热工自动控制在火力发电厂汽包水位上的应用

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　　摘 要：汽包水位是锅炉使用过程中的重要参数指标，其指标的大小可以直接影响锅炉的运行状况，太高的水位会造成大量的饱和水蒸汽带水，导致温度快速下降，会严重影响安全问题，造成锅炉不能正常运行，造成相关经济损失，但是如果水位下降得太低，产生的汽包水量就不够，当锅炉在高速运转时，汽包水的气化速度就会变快，由于水位在进行快速下降之后，不能够有效的进行补水，锅炉就会受到很大的伤害，影响锅炉的正常运行，严重的还会引起爆炸，影响人身安全，财产安全。所以，对汽包水位必须要严格控制，这样才能够使得锅炉正常运行，由于其危害性特别大，因此需要安装相应的监控进行实时检测，可以时刻掌握具体情况，在水位情况发生变化时可以及时发现。
　　关键词：热工自动控制;火力发电厂;汽包水位;应用
　　中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）01-0144-02
　　0 引言
　　在锅炉系统中，如果锅炉内汽包水位不能保持在一个正常的范围内，会造成很大的危害，水位可以控制锅炉的汽包分离的速度，并且水蒸气形成的好坏也是受水位所控制，因此必须要先去把水位保持在一个合理的范围内，从而才能保证锅炉正常稳定的运行，而本文主要就是对汽包水位控制进行相关研究与分析图，提出了相应的方式方法，阐述了其优劣所在，气泡水为示例图如图1。
　　1 影响汽包水位变化的因素及动态特性分析
　　影响汽包水位变化的因素多种多样，很多因素都会使得锅炉水位发生变化，主要因素有以下几点：
　　1.1 锅炉负荷的变化
　　当锅炉运行稳定，并且锅炉燃烧与给水量调节可以稳步协调时，锅炉内部水分就会保持在一个平稳状态，不会使得汽包水位有很大的变化。但是如果锅炉不能正常运行，或者负荷变化很大时，给水量调节就不能与锅炉燃烧充分配合，使得锅炉内部水份不能保持在一个正常的范围，汽包水位变动就很大，因为当负荷突然变大，锅炉的燃烧与给水量调节还来不及作相应调整，就会使得锅炉内部水饱和温度下降，增加汽水混合物比容，增大体积，这时就会使得水位快速上升，持续负荷，使得水位一直下降，所以，这种情况下，汽包水位一般会先升高再下降，反之，突然降低负荷，汽包水位就会先下降后升高。[1]
　　1.2 给水量的变化
　　水压变大变小的情况可以影响给水流量的变化，而给水流量的变化情况对锅炉水位也可以产生一定的影响，结合相关具体事例，给水流量的变化会影响汽包水位的变化，如果基本条件不变，升高给水流量就会升高汽包水位，降低给水流量就会降低气泡水位。
　　1.3 燃烧工况的变化
　　燃烧工况也可以影响汽包水位，如果燃烧量非常大，就会增大锅炉燃烧率，锅炉内水的气化随之加强，气体混合物体积迅速膨胀，就会在短时间内造成水位升高，接下来就是水位的下降。相反，燃烧量变少时，水位的变化情况就与上述情况相反。
　　1.4 锅炉设备原因
　　锅炉的设备原因中包含着设备的故障，泄漏，汽包相对水容积，如果汽包相对水容积很小的话，水位会产生很明显的变化，相反，相对水容积越大，水位变化速度就越不明显，并且除了水容积这一影响因素以外，高压加热器也可以影响水位变化，锅炉水冷壁也可以影响水位变化，单冲量形式的自动调节控制方式虽然简单，但是它对水位的要求就很高，要求锅炉内的水位很大程度上都保持在正常的范围内，并且保持时间要很长，使得水位产生的水负载保持在一个稳定的状态。再安装安全装置，对锅炉实际情况不断进行监测，这种控制方式会产生虚假水位，這是他的最大缺点，这种调节方式会使得控制反应很慢，如果出现严重的情况就会出现不能够再对锅炉内汽包水位进行控制。
　　2 气泡水位调节热工自动控制方案
　　分析完锅炉水位影响因素和变化特征以后，可以了解到，在实际运行工况和各种影响因素下，锅炉水位的变化是呈规律性的曲线变化，相关专家可以根据这种规律性，提高锅炉汽包水位调节的自动化控制技术，研制相关方案，从而使得就算有不同的运行工况以及各种各样的影响因素，也可以将水位保持在一个合理平稳的状态，[2]而以下分析了几种保持水位合理状态的方式和控制系统的示例图（如图2）。锅炉水位调节的自动化控制方案主要有以下几点：
　　2.1 单冲量控制系统
　　这种控制方式是所有控制方式中最简单的一种，单冲量可以充当气泡水位，给水调节阀被汽包水位直接控制，有着非常简单的控制原理和结构，并且不用投入太多投资，很容易实现。操作变量是给水量，如果锅炉内的负荷不高，并且保持在一个平稳的状态时，蒸发的水分就很少，使得水锅炉牛内停留的时间就变得很长，不会出现假水位的现象。再配置相关安全设备，可以保证锅炉正常运行，如果蒸发的水分较多时，就会有比较明显的假水位现象，因此会给相关设备提供错误的信号，使得调节器不能够及时有效的补水，如果有着很低的水位时，还会发生更严重的事故，因此大型锅炉不宜采用这种方式，一般都是小型低压锅炉使用。
　　2.2 双冲量控制系统
　　控制方式是在上一种控制方式的基础上进行补偿调节，上一种控制方式主要是通过调节自身气流产生的压力，而这种控制方式主要是将蒸汽的流量负压引入，不容易产生虚假水位这种情况，使得控制系统在调水过程中能够快速进行水位调节，但双冲量控制形式也存在自身的不足，他会产生抛物线曲线，工作人员对其补水不能进行有效控制，第1种控制形式也会产生这种问题，不能够有效的控制水位。
　　双冲量控制方式加入了对蒸汽流量的测量，是对单冲量形式进行补充控制，汽包水位中，负荷的变化是最主要的影响因素，由于单冲量是参考汽包水位，从而控制给水量，这种控制方式过于单一，很容易造成虚假水位的现象，不能够使多锅炉正常的运行，不能够有效的对水量进行相关调节，而这种控制方式加入了蒸汽流量测量，即给水量被控制着，可以在一定程度上消除虚假水位所带来的不良影响，可以准确有效的调节水位，将水位保持在稳定的状态。 　　2.3 三冲量控制系统
　　三冲量控制是在双冲量控制的基础上，加入了给水流量信号，这种控制方式结合了汽包水位，蒸汽流量，给水流量，经过相关的运算，将三种信号控制在一个给水阀，让他们在锅炉水位调节中都发挥各自的作用，可以减少外界因素的影响，使得控制效果更好。除了上述文中提到的两种控制方法，就引出了效果更好的三冲量控制法。由文中可知，这三种方法都具有一定的相同点，说明技术在进步，这种方法还考虑了水流量，将水流量作为一个参考，再结合以上两种信号，就形成了三种信号，可以进行仔细运算，可以进一步了解锅炉内部的状态，工作人员可以在第一时间内发现问题，做出相关调节。第三种水位自动调节控制方式结合了以上两种调节方式，让三种不同的控制方式同时发生作用。但是也有相应的缺点，要求锅炉里面的物料保持在比较平衡的状态，不然当三种负压都发生变化时，会产生不同程度的汽包水位控制，但这种方法比以上两种控制方式更加准确，不容易受外界的干扰。我们可以观察相关仪器，从而时刻了解锅炉内汽包水位，所以必须要选正确的相关仪器进行测量，采用wc系列的仪表表头，安装方式不能够采用以往的安装方式，必须用垂直仪表头面方式安装变压器。[3]
　　3 气泡水位调节热工自动控制方案的实现
　　在进行转炉炼钢生产时，一般都采用了单冲量和双冲量调节自动给水系统，根据实际情况，安装相关报警装置，从而保证锅炉可以安全工作，当转炉没有缺氧时，采用第一种自动调节方式，通过程序控制调节阀，调节给水量，让汽包水位保持在中间水位，当转炉开始吹氧时，则采用第二种自动调节方式，为了让锅炉能够正常运行，需要安装相关报警设备，汽包水位一旦过高或过低，就会进行相应的报警，使得工作人员可以及时发现，进行相关控制与调节。改变水流量，可以调节锅炉汽包水位，所以想要控制好水位，就必须要及时监控锅炉内水位。[4]
　　在锅炉正常运转时，对水位的监测应该以就地水位计作为标准，还要参照低地位水位计和电接点水位计，使得各影响因素之间保持在一个平稳的状态，使得汽包水位保持在稳定的范围内，并且必须要保证汽包水位监测指示剂的质量，能够准确无误的进行监测，对相关安全装置也要进行定时检查。
　　4 注意事项
　　根据以上汽包水位调节的自动化控制方式的相关研究，对锅炉内水位变化的影响因素和相关特征做了相关分析，在进行具体控制应用时，应该选择合理的控制措施，可以解决虚假水位的问题，提高利用效率，可以对锅炉汽包水位进行及时有效的调节。再结合相关报警设备，保证锅炉可以安全稳定的工作，并且还要时刻检查相关仪器设备，提高工作人员的安全意识。还需要使用相關的仪表设备，相关人员要对仪表设备有具体的了解，WC系列的测量仪器最好，并且用垂直仪表头面的方式安装变压器，可以有效提高空间利用率。[5]
　　5 结语
　　通过上述文章的研究，先分析了影响因素，发现锅炉负荷的变化，给水量的变化，燃烧工况的变化以及锅炉设备等，都可以影响汽包水位变化，再提出了几种控制方式，对几种控制系统进行了相应的分析，提出了三种自动控制方式，双冲量控制方式加入了对蒸汽流量的测量，是对单冲量形式进行补充控制，三冲量控制是在双冲量控制的基础上，加入了给水流量信号，这种控制方式结合了汽包水位，蒸汽流量，给水流量，经过相关的运算，将三种信号控制一个给水阀，让他们在锅炉水位调节中都发挥各自的作用，可以减少外界因素的影响，分析了每种系统的原理以及优点缺点，其中三冲量控制方式的效果最好，它可以使得锅炉安全稳定的运行，提高锅炉的工作效率提高。[6]
　　参考文献
　　[1] 时炜，安美玲，张树亭.电厂锅炉汽包水位的控制分析[J].中国科技博览，2013（17）：282-283.
　　[2] 高康林.浅谈锅炉汽包水位的自动控制[J].中国计量，2003（4）：57.
　　[3] 丁荣，蔡新平.锅炉汽包水位控制系统的分析与确定[J].应用能源技术，2011（4）：18-23.
　　[4] 黄永杰.工业锅炉汽包水位自动控制系统分析与研究[J].煤炭技术，2013（6）：151-153.
　　[5] 孔那.锅炉内汽包水位控制过程[M].北京：西南交通大学出版，2016.
　　[6] 丁荣，蔡新平.锅炉汽包水位控制系统的分析与确定[J].应用能源技术，2011（4）：18-23.
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