论锅炉汽包液位的三冲量调节

介绍了锅炉汽包液位的控制方法,讨论了三冲量调节系统的原理和适用条件及其应用。
0  引言
    锅炉是化工生产中重要的动力设备。汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数,它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系。汽包液位过高会造成蒸汽带水影响过热器运行,影响汽水分离效果;水位过低会造成锅炉水循环的破坏,影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。这就要求汽包液位在一定范围内,适应各种工况的运行。影响汽包液位的因素除了加热汽化这一正常因素外,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,水就会急剧汽化,出现大量气泡,形成了“虚假液位”。
    如果使用简单的锅炉汽包液位的单冲量控制系统(如图1 所示) ,一旦负荷急剧变化,虚假液位的出现,调节器就会误以为液位升高而关小供水阀门。影响了生产甚至造成危险。

    为此,图2 采取了锅炉汽包液位的双冲量控制,它在单冲量的基础上,再加一个蒸汽冲量,以克服“虚假液位”。其中调节阀为气关阀,液位调节器采用正作用,调节器输出信号在加法器内与蒸汽流量信号相减。双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系统。当负荷突然变化时,蒸汽的流量信号通过加法器,使它的作用与水位信号的作用相反;假液位出现时,液位信号a 要关小给水阀, 而蒸汽信号b 是开大给水阀,这就能克服“虚假液位”的影响。但是如果给水压力本身有波动时,双冲量控制也不能克服给水量波动的影响。

    这就要用如图3 所示的锅炉汽包液位的三冲量调节系统。即再加一个给水流量的冲量c ,使它与液位信号的作用方向一致,这种调节系统由于引进了液位、给水流量及蒸汽流量三个参数,叫做三冲量调节系统。

1  原理
    根据三个冲量在调节系统中引入位置不同,三冲量调节系统有多种方案,下面讨论一种常见的三冲量调节系统:蒸汽流量和给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量系统。
    图3 中所示的三冲量系统,汽包液位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包液位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动,不是等到影响到液位才进行调节,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正,故大大提高了液位这个被调参数的调节精度。

    在稳定状态下,液位测量信号等于给定值,液位调节器的输出,蒸汽流量及给水流量等三个信号,通过加法器得到的输出电流为:I0 = K1 I1 - K2 I2 + K3 I3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K2 I2 = K3 I3此时I0 正是调节阀处于正常开度时所需要的电流信号(为了安全调节阀必须用气关阀) 。假定在某一时刻,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,从而开大给水调节阀。但是与此同时出现了假液位现象,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 会抵消一部分假液位输出电流I1 , 所以, 假液位所带来的影响将局部或全部被克服。
    待假液位过去,水位开始下降,液位调节器输出电流I1 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,意味着要求增加给水量,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。当蒸汽负荷不变,给水量本身因压力波动而变化时,加法器的输出相应变化,去调节阀门开度,直至给水量恢复到所需的数值为止。由于引进了蒸汽流量和给水流量两个辅助冲量,起到了“超前信号”的作用,使给水阀一开始就向正确的方向移动, 因而大大减小了液位的波动幅度,抵消了虚假液位的影响,并缩短了过渡过程时间。
    图4 为三冲量液位调节方案图, 图5 为三冲量液位调节方框图。

2  应用
    从上面分析可以看出三冲量调节系统能及时克服负荷(蒸汽量) 和给水流量的干扰作用,调节精度高,适用于汽包容积较小、负荷和给水干扰较大的场合。单冲量适合在汽包容积较大、负荷变化比较小的场合。双冲量调节适合于锅炉容积较小,给水压力波动不大的场合。锅炉汽包液位三冲量调节系统在我们厂得到了应用,实践证明效果良好。