【正文】 由于主調(diào)節(jié)器是 PI*調(diào)節(jié)器，所以汽包水位 H 可實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。但是，系統(tǒng)的靜態(tài)特性主要決定于主調(diào)節(jié)器，就不一定要求aD 和 aw 非相等不可， aD 可以根據(jù)“虛假水位”的具體情況來選定。主信號汽包水位 H 接入主調(diào)節(jié)器 PI*，副調(diào)節(jié)器輸入主調(diào)節(jié)器的輸出信號以及前饋信號蒸汽流量 D 與反饋信號給水流量 W。這樣就要求：aWD(S)=DWw(S)aW aD=aW WD(S)Ww(S) 30 式中 Ww(S)—— 給水流量擾動下汽包水位的傳遞函數(shù)； WD(S)—— 蒸汽流量擾動下汽包水位的傳遞函數(shù)； aD、 aw—— 蒸汽流量和給水流量的分流系數(shù)。關于蒸汽流量分流系數(shù) aD 的選擇問題：蒸汽流量信號不在控制系統(tǒng)閉合回路之內(nèi)，因此它的大小不影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三沖量給水單級控制系統(tǒng)的特點是：控制系統(tǒng)所用的設備少，結(jié)構(gòu)簡單，給水流量調(diào)節(jié)動作平穩(wěn)，整定 方法易于掌握，一般情況下能滿足鍋爐生產(chǎn)控制的要求。蒸汽流量 D 及其蒸汽分流器均在閉合回路之外，它的引入可以改善控制質(zhì)量，但不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。這樣，汽包水位就很少受到影響。如給水流量減少，調(diào)節(jié)立即根據(jù)給水流量減少的信號，開大給水閥門，使給水量保持不變。 圖 三沖量水位單回路控制系統(tǒng)原理圖三沖量汽包給水控制系統(tǒng)，采用蒸汽流量信號對給水流量進行前饋控 制，當蒸汽 、 負荷突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了由于“虛假水位”引起的反向動作，因而減小了水位和給水流量的波動幅度。當用蒸汽流量轉(zhuǎn)換出負荷小于 40%時，送至給水控制系統(tǒng)，切換為三沖量調(diào)節(jié)汽包水位。蒸汽流量采用汽機調(diào)節(jié)級壓力的測量來表示，調(diào)節(jié)級壓力經(jīng)過溫度修正后，可近似代表蒸汽流量測量值。 280mm 時，發(fā)出汽包水位 MFT信號。三個經(jīng)壓力校正后的汽包水位信號取中間值，作為控制系統(tǒng)的被調(diào)量，當水位測量信號平均值超 、 過177。給水控制是串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器接受水位信號，對水位起校正作用，是細調(diào)；其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的被調(diào)量是給水流量，目的是快速消除來自給水側(cè)的擾動。 三沖量的定義 所謂三沖量，就是指汽包水位、蒸汽流量和給水流量。 、 圖 雙沖量給水控制系統(tǒng)原理圖 圖 雙沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖 三沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 雙沖量控制系統(tǒng)有兩個缺點： (1)調(diào)節(jié)閥的工作特性不一定完全是線性，這樣要做到靜態(tài)補償就比較困難； (2)對于給水系統(tǒng)的擾動不能直接補償。當給水量擾動時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調(diào)節(jié)。在給水壓力比較平穩(wěn)時，采用雙沖量調(diào)節(jié)是能夠達到調(diào)節(jié)要求的。因適當?shù)倪x擇前饋的作用，采用比例規(guī)律的調(diào)節(jié)器也可以消除靜態(tài)余差，故雙沖量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器可用比例規(guī)律也可用比例積分規(guī)律。當蒸汽量變化時，就有一個使給水量與蒸汽量同方向變化的信號，可以減小或抵消由于虛假水位現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的誤動作，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向移動。所謂前饋調(diào)節(jié)就是按擾動變化的大小調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，調(diào)節(jié)作用在擾動發(fā)生的同時就發(fā)生，而不是等到擾動引起被調(diào)量發(fā)生變化后才 產(chǎn)生，這就是前饋調(diào)節(jié)的主要特點。 （ 2）給水量變化時，因給水量改變后，要經(jīng)過一定遲延時間τ w 才能影響到水位，因此必將導致水位波動幅度大，調(diào)節(jié)時間長。 單沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在一定的缺點，因此該系統(tǒng)只根據(jù)水位來調(diào)節(jié)給水量。調(diào)節(jié)器應采用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律，因單純比例調(diào)節(jié)規(guī)律易從產(chǎn)生水位余差。它是連續(xù)給水自動調(diào)節(jié)中最簡單的一種型式。除氧器水位控制主要是為了保證除氧器內(nèi)有足夠的水提供給鍋爐，這是一個單閉環(huán)控制回路輸入?yún)?shù)，是除氧器水位輸出參數(shù)控制除氧器進水閥。值得注意的是為了防止變頻器報警停機或其他故障造成水泵不轉(zhuǎn)會引起鍋爐缺水，所以應該加反饋 裝置確保變頻器正常工作。若鍋爐需要的給水量減少，變頻控制系統(tǒng)可自動降低變頻器的運行頻率，如變頻器的頻率到零仍不能滿足要求，則變頻器自動切換至前一臺水泵進行變頻運行，依次類推。但在蒸汽流量未達到滿負荷時，對給水流量的要求也不高。非沸騰式省煤器τ w2，約為 30～ 100 秒。因此進入省煤器的給水首先必須填補省煤器中的氣泡減少所讓出的空間，所以水位下降，直到過了τ w1 以后，才能使省煤器流入鍋筒的水量增加，水位才開始上升。圖中曲線 1 是鍋爐采用沸騰式省煤器情 況下的水位特性，曲線 2 是鍋爐采用非沸騰式省煤器情況下的水 24 位特性。有些鍋爐當給水量增加時，在較長一段時間里，汽包水位并不增加，有一較長的起始慣性段，對于這種鍋爐用式（ 3－ 9）描寫它的動態(tài)特性，誤差較大，這時可選用下面近似計算公式： 式中τ —— 給水流量擾動下的純滯后時間，它的數(shù)值對于不同結(jié)構(gòu)的鍋爐都有差別。 Vw—— 蒸發(fā) 面以下的水容積（ m179。τ M 可達 3～ 4 分鐘。但是由于汽水混合物中氣泡體積增大，因此也出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象，水位開始上升，然后下降，如圖 （ b）所示。 二、爐膛負荷 擾動（燃料量 M 擾動）時水位對象的動態(tài)特性 當燃料量增加△ M 時，鍋爐將吸收更多的燃量，蒸汽量增加，如果主汽閥門開度不變，鍋爐出口汽壓將提高，蒸汽輸出量也將增加。當汽水混合物中氣泡 22 容積已與負荷相適應時達到穩(wěn)定，水位就主要決定于物質(zhì)平衡，因給水量小于蒸發(fā)量，此時水位開始下降。實際水位的變化曲線為 H1(t)和 H2(t)的合成 H(t)。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。 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）。在整個控制回路中要全面考慮這兩方面的任務。 汽包水位控制對象特性 給水自動調(diào)節(jié)的任務是使給水流量適應鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。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。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。如圖 所示，控制原理為：根據(jù)工藝指標，調(diào)節(jié)器給出設定值，當變送器測量的壓力高于設定值時，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，接近設定值。 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。 PID 調(diào)節(jié)器應選用“反作用”方式。（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。 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。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。 鍋爐用水的除氧是工藝指標的重要環(huán)節(jié)之一。 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 。 將水加熱時 ， 液面附近水蒸氣的分壓力就會增加 ， 相應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。 此外 ， 補充水中也含有氧氣及二氧化碳等其他氣體。天然水中常含有大量溶解的氧氣可達 10 毫克 /升。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。 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。因此水中溶解有任何氣體都是不利的 ， 尤其是氧氣 ， 16 它將直接威脅設備的安全運行。水中溶解了氧氣 ，就會使與水接觸的金屬腐蝕 。而鍋爐設備的使用要達到高效率，最為關鍵的便是工藝指標的嚴格控制。 除氧控制 鍋爐是企業(yè)的主要動力設備，鍋爐設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。如果水質(zhì)不良，會造成鍋爐受熱面上結(jié)垢和金屬腐蝕。 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。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。 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。即水中的溫度 越高，水中氣體的溶解度就越小。大型鍋爐的給水除氧，大都以熱力除氧為主。 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。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，這時減溫水就應關小，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。為此需要設置減溫器，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。 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。 給水溫度變化時，為適應加熱給水量的變化，導致汽溫改變。 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。 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。嚴重時還會發(fā)生水沖擊。 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)生額外的熱應力，從而 13 縮短設備的使用壽命。 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。再熱器與過熱器相比，有以下幾個特點。 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。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。 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)。燃燒減弱時，情況與之相反。當燃燒加強時，爐內(nèi)放熱量增加，受熱面吸熱量也增加，爐水汽水加強，爐水中產(chǎn)生的蒸汽汽泡數(shù)量增多，體積膨脹，水位暫時提高，由于產(chǎn)生的蒸汽量不斷增多，汽壓上升，相應提高了飽和溫度，使爐水中的蒸汽汽泡數(shù)量有所減少，水位又會下降。因此在負荷突然增加時，水位暫時很快上升，從物質(zhì)不平衡的情況看，蒸發(fā)量大于給水量，爐水不是多了而是少了，水位會很快下降。鍋爐負荷突然增加時，在給水量和燃燒未做相應的調(diào) 整之前，汽包水位先升高，而后再逐漸降低；而汽壓則很快下降。 汽包水位過低則可能破壞水循環(huán)，使水冷壁管的安全受到威脅，如果出現(xiàn)嚴重缺水而又處理不當時，則可能造成水冷壁爆管。同時，鹽垢 增加，傳熱熱阻也增大，將引起傳熱惡化，過熱汽溫下降使經(jīng)濟性下降。鍋爐負荷變化時，送入爐內(nèi)的風量必須與送入爐內(nèi)的燃料量相適應，同時也必須對引風量進行相應的調(diào)整，通常采用送引風機風量來進行爐內(nèi)風量調(diào) 10 節(jié)，目前大型鍋爐多采用軸流式風機，通過調(diào)節(jié)送引風機動葉的角度來改變送引風量的大小。燃料量的調(diào)節(jié)和燃燒調(diào)節(jié)等。鍋爐在低負荷下運行時，燃燒弱，爐膛溫度低，火焰充滿度差，燃燒不穩(wěn)定，可以將爐膛負壓適當減小，以減少漏風，提高爐膛溫度。 負荷變化是鍋爐運行中經(jīng)常碰到的，此時必須及時調(diào)整送入爐膛的燃媒量和空氣量，相應的改變?nèi)紵r。 （ 3）燃燒完全，使機組處于最佳經(jīng)濟狀況。 鍋爐燃燒的調(diào)整 爐內(nèi)燃燒調(diào)節(jié)的具體任務歸納為四點： （ 1）保證產(chǎn)汽量適應外界負荷的需要，汽壓汽溫和汽包水位穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)。對于判斷 9 汽壓變化的原因主要可以考慮：當蒸汽壓力與蒸汽流量的變化方向相反時，是由外部因素造成的；若汽壓與蒸汽流量的變化一致時，通常是由于內(nèi)部擾動的影響。內(nèi)部因素主要是指爐內(nèi)燃燒工況的變動和鍋爐內(nèi)工作情況的 異常。 引起鍋爐汽壓的變化原因很多，主要有兩方面：一是鍋爐內(nèi)部因素，一是鍋爐外部因素。燃燒設備的慣性是指從燃料量開始變化到爐內(nèi)建立新的熱負荷所需要 的時間，在鍋爐運行時，燃燒設備慣性越大，負荷變化時，汽壓變化的速度就越慢。負荷變化是主動也是影響最大的因素，負荷變化速度越快，引起汽壓變化的速度也越快，對于單元制機組而言，汽輪機負荷的變化幅度將直接影響鍋爐主蒸汽壓力的變化。汽壓變化對汽溫的影響，一般是汽壓升高時，過熱蒸汽的溫度也升高，這是因為，當氣壓升高時對應的飽和溫度的焓值增大，在燃料消耗量