浅议火力发电厂汽包锅炉给水自动控制

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摘要：汽包水位是火力发电厂锅炉工作中的一个重要参数，它直接关系到我们的安全生产和工作效率，因此，关于火力发电厂汽包锅炉给水自动控制的研究具有非常重要的意义。本文对汽包给水的相关概念进行了简述，并分析了汽包给水的工作流程，最后主要对汽包水位三冲量调节系统进行了探讨，希望给这方面的研究起到一定的指导作用。

关键词：火力发电厂；汽包给水；工业锅炉；自动控制；

中图分类号：TM6文献标识码：A 文章编号：

1、引言

在火力发电厂的工业锅炉运行过程中，汽包水位是非常关键的参数，对于其水位的维持是我们安全生产的一个前提条件，如果水位比较高会使其出口位置处的水分过高，不仅加速结垢的过程导致其易被烧坏，还会因热气温的剧烈变化而使机组运营中的经济性受到很大的损耗。另一方面，如果水位比较低又会对其水循环的工况带来很多不利的影响，甚至会烧坏水冷壁管。基于这一考虑，我们在火力发电厂汽包锅炉给水流程中应引入自动控制的手段，通过对其自动控制不仅能够提升我们生产过程中的安全性，还可以给我们的经济效益带来很大的提高。因此，针对这方面的研究具有其独特的实践指导作用。

2、相关概念

所谓汽包，指的是气压会经过水循环使气压出现上升或者下降的情况，换句话说，汽包就是气体与水分融合之后产生的气压变化，其原理是在极限压力中，水分子与空气会使气体的压力上升，在压力达到一定程度以后就会出现压力集分子。在我们的工作中，汽包罐指的是可以对空气和水压力起到承受作用的一种设备。其中，汽包工作的流程如下：

（1）汽水混合物从水冷壁出发，经过汽包的上部引入管进入内部，然后从一个比较狭窄的环形通道流下，这样可以使这种汽水混合物能够以一个比较均匀的流速传热到汽包的内壁。进而避免了锅炉在启停过程中上下壁温差较大的问题。

（2）当汽水混合物流入汽包以后，会进入汽水旋风分离器，在这一分离器中，汽水混合物利用惯性的作用实现分离，这是整个流程中的第一次分离。

（3）经过第一次分离以后，蒸汽中会依然存在一定的水分，这时再通过波形板分离器进行分离，这一分离器位于旋风分离器的顶部，通过这一过程实现流程中的第二次分离。

（4）在二次分离以后，我们会进行蒸汽清洗，这主要是通过水密度差进行的重力分离，也是整个流程中的第三次分离。

（5）经过以上三次分离以后，蒸汽一般会符合我们的要求，这时再由汽包顶部饱和蒸汽管引往屏式过热器。

3、串级三冲量给水控制

在我们对汽包水位进行控制的过程中，传统的单回路调节由于其自身的缺陷已经不能够满足我们的需求，现在较多使用的是分散控制系统，而在控制策略的选取上，则使用串级三冲量给水控制，在这一方式中，由于很好的利用了蒸汽流以及给水流量信号使得其对于水位的平衡有着非常显著的作用，也正是因为其具有这一优点而获得了极为广泛的应用。

所谓三冲量调节系统指是将汽包水位、给水流量以及蒸汽流量的信号作用到调节器之上，也就是这个调节器对应三个变量。其工作原理是：

取汽包的水位来当做主要的信号，当水位出现变化的时候，会是调节器的输出也产生变化，这就导致水流量的变化。而蒸汽流量则当做前馈信号，避免由于“虚假水位”导致的调节器错误动作。至于给水流量，则将其作为反馈信号，保证水位没有变化的时候就能够依据前馈信号消除消除内扰，进而使整个调节过程处于一个稳定的状态。

一般来说，串级三冲量给水系统会由两个调节器，即主调节器与副调节器，这两个调节器通过串联的方式进行连接。其中，主调节器主要接受水位信号，然后其输出对副调节器机型控制。而副调节器主要接受的信号有主调节器发送的信号、水量信号以及蒸汽信号，其作用是对整个回路中的蒸汽流量以及给水流量的比值进行调节，并消除扰动。这两个调节器通过相互扶助实现对水位的校正，使其保持在一个恒定的值上。

在我们的工作过程中，这一系统的特点可以总结为：

首先，这两个调节器的功能是不一样的。参数整体是比较独立的。其中主调节器用以对水位进行校正，而副调节器则负责消除给水和蒸汽流量扰动，使给水与蒸汽量处于一个平衡的状态。

其次，当负荷发生变动的时候，我们能够依据对象在内外扰动下虚假水位的严重程度对作用强度进行合理的调整，进而消除虚假水位的影响，对水位控制起到改善作用。

此外，给水与蒸汽流量的作用强度也处于一个相互独立的状态，这就给我们的整定工作带来很多便利。

4、工程实例

以下将举某一工程实例对火力发电厂汽包锅炉给水自动控制系统的工作原理及工作流程进行分析：

4.1低负荷汽包水位控制

（1）工作原理

图1低负荷汽包水位控制

锅炉在低负荷运行的过程中，我们主要使用单冲量调节的方式，其控制原理如上图所示，其中函数主要是对高频信号起到过滤的作用，避免执行的次数过于频繁。汽包水位的信号与提前设置好的信号再相减以后就得到了水位偏差信号，然后利用控制器运算便获得了相关的调节指令。

（2）逻辑信号

图2 逻辑信号的形成

从图2中，我们可以得出低负荷控制站输出跟踪可以分为以下几种：

首先，在系统的启动过程中，跟踪汽包水位最小阀位反馈值；

其次，打开主给水阀以后，经过30s的延时，低负荷给水阀强关至0；

第三，如果三个给水泵都没有运行，经过30s延时，跟踪切换开关T（3315）动作以后输出值0%；

4.2汽包水位三冲量控制

（1）工作原理

图3三冲量控制系统图

通过图3，我们可以看出，在机组的负荷不小于30%的时候，三冲量控制系统会取代单冲量控制。在这个过程中，PID1会依据汽包水位的偏差工作，并形成主要的控制回路。而PID2则形成给水流量的快速控制回路，也就是我们所说的副回路。其中，主汽流量会作为前馈信号作用在流量控制回路上，能够起到消除外扰的作用。

而主调节器在低负荷状态或者手动操作的状态时会对水流量信号一直跟中，避免系统投自动时副调节器处于积分饱和的状态。总体来说，无论单冲量控制系统，还是三冲量控制系统，他们都会对给水控制主站的输出进行跟踪，因此，这两个系统的相互切换之间是无扰的。

（2）逻辑信号

图4 逻辑信号的形成

从图4中，可以看出，要想实现三冲量控制，必须要同时满足以下几个条件：主汽流量信号全无坏质量；给水流量信号全无坏质量；汽包水位信号全无坏质量；任意一台给水泵处于自动。

5、结语

随着社会的发展，传统的单回路调节在火力发电厂汽包锅炉给水控制中必然会受到更多的限制，而串级三冲量汽包给水自动控制系统必将会有更为宽广的应用。这一自动控制手段不仅可以有效地提升我们的工作效率，还有利于我们的工作安全。

但是，从上文中，我们已然看出这一新的技术需要更强的专业基础以及更好的实践经验，这就给我们的工作人员提出了很多新的要求，针对这一情况，我们应加强学习，善于实践，只有这样才能真正做好这一工作。

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