【正文】 圍內(nèi)波動是鍋爐運(yùn)行的一項(xiàng)重要安全性指標(biāo)，必須對其進(jìn)行透徹的理解。尤其對于大型鍋爐，其蒸發(fā)量明顯要高，氣包容積相對較小，水位變化速度很快，稍不注意就容易造成氣包滿水或者缺水，甚 至造成干鍋。 鍋爐汽包水位測量 鍋爐運(yùn)行中，我們是通過水位測量系統(tǒng)來監(jiān)視和控制汽包水位的。因此，鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)是機(jī)組安全運(yùn)行的極端重要的系統(tǒng)，這也是鍋爐給水控制系統(tǒng)的最主要任務(wù)。 表 蒸汽壓力MPa 蒸汽溫度 ℃ 給水溫度 ℃ 最 大 連 續(xù) 蒸 發(fā) 量 (t/h) 發(fā)電功率 MW 540/540 250280 1025 300 給水任務(wù) 鍋爐給水控制的任務(wù)是使給水量對應(yīng)于鍋爐的蒸發(fā)量，以保持鍋爐運(yùn)行過程中的汽水流量平衡，并維持汽包水位在正常的規(guī)定范圍內(nèi)波動。汽包水位過高或過低都將危及鍋爐的安全運(yùn)行，因此，對于汽 包鍋爐來說，給水控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證給水流量適應(yīng)于鍋爐蒸發(fā)量的要求，維持汽包水位在合適的范圍內(nèi)（正常情況下汽包水位限制在 50mm~+50mm 范圍內(nèi)變化）以保證機(jī)組的安全運(yùn)行。 圖 ①給水流量 w 對水位的干擾： 在平衡狀態(tài) 突然加大給水量，雖然給水量大于蒸發(fā)量，但由于溫度較低的給水進(jìn)入水循環(huán)系統(tǒng)后，要從原有飽和汽水中吸取一部分熱量使得水面下氣包容積有所減少，進(jìn)入水系統(tǒng)的水首先去填補(bǔ)汽水管路中氣包所讓出的空間，只有當(dāng)氣包容積不再變化時(shí)，水位才隨給水量的增加呈線性上升。 水位在給水?dāng)_動下的傳遞函數(shù)為： 其中 τ──遲延時(shí)間 s；ε──飛升速度 ? ?01 εG (s) s(τ s 1) 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 圖 圖 ②蒸汽 負(fù)荷對水位的干擾： 當(dāng)蒸汽用戶設(shè)備用氣量突然增大，單從物料不平衡考慮，汽包中蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)該直接下降，如曲線H1；但由于蒸汽負(fù)荷量突然增大時(shí)，汽包中壓力減小，汽水循環(huán)管路中的汽化強(qiáng)度增加，蒸發(fā)面以下汽包容積增加而引起水位上升，如曲線 H2；因而在蒸汽負(fù)荷量突然增大的起始瞬間，液位不會下降，反而上升，出現(xiàn)“虛假液位”現(xiàn)象，如曲線 H；只有當(dāng)氣包容積與負(fù)荷相應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定后，水位才能反映出物料的不平衡，開始下降。 圖 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 水位的變化為上述兩者變化之和，即 H(t)=H1(t)+H2(t) 傳遞函數(shù)也為兩者之和，即 式中 T—— H2 的時(shí)間常數(shù)，約為 10~20s。 ③爐膛熱負(fù)荷對水位的干擾 當(dāng)燃料量突然增大時(shí)，傳給鍋爐的熱量必然增加，上升管中的蒸發(fā)強(qiáng)度增大，蒸發(fā)面下的氣包膨脹，使得液位上升，因而帶來了蒸汽量及氣包壓力的增加，但此時(shí)給水量并未增加，因此，這種液位變化也屬于“虛假液位”。 蒸汽量擾動主要取決于汽輪機(jī)的運(yùn)行 工況，屬于外部擾動，鍋爐燃燒率擾動其實(shí)也是一種間接的外部擾動。 “ 虛假水位 ” (level swell)現(xiàn)象主要是來自于蒸汽量的變化，顯然蒸汽量是一個(gè)不可調(diào)節(jié)的量（對調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言），但它是一個(gè)可測量，所以在系統(tǒng)中需要引入這些擾動信息來改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。在啟動或低負(fù)荷運(yùn)行過程中，由于鍋爐需要供水量很小，常會造成使給水泵工作流量太小的情況，從而使泵得不到足夠的冷卻而引起泵的汽蝕，甚至振動。所以需要采用最小流量的控制方式，即設(shè)置給水泵再循環(huán)閥實(shí)現(xiàn)最小流量保護(hù)。其控制方案如圖該控制方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資少，易實(shí)現(xiàn)。 ②串級三沖量水位控制系統(tǒng) 其控制方案如圖所示，其給水調(diào)節(jié)任務(wù)由兩個(gè)調(diào)節(jié)器完成。當(dāng)給水流量自發(fā)性擾動和蒸汽流量改變時(shí)，迅速調(diào)節(jié)給水流量，以保證給水流量與蒸汽流量平衡。 300MW 機(jī)組給水控制過程 機(jī)組汽包水位控制系統(tǒng)的 SAMA 圖如下 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 圖 300MW 機(jī)組給水控制系統(tǒng)圖 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 該 300MW 給水機(jī)組系統(tǒng)，配 有兩臺 50%容量的汽動泵和一臺 25%的電動泵，電動泵出水管路設(shè)有調(diào)節(jié)閥。在電動泵和汽動泵相互切換的過渡運(yùn)行工況時(shí)，三臺給水泵可同步調(diào)節(jié)給水流量?？刂圃砣鐖D所示。 2）隨著負(fù)荷的升高，要求的給水量增加，該啟動控制閥逐漸開大，到了一定開度以后，調(diào)節(jié)性能變差，這時(shí)應(yīng)該手動逐漸打開主給水閥，或者，當(dāng)負(fù)荷增加控制閥開大以后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制閥已無法再對給水進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，手動升高電泵轉(zhuǎn)速，提高壓頭，增加給水。給水控制閥由閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方式變成了給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式。在電泵轉(zhuǎn)速控制投自動的同時(shí)，啟動控制閥 M/A 站，自動地切換成手動，以防止責(zé)任不分，互相干擾。作為調(diào)節(jié)型閥門，不能長期處于一個(gè)高溫高壓環(huán)境中，所以當(dāng)主給水閥全開后，則發(fā)出一個(gè)脈沖，超馳關(guān)閉啟動控制閥。 PID 調(diào)節(jié)器③（又稱為給水流量調(diào)節(jié)器）接受給水流量反饋信號，當(dāng)給水流量由于擾動而發(fā)生波動時(shí)，該調(diào)節(jié)器會快速地調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，有效克服給水波動。 為了最終使水位能保持在定值上， PI 調(diào)節(jié)器④（稱為三沖量水位調(diào)節(jié)器）將對水位與其定值的偏差進(jìn)行 PI運(yùn)算，其輸出成為給水量設(shè)定值的另一部分。 ③汽泵投運(yùn) 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 隨著負(fù)荷進(jìn)一步升高，則需暖汽泵組并啟動。當(dāng)泵的出口壓頭略大于給水母管壓頭時(shí)，打開汽泵出口閥，并繼續(xù)手動調(diào)節(jié)汽泵轉(zhuǎn)速，使汽泵轉(zhuǎn)速與電泵轉(zhuǎn)速逐步接近。 當(dāng)汽泵與電泵流量相近時(shí)，可將汽泵投自動，此時(shí)汽動給水泵將按三沖量方案自動調(diào)節(jié)。為了使兩汽泵的負(fù)荷均衡，所以用了 MASTER 算法。 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 3 測量儀表選型 給水控制系統(tǒng)測量任務(wù) 給水控制系統(tǒng)中需要測量汽包水位、給水流量、蒸汽流量，因此所選取的測控設(shè)備主要有汽包水位計(jì)，給水流量計(jì)， 蒸汽流量計(jì)。 汽包水位的修正 其原理圖如圖 ： 圖 由圖可知汽包水位不僅與取樣裝置的差壓有關(guān)，還與汽包壓力有關(guān)，因此所選儀表還包括壓力傳感器。并且總的給水流量不僅包括從主管道測出的進(jìn)入鍋爐汽包的給水流量，還應(yīng)包括減溫水量。 綜述：由以上可知，本次設(shè)計(jì)需要測量的量有： 表 本次設(shè)計(jì)所需測量量 測量信號 所需儀器 所測量 汽包水位方面 液位 計(jì)、壓力傳感器 汽包液位高、汽包壓力 給水流量方面 流量計(jì)、熱電偶溫度計(jì) 減溫水流量、給水流量 給水溫度 蒸汽流量方面 壓力傳感器、流量計(jì) 熱電偶溫度計(jì) 汽機(jī)一級壓力、高旁流量 主蒸汽溫度 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 圖 測量儀表的選型 汽包水位測量方面 汽包正常水位 (Normal Water Level,NWL)是指鍋爐正常運(yùn)行過程中汽包中的水位應(yīng)該保持的高度，一般稱為汽包的零水位。 50mm 內(nèi)。然而，水位變動范圍過大，就應(yīng)該引起值班人員的重視，采用相應(yīng)措施恢復(fù)水位正常，如果水位繼續(xù)變動，達(dá)到不能允許的范圍時(shí)，就應(yīng)該立即停止鍋爐的運(yùn)行，以保證設(shè)備安全。對哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界自然循環(huán)鍋爐， 汽包水 位達(dá)＋ 120mm時(shí)自動開啟事故放水閥，汽包水位降至 0mm時(shí)自動關(guān)閉事故放水閥。 因此可采TTf( x ) QCT√AYNS e t = 1主汽溫度 PT FTf( x)хΣAAH/LH/L一級壓力 P 1高旁流量經(jīng)修正的主汽流量用于三沖量選擇供 B M S 用主汽流量的計(jì)算旁路投入+ 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 用 WDP型汽包水位低偏差云母水位計(jì)，它是一種低偏差云母水位計(jì)，具體如下： 表 WDP低壓偏差云母水位計(jì) 型號 工作壓力 介質(zhì)溫度 可視高度 安裝中心距 測量精度 生產(chǎn)廠家 WDP 1022Mpa 310375℃ 454255mm 600700mm 河北天星闊藍(lán)木金屬有限公司 其變送器可采用 181S系列射頻電容液位變送器，射頻電容液位變送器的主要特點(diǎn) : ①結(jié)構(gòu)簡單：無任何可動或彈性元部件，因此可靠性極高，維護(hù)量極少。 ②安裝方便：內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)尤其顯示出這一特點(diǎn)，無需任何專用工具，十幾分鐘即可裝好。 ④用途廣泛：適用于高溫高壓、強(qiáng)腐蝕等介質(zhì)的液位測量。具體如下： 表 WRNK231鎳鉻 — 康 銅熱電偶溫度計(jì) 熱電偶名稱 分度號 測量范圍 常用溫度 最大誤差 生產(chǎn)