基于汽水平衡原理的锅炉汽包水位控制系统研究与优化

邓天心

摘 要：本文分析了型钢220t/h锅炉以及DCS自动控制系统的应用和功能，通过对锅炉汽包水位控制系统的优化，进而保证了锅炉的正常安全运行。

关键词：平衡原理；锅炉控制系统

0 引言

目前，在火电机组的广泛应用下，火力发电厂的锅炉汽包满和缺水事故等问题越来越多，所以，对锅炉水位控制系统来说，严格控制汽包水位的应用范围越来越重要。

1 介绍莱钢220t/h锅炉

莱钢220t/h锅炉以纯烧高炉煤气设计为标准和焦炉煤气燃烧器作为点火燃烧器，在高炉煤气不足时燃烧器最多可燃用焦炉煤气为30%负荷。技术参数如下：设计焦炉煤气为17564kJ/Nm3，设计锅炉燃料量高炉煤气为300000Nm3/h以及单只燃烧器出力为20000Nm3/h等。表1为锅炉具体的主要参数。

2 自动控制系统

220t/h锅炉使用空气助燃及用焦炉煤气给锅炉点火。DCS系统作为控制系统具有可靠性好、功能全、应用灵活、体积小及技术好、便于安装和维护等优点。它由一个工程师站和一个操作员站组成，不仅包括了DCS系统一套和上位机两台及采用工业以太网通信在上位机与DCS之间，还采用Unity Pro V5.0的编程软件和采用IFIX5.1的监控软件以及采用P42.0G/256M内存/21″彩显/USB/网卡等一样的上位机配置。

DCS系统功能有：程控点火、停止投油、单步点火操作、远控或就地选择、自动或手动选择、点火设备位置及状态显示、故障报警、设备信号向显示器完成发送、远控显示器的命令信号及在驱动后发给对应的点火设备、点火成功或失败的信号显示。

3 汽包水位控制系统的应用与优化

3.1 汽包水位控制系统优化的必然性

当前，三冲量汽包水位控制策略是绝大多数电厂锅炉采用的控制方式，其中包括单冲量、双冲量和三冲量控制，采用平衡容器水位计的方法进行汽包水位测量，选取方法是由操作员从画面上选择多个水位计其中的某个值，并参与水位控制以及联锁报警时的水位计。这种方法有个很大的弊端就是：如果选取的水位计在受到干扰、平衡容器漏水或差压变送器故障的情况下，系统就会发出错误的警报或者停炉信号，进而导致锅炉停炉停止供汽。过高的水位容易出现蒸汽滞液和过热器结垢的现象，还可损坏汽轮机叶片。过低的水位影响了水汽平衡，严重时会烧干锅炉甚至锅炉爆炸。虽然三冲量控制系统在虚假水位的问题上得到了有效解决，但是控制精度低的现象仍然存在，影响了锅炉的安全运行。

3.2 汽包水位测量新技术研究

锅炉汽包水位不但是其生产过程中主要的工艺指标，也是锅炉安全运行的主要条件之一。精确测量锅炉汽包水位是汽包水位有效控制和预测的保证。目前，汽包内置式平衡容器及汽包外置式平衡容器、汽包内置式电极传感器、低偏差云母水位计和高精度取样电极传感器等是汽包水位测量应用的新技术。这些新技术不仅准确测量了汽包水位的结果（把各水位计的示值偏差有效的控制在30mm以内），并且使锅炉启动时的汽包水位得到更好的保护。

3.3 汽包水位汽水平衡原理控制技术

汽包水位控制中使用汽水平衡原理，即主蒸汽量+锅炉排污流量=主给水量，在测量锅炉排污流量时采取虚拟测量技术，不仅调节速度快，还将因汽机负荷变化时引起的锅炉汽包虚假水位变化对控制的影响降到最低。图2为控制原理（PV1为选取水位计平均值；SP1为汽包水位设定值；SP2为给水流量设定值；△F为锅炉排污流量；PV2为给水流量；PID2输出值）。

在排污量不变和锅炉汽水平衡时，PID1输出值约为0；在排污量改变和汽水失衡时，汽包水位改变，通过PID1输出值的增减缩小水位偏差来保持汽水的平衡，PID1输出值就又变成了零。在PID1、PID2进行手自动切换时需要用到无扰处理并设置的死区不能过小。

在锅炉汽包不断或不定时排污时，△F为锅炉排污流量较难测量，计算△F需要用虚拟测量：具体时间的前5min 内的主给水流量Q F1和主蒸汽流量 Q F2的差就是△F锅炉排污流量。

4 结论

把锅炉汽包水位控制在规定的范围内是锅炉安全运行的保障，所以，优化汽包水位控制系统意义非常重大。

参考文献

[1]侯子良.锅炉汽包水位测量系统[M].北京：中国电力出版社，2005.

（作者单位：西北电力建设工程调试施工研究所）