陳思乾

(青海油田供水供電公司,青海海西州鎮(zhèn) 816400)

蒸汽鍋爐的控制系統(tǒng)探討

陳思乾

(青海油田供水供電公司,青海海西州鎮(zhèn) 816400)

某區(qū)的發(fā)電廠有蒸汽鍋爐,也有燃汽輪機(jī)帶的余熱鍋爐,余熱鍋爐的控制系統(tǒng)比蒸汽鍋爐的簡(jiǎn)單,下面就以蒸汽鍋爐控制鍋爐為例。最基本的工藝流程是用鍋爐產(chǎn)生蒸汽,推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,鍋爐是全廠提供動(dòng)力的重要設(shè)備,其任務(wù)是提供合格穩(wěn)定的蒸汽,以滿足汽輪機(jī)發(fā)電的需要。為了產(chǎn)生合格的蒸汽,需要對(duì)鍋爐進(jìn)行控制,以提高鍋爐產(chǎn)生的蒸汽品質(zhì)。下面我們對(duì)蒸汽鍋爐的控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

蒸汽鍋爐 控制系統(tǒng)

鍋爐設(shè)備是一個(gè)比較復(fù)雜的控制對(duì)象，主要輸入變量有負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)量。主要輸出變量有汽包水位、過(guò)熱蒸汽溫度及壓力、煙氣含氧量和爐膛負(fù)壓等。如果負(fù)荷發(fā)生變化，會(huì)引起汽包水位、蒸汽壓力和溫度等變化。燃料量的變化會(huì)影響蒸汽壓力，同時(shí)還會(huì)影響汽包水位、過(guò)熱蒸汽溫度、過(guò)剩空氣和爐膛負(fù)、汽包水位等的變化。

1 鍋爐的控制系統(tǒng)的劃分

在鍋爐控制系統(tǒng)方面將控制系統(tǒng)劃分為以下幾個(gè)控制系統(tǒng)，主要的控制系統(tǒng)如下：(1)鍋爐汽包水位的控制。被控變量主要是汽包水位，操縱變量是給水流量，維持汽包水位在給定的范圍內(nèi)是保證鍋爐，保證鍋爐和汽輪機(jī)正常安全運(yùn)行的必要條件之一，是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。(2)鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制。其控制目的是使燃料所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要：為了達(dá)到控制目的，采用的方法控制對(duì)象有三個(gè)，燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量。(3)過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制。維持過(guò)熱器出口溫度在允許的范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。控制對(duì)象一般是減溫水的水量。

圖1 水位單沖量控制原理圖

圖2 水位雙沖量控制原理圖

2 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 鍋爐汽包水位的控制方法

汽包水位是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)。如果水位太低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，負(fù)荷變化很大，水的汽化速度又快，因而汽包內(nèi)的水量變化速度很快，如不及時(shí)控制，就會(huì)燒干鍋爐，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鍋爐燒壞或者爆炸：水位過(guò)高，就會(huì)影響汽包的汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，損壞汽輪機(jī)葉片，影響運(yùn)行安全。汽包水位過(guò)高過(guò)低的對(duì)安全生產(chǎn)影響很大，所以對(duì)汽包的水位控制很重要。在運(yùn)行過(guò)程中由于負(fù)荷增加時(shí)，導(dǎo)致汽包壓力下降，使汽包內(nèi)水的沸點(diǎn)溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高，形成虛假水位。

圖3 燃燒控制系統(tǒng)原理圖

圖4 環(huán)保型燃燒控制系統(tǒng)圖

(1)鍋爐水位單沖量控制系統(tǒng)。汽包水位的控制手段是控制給水，基于這一原理可以設(shè)計(jì)出單沖量控制系統(tǒng)。單沖量指的是汽包的水位，這種控制系統(tǒng)是典型的單回路控制系統(tǒng)，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加時(shí)，由于假水位現(xiàn)象，控制器不但不能開(kāi)打給水閥增加給水量，以維持鍋爐的水位，而是關(guān)小控制閥的開(kāi)度，減少給水量。等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而減少，將使水位嚴(yán)重下降，波動(dòng)很厲害，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蛊唤档轿ｋU(xiǎn)程度以致發(fā)生事故。由于小型鍋爐，由于汽包停留時(shí)間較長(zhǎng)，在蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，假水位現(xiàn)象并不顯著，配上一些連鎖報(bào)警裝置，也可以保證安全操作，所以小型鍋爐采用這種單沖量控制系統(tǒng)可以滿足生產(chǎn)要求。我們廠的鍋爐蒸發(fā)量為20噸每小時(shí)，在實(shí)際運(yùn)行中采用的單沖量控制系統(tǒng)就可以滿足控制需要(如圖1)。(2)鍋爐水位雙沖量控制系統(tǒng)。在汽包水位的控制中，最主要的擾動(dòng)是負(fù)荷的變化，如果根據(jù)蒸汽流量來(lái)起校正作用，就可以糾正虛假水位引起的誤動(dòng)作，而且使控制閥的動(dòng)作十分及時(shí)，從而減少水位的波動(dòng)，改善控制品質(zhì)。將蒸汽流量信號(hào)引入，就構(gòu)成雙沖量控制系統(tǒng)。在這里雙沖量控制系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)前饋控制加上一個(gè)單回路反饋控制的復(fù)合控制系統(tǒng)(如圖2)。

圖5 過(guò)熱蒸汽減溫控制原理圖

2.2 燃燒控制系統(tǒng)

鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料產(chǎn)生的熱量能夠適應(yīng)鍋爐的需要，同時(shí)還要保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。主要完成的任務(wù)有：

主蒸汽壓力的變化反映了鍋爐生產(chǎn)的蒸汽量和汽輪機(jī)消耗的蒸汽量相適應(yīng)，因此需要設(shè)計(jì)蒸汽的壓力控制系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，通過(guò)控制燃料量使蒸汽的壓力穩(wěn)定。當(dāng)燃料改變時(shí)，必須控制相適應(yīng)的送風(fēng)量，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。爐膛壓力的高低關(guān)系著鍋爐的安全運(yùn)行，燃燒控制系統(tǒng)必須控制引風(fēng)量保證爐膛壓力為一定值，安全性。燃料的控制系統(tǒng)：用蒸汽負(fù)荷來(lái)控制燃料量的多少，同時(shí)也控制進(jìn)風(fēng)量的大小。為了提高控制效果他們的控制各自采用串級(jí)控制系統(tǒng)。為了控制燃燒的經(jīng)濟(jì)性，所以要控制排氣氧含量，氧含量的控制通過(guò)控制進(jìn)風(fēng)量的大小從而控制氧含量的大小，氧含量的控制采用變比值控制方法(如圖3)。如果控制要求還要考慮到環(huán)保的問(wèn)題，則再控制系統(tǒng)中加入選擇控制，就可以滿足環(huán)?？刂埔?如圖4)。

爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)，則采用單回路控制系統(tǒng)就可以滿足控制要求，將爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)和上面的控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)就形成了完整的鍋爐燃燒系統(tǒng)控制系統(tǒng)了。

2.3 過(guò)熱蒸汽溫度控制

現(xiàn)代鍋爐的過(guò)熱器在高溫條件下工作，過(guò)熱器出口溫度是全廠蒸汽溫度要求的最高點(diǎn)，也是金屬壁溫的最高處，在過(guò)熱器正常運(yùn)行時(shí)已接近材料允許的最高溫度。如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，容易燒壞過(guò)熱器，也會(huì)影響安全運(yùn)行：溫度過(guò)低則滿足不了生產(chǎn)工藝的要求。此控制方案采用串級(jí)控制方案，可以得到比較滿意的控制效果(如圖5)。

2.4 鍋爐的聯(lián)鎖系統(tǒng)

為了提高汽輪機(jī)和鍋爐的安全性，需要為鍋爐加入聯(lián)鎖系統(tǒng)。鍋爐的水位太高太低會(huì)影響鍋爐的安全，水位太高可以和緊急排水聯(lián)鎖。水位太低可以和燃調(diào)閥聯(lián)鎖起來(lái)。鍋爐的壓力太高可以和鍋爐的緊急排氣聯(lián)鎖起來(lái)?？梢愿鶕?jù)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行情況加入其他的聯(lián)鎖裝置，其目的就是為了保護(hù)鍋爐汽輪機(jī)的正常安全運(yùn)行。例如我們廠的余熱鍋爐中低壓水位高于66%時(shí)，緊急放水電動(dòng)門(mén)自動(dòng)打開(kāi)。中低壓水位低于58%時(shí)，緊急放水電動(dòng)門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。中壓水位高于84%或低于16%時(shí)，煙氣擋板門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。

2.5 鍋爐的報(bào)警系統(tǒng)

為了保證鍋爐汽輪機(jī)正常運(yùn)行和安全，保證蒸汽的品質(zhì)可，以根據(jù)運(yùn)行情況設(shè)置一些需要的報(bào)警。以便提醒運(yùn)行人員及時(shí)的進(jìn)行調(diào)整處理。

鍋爐在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中也有很重要的作用，本文對(duì)鍋爐的控制進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討，在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)的方法會(huì)有所不同，但原理基本一致。

[1]王樹(shù)青.工業(yè)過(guò)程控制過(guò)程.化學(xué)工業(yè)出版社.