【正文】 汽量不斷增多，汽壓上升，相應(yīng)提高了飽和溫度，使爐水中的蒸汽汽泡數(shù)量有所減少，水位又會下降。對于單元機組，如果此時汽壓不能恢復(fù)則汽輪機調(diào)節(jié)機構(gòu)將要關(guān)小調(diào)速汽門，進汽量減少，因此水位又會上升。燃燒減弱時，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，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，水位下降。 2． 3 汽溫控制 過熱器和再熱器 蒸汽過熱器是鍋爐的重要組成部分，它的作用是把從汽包出來的飽和蒸汽加熱到具有一定過熱度的合格蒸汽，并要求在鍋爐變工況運行時，保證過熱蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)。汽輪機高壓缸的排汽先送到鍋爐的再熱器中，經(jīng)過再一次加熱升溫到一定的溫度后，返回到汽輪機的中低壓缸和低壓缸中繼續(xù)膨脹做功。通常，再熱蒸汽壓力為過熱蒸汽壓力的 20%左右，再熱蒸汽溫度與過熱蒸汽溫度相近。我國 125MW 及以上機組都采用了中間再熱系統(tǒng)。 隨著蒸汽參數(shù)的提高，過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。 再熱器的進汽是汽輪機高壓缸的排汽，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%，離開再熱器后的蒸汽溫度約等于主蒸汽溫度。再熱器與過熱器相比，有以下幾個特點。 （ 1）再熱蒸汽壓力低，蒸汽與管壁之間的對流放熱系數(shù)小，再熱蒸汽對管壁的冷卻效果差； （ 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熱蒸汽大； （ 3）再熱蒸汽 對汽溫偏差較敏感； （ 4）再熱蒸汽出口氣溫受進口氣溫的影響； （ 5）當汽輪機甩負荷或機組起停時，再熱蒸汽無蒸汽冷卻，可能燒壞，因此過熱器和再熱器之間裝有高壓旁路，將過熱蒸汽通過高壓旁路快速減溫減壓后引入再熱器，從而起到保護再熱器的作用。 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熱蒸汽中，水被加熱、汽化和過熱，吸收蒸汽中的熱量，達到調(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，當再熱器布置在鍋爐尾部煙道內(nèi)時，為了調(diào)節(jié)再熱氣溫，有時把尾部煙道用隔墻分開，分 別將再熱器和低溫過熱器布置在兩個并聯(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 過熱器出口汽溫是蒸汽質(zhì)量的重要指標之一，過熱蒸汽汽溫過高，會加快金屬材料的蠕變，還會使過熱器蒸汽管道汽輪機高壓部分產(chǎn)生額外的熱應(yīng)力，從而 13 縮短設(shè)備的使用壽命。汽溫過低，會使汽輪機最后幾級的蒸汽濕度增加，對葉片的侵蝕作用加劇。嚴重時還會發(fā)生水沖擊。當壓力不變時汽溫加大，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，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，這樣使得對流過熱器的傳熱系數(shù)增大，吸熱增多汽溫升高。 風量及其分配的變化，由于送風量或者漏風量增加而使爐內(nèi)過量空氣系數(shù)增加時，燃燒生成的煙氣量增多，煙氣流速提高，導(dǎo)致對流過熱器汽溫升高，但是，如果風量不足，燃燒不好而在煙道再燃燒時，會使煙氣對流過熱器的升高，而且可能造成過熱 器超溫損壞。 蒸汽側(cè)的主要影響有：鍋爐負荷的變化，實際鍋爐中，聯(lián)合過熱器的負荷特性通常是呈對流式的，即過熱器出口汽溫隨鍋爐負荷增加而升高；但是，當負荷突然增加燃燒工況來不及改變，在汽壓未恢復(fù)前，由于過熱器的加熱條件沒有改變而流經(jīng)過熱器的蒸汽流量變大了，因此這時的汽溫降低。 給水溫度變化時，為適應(yīng)加熱給水量的變化，導(dǎo)致汽溫改變。例如，當給水溫度降低時，加熱給水所需要的熱量增加，燃料消耗量必然要增加，進入到對流過熱器的煙溫和煙速都要提高，過熱器的吸熱量增加，但此時流經(jīng)過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，因此對過熱蒸汽汽 14 溫的調(diào)節(jié)也可以從這兩方面來進行。 蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)過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)過熱，并成為過熱蒸汽的一部分。 蒸汽側(cè)調(diào)節(jié)汽溫的特點是，它只能使蒸汽減溫而不能升溫。由于一般聯(lián)合過熱器的運行特性都偏向于對流特性，所以當鍋爐負荷降低時，汽溫也將下降，這時減溫水就應(yīng)關(guān)小，直至減溫器解列為止，如果此后負 荷再降低，由于過熱蒸汽失去汽溫調(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荷下運行。 上面我們對鍋爐的三大任務(wù)進行了簡單的介紹和認識，現(xiàn)在來具體談?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。當水的溫度上升到沸點時，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，從而達到除去水中氧及其他氣體的目的。 15 通過對原水進行過濾、離子交換、除氧就可以得到符合水質(zhì)指標的給水。但僅僅是鍋外水處理還不夠，在鍋外水處理的同時還需進行鍋內(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?，通過定期排污或連續(xù)排污排出。在鍋爐運行中，人要隨時對鍋爐進行水質(zhì)監(jiān)控，保證鍋爐的安全運行。 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。 在鍋爐運行中，水處理是個必不可少的環(huán)節(jié)。如果水質(zhì)不良，會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，為了環(huán)保以及節(jié)約水資源，還對運行過程中產(chǎn)生的污水進行一系列的處理，并使處理出來的水進行二次利用，這樣，即可節(jié)約水資源，又達到環(huán)保的要求。 除氧控制 鍋爐是企業(yè)的主要動力設(shè)備，鍋爐設(shè)備運行狀況的好壞直接影響到全廠的產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟效益。對于煙廠的節(jié)能與設(shè)備管理達標與否，也產(chǎn)生很大的影響。而鍋爐設(shè)備的使用要達到高效率，最為關(guān)鍵的便是工藝指標的嚴格控制。 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 ，就會使與水接觸的金屬腐蝕 。在熱交換器中若有氣體聚集就會妨礙傳熱過程的進行 ， 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)備的安全運行。除氧器本身又是給水回熱系統(tǒng)中的一個混合式加熱器 ， 同時高壓 加熱器的疏水、化學(xué)補水及全廠各處水質(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。 當水和某種氣體混合物接觸時 ， 就會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??；反之氣體的溶解度就越大。同時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 10 毫克 /升。汽輪機的凝結(jié)水可能融有大量氧氣 ， 因為空氣能通過處于真空 狀態(tài)下的設(shè)備不嚴密部分滲入進去 。 此外 ， 補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 ， 液面附近水蒸氣的分壓力就會增加 ， 相應(yīng)的液面附近其他氣體的分壓力就會降低 .當水加熱到沸點時 ， 蒸汽的分壓力就會接近液面上的全壓力 ， 此時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。要達到這一點 ，不僅要將水加熱到沸點 ， 還要使液面上沒有這些氣體存在 ， 即將逸出的氣體隨時排走。 除氧器的工作原理即利用蒸汽對水進行加熱 ， 使水達到一定壓力下的飽和溫度 ， 即沸點 。這時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)備的氧化過程，嚴重降 17 低設(shè)備的使用壽命，減少鍋爐的蒸發(fā)量。同時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)標準》的規(guī)定，鍋爐用水的溶解氧量要小于 ，而要達到此標準，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 除氧器水位控制對除氧效果而言是非常重要的，如水位過高，將導(dǎo)致進入除氧器的水霧化空間不夠，直接影響除氧效果，如水位過低，又會直接威脅除氧器的正常工作，甚至影響到鍋爐的正常給水。 除氧器在運行過程中經(jīng)常會發(fā)生負荷變化，也就是說除氧器的水位會發(fā)生變化，當這種變化發(fā)生后，進水調(diào)節(jié)閥的開度必須有相應(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)器和進水調(diào)節(jié)閥構(gòu)成一個負反饋的閉合回路。（見圖 所示） 除氧器水位由差壓變送器進行測量，輸出標準 4— 20mADC 信號至調(diào)節(jié)器 ，PID 調(diào)節(jié)器輸出控制調(diào)節(jié)閥。控制原理為：根據(jù)工藝指標，給出設(shè)定值，當變送器測量的水位高于設(shè)定值時，將偏差信號送入調(diào)節(jié)器進行 PID 參數(shù)進行運算，減 18 小輸出調(diào)節(jié)閥隨之減小開度，因此，進水流量減小，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)下操作人員進行手操，同時手操跟蹤調(diào)節(jié)器輸出，為無擾動切換作準備，當自動系統(tǒng)故障時，將手操器自動切換為手動狀態(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。除氧器在運行過程中經(jīng)常會發(fā)生負荷變化，也就是說除氧器的壓力也會發(fā)生變化，當這種變化發(fā)生后，進氣調(diào)節(jié)閥的開度必須有相應(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，調(diào)節(jié)器給出設(shè)定值，當變送器測量的壓力高于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器根據(jù) PID 參數(shù)進行運算，減小輸出調(diào)節(jié)閥隨之減小開度，因此，進氣流量減小，壓力降低，接近設(shè)定值。反之亦然。當給水流量增加，除氧箱內(nèi)吸熱加強，此時要增大進汽量，否 則壓力會拉跨，特別在鍋爐給水負荷變 19 動大時。 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)管系中儲藏著蒸汽和水，儲藏量的多少，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，當給水量等于蒸汽量時，汽包水位就恒定不變。引起水位變化的主要擾動是蒸汽流量的變化和給水量的變化。如果只考慮主要擾動，那么汽包水位對象的動態(tài)特性可表示為 ： 式中 T1， T2 時間常量 Tw—— 給水流量項時間常數(shù)； TD—— 蒸汽流量項時間常數(shù)； 20 Kw—— 給水 流量項的放大系數(shù)； KD—— 蒸汽流量項的放大系數(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 為最大蒸汽負荷量 )； vD=△ D/Dmax(△ D 為蒸汽負荷的變化 )。 汽包水位控制對象特性 給水自動調(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)。給水自動調(diào)節(jié)的另一個任務(wù)是保持給水穩(wěn)定。在整個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)機構(gòu)是給水調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)量是給水流量（ W） 。 對汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動的因素有蒸發(fā)量 D、爐膛熱負荷（燃料量 M），給水量（ W）。（如圖 ） 一、蒸發(fā)量 D 擾動作用下水位對象的動態(tài)特性 汽包水位在蒸汽流量擾動下的動態(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 ： 上式可以用兩個動態(tài)環(huán)節(jié)的并聯(lián)來等效，即 式中 當蒸發(fā)量忽然增加△ D，給水量和燃料量不變時，水位變化如圖 （ a）中所示。圖中 H1(t)直線下降，因為給水量小于蒸發(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。實際水位的