【正文】 汽量不斷增多，汽壓上升，相應(yīng)提高了飽和溫度，使?fàn)t水中的蒸汽汽泡數(shù)量有所減少，水位又會(huì)下降。對(duì)于單元機(jī)組，如果此時(shí)汽壓不能恢復(fù)則汽輪機(jī)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將要關(guān)小調(diào)速汽門，進(jìn)汽量減少，因此水位又會(huì)上升。燃燒減弱時(shí)，情況與之相反。 給水壓力升高則給水量增多，從而破壞了給水量與蒸發(fā)量的平衡，因此必然引起汽包水位的波動(dòng)，在其他情況為改變的情況下，給水壓力升高使給水量增大，水位升高，給水壓力低使給水量減少時(shí)，水位下降。 2． 3 汽溫控制 過(guò)熱器和再熱器 蒸汽過(guò)熱器是鍋爐的重要組成部分，它的作用是把從汽包出來(lái)的飽和蒸汽加熱到具有一定過(guò)熱度的合格蒸汽，并要求在鍋爐變工況運(yùn)行時(shí)，保證過(guò)熱蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)。汽輪機(jī)高壓缸的排汽先送到鍋爐的再熱器中，經(jīng)過(guò)再一次加熱升溫到一定的溫度后，返回到汽輪機(jī)的中低壓缸和低壓缸中繼續(xù)膨脹做功。通常，再熱蒸汽壓力為過(guò)熱蒸汽壓力的 20%左右，再熱蒸汽溫度與過(guò)熱蒸汽溫度相近。我國(guó) 125MW 及以上機(jī)組都采用了中間再熱系統(tǒng)。 隨著蒸汽參數(shù)的提高，過(guò)熱蒸汽和再熱蒸汽的吸熱量份額增加，在現(xiàn)代高參數(shù)大容量鍋爐中，過(guò)熱 器和再熱器的吸熱量占工質(zhì)總吸熱量的 50%以上，因此，過(guò)熱器和再熱氣受熱面在鍋爐總受熱面中占有很大比例。 再熱器的進(jìn)汽是汽輪機(jī)高壓缸的排汽，它的壓力約為主蒸汽壓力的 20%左 12 右，溫度稍高于相應(yīng)的飽和溫度，流量約為主蒸汽流量的 80%，離開(kāi)再熱器后的蒸汽溫度約等于主蒸汽溫度。再熱器與過(guò)熱器相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)。 （ 1）再熱蒸汽壓力低，蒸汽與管壁之間的對(duì)流放熱系數(shù)小，再熱蒸汽對(duì)管壁的冷卻效果差； （ 2）再熱蒸汽壓力低、溫度高、比容大，再熱蒸汽的容積流量比主蒸汽大的多，再熱蒸汽連接管道直徑比過(guò)熱蒸汽大； （ 3）再熱蒸汽 對(duì)汽溫偏差較敏感； （ 4）再熱蒸汽出口氣溫受進(jìn)口氣溫的影響； （ 5）當(dāng)汽輪機(jī)甩負(fù)荷或機(jī)組起停時(shí)，再熱蒸汽無(wú)蒸汽冷卻，可能燒壞，因此過(guò)熱器和再熱器之間裝有高壓旁路，將過(guò)熱蒸汽通過(guò)高壓旁路快速減溫減壓后引入再熱器，從而起到保護(hù)再熱器的作用。 通常采用的汽溫調(diào)節(jié)方法有：使用噴水減溫器，噴水減溫是將水直接噴入過(guò)熱蒸汽中，水被加熱、汽化和過(guò)熱，吸收蒸汽中的熱量，達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的。汽－氣熱交換器；蒸汽旁通法；煙氣再循環(huán)；分隔煙道擋板調(diào)溫法，當(dāng)再熱器布置在鍋爐尾部煙道內(nèi)時(shí)，為了調(diào)節(jié)再熱氣溫，有時(shí)把尾部煙道用隔墻分開(kāi)，分 別將再熱器和低溫過(guò)熱器布置在兩個(gè)并聯(lián)的煙道中，在它們后面布置省煤器，在出口處設(shè)有可調(diào)煙氣擋板，調(diào)節(jié)煙氣擋板，可以改變流經(jīng)兩個(gè)煙道的煙氣流量，從而調(diào)節(jié)再熱汽溫。 蒸汽溫度的調(diào)整及控制 過(guò)熱器出口汽溫是蒸汽質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，過(guò)熱蒸汽汽溫過(guò)高，會(huì)加快金屬材料的蠕變，還會(huì)使過(guò)熱器蒸汽管道汽輪機(jī)高壓部分產(chǎn)生額外的熱應(yīng)力，從而 13 縮短設(shè)備的使用壽命。汽溫過(guò)低，會(huì)使汽輪機(jī)最后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，對(duì)葉片的侵蝕作用加劇。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生水沖擊。當(dāng)壓力不變時(shí)汽溫加大，蒸汽的熱焓必然減少，蒸汽的做功能力將減少，汽耗必然增加 ，工廠經(jīng)濟(jì)性降低。 影響汽溫變化的主要因素是多種多樣的，這些因素還可以同時(shí)發(fā)生。煙氣側(cè)的主要影響有： 燃料性質(zhì)的變化，揮發(fā)分降低，含炭量增加時(shí)，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，將使得汽溫升高，燃煤水份增加，爐膛出口煙溫增加，煙氣流速增加，這樣使得對(duì)流過(guò)熱器的傳熱系數(shù)增大，吸熱增多汽溫升高。 風(fēng)量及其分配的變化，由于送風(fēng)量或者漏風(fēng)量增加而使?fàn)t內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)增加時(shí)，燃燒生成的煙氣量增多，煙氣流速提高，導(dǎo)致對(duì)流過(guò)熱器汽溫升高，但是，如果風(fēng)量不足，燃燒不好而在煙道再燃燒時(shí)，會(huì)使煙氣對(duì)流過(guò)熱器的升高，而且可能造成過(guò)熱 器超溫?fù)p壞。 蒸汽側(cè)的主要影響有：鍋爐負(fù)荷的變化，實(shí)際鍋爐中，聯(lián)合過(guò)熱器的負(fù)荷特性通常是呈對(duì)流式的，即過(guò)熱器出口汽溫隨鍋爐負(fù)荷增加而升高；但是，當(dāng)負(fù)荷突然增加燃燒工況來(lái)不及改變，在汽壓未恢復(fù)前，由于過(guò)熱器的加熱條件沒(méi)有改變而流經(jīng)過(guò)熱器的蒸汽流量變大了，因此這時(shí)的汽溫降低。 給水溫度變化時(shí)，為適應(yīng)加熱給水量的變化，導(dǎo)致汽溫改變。例如，當(dāng)給水溫度降低時(shí)，加熱給水所需要的熱量增加，燃料消耗量必然要增加，進(jìn)入到對(duì)流過(guò)熱器的煙溫和煙速都要提高，過(guò)熱器的吸熱量增加，但此時(shí)流經(jīng)過(guò)熱器的蒸汽量并未改變，因此汽溫必然升高。 由于汽溫的變化是由蒸汽側(cè)和煙氣側(cè)兩方面共同影響的，因此對(duì)過(guò)熱蒸汽汽 14 溫的調(diào)節(jié)也可以從這兩方面來(lái)進(jìn)行。 蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽的溫度的原理在現(xiàn)代電廠中是利用給水作為冷卻工質(zhì)去直接冷卻蒸汽，改變蒸汽的焓增量。為此需要設(shè)置減溫器，它是將給水之惡疾呈霧狀噴射到過(guò)熱蒸汽中去與之混合，吸收蒸汽的熱量使本身加熱蒸發(fā)過(guò)熱，并成為過(guò)熱蒸汽的一部分。 蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)汽溫的特點(diǎn)是，它只能使蒸汽減溫而不能升溫。由于一般聯(lián)合過(guò)熱器的運(yùn)行特性都偏向于對(duì)流特性，所以當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，汽溫也將下降，這時(shí)減溫水就應(yīng)關(guān)小，直至減溫器解列為止，如果此后負(fù) 荷再降低，由于過(guò)熱蒸汽失去汽溫調(diào)節(jié)手段，主汽溫度就不能保持額定值，故鍋爐一般不宜在這樣低的負(fù)荷下運(yùn)行。 上面我們對(duì)鍋爐的三大任務(wù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹和認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在來(lái)具體談?wù)勫仩t的汽水控制系統(tǒng)。 第 3 章鍋爐汽水控制系統(tǒng)各控制回路 鍋爐水處理系統(tǒng) 除氧的目的和原理 鍋爐給水中含有大量的氧就會(huì)引起鍋爐氧腐蝕。因此為了防止鍋爐的氧腐蝕，必須控制給水中氧的含量。大型鍋爐的給水除氧，大都以熱力除氧為主。 熱力除氧的原理是根據(jù)再恒溫和平衡狀態(tài)下，任何氣體在水中的溶解度與該氣體在水面上的分壓力成正比。即水中的溫度 越高，水中氣體的溶解度就越小。當(dāng)水的溫度上升到沸點(diǎn)時(shí)，它就不再具有溶解氣體的能力，因此各種氣體如 O2和 CO2 便從水中解析出來(lái)，從而達(dá)到除去水中氧及其他氣體的目的。 15 通過(guò)對(duì)原水進(jìn)行過(guò)濾、離子交換、除氧就可以得到符合水質(zhì)指標(biāo)的給水。但僅僅是鍋外水處理還不夠，在鍋外水處理的同時(shí)還需進(jìn)行鍋內(nèi)水的處理。通常情況下向鍋內(nèi)投加藥劑（如 Na3PO NaOH），使進(jìn)入鍋內(nèi)的雜質(zhì)沉淀物形成水渣，或是使水垢轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，通過(guò)定期排污或連續(xù)排污排出。在鍋爐運(yùn)行中，人要隨時(shí)對(duì)鍋爐進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)控，保證鍋爐的安全運(yùn)行。 水處理分為鍋外水處 理：沉淀軟化（石灰沉淀軟化、石灰 純堿軟化）、離子交換軟化（ Na+、 H+）和鍋內(nèi)水處理：加藥（ NaCO NaOH、 Na3PO栲膠）、排污控制兩項(xiàng)。 在鍋爐運(yùn)行中，水處理是個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。如果水質(zhì)不良，會(huì)造成鍋爐受熱面上結(jié)垢和金屬腐蝕。因此，工業(yè)鍋爐水處理工作，就是采取有效措施，保證鍋爐的汽、水品質(zhì)，防止鍋爐結(jié)垢，腐蝕及汽水共滕等不良現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)，為了環(huán)保以及節(jié)約水資源，還對(duì)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的污水進(jìn)行一系列的處理，并使處理出來(lái)的水進(jìn)行二次利用，這樣，即可節(jié)約水資源，又達(dá)到環(huán)保的要求。 除氧控制 鍋爐是企業(yè)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，鍋爐設(shè)備運(yùn)行狀況的好壞直接影響到全廠的產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于煙廠的節(jié)能與設(shè)備管理達(dá)標(biāo)與否，也產(chǎn)生很大的影響。而鍋爐設(shè)備的使用要達(dá)到高效率，最為關(guān)鍵的便是工藝指標(biāo)的嚴(yán)格控制。 除氧器 除氧器的主要作用是除去給水中的氧氣 ， 保證給水的品質(zhì)。水中溶解了氧氣 ，就會(huì)使與水接觸的金屬腐蝕 。在熱交換器中若有氣體聚集就會(huì)妨礙傳熱過(guò)程的進(jìn)行 ， 降低設(shè)備的傳熱效果。因此水中溶解有任何氣體都是不利的 ， 尤其是氧氣 ， 16 它將直接威脅設(shè)備的安全運(yùn)行。除氧器本身又是給水回?zé)嵯到y(tǒng)中的一個(gè)混合式加熱器 ， 同時(shí)高壓 加熱器的疏水、化學(xué)補(bǔ)水及全廠各處水質(zhì)合格的疏水、排氣等均可通入除氧器匯總并加以利用 ， 減少發(fā)電廠的汽水損失。 當(dāng)水和某種氣體混合物接觸時(shí) ， 就會(huì)有一部分氣體融解到水中去。氣體的溶解度就是表示氣體溶解于水中的數(shù)量 ， 以毫克 /升計(jì)值 ， 它和氣體的種類以及它在水面的分壓力、和水的溫度有關(guān)。在一定的壓力下 ， 水的溫度越高 ， 氣體的溶解度就越?。环粗畾怏w的溶解度就越大。同時(shí)氣體在水面的分壓力越高其溶解度就越大 ， 反之其溶解度也越低。天然水中常含有大量溶解的氧氣可達(dá) 10 毫克 /升。汽輪機(jī)的凝結(jié)水可能融有大量氧氣 ， 因?yàn)榭諝饽芡ㄟ^(guò)處于真空 狀態(tài)下的設(shè)備不嚴(yán)密部分滲入進(jìn)去 。 此外 ， 補(bǔ)充水中也含有氧氣及二氧化碳等其他氣體。 液面上氣體混合物的全壓力中 ， 包括有液體蒸汽的分壓力 。 將水加熱時(shí) ， 液面附近水蒸氣的分壓力就會(huì)增加 ， 相應(yīng)的液面附近其他氣體的分壓力就會(huì)降低 .當(dāng)水加熱到沸點(diǎn)時(shí) ， 蒸汽的分壓力就會(huì)接近液面上的全壓力 ， 此時(shí)液面上其他氣體的分壓力幾乎接近于零 ， 于是這些氣體將完全自水中清除出去。要達(dá)到這一點(diǎn) ，不僅要將水加熱到沸點(diǎn) ， 還要使液面上沒(méi)有這些氣體存在 ， 即將逸出的氣體隨時(shí)排走。 除氧器的工作原理即利用蒸汽對(duì)水進(jìn)行加熱 ， 使水達(dá)到一定壓力下的飽和溫度 ， 即沸點(diǎn) 。這時(shí)除氧器的空間充滿著水蒸汽 ， 而氧氣的分壓力逐漸降低為零 ，溶解于水的氧氣將全部逸出 ， 以保證給水含氧量合格。 鍋爐用水的除氧是工藝指標(biāo)的重要環(huán)節(jié)之一。未除氧的軟水其氧離子將使鍋爐內(nèi)管束氧化，特別在高溫、高壓環(huán)境下，將更加加速設(shè)備的氧化過(guò)程，嚴(yán)重降 17 低設(shè)備的使用壽命，減少鍋爐的蒸發(fā)量。同時(shí)含氧蒸汽又加速大量輸汽管道的氧化，使冷凝水資源的回收亦困難重重。按《 GB1576— 2021 低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，鍋爐用水的溶解氧量要小于 ，而要達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，則除氧器壓力必須控制在 ，除氧器溫度必須控 制在 104℃。 除氧器液位控制 除氧器水位控制對(duì)除氧效果而言是非常重要的，如水位過(guò)高，將導(dǎo)致進(jìn)入除氧器的水霧化空間不夠，直接影響除氧效果，如水位過(guò)低，又會(huì)直接威脅除氧器的正常工作，甚至影響到鍋爐的正常給水。 除氧器在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生負(fù)荷變化，也就是說(shuō)除氧器的水位會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)這種變化發(fā)生后，進(jìn)水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度必須有相應(yīng)的改變，才能保持水位穩(wěn)定，在水位控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器和進(jìn)水調(diào)節(jié)閥構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋的閉合回路。（見(jiàn)圖 所示） 除氧器水位由差壓變送器進(jìn)行測(cè)量，輸出標(biāo)準(zhǔn) 4— 20mADC 信號(hào)至調(diào)節(jié)器 ，PID 調(diào)節(jié)器輸出控制調(diào)節(jié)閥?？刂圃頌椋焊鶕?jù)工藝指標(biāo)，給出設(shè)定值，當(dāng)變送器測(cè)量的水位高于設(shè)定值時(shí)，將偏差信號(hào)送入調(diào)節(jié)器進(jìn)行 PID 參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，減 18 小輸出調(diào)節(jié)閥隨之減小開(kāi)度，因此，進(jìn)水流量減小，水位降低，接近設(shè)定值，反之亦然。 PID 調(diào)節(jié)器應(yīng)選用“反作用”方式。操作器作為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥與調(diào)節(jié)器間聯(lián)絡(luò)的紐帶和橋梁，也作為事故狀態(tài)下操作人員進(jìn)行手操，同時(shí)手操跟蹤調(diào)節(jié)器輸出，為無(wú)擾動(dòng)切換作準(zhǔn)備，當(dāng)自動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)，將手操器自動(dòng)切換為手動(dòng)狀態(tài)。 除氧器壓力控制 圖 除氧器壓力控制圖 根據(jù)工藝要求，除氧器的 工作壓力應(yīng)保持在 ，溫度即為 104℃，此時(shí)的除氧效果最佳，因此，穩(wěn)定除氧器的壓力，其重要性是不言而喻的。除氧器在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生負(fù)荷變化，也就是說(shuō)除氧器的壓力也會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)這種變化發(fā)生后，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度必須有相應(yīng)的改變，才能保持壓力穩(wěn)定。如圖 所示，控制原理為：根據(jù)工藝指標(biāo)，調(diào)節(jié)器給出設(shè)定值，當(dāng)變送器測(cè)量的壓力高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器根據(jù) PID 參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，減小輸出調(diào)節(jié)閥隨之減小開(kāi)度，因此，進(jìn)氣流量減小，壓力降低，接近設(shè)定值。反之亦然。當(dāng)給水流量增加，除氧箱內(nèi)吸熱加強(qiáng)，此時(shí)要增大進(jìn)汽量，否 則壓力會(huì)拉跨，特別在鍋爐給水負(fù)荷變 19 動(dòng)大時(shí)。 PID 調(diào)節(jié)器應(yīng)選用“反作用”方式。（如圖 ） 鍋爐給水控制 工業(yè)鍋爐汽水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。汽包及蒸發(fā)管系中儲(chǔ)藏著蒸汽和水，儲(chǔ)藏量的多少，是以被制量水位表征的，汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當(dāng)給水量等于蒸汽量時(shí)，汽包水位就恒定不變。引起水位變化的主要擾動(dòng)是蒸汽流量的變化和給水量的變化。如果只考慮主要擾動(dòng)，那么汽包水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性可表示為 ： 式中 T1， T2 時(shí)間常量 Tw—— 給水流量項(xiàng)時(shí)間常數(shù)； TD—— 蒸汽流量項(xiàng)時(shí)間常數(shù)； 20 Kw—— 給水 流量項(xiàng)的放大系數(shù)； KD—— 蒸汽流量項(xiàng)的放大系數(shù)； h=△ H/Ho(Ho 為穩(wěn)定情況下的水位，△ H 為水位高度變化 )； vw＝△ W/Dmax(△ W 為給水流量的變化， Dmax 為最大蒸汽負(fù)荷量 )； vD=△ D/Dmax(△ D 為蒸汽負(fù)荷的變化 )。 汽包水位控制對(duì)象特性 給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的另一個(gè)任務(wù)是保持給水穩(wěn)定。在整個(gè)控制回路中要全面考慮這兩方面的任務(wù)。在控制回路中被調(diào)參數(shù)是汽包水位（ H），調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是給水調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)量是給水流量（ W） 。 對(duì)汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)的因素有蒸發(fā)量 D、爐膛熱負(fù)荷（燃料量 M），給水量（ W）。（如圖 ） 一、蒸發(fā)量 D 擾動(dòng)作用下水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 汽包水位在蒸汽流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性（假定給水流量不變化的情況），可以直接從式（ 3－ 1）導(dǎo)出： 21 拉氏變換后可得： 其傳遞函數(shù)為 ： 上式可以用兩個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)的并聯(lián)來(lái)等效，即 式中 當(dāng)蒸發(fā)量忽然增加△ D，給水量和燃料量不變時(shí)，水位變化如圖 （ a）中所示。圖中 H1(t)直線下降，因?yàn)榻o水量小于蒸發(fā)量，使鍋爐中的蓄水量不斷減少，故水位不斷下降。但是由 于蒸發(fā)量的增加，汽水混合物中的氣泡容積增加，另外鍋筒中壓力也要降低，使氣泡膨脹，都導(dǎo)致水位上升，如 H2（ t）所示。實(shí)際水位的