在實(shí)際應(yīng)用中所需要的投資較大，且在進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)是，影響鍋爐的正常工作。所以，合理的解決方案應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備，在不增加費(fèi)用以及設(shè)備的基礎(chǔ)上，并且不會(huì)對(duì)鍋爐正常生產(chǎn)造成影響，提出有效的方案，并進(jìn)行相應(yīng)改造，滿足工藝的需求。

2.2 解決方案

開(kāi)啟汽包供水調(diào)節(jié)閥，讓汽包水位可以根據(jù)旁通閥進(jìn)行補(bǔ)水，確保調(diào)整時(shí)的政策生產(chǎn)。其次，使汽包供水泵出口流閥開(kāi)口度為6%，并合理控制管道壓力使保持在合理的范圍內(nèi)，汽包供水泵的正常的工作狀態(tài)不被改變，可以通過(guò)接下來(lái)的調(diào)整時(shí)使之可以繼續(xù)運(yùn)行，以此解決水閥頻發(fā)開(kāi)關(guān)引起的問(wèn)題[5]。汽包供水調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以使其在出現(xiàn)故障時(shí)全部打開(kāi)，并保證系統(tǒng)緊急情況下的安全，使執(zhí)行器的靈敏度降低，以1%為標(biāo)準(zhǔn)?？刂芇ID調(diào)節(jié)儀啟停泵的參數(shù)，對(duì)鍋爐汽包水位繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整。分析汽包水位量程范圍在-185（RG.00）-260mm（RG.FS），汽包水位為40mm，所以起泵的水位設(shè)置為45mm（L0.AL），停泵水位為80mm（HI.AL）回差2（HYST）。假如汽包水位符合停泵條件是停泵，若水位下降到40mm時(shí)起泵，并且會(huì)根據(jù)慣性，汽包水位會(huì)下降到34mm左右，這種方式有利于降低超調(diào)，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。

控制PID調(diào)節(jié)儀的參數(shù)可以調(diào)整鍋爐汽包水位，這是解決方案中需要考慮的難點(diǎn)，也是最耗費(fèi)時(shí)間的程序，在很多資料中都涉及的調(diào)整方法：試湊法和計(jì)算法。本文主要是應(yīng)用試湊法對(duì)影響汽包水位的不確定成分進(jìn)行調(diào)整和控制，值得注意的是，F(xiàn)＆B的PID調(diào)節(jié)儀的比例參數(shù)比較大，系統(tǒng)的反映速度較慢，其他儀表的情況正好與之相反，所以若對(duì)P值進(jìn)行調(diào)節(jié)會(huì)有很多多余的程序。在系統(tǒng)中使用的PID調(diào)節(jié)儀一般沒(méi)有死區(qū)調(diào)節(jié)功能，所以在調(diào)整過(guò)程中引入部分微分調(diào)節(jié)，可以使系統(tǒng)在出現(xiàn)大幅度的變化時(shí)，或突發(fā)現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，能夠快速解決，受超調(diào)時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間得以減少，所以根據(jù)這幾點(diǎn)原因，要配合生產(chǎn)過(guò)程對(duì)調(diào)整過(guò)程進(jìn)行整合，這個(gè)調(diào)整過(guò)程一般花費(fèi)1周的時(shí)間。

120、80、900是經(jīng)過(guò)PID參數(shù)調(diào)整過(guò)的，其可以確保汽包水位在允許的范圍內(nèi)穩(wěn)定變化，并在調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程中，頻發(fā)啟停水泵不會(huì)引起超調(diào)現(xiàn)象造成汽包供水的影響，這個(gè)過(guò)程也不要過(guò)于頻繁的使用調(diào)節(jié)閥。確保閥門不會(huì)全部關(guān)閉，同時(shí)使閥門開(kāi)度的最小值為6%，防止閥體前后的壓差過(guò)大。一般情況下，小負(fù)荷的鍋爐在運(yùn)行時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)水位波動(dòng)的現(xiàn)象，也不會(huì)造成這類維他，所以控制鍋爐水位使用小負(fù)荷的啟停給水泵，觀察給水流量，適當(dāng)控制給水調(diào)節(jié)，控制給水流量最小值每小時(shí)3t左右，確保蒸發(fā)量小于每小時(shí)2t左右時(shí)，汽包水位會(huì)上升指停泵水位，從而保證鍋爐小負(fù)荷運(yùn)作是，啟停給水泵控制鍋爐也為，達(dá)到節(jié)約能源和減小調(diào)節(jié)閥磨損的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

在冶煉過(guò)程中，余熱鍋爐的汽包水位波動(dòng)是復(fù)雜并且變化多樣的，其變化特點(diǎn)有呈周期性規(guī)律、速率快、具有波動(dòng)性。鍋爐內(nèi)水容積的變化直接引起汽包水位的變化，爐內(nèi)氣熱負(fù)荷的變化是其根本原因。爐水中水和汽的容積組成了鍋爐水的容積，在汽包水位發(fā)生變化時(shí)，爐水中汽的容積和水的容積對(duì)汽包水位所造成的影響并不一致，而沒(méi)有關(guān)聯(lián)。對(duì)汽包水位波動(dòng)有直接影響的可控參數(shù)有吹煉強(qiáng)度、汽包運(yùn)行壓力、鍋爐補(bǔ)水流量等等。在實(shí)際應(yīng)用中，這些基本參數(shù)應(yīng)進(jìn)行合理的調(diào)控，確保余熱鍋爐穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。

[1]譚季秋,鄂加強(qiáng),鐘定清.聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐汽包水位晃蕩信號(hào)智能預(yù)測(cè)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012(3):159-160.

[2]王強(qiáng),曹小玲,蘇明.余熱鍋爐汽包水位波動(dòng)信號(hào)的EMD特性分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2011(1):175-176.

[3]趙焱焱.水泥純低溫余熱發(fā)電優(yōu)化控制軟件的研發(fā)[J].濟(jì)南大學(xué),2011(5):164-165.

[4]馬文通.燃?xì)廨啓C(jī)及燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)在部分工況下的仿真研究[J].上海交通大學(xué),2009(1):162-163.

[5]陳楊,孫應(yīng)淳.垃圾焚燒余熱鍋爐汽包水位變形的三沖量串級(jí)調(diào)節(jié)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2012(11):176-177.