电厂中余热锅炉汽包水位波动的不确定性成分研究与探讨

闫志新

（中钢集团吉林机电设备有限公司 吉林省吉林市 132021）

在余热锅炉汽包水位波动的研究中，整个联合循环的发电效率和安全稳定，会受汽包水位控制系统的影响。并且在循环系统中，系统工程情况的变化会造成汽包水位的变化，比如蒸汽出口量突变使汽包压力受到影响，水位也会发生变化，但是这种成分造成的水位波动是明确的，可以确定成因；但是部分不确定成分也会造成汽包水位的变化，比如现场情况、机械设备震动、密度波不稳定等等，这些成分造成的影响就是不确定的，也被称为水位噪声，控制系统对汽包水位变化情况的判断会受其影响，对余热锅炉汽包水位波动的不确定成分进行分析，并提出相应的解决方案。

1 汽包水位波动的不确定成分

1.1 成分分析

余热锅炉在电厂实际应用中发现，汽包水位总是根据工程情况的不稳定而有所波动，而且工程情况的变化是造成其波动的主要因素。一般情况下，给水量、余热量、蒸汽量比较容易受外部环境干扰，而这些成分的变化会明显影响汽包水位的变化，根据余热锅炉的动态特性来进行分析，这种变化可以视为确定性波动[1]。但是在实际应用中，汽包水位的波动是很难确定的，会受到很多不确定因素的影响。通过现场实际的观测数据，即使上述成分都没有对工程造成影响，那么汽包水位仍可能出现变化，而且还可能藏有隐患，若出现突然状况，很可能超过警戒线。

1.2 原理分析

1.2.1 机械振动

水管内给水的震荡、汽包管筒与连接机部件振动引起的共振、余热烟气冲刷水冷壁时使汽包产生的机械振动。以及厂房现场具有的噪声干扰等等，都是会造成水位波动的振动原因，这些影响会使水位波动与其出现同步，并且很难停止[2]。在系统的整个运行中，这种干扰经常存在，高频成分包括振动的频率，一般可以运用低通滤波进行消除。

1.2.2 压降振荡

两相流中的常见现象是压震荡，收入流体的流向上拥有可压缩容积的部分是其主要原因，加热流道运行在压降-流量内部特殊曲线的负斜率区也可能对其有一定影响。50~180s是压降振荡的周期，其频率在0.005~0.02Hz之间，所以汽包水位出现无规律的波动主要是因为压降振荡引起的。

通过以上原因分析，锅炉内两相流的压降振荡的变化时静态下汽包水位出现变化的主要原因，这种振荡效果反映到汽包水位上，会形成一系列的谐波，且频率叠加[3]。所以，压力振荡和其他因素的高频波是汽包水位波动信号成分的基本合成条件，并且工程情况的不同，会早场这个周期波动的变化，但若是工程情况稳定，那么汽包水位不会受到影响。

2 工程实例及解决方案

2.1 工程实例

某电力工厂的锅炉房内拥有2台24t的低压锅炉，2台13t的中压过来。因为前期设计的差异，锅炉房中，有3台国产锅炉的汽包水位测量方式是通过双室平衡容器金习惯测量的。两台供水泵（一用一备）为1台锅炉汽包供水。最开始的水位控制方法是，根据汽包水位由主控室进行PID调节，水调节控制需要输出4~20mA信号控制，但是这种操作经常造成调节阀的损坏。所以应在主控室对锅炉汽包水位控制，调节PID仪表盘上的调节仪上输出启停信号，对调解阀进行手动调节，汽包水位在100mm位置停泵，低于0mm时起泵，通过这种方式对汽包水位进行控制。但是汽包蒸发量会发生瞬间的大幅变化，工作人员往往难以及时处理，致使汽包水位在测量中出现误差，使锅炉为了保护低水位进行停炉误工作，对生产造成影响。目前进口的LOOS炉，在锅炉炉体上比以往容量大一倍，其测控系统更加精确，水调节程序较为稳定，汽包水位也比较稳定。

现阶段，对于汽包水位波动的不确定成分有很多解决方案，相关研究人员也提出了很多方法，比如在组合PID调节仪控制调节阀时，可以选用两参数或三参数，或改善气动调节阀，更换电容式液位计控制液位，以防假水位造成停炉现象，或者在PLC控制中对需要的信号进行改造[4]。但是这些方案在实际应用中所需要的投资较大，且在进行相应改进是，影响锅炉的正常工作。所以，合理的解决方案应该根据现有设备，在不增加费用以及设备的基础上，并且不会对锅炉正常生产造成影响，提出有效的方案，并进行相应改造，满足工艺的需求。

2.2 解决方案

开启汽包供水调节阀，让汽包水位可以根据旁通阀进行补水，确保调整时的政策生产。其次，使汽包供水泵出口流阀开口度为6%，并合理控制管道压力使保持在合理的范围内，汽包供水泵的正常的工作状态不被改变，可以通过接下来的调整时使之可以继续运行，以此解决水阀频发开关引起的问题[5]。汽包供水调节阀执行器参数的调节，可以使其在出现故障时全部打开，并保证系统紧急情况下的安全，使执行器的灵敏度降低，以1%为标准。控制PID调节仪启停泵的参数，对锅炉汽包水位继续进行调整。分析汽包水位量程范围在-185（RG.00）-260mm（RG.FS），汽包水位为40mm，所以起泵的水位设置为45mm（L0.AL），停泵水位为80mm（HI.AL）回差2（HYST）。假如汽包水位符合停泵条件是停泵，若水位下降到40mm时起泵，并且会根据惯性，汽包水位会下降到34mm左右，这种方式有利于降低超调，缩短调节时间。

控制PID调节仪的参数可以调整锅炉汽包水位，这是解决方案中需要考虑的难点，也是最耗费时间的程序，在很多资料中都涉及的调整方法：试凑法和计算法。本文主要是应用试凑法对影响汽包水位的不确定成分进行调整和控制，值得注意的是，F＆B的PID调节仪的比例参数比较大，系统的反映速度较慢，其他仪表的情况正好与之相反，所以若对P值进行调节会有很多多余的程序。在系统中使用的PID调节仪一般没有死区调节功能，所以在调整过程中引入部分微分调节，可以使系统在出现大幅度的变化时，或突发现象发生时，能够快速解决，受超调时间和响应时间得以减少，所以根据这几点原因，要配合生产过程对调整过程进行整合，这个调整过程一般花费1周的时间。

120、80、900是经过PID参数调整过的，其可以确保汽包水位在允许的范围内稳定变化，并在调节阀进行调整的过程中，频发启停水泵不会引起超调现象造成汽包供水的影响，这个过程也不要过于频繁的使用调节阀。确保阀门不会全部关闭，同时使阀门开度的最小值为6%，防止阀体前后的压差过大。一般情况下，小负荷的锅炉在运行时，不会出现水位波动的现象，也不会造成这类维他，所以控制锅炉水位使用小负荷的启停给水泵，观察给水流量，适当控制给水调节，控制给水流量最小值每小时3t左右，确保蒸发量小于每小时2t左右时，汽包水位会上升指停泵水位，从而保证锅炉小负荷运作是，启停给水泵控制锅炉也为，达到节约能源和减小调节阀磨损的目的。

3 结语

在冶炼过程中，余热锅炉的汽包水位波动是复杂并且变化多样的，其变化特点有呈周期性规律、速率快、具有波动性。锅炉内水容积的变化直接引起汽包水位的变化，炉内气热负荷的变化是其根本原因。炉水中水和汽的容积组成了锅炉水的容积，在汽包水位发生变化时，炉水中汽的容积和水的容积对汽包水位所造成的影响并不一致，而没有关联。对汽包水位波动有直接影响的可控参数有吹炼强度、汽包运行压力、锅炉补水流量等等。在实际应用中，这些基本参数应进行合理的调控，确保余热锅炉稳定、安全的运行。

[1]谭季秋,鄂加强,钟定清.联合循环余热锅炉汽包水位晃荡信号智能预测[J].中南大学学报(自然科学版),2012(3):159-160.

[2]王强,曹小玲,苏明.余热锅炉汽包水位波动信号的EMD特性分析[J].中国电机工程学报,2011(1):175-176.

[3]赵焱焱.水泥纯低温余热发电优化控制软件的研发[J].济南大学,2011(5):164-165.

[4]马文通.燃气轮机及燃气—蒸汽联合循环在部分工况下的仿真研究[J].上海交通大学,2009(1):162-163.

[5]陈杨,孙应淳.垃圾焚烧余热锅炉汽包水位变形的三冲量串级调节[J].自动化与仪器仪表,2012(11):176-177.