張福偉 張福艷

摘 要：汽包水位是鍋爐使用過程中的重要參數(shù)指標(biāo)，其指標(biāo)的大小可以直接影響鍋爐的運(yùn)行狀況，太高的水位會(huì)造成大量的飽和水蒸汽帶水，導(dǎo)致溫度快速下降，會(huì)嚴(yán)重影響安全問題，造成鍋爐不能正常運(yùn)行，造成相關(guān)經(jīng)濟(jì)損失，但是如果水位下降得太低，產(chǎn)生的汽包水量就不夠，當(dāng)鍋爐在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，汽包水的氣化速度就會(huì)變快，由于水位在進(jìn)行快速下降之后，不能夠有效的進(jìn)行補(bǔ)水，鍋爐就會(huì)受到很大的傷害，影響鍋爐的正常運(yùn)行，嚴(yán)重的還會(huì)引起爆炸，影響人身安全，財(cái)產(chǎn)安全。所以，對汽包水位必須要嚴(yán)格控制，這樣才能夠使得鍋爐正常運(yùn)行，由于其危害性特別大，因此需要安裝相應(yīng)的監(jiān)控進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，可以時(shí)刻掌握具體情況，在水位情況發(fā)生變化時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：熱工自動(dòng)控制;火力發(fā)電廠;汽包水位;應(yīng)用

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0144-02

0 引言

在鍋爐系統(tǒng)中，如果鍋爐內(nèi)汽包水位不能保持在一個(gè)正常的范圍內(nèi)，會(huì)造成很大的危害，水位可以控制鍋爐的汽包分離的速度，并且水蒸氣形成的好壞也是受水位所控制，因此必須要先去把水位保持在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，從而才能保證鍋爐正常穩(wěn)定的運(yùn)行，而本文主要就是對汽包水位控制進(jìn)行相關(guān)研究與分析圖，提出了相應(yīng)的方式方法，闡述了其優(yōu)劣所在，氣泡水為示例圖如圖1。

1 影響汽包水位變化的因素及動(dòng)態(tài)特性分析

影響汽包水位變化的因素多種多樣，很多因素都會(huì)使得鍋爐水位發(fā)生變化，主要因素有以下幾點(diǎn)：

1.1 鍋爐負(fù)荷的變化

當(dāng)鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，并且鍋爐燃燒與給水量調(diào)節(jié)可以穩(wěn)步協(xié)調(diào)時(shí)，鍋爐內(nèi)部水分就會(huì)保持在一個(gè)平穩(wěn)狀態(tài)，不會(huì)使得汽包水位有很大的變化。但是如果鍋爐不能正常運(yùn)行，或者負(fù)荷變化很大時(shí)，給水量調(diào)節(jié)就不能與鍋爐燃燒充分配合，使得鍋爐內(nèi)部水份不能保持在一個(gè)正常的范圍，汽包水位變動(dòng)就很大，因?yàn)楫?dāng)負(fù)荷突然變大，鍋爐的燃燒與給水量調(diào)節(jié)還來不及作相應(yīng)調(diào)整，就會(huì)使得鍋爐內(nèi)部水飽和溫度下降，增加汽水混合物比容，增大體積，這時(shí)就會(huì)使得水位快速上升，持續(xù)負(fù)荷，使得水位一直下降，所以，這種情況下，汽包水位一般會(huì)先升高再下降，反之，突然降低負(fù)荷，汽包水位就會(huì)先下降后升高。[1]

1.2 給水量的變化

水壓變大變小的情況可以影響給水流量的變化，而給水流量的變化情況對鍋爐水位也可以產(chǎn)生一定的影響，結(jié)合相關(guān)具體事例，給水流量的變化會(huì)影響汽包水位的變化，如果基本條件不變，升高給水流量就會(huì)升高汽包水位，降低給水流量就會(huì)降低氣泡水位。

1.3 燃燒工況的變化

燃燒工況也可以影響汽包水位，如果燃燒量非常大，就會(huì)增大鍋爐燃燒率，鍋爐內(nèi)水的氣化隨之加強(qiáng)，氣體混合物體積迅速膨脹，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)造成水位升高，接下來就是水位的下降。相反，燃燒量變少時(shí)，水位的變化情況就與上述情況相反。

1.4 鍋爐設(shè)備原因

鍋爐的設(shè)備原因中包含著設(shè)備的故障，泄漏，汽包相對水容積，如果汽包相對水容積很小的話，水位會(huì)產(chǎn)生很明顯的變化，相反，相對水容積越大，水位變化速度就越不明顯，并且除了水容積這一影響因素以外，高壓加熱器也可以影響水位變化，鍋爐水冷壁也可以影響水位變化，單沖量形式的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制方式雖然簡單，但是它對水位的要求就很高，要求鍋爐內(nèi)的水位很大程度上都保持在正常的范圍內(nèi)，并且保持時(shí)間要很長，使得水位產(chǎn)生的水負(fù)載保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。再安裝安全裝置，對鍋爐實(shí)際情況不斷進(jìn)行監(jiān)測，這種控制方式會(huì)產(chǎn)生虛假水位，這是他的最大缺點(diǎn)，這種調(diào)節(jié)方式會(huì)使得控制反應(yīng)很慢，如果出現(xiàn)嚴(yán)重的情況就會(huì)出現(xiàn)不能夠再對鍋爐內(nèi)汽包水位進(jìn)行控制。

2 氣泡水位調(diào)節(jié)熱工自動(dòng)控制方案

分析完鍋爐水位影響因素和變化特征以后，可以了解到，在實(shí)際運(yùn)行工況和各種影響因素下，鍋爐水位的變化是呈規(guī)律性的曲線變化，相關(guān)專家可以根據(jù)這種規(guī)律性，提高鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)的自動(dòng)化控制技術(shù)，研制相關(guān)方案，從而使得就算有不同的運(yùn)行工況以及各種各樣的影響因素，也可以將水位保持在一個(gè)合理平穩(wěn)的狀態(tài)，[2]而以下分析了幾種保持水位合理狀態(tài)的方式和控制系統(tǒng)的示例圖（如圖2）。鍋爐水位調(diào)節(jié)的自動(dòng)化控制方案主要有以下幾點(diǎn)：

2.1 單沖量控制系統(tǒng)

這種控制方式是所有控制方式中最簡單的一種，單沖量可以充當(dāng)氣泡水位，給水調(diào)節(jié)閥被汽包水位直接控制，有著非常簡單的控制原理和結(jié)構(gòu)，并且不用投入太多投資，很容易實(shí)現(xiàn)。操作變量是給水量，如果鍋爐內(nèi)的負(fù)荷不高，并且保持在一個(gè)平穩(wěn)的狀態(tài)時(shí)，蒸發(fā)的水分就很少，使得水鍋爐牛內(nèi)停留的時(shí)間就變得很長，不會(huì)出現(xiàn)假水位的現(xiàn)象。再配置相關(guān)安全設(shè)備，可以保證鍋爐正常運(yùn)行，如果蒸發(fā)的水分較多時(shí)，就會(huì)有比較明顯的假水位現(xiàn)象，因此會(huì)給相關(guān)設(shè)備提供錯(cuò)誤的信號，使得調(diào)節(jié)器不能夠及時(shí)有效的補(bǔ)水，如果有著很低的水位時(shí)，還會(huì)發(fā)生更嚴(yán)重的事故，因此大型鍋爐不宜采用這種方式，一般都是小型低壓鍋爐使用。

2.2 雙沖量控制系統(tǒng)

控制方式是在上一種控制方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)，上一種控制方式主要是通過調(diào)節(jié)自身氣流產(chǎn)生的壓力，而這種控制方式主要是將蒸汽的流量負(fù)壓引入，不容易產(chǎn)生虛假水位這種情況，使得控制系統(tǒng)在調(diào)水過程中能夠快速進(jìn)行水位調(diào)節(jié)，但雙沖量控制形式也存在自身的不足，他會(huì)產(chǎn)生拋物線曲線，工作人員對其補(bǔ)水不能進(jìn)行有效控制，第1種控制形式也會(huì)產(chǎn)生這種問題，不能夠有效的控制水位。

雙沖量控制方式加入了對蒸汽流量的測量，是對單沖量形式進(jìn)行補(bǔ)充控制，汽包水位中，負(fù)荷的變化是最主要的影響因素，由于單沖量是參考汽包水位，從而控制給水量，這種控制方式過于單一，很容易造成虛假水位的現(xiàn)象，不能夠使多鍋爐正常的運(yùn)行，不能夠有效的對水量進(jìn)行相關(guān)調(diào)節(jié)，而這種控制方式加入了蒸汽流量測量，即給水量被控制著，可以在一定程度上消除虛假水位所帶來的不良影響，可以準(zhǔn)確有效的調(diào)節(jié)水位，將水位保持在穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.3 三沖量控制系統(tǒng)

三沖量控制是在雙沖量控制的基礎(chǔ)上，加入了給水流量信號，這種控制方式結(jié)合了汽包水位，蒸汽流量，給水流量，經(jīng)過相關(guān)的運(yùn)算，將三種信號控制在一個(gè)給水閥，讓他們在鍋爐水位調(diào)節(jié)中都發(fā)揮各自的作用，可以減少外界因素的影響，使得控制效果更好。除了上述文中提到的兩種控制方法，就引出了效果更好的三沖量控制法。由文中可知，這三種方法都具有一定的相同點(diǎn)，說明技術(shù)在進(jìn)步，這種方法還考慮了水流量，將水流量作為一個(gè)參考，再結(jié)合以上兩種信號，就形成了三種信號，可以進(jìn)行仔細(xì)運(yùn)算，可以進(jìn)一步了解鍋爐內(nèi)部的狀態(tài)，工作人員可以在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題，做出相關(guān)調(diào)節(jié)。第三種水位自動(dòng)調(diào)節(jié)控制方式結(jié)合了以上兩種調(diào)節(jié)方式，讓三種不同的控制方式同時(shí)發(fā)生作用。但是也有相應(yīng)的缺點(diǎn)，要求鍋爐里面的物料保持在比較平衡的狀態(tài)，不然當(dāng)三種負(fù)壓都發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同程度的汽包水位控制，但這種方法比以上兩種控制方式更加準(zhǔn)確，不容易受外界的干擾。我們可以觀察相關(guān)儀器，從而時(shí)刻了解鍋爐內(nèi)汽包水位，所以必須要選正確的相關(guān)儀器進(jìn)行測量，采用wc系列的儀表表頭，安裝方式不能夠采用以往的安裝方式，必須用垂直儀表頭面方式安裝變壓器。[3]

3 氣泡水位調(diào)節(jié)熱工自動(dòng)控制方案的實(shí)現(xiàn)

在進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)時(shí)，一般都采用了單沖量和雙沖量調(diào)節(jié)自動(dòng)給水系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際情況，安裝相關(guān)報(bào)警裝置，從而保證鍋爐可以安全工作，當(dāng)轉(zhuǎn)爐沒有缺氧時(shí)，采用第一種自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，通過程序控制調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)給水量，讓汽包水位保持在中間水位，當(dāng)轉(zhuǎn)爐開始吹氧時(shí)，則采用第二種自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，為了讓鍋爐能夠正常運(yùn)行，需要安裝相關(guān)報(bào)警設(shè)備，汽包水位一旦過高或過低，就會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警，使得工作人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行相關(guān)控制與調(diào)節(jié)。改變水流量，可以調(diào)節(jié)鍋爐汽包水位，所以想要控制好水位，就必須要及時(shí)監(jiān)控鍋爐內(nèi)水位。[4]

在鍋爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對水位的監(jiān)測應(yīng)該以就地水位計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)，還要參照低地位水位計(jì)和電接點(diǎn)水位計(jì)，使得各影響因素之間保持在一個(gè)平穩(wěn)的狀態(tài)，使得汽包水位保持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，并且必須要保證汽包水位監(jiān)測指示劑的質(zhì)量，能夠準(zhǔn)確無誤的進(jìn)行監(jiān)測，對相關(guān)安全裝置也要進(jìn)行定時(shí)檢查。

4 注意事項(xiàng)

根據(jù)以上汽包水位調(diào)節(jié)的自動(dòng)化控制方式的相關(guān)研究，對鍋爐內(nèi)水位變化的影響因素和相關(guān)特征做了相關(guān)分析，在進(jìn)行具體控制應(yīng)用時(shí)，應(yīng)該選擇合理的控制措施，可以解決虛假水位的問題，提高利用效率，可以對鍋爐汽包水位進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)節(jié)。再結(jié)合相關(guān)報(bào)警設(shè)備，保證鍋爐可以安全穩(wěn)定的工作，并且還要時(shí)刻檢查相關(guān)儀器設(shè)備，提高工作人員的安全意識。還需要使用相關(guān)的儀表設(shè)備，相關(guān)人員要對儀表設(shè)備有具體的了解，WC系列的測量儀器最好，并且用垂直儀表頭面的方式安裝變壓器，可以有效提高空間利用率。[5]

5 結(jié)語

通過上述文章的研究，先分析了影響因素，發(fā)現(xiàn)鍋爐負(fù)荷的變化，給水量的變化，燃燒工況的變化以及鍋爐設(shè)備等，都可以影響汽包水位變化，再提出了幾種控制方式，對幾種控制系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的分析，提出了三種自動(dòng)控制方式，雙沖量控制方式加入了對蒸汽流量的測量，是對單沖量形式進(jìn)行補(bǔ)充控制，三沖量控制是在雙沖量控制的基礎(chǔ)上，加入了給水流量信號，這種控制方式結(jié)合了汽包水位，蒸汽流量，給水流量，經(jīng)過相關(guān)的運(yùn)算，將三種信號控制一個(gè)給水閥，讓他們在鍋爐水位調(diào)節(jié)中都發(fā)揮各自的作用，可以減少外界因素的影響，分析了每種系統(tǒng)的原理以及優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)，其中三沖量控制方式的效果最好，它可以使得鍋爐安全穩(wěn)定的運(yùn)行，提高鍋爐的工作效率提高。[6]

參考文獻(xiàn)

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[5] 孔那.鍋爐內(nèi)汽包水位控制過程[M].北京：西南交通大學(xué)出版，2016.

[6] 丁榮，蔡新平.鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的分析與確定[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2011（4）：18-23.