摘  要：液位計作為鍋爐的三大附件之一，可見控制鍋爐的液位尤其重要。本文主要對電廠的蒸汽鍋爐液位控制進行論述，通過調節PID參數來實現鍋爐水位的平穩。

　　關鍵詞：鍋爐；液位；調節；控制

　　中圖分類號：  U664.111  　　　文獻標識碼：  A      文章編號：2095-0802-(2012)07-00  -00

　　The Automatic Control of the Steam Boiler Drum Water Level

　　NIE Xiao-min

　　(Shaanxi Gas and Design Institute, Xi'an 710043, Shanxi, China)

　　Abstract: the level gauge is one of the three attachment of a boiler, showing that control the level of the boiler is particularly important. This paper mainly discusses the power plant steam boiler level control, to achieve stable of boiler water level by adjusting the PID parameters.

　　Key words: boiler; level; adjustment; control

　　0引 言

　　蒸汽鍋爐爐體設計和制造采用三回程、濕背式、偏心爐膛、非對稱性結構。爐膽可設計為波形，減少熱膨脹應力，增加輻射受熱面 。應用先進的數字化控制技術，可遠程精確監控燃燒過程。 自動化程度，各種保完善。 選配優質進口低NOX燃燒機，燃燒充分，屬于環保產品 。可選配冷凝換熱器和空氣預熱器，從而提高鍋爐效率。 可增設通訊接口實現上位機控制。 鍋爐制造規范，嚴格按國家有關標準制造。整體快裝出廠，外形美觀，色澤明快。

　　隨著現代化工業的飛速發展，對能源利用率的要求越來越高，作為將一次能源轉化為二次能源的重要設備之一的鍋爐，其控制和管理隨之要求越來越高。由于電站鍋爐鍋筒屬于在高溫高壓運行的密閉性容器,受其溫度、壓力的影響，汽包水位的測量經常出現假值,不能真實地反映水位的實際變化情況。汽包水位是鍋爐運行的主要指標,是一個非常重要的被控變量,維持水位在一定范圍內是保證鍋爐安全運行的首要條件,按照鍋爐操作規程上講，正常情況下鍋爐的水位必須投自動，出現事故或者其他緊急事故時可切斷到手動位置上，但是蒸汽負荷突然增加或減少時會造成自動不穩。這就會對我們操作人員和專業工程師提出更高的要求。為有效利用轉換廢熱，降低消耗，減低勞動強度，有利于整體工藝穩定，要求汽包液位自動控制，正常生產時波動應小于±5％[1]。

　　1鍋爐液位控制原理

　　圖1 鍋爐液位控制系統示意圖

　　圖2 鍋爐液位控制系統方塊圖

　　當蒸汽的耗氣量與鍋爐進水量相等時液位保持正常值。當鍋爐的給水量不變，而蒸汽負荷突然增加或減少時，液位就會下降或者上升；或者當蒸汽負荷不變，而給水管道水壓發生變化時，引起鍋爐液位發生變化。不論出現哪種情況，只要實際液位高度與正常液位之間出現了偏差，調節器均應立即進行控制，去開大或關小給水閥門，使液位恢復到給定值[2]。見圖1和圖2。

　　2引起鍋爐液位變化的參數

　　影響水位變化的主要因素有以下幾點：

　　a） 給水壓力變化對水位的影響。給水壓力變化時，將引起給水量變化，破壞給水量與蒸發量的物質平衡，引起汽包水位的波動。如給水壓力增加時，給水量增加，水位上升；給水壓力降低時，給水量減少，水位下降。

　　b） 鍋爐負荷變化對水位的影響。汽包水位是否穩定，首先取決鍋爐負荷及蒸發量的變動量及其變化速度。因為負荷變化不僅影響蒸發設備中水的消耗量，而且還會造成壓力變化，引起鍋爐水狀態的變化。當負荷變化緩慢，鍋爐的燃燒調整和給水調整配合較好時，水位變化是不明顯的。但當負荷突然變化時，水位會迅速波動；

　　c） 爐內燃燒工況對水位的影響燃燒工況的改變對水位的影響也很大。在機組負荷不變的情況下，強化燃燒時，水位將暫時升高，然后又下降；燃燒減弱時，水位將暫時降低，然后又升高。這是由于燃燒工況的改變使爐內放熱量改變，因而引起工質狀態發生變化的緣故；

　　此外，儀表信號不準確、鍋爐的定期排污等都會引起鍋爐液位的變化。

　　3幾種鍋爐汽包水位的控制方案

　　PID調節蒸汽出口閥可以很好的控制汽包壓力。開車正常后波動范圍不大，可以不考慮。轉化負荷波動、出預熱器鍋爐給水溫度變化、鍋爐負荷波動、排污量變化這幾個因素對汽包液位的影響必須考慮。

　　汽包水位主要有3種控制方案。

　　3.1單沖量控制系統

　　單沖量控制系統(沖量一詞指的是變量,單沖量即汽包液位)是采用汽包液位直接控制給水調節閥。該系統結構簡單，投資少,容易實現,用于小型低壓鍋爐。因為這種鍋爐的蒸汽負荷比較穩定,汽包的相對容積大,用戶對蒸汽的要求往往不十分嚴格,該控制系統若再配上一些報警聯鎖裝置,也可以滿足生產要求。

　　在停留時間較短，負荷變化較大時，就不能采用單沖量液位控制系統。

　　3.2雙沖量控制系統

　　在汽包的水位控制中，最主要的擾動是負荷的變化，那么引入蒸汽流量來校正,不僅可以補償“虛假液位”所引起的誤動作，而且使給水調節閥的動作及時,這就構成了雙沖量控制系統。從本質上看，雙沖量控制系統是一個前饋(蒸汽流量)加單回路反饋控制系統構成的復合控制系統。當蒸汽流量加大時,給水流量亦要相應增加,此時選用氣開閥,加法器的輸出應增加,即應該取正號[3]。

　　雙沖量控制系統有2個缺點:a) 調節閥的工作特性不一定完全是線性，這樣要做到靜態補償就比較困難;b) 對于給水系統的擾動不能直接補償。

　　為此將引人給水流量信號，構成三沖量控制系統。

　　3.3三沖量控制系統

　　三沖量指的是：汽包水位、蒸汽流量、給水流量。量程范圍可以隨機設定。汽包水位三沖量給水調節系統由汽包水位測量筒及變送器、蒸汽流量測量裝置及變送器、給水流量測量裝置及變送器、調節器、執行器等組成；

　　4控制方案的確定

　　35 t的鍋爐最終選用三沖量控制系統，調節器選用三沖量調節儀。系統中配上一些報警聯鎖裝置。在這里主要說明2點內容：

　　4.1關于測量信號接入調節器的極性說明

　　當信號值增大時要求開大調節閥，該信號標以“+”號；反之，當信號值減小時要求關小調節閥，該信號標以“－”號。在給水調節系統中，當蒸汽流量信號增大時，要求開大調節閥，該信號標以“+”號；給水流量信號增大時，要求關小調節閥，該信號標以“－”號；當汽包水位升高時，差壓減小，水位測量信號減小，要求關小調節閥，則該信號標以“+”號。

　　4.2調節器控制參數主要有3個

　　a) 比例帶P：輸出變化量與偏差成正比例（比例系數越大，反應速度越快，穩定性變差。比例系數越小，反應速度越慢，穩定性變好）；

　　b) 積分時間T ：用積分時間表示積分作用，用以修正（上升或下降）偏差。Ti越大系統的穩態誤差消除的越快，但Ti也不能過大，否則在響應過程的初期會產生積分飽和現象。若Ti過小，系統的穩態誤差將難以消除，影響系統的調節精度；

　　c) 微分作用Td：是改善系統的動態性能，其主要作用是在響應過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行提前預報。但Ti不能過大，否則會使響應過程提前制動，延長調節時間，并且會降低系統的抗干擾性能。它主要適用于特性滯后較大的廣義對象，如溫度對象等。

　　/ V9 r+ }0 k( H( q但是，要保證鍋爐水位自動平穩，需要一定的理論和經驗。以下是我在這幾年工作中積累的一點經驗，供大家參考。

　　進行整定時先進行P調節，使I無效，觀察液位變化曲線，若變化曲線多次出現波形則應該放大比例（P）參數，若變化曲線非常平緩，則應該縮小比例（P）參數。比例（P）參數設定好后，設定積分（I）參數，積分（I）正好與P參數相反，曲線平緩則需要放大積分（I），出現多次波形則需要縮小積分（I）。P=20%~80%，I=60 s~300 s，D=0當然在調的過程中要滿足比例系數偏差不應超過±25%。還應注意水、汽盡量平衡[4]。

　　5結語

　　本文給出了鍋爐汽包水位的自動控制方法，通過不同的控制方案以及他們的特性，能夠很好的解決鍋爐汽包水位控制中的“虛假液位”問題。在使用時，只需根據實際控制對象的規模、靈敏度、控制要求等參數選擇合適的控制方案即可。并且設有液位連鎖報警，保證了工業生產中的財產和人身安全。

　　參考文獻：

　　[1] 胡壽松.自動控制原理[M].北京：北京科學出版社，2001.

　　[2] 陸德民.石油化工自動控制設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2000.

　　[3] 張曉兵.勝利煉油三沖量控制的應用及其改進[J].數字石油和化工，2006(6):42-45.

　　[4] 唐紫英.控制閥流量系數Kv設計計算中的修正[J].撫順石油學院學報,1997(3):33-37.