锅炉汽包液位检测与控制

1、自动化技术与应用年第卷第期经验交流Technical Communications锅炉汽包液位检测与控制马琴，马玉玲，孙元帅，王晓云（莱芜钢铁集团自动化部，山东莱芜）摘要：本文作者结合多年锅炉调试与维护实践经验，详细介绍了锅炉汽包液位的测量原理和汽包液位三冲量自动调节系统的实现过程。关键词：汽包液位；三冲量；自动调节中图分类号：文献标识码：文章编号：（）Control of the Boiler LevelMA Qin, MA Yu-ling, SUN Yuan-shuai, WANG Xiao-yun( Automation Section, Laiwu Iron & Steel G

2、roup, Laiwu 271104 China Abstract: This paper discusses the measurement of the boiler level and presents a three-impulse level regulation system for theboiler.Key words: boiler level; three-impulse regulation; automatic regulation引言在冶金企业中，锅炉是应用广泛的热力设备，而锅炉汽包中液位的高低，将直接影响到蒸汽的质量与锅炉的热效率及设备的安全运行，因此要时刻掌握锅炉

3、汽包的液位情况，研究汽包液位的检测原理，保证仪表检测装置的检测精度是非常有必要的。同时，锅炉汽包的液位，不允许超出规定的限度，否则将威胁生产的安全，为了实现控制的要求，可以有两种方式，一是人工控制，二是自动控制。人工控制主要是凭经验用人工去控制生产过程，生产过程的关键参数靠人工观察，生产过程的操作也靠人工去执行，因此人工控制仅适用于工艺简单且控制要求不高的场合。自动控制是以汽包液位为主被控变量，以给水流量为副被控变量，以锅炉蒸汽负荷为前馈扰动量构成一个串级加前馈的三冲量闭环控制系统。锅炉生产蒸汽的简单过程是：把水加热产生蒸汽，并使蒸汽达到一定的温度和压力，然后送到蒸汽管网中去。为了缩短产汽时间

4、，一般不向锅炉中提供冷水，而是将冷水经过一级省煤器和二级省煤器的预热，然后送入汽包和水冷壁；另外，为了提高蒸汽质量，从汽包中出来的蒸汽不是直接送入蒸汽管网，而是经过一级过热器、减温器和二级过热器调整到工艺要求的温度，然后送入蒸汽管网。汽包是水、汽分离的地方，蒸汽由汽包上部引出，一般汽包中的水要保持在一半的地方。汽包中的液面比较复杂，它不象一般的静止液面，而是汽、水混合在一起的沸腾状态，同时还具有一定的压力，由此可见，这种状态下的液面，液位的精确测量由一定的困难。差压法测液位汽包液位有多种测量方法，其中双室平衡容器差压变送器测量液位是比较常用的，这种测量方式比较复杂，测量精确度比较高，在莱钢锅炉

5、上应用非常广泛。汽包液位检测工艺简介收稿日期：86 | T echniques of Automation & Applications双室平衡容器结构双室平衡容器的结构图见图，其中测量筒分别与经验交流Technical Communications自动化技术与应用年第卷第期汽包上部和下部接通，上部引入蒸汽，遇冷蒸汽温度下降不断冷凝，冷凝水流入冷凝台进入管（管是充满液体的），管与汽包下部液体连通，直接反映汽包内液面的高度，平衡容器与汽包的连接方式见图所示。从上述公式可以看出，当汽包液位时，差压变送器就有一个相对应的电流信号输出，不能正确反映液位的高低，但是，当差压变送器安装位置固定后，

6、将是一个定值，可以采用变送器负迁移，调整变送器仪表内部零点，消除作用力。差压变送器负迁移后，当液位从最低液位变化到最高液位时，差压变送器输出电流对应为，可以直接反映汽包液位的实际值。汽包液位调节被控过程分析锅炉汽包液位自动调节系统中，汽包液位是主被调参数，液位过高会影响汽包中的汽、水分离，容易产生蒸汽带液现象，导致过热器管壁结垢并损坏，使过热蒸汽的温度严重下降，如以此过热蒸汽带动汽轮机，则将因蒸汽带液损坏汽轮机的叶片，造成运行安全事故。液位过低，则由于汽包容积太小，并且横截面积中间大，上下小，当液位偏离给定值往上或往下变化时，变化越来越快，是一个加速式的变化，由于有了这种变化，当液位降低时，则

7、干的块，升高时，则满的快，而负荷很大时， 水的汽化速度很快， 如不及时调节进水量， 汽包中的水会全部汽化， 从而导致水冷壁烧坏， 甚至引 起爆炸， 产生设备事故。 决定汽包液位的除了汽包中储水量的多少外，也与液位下汽泡容积有关。而液位下汽泡容积与锅炉的负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。在影响汽包液位的诸多因素中，以锅炉蒸发量和给水流量为主。图 双室平衡容器的结构图汽包液位在给水流量作用下的动态特性图汽包与平衡容器连接图测量原理如图所示，假设汽包液位为，管中充满的液体高度为，差压变送器正压室压力，差压变送器正压室压力，差压为则： （ ） 图给水流量作用下汽包液位阶跃响应曲线由于给水温度要比汽包内

8、饱和水的温度低，所以给水流量增加后，需要从原有饱和水中吸取部分热量，使液位下汽泡容积减少。当液位下汽泡容积的变化过程Techniques of Automation & Applications | 87自动化技术与应用年第卷第期经验交流Technical Communications逐渐平衡时，液位将因汽包中储水量的增加而上升。最后当液位下汽泡容积不再变化时，液位变化就完全反映了因储水量的增加而直线上升。图反映了在给水流量作用下液位变化的阶跃响应曲线，图中线是液位的实际变化曲线。在给水量作阶跃变化后，汽包液位不是马上增加，而呈现一段起始惯性段。汽包液位在蒸汽流量作用下的动态特性当蒸汽

9、流量突然增加，在燃料量不变的情况下，从锅炉的物料平衡关系来看，蒸汽量大于给水量，液位应如图所示曲线。但实际情况并非如此，由于蒸汽用量突然增加，瞬间必导致汽包压力的下降。汽包内水沸腾突然加剧，产生闪蒸，水中汽泡迅速增加，因汽泡容积增加，而使液位变化的曲线如图中的。而实际显示的液位响应曲线为与的叠加，即。在稳定状态下，液位调节信号等于液位调节器的输出、蒸汽流量和进水量三个信号相加，去控制给水执行器动作，即：式中：为加法器的输出电信号为液位调节器的输出为给水变送器的输出为蒸汽流量变送器的输出为加法器的可变常数如果在某一时刻，蒸汽用量突然增加， 在蒸汽流量 变送器的输出信号 相应增加，则加法器的输出信

10、号减 小，调节阀开大，加大进水量，使锅炉液位稳定。另一方 面，蒸汽量的增加，反而与虚假液位作用的结果抵消，最 终的结果是使加法器的输出信号变化不大，保持恒定的 液位。当蒸汽负荷变化不大时， 由于给水压力变化， 在 同样调节阀开度下，将会影响进水量，导致液位下降，由 图三冲量控制流程图图 蒸汽流量作用下汽包液位阶跃响应曲线从图中可以看出，当蒸汽用量加大时，虽然锅炉的给水量小于蒸发量，但在一开始，液位不仅不下降反而迅速上升，然后再下降（反之，蒸汽流量突然减小时，则液位先下降，然后上升）。这种现象称为“虚假液位”。虚假液位的变化大小与锅炉的工作压力和蒸发量等有关。对于 的中压锅炉，当负荷变化 时，虚

11、假液位 可达 。虚假液位现象属于反向特性，给控制带 来一定困难。 于水量、液位调节器均为正值，最终使加法器的输出减小，直至液位等于给定值为止。锅炉液位调节系统中引入给水量、蒸汽量两个参数，消除了“假液位”所导致的不良后果，而且还可以根据干扰的作用提前作用，其实质使前馈作用加反馈作用的调节系统。串级三冲量调节三冲量调节 为了解决“虚假液位”现象，我们将主蒸汽流量、 给 水流量引入调节系统中， 将这三个信号叠加后， 输出调 节信号控制给水调节阀动作， 从而构成三冲量调节系 统，如图所示。图串级三冲量调节的结构图88 | T echniques of Automation & Applica

12、tions经验交流Technical Communications自动化技术与应用年第卷第期在三冲量调节系统中，液位调节器的输出为蒸汽、给水量综合信号，该信号作为副调节器的给定值，调节汽包液位，图所示为串级三冲量调节的结构图。）将副控制器比例度放，积分时间放最长，微分放最小，然后按照：衰减比整定主环，找出主变量出现： 振荡过程时的比例度 及振荡周期 。）通过差表法，求得主、副控制器的参数，按照参数调整控制器，进行仿真试验。串级三冲量调节参数整定在参数整定时先整定副环后整定主环，具体步骤如下：表控制参数整定表结束语通过研究锅炉汽包液位的检测，实现了液位信号的精确检测和自动调节。参考文献：翁维勤，

13、周庆海过程控制系统及工程北京：化学工）在主、副环路闭合的情况下，将主控制器比例度放，积分时间放最长，微分放最小，然后按照：衰减比整定副环，找出副变量出现：振荡过程时的比例度及振荡周期。（上接第页）一致。采用方案二时如果没有增加新的模块则只需要修改通信参数，如增加地址等就可以满足系统通信要求。如果增加了新的模块则需为该模块编制程序。其软件结构如图所示。业出版社作者简介：马琴（），女，工程师，主要从事：自动化控制工作。西门子控制器在贵广回直流输电工程中作为的应用比较成功。系统运行稳定，且扩展性强，能较好地满足日后对直流输电系统的更高要求。本文以兴仁换流站为例，对系统软、硬件结构及功能进行了介绍。并根据南方电网直流输电系统的发展前景，探讨了控制器在换流站区域控制中心建设中的应用。希望本文在直流输电系统的日常运行维护管理和以后功能扩展方面发挥一些参考作用。参考文献：浙江大学直流输电科研组直流输电电力工业出版社贵广回直流系统信息手册