基于汽水平衡原理的鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)研究與優(yōu)化

鄧天心

摘 要：本文分析了型鋼220t/h鍋爐以及DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用和功能，通過對(duì)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的優(yōu)化，進(jìn)而保證了鍋爐的正常安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：平衡原理；鍋爐控制系統(tǒng)

0 引言

目前，在火電機(jī)組的廣泛應(yīng)用下，火力發(fā)電廠的鍋爐汽包滿和缺水事故等問題越來越多，所以，對(duì)鍋爐水位控制系統(tǒng)來說，嚴(yán)格控制汽包水位的應(yīng)用范圍越來越重要。

1 介紹萊鋼220t/h鍋爐

萊鋼220t/h鍋爐以純燒高爐煤氣設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)和焦?fàn)t煤氣燃燒器作為點(diǎn)火燃燒器，在高爐煤氣不足時(shí)燃燒器最多可燃用焦?fàn)t煤氣為30%負(fù)荷。技術(shù)參數(shù)如下：設(shè)計(jì)焦?fàn)t煤氣為17564kJ/Nm3，設(shè)計(jì)鍋爐燃料量高爐煤氣為300000Nm3/h以及單只燃燒器出力為20000Nm3/h等。表1為鍋爐具體的主要參數(shù)。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

220t/h鍋爐使用空氣助燃及用焦?fàn)t煤氣給鍋爐點(diǎn)火。DCS系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)具有可靠性好、功能全、應(yīng)用靈活、體積小及技術(shù)好、便于安裝和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。它由一個(gè)工程師站和一個(gè)操作員站組成，不僅包括了DCS系統(tǒng)一套和上位機(jī)兩臺(tái)及采用工業(yè)以太網(wǎng)通信在上位機(jī)與DCS之間，還采用Unity Pro V5.0的編程軟件和采用IFIX5.1的監(jiān)控軟件以及采用P42.0G/256M內(nèi)存/21″彩顯/USB/網(wǎng)卡等一樣的上位機(jī)配置。

DCS系統(tǒng)功能有：程控點(diǎn)火、停止投油、單步點(diǎn)火操作、遠(yuǎn)控或就地選擇、自動(dòng)或手動(dòng)選擇、點(diǎn)火設(shè)備位置及狀態(tài)顯示、故障報(bào)警、設(shè)備信號(hào)向顯示器完成發(fā)送、遠(yuǎn)控顯示器的命令信號(hào)及在驅(qū)動(dòng)后發(fā)給對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火設(shè)備、點(diǎn)火成功或失敗的信號(hào)顯示。

3 汽包水位控制系統(tǒng)的應(yīng)用與優(yōu)化

3.1 汽包水位控制系統(tǒng)優(yōu)化的必然性

當(dāng)前，三沖量汽包水位控制策略是絕大多數(shù)電廠鍋爐采用的控制方式，其中包括單沖量、雙沖量和三沖量控制，采用平衡容器水位計(jì)的方法進(jìn)行汽包水位測(cè)量，選取方法是由操作員從畫面上選擇多個(gè)水位計(jì)其中的某個(gè)值，并參與水位控制以及聯(lián)鎖報(bào)警時(shí)的水位計(jì)。這種方法有個(gè)很大的弊端就是：如果選取的水位計(jì)在受到干擾、平衡容器漏水或差壓變送器故障的情況下，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出錯(cuò)誤的警報(bào)或者停爐信號(hào)，進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐停爐停止供汽。過高的水位容易出現(xiàn)蒸汽滯液和過熱器結(jié)垢的現(xiàn)象，還可損壞汽輪機(jī)葉片。過低的水位影響了水汽平衡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒干鍋爐甚至鍋爐爆炸。雖然三沖量控制系統(tǒng)在虛假水位的問題上得到了有效解決，但是控制精度低的現(xiàn)象仍然存在，影響了鍋爐的安全運(yùn)行。

3.2 汽包水位測(cè)量新技術(shù)研究

鍋爐汽包水位不但是其生產(chǎn)過程中主要的工藝指標(biāo)，也是鍋爐安全運(yùn)行的主要條件之一。精確測(cè)量鍋爐汽包水位是汽包水位有效控制和預(yù)測(cè)的保證。目前，汽包內(nèi)置式平衡容器及汽包外置式平衡容器、汽包內(nèi)置式電極傳感器、低偏差云母水位計(jì)和高精度取樣電極傳感器等是汽包水位測(cè)量應(yīng)用的新技術(shù)。這些新技術(shù)不僅準(zhǔn)確測(cè)量了汽包水位的結(jié)果（把各水位計(jì)的示值偏差有效的控制在30mm以內(nèi)），并且使鍋爐啟動(dòng)時(shí)的汽包水位得到更好的保護(hù)。

3.3 汽包水位汽水平衡原理控制技術(shù)

汽包水位控制中使用汽水平衡原理，即主蒸汽量+鍋爐排污流量=主給水量，在測(cè)量鍋爐排污流量時(shí)采取虛擬測(cè)量技術(shù)，不僅調(diào)節(jié)速度快，還將因汽機(jī)負(fù)荷變化時(shí)引起的鍋爐汽包虛假水位變化對(duì)控制的影響降到最低。圖2為控制原理（PV1為選取水位計(jì)平均值；SP1為汽包水位設(shè)定值；SP2為給水流量設(shè)定值；△F為鍋爐排污流量；PV2為給水流量；PID2輸出值）。

在排污量不變和鍋爐汽水平衡時(shí)，PID1輸出值約為0；在排污量改變和汽水失衡時(shí)，汽包水位改變，通過PID1輸出值的增減縮小水位偏差來保持汽水的平衡，PID1輸出值就又變成了零。在PID1、PID2進(jìn)行手自動(dòng)切換時(shí)需要用到無擾處理并設(shè)置的死區(qū)不能過小。

在鍋爐汽包不斷或不定時(shí)排污時(shí)，△F為鍋爐排污流量較難測(cè)量，計(jì)算△F需要用虛擬測(cè)量：具體時(shí)間的前5min 內(nèi)的主給水流量Q F1和主蒸汽流量 Q F2的差就是△F鍋爐排污流量。

4 結(jié)論

把鍋爐汽包水位控制在規(guī)定的范圍內(nèi)是鍋爐安全運(yùn)行的保障，所以，優(yōu)化汽包水位控制系統(tǒng)意義非常重大。

參考文獻(xiàn)

[1]侯子良.鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

（作者單位：西北電力建設(shè)工程調(diào)試施工研究所）