【正文】 量，將會(huì)擴(kuò)大鍋爐進(jìn)出流量的不平衡，使水位波動(dòng)加劇，實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)防止和避免。 圖 35 燃料量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線 應(yīng)當(dāng)指出，蒸汽量、給水量和燃料量在運(yùn)行中是經(jīng)常變化的，為保持氣壓穩(wěn)定，燃料量與蒸發(fā)量必須相互適應(yīng)，因此這兩種擾動(dòng)總是相伴發(fā)生，只是有先后發(fā)生的差別。所以在燃料量擾動(dòng)下，汽包水位也會(huì)因汽包容積的增加水位先上升，因此也會(huì)出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象，至蒸發(fā)量與燃料量相適應(yīng)時(shí)，水位才開始下降，即經(jīng)過了 Tm時(shí)間后水位開始下降。如果負(fù)荷設(shè)備的進(jìn)氣閥不加調(diào)節(jié)，則汽包飽和壓力升高，蒸汽流出量增加，蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)該下降。為了維持水位在允許的范圍內(nèi)，運(yùn)行中應(yīng)對(duì)負(fù)荷的一次變動(dòng)量及負(fù)荷變化速度加以限制。在外部負(fù)荷突然減小時(shí)（如汽輪機(jī)甩負(fù)荷），“虛假水位”約在 20秒內(nèi)即達(dá)到最低值，并且，“虛假水位”達(dá)到最低值的時(shí)間和負(fù)荷達(dá)到的最低值的時(shí)間基本相同。 圖 34 蒸汽流量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線 H1只考慮貯水量變化的水位反應(yīng)曲線； H2只考慮水面下汽泡容積變化的水位反應(yīng)曲線； H實(shí)際水位反應(yīng)曲線（ H=H1+H2） 兩曲線的疊加，即圖中的曲線 H，由圖可知，負(fù)荷變化時(shí)汽包水位的動(dòng)態(tài)特性具有特殊的形式：負(fù)荷增加時(shí)，蒸發(fā)量大于給水量，但水位不是下降反而迅速上升；負(fù)荷突然減小時(shí)，水位卻先下降，然后迅速上升， 這就是“虛假水位”現(xiàn)象。當(dāng)蒸汽流量突然增加（假定供熱量及時(shí)跟上）時(shí)，鍋爐的蒸發(fā)量大于給水流量，汽包的貯水量應(yīng)等速下降，又因?yàn)槠菬o自平衡對(duì)象，所以水位的變化曲線應(yīng)如圖中曲線 H1所示：實(shí)際上當(dāng)蒸發(fā)量突然增加時(shí)，在汽水循環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)強(qiáng)度也將成比例的增大，使汽水混合物中汽泡的容積增大；又因爐膛內(nèi)的發(fā)熱量并不能及時(shí)增加，從而使汽包壓力不斷下降， 降低了飽和溫度，促使蒸發(fā)速度加快，汽泡膨脹，加大了汽水混合物的總體積，使水位變化過程如圖中曲線 H2所示。其擾動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖如圖 33 所示，可近似 認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)或串聯(lián)的兩種形式。下面簡(jiǎn)單介紹一下水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)。在此過程中，負(fù)荷還未變化，汽包中水仍在蒸發(fā)，因此水位也有下降趨勢(shì)。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁(yè) 圖 32 給水量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線 在給水流量突然增加的瞬間，鍋爐的蒸發(fā)量還未改變，給水流量大于蒸發(fā)量，但水位一開始并不立即增加，這是因?yàn)闇囟容^低的給水進(jìn)入省煤器及水循環(huán)系統(tǒng)的流量增加了，從原 有的飽和汽水混合物中吸取了一部分熱量，使水面下的汽泡容積有所減少。 各種擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性 給水流量擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 圖 22 為給水量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線。當(dāng)擾動(dòng)為階躍擾動(dòng)時(shí)，對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性稱為階躍響應(yīng)曲線。鍋爐水位調(diào)節(jié)對(duì)象的原理結(jié)構(gòu)如圖 31所示。燃煤量對(duì)水位變化的影響是非常緩慢的，比較容易克服。因此，鍋爐運(yùn) 行中，保持汽包水位在一定范圍是十分重要的自動(dòng)控制問題。 汽包水位的動(dòng)態(tài)特性 工業(yè)鍋爐的汽包水位是正常運(yùn)行的重要指標(biāo)之一，水位過高，產(chǎn)生蒸汽帶水現(xiàn)象，影響用汽單位的正常生產(chǎn)。從水位反映儲(chǔ)水量來看，調(diào) 節(jié)對(duì)象是一個(gè)無自平衡能力的對(duì)象，這是因?yàn)閮?chǔ)水量的變化是由給水流量和蒸汽流量變化引起的，而水位變化后既不能影響給水流量，又不能影響蒸發(fā)量，平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁(yè) 所以說水位調(diào)節(jié)對(duì)象是沒有自平衡能力的。汽包水位是汽包中儲(chǔ)水量和水面下汽泡容積的綜合反映。 第三章 給水被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 在討論給水自動(dòng)控制系統(tǒng)之前，必須先分析被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，然后才能設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的給水控制系統(tǒng)。 上述兩 個(gè)任務(wù)中，第一個(gè)任務(wù)尤為重要。 (2)保持給水量穩(wěn)定。水位過高或過低，都是不允許的。水位過高會(huì)影響汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水增加，使過熱器管壁和氣輪機(jī)葉片結(jié)垢，造成事故；對(duì)于工業(yè)鍋爐，蒸汽帶水量過多，也要影響用戶的某些工藝過程。 給水調(diào)節(jié)的任務(wù) 給水自動(dòng)調(diào)節(jié)也叫水位自動(dòng)調(diào)節(jié)，其主要任務(wù)是： (1)維 持鍋爐水位在允許的范圍內(nèi)，使鍋爐的給水量適應(yīng)于蒸發(fā)量。因此采用變速泵的給水控制系統(tǒng)，在控制給水流量的過程中必須保證泵的工作點(diǎn)在安全工作區(qū)內(nèi)。這是由于低流量時(shí)，泵內(nèi)機(jī)械能做功產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)帶走，使得給水加熱并汽化，導(dǎo)致汽蝕。 圖 22 變速泵的壓力 流量特性 變速泵的壓力 流量特性如圖 22 所示，為了保證鍋爐和泵的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，泵必須工作在泵的上限特性、下限特性、鍋爐允許最高給水壓力 maxP 和最低給水壓力 minP 以及泵的最高轉(zhuǎn)速 maxn 和最低轉(zhuǎn)速 minn 包圍的區(qū)域，該區(qū)域稱為泵的安全工作區(qū)。氣動(dòng)給水泵可直接將蒸汽的 熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，有較高的效率。 變速泵：變速泵又分為電動(dòng)變速泵和氣動(dòng)變速泵。汽 包頂部還配有立式波形板分離器，作為三次分離元件，經(jīng)三次分離的飽和蒸汽由汽包頂部的引出管送到過熱器去，下降管安置于汽包最底部，在下降管入口處還裝有十字架，用來消除由于入口產(chǎn)生旋渦而將蒸汽帶入下降管的現(xiàn)象。 主要設(shè)備介紹 汽包：一般汽包采用夾層結(jié)構(gòu)，并且汽包上、下兩半部采用不等壁厚，以減輕汽包重量，節(jié)約鋼材。 隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的擴(kuò)大，對(duì)給水控制提出了更高的要求，其主要原因有： （ 1）汽包的個(gè)數(shù)和體積減小，使汽包的蓄水量和蒸發(fā)面積減少，從而加快了汽包水位的變化速度； （ 2）鍋爐容量增大，顯著的提高了鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱負(fù)荷，使鍋爐負(fù)荷對(duì)水位的影響加劇了； （ 3）提高了鍋爐的 工作壓力，使給水調(diào)節(jié)閥和給水管道系統(tǒng)相應(yīng)復(fù)雜，調(diào)節(jié)閥的流平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁(yè) 量特性更不易滿足控制系統(tǒng)的要求。 對(duì)蒸汽鍋爐來說，汽包水位是其正常運(yùn)行的主要指標(biāo)之一，是一個(gè)重要的被調(diào)節(jié)參數(shù)。其結(jié)構(gòu)如圖 21： 圖 21 鍋爐控制系統(tǒng)總圖 鍋爐汽包水位是鍋爐安全運(yùn)行的一個(gè)主要參數(shù)，水位過高會(huì)使蒸汽帶水帶鹽，嚴(yán)重的將引起整體品質(zhì)下降，嚴(yán)重影響生產(chǎn)和安全；水位過低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)，引起水冷壁局部過熱而損壞，尤其是大型鍋爐，一旦控制不當(dāng)，容易使汽包滿水或汽包內(nèi)的水全部汽化，造成重大事故。計(jì)算機(jī)很強(qiáng)的記憶功能，邏輯 判斷功能以及快速計(jì)算功能為實(shí)現(xiàn)任意的控制算法提供了可能，這樣，先進(jìn)的控制理論和控制算法進(jìn)入鍋爐控制已經(jīng)有了可能性。伴隨著控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，鍋爐自動(dòng)化控制的水平也在逐步提高。我國(guó)的鍋爐工業(yè)是在新中國(guó)成立后才建立和發(fā)展起來的， 1953 年在上海首創(chuàng)了上海鍋爐廠 ,從其在生產(chǎn)和生活中所起的作用不同，鍋爐可分為電站鍋爐，主要用于發(fā)電；工業(yè)鍋爐，主要用于直接供給工農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)或驅(qū)動(dòng)機(jī)械能源；生產(chǎn)鍋爐，主要用于為居民提供熱水和供居民取暖。 鍋爐作為一種把煤、石油或天然氣等化石燃料所儲(chǔ)藏的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成水或水蒸氣的熱能的重要設(shè)備，長(zhǎng)期以來在工業(yè)生產(chǎn)和居民生活中都扮演著極其重要的角色，它已經(jīng)有二百多年的歷史了，但是鍋爐工業(yè)的迅猛發(fā)展卻是近幾十年的事情。爐子是指燃燒設(shè)備，為化石烯料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能提供必要的燃燒空間。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電機(jī)組已由中溫、中壓、中小容量發(fā)展到今天的大容量、高參數(shù)的單元機(jī)組。 早期的自動(dòng)控制系統(tǒng)因熱力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量小，對(duì)控制系統(tǒng)要求也不高，所以非常簡(jiǎn)單，只需對(duì)給水、汽溫、汽壓和汽機(jī)的轉(zhuǎn)速作簡(jiǎn)單的控制。目前的大型燃煤電廠都已經(jīng)有了非常先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)水平先進(jìn)與否的一項(xiàng)重要標(biāo)志。熱力發(fā)電廠是電力工業(yè)的重要組成部分。 第二章 給水控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁(yè) 自動(dòng)控制技術(shù)在電廠的應(yīng)用 電能由于其固有的優(yōu)點(diǎn)而成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域最廣泛使用的能量，從而成為人類社會(huì)生產(chǎn)和生活中時(shí)刻不能離開的二次能源，電力已經(jīng)深入到社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，一個(gè)國(guó)家的電氣化程度已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。在一定壓力的情況下，汽包內(nèi)水汽的溫度也不同（可參解水的特性表，即額定壓力下的額定飽和溫度）， 如果是在飽和狀態(tài)，水的溫度與汽的溫度是相同的。 蒸汽經(jīng)過三次分離后，達(dá)到了蒸汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，再由汽包頂部飽和蒸汽管引往屏式過熱器。 進(jìn)入汽包的汽水混合物分別進(jìn)入汽水旋風(fēng)分離器，利用改變流動(dòng)方向時(shí)的慣性進(jìn)行慣性分離，這是汽水混合物 的第一次分離。 4：汽包上有壓力表、水位計(jì)、事故放水、安全閥等設(shè)備，保證鍋爐安全運(yùn)行。 汽包 2：內(nèi)部有汽水分離裝置和連續(xù)排污裝置，保證鍋爐蒸汽品質(zhì) 。 4：汽包上有壓力表、水位計(jì)、事故放水、安全閥等設(shè)備，保平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁(yè) 證鍋爐安全運(yùn)行。 2：內(nèi)部有汽水分離裝置和連續(xù)排污裝置，保證鍋爐蒸汽品質(zhì)。 汽包（亦稱鍋筒）是自然循環(huán)鍋爐中最重要的受壓元件，重要用于電力生產(chǎn)中中 壓高壓亞臨界鍋爐中。 第一章 汽包的論述 汽包的概念 汽包的概念是指氣壓通過水循環(huán)導(dǎo)致氣壓下降或上升，也可以理解為汽包是氣體和水分融合后形成的氣壓變化，極限壓力中的空氣與水分子會(huì)提高氣體的壓力上升，導(dǎo)致高壓達(dá)到一定數(shù)值后產(chǎn)生的壓力集分子。 50mm 的正常水位范圍；二是保持給水量穩(wěn)定。汽包給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)就是 :一是維持鍋爐水位在允許的范圍 ，使鍋爐的給水量適應(yīng)于蒸發(fā)量。 汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，維持正常水位是保證鍋爐、汽機(jī)正常運(yùn)行的主要任務(wù)之一。針對(duì)汽包鍋爐的水位控制情況，結(jié)合具體實(shí)例，分析了造成汽包水位波動(dòng)大的原因并提出了具體預(yù)防汽包水位波動(dòng)的措施。對(duì)于自然循環(huán)鍋爐來說，汽包和水冷壁在啟動(dòng)過程中的應(yīng)力控制和運(yùn)行工況尤其顯得重要。我國(guó) 火電機(jī)組中停運(yùn)事故的 50％以上發(fā)生在鍋爐側(cè)，而且這些事故的絕大多數(shù)是由鍋爐啟動(dòng)過程中的問題所引起的。因此，汽包水位是影響整個(gè)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素，所以就要有一套較好的控制方案，來實(shí)現(xiàn)汽包水位的控制。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包中水位保持在一定的范圍內(nèi)。眾所周知，目前的水位計(jì)根據(jù)上面兩種原理設(shè)計(jì)而生產(chǎn)，采用的工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無法克服因溫度變化所造成的測(cè)量誤差，其誤差之大，嚴(yán)格說不能滿足鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 電廠熱工自動(dòng)化水平的高低是衡量電廠生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)與否和企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。 目前，汽包水位多采用云母水位計(jì)、電接點(diǎn)水位計(jì)、射線液位計(jì)、液位開關(guān)、單室平衡器、雙室平衡容器等。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁(yè) 緒 論 幾年來，各火力發(fā)電廠積極組織落實(shí)《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)要求》（以下簡(jiǎn)稱《要求》）中第八項(xiàng)“防止鍋爐汽包滿水和缺水事故”和《國(guó)家電力公司電站鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)配置、安裝和使用若干規(guī)定（試行）》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)定》），但在組織落實(shí)的過程中遇到了許多問題，造成各電廠在實(shí)際落實(shí)中的殊多困難，因而