摘要：文章主要以鍋爐設(shè)備為例，針對(duì)鍋爐設(shè)備的三個(gè)主要控制系統(tǒng)：鍋爐汽包液位、蒸汽過熱系統(tǒng)及鍋爐燃燒系統(tǒng)，介紹和分析了幾種常用的控制方案。

關(guān)鍵詞：鍋爐設(shè)備；鍋爐汽包液位；蒸汽過熱系統(tǒng)；鍋爐燃燒系統(tǒng)；控制方案

中圖分類號(hào)：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）02-0097-02

1 概述

根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的不同需求，鍋爐應(yīng)提供不同壓力和溫度的蒸汽，同時(shí)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和安全性的要求，使燃料完全燃燒和確保鍋爐的安全生產(chǎn)。鍋爐設(shè)備的主要控制系統(tǒng)有三個(gè)：鍋爐汽包液位的控制、蒸汽過熱系統(tǒng)的控制、鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制。

2 鍋爐汽包液位的控制

2.1 單沖量液位控制系統(tǒng)

單沖量液位控制系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。由圖可知，它是一個(gè)典型的簡(jiǎn)單液位控制系統(tǒng)，它適用于停留時(shí)間較長(zhǎng)、負(fù)荷變化小的小型低壓鍋爐（一般為10t/h以下）。

圖1 單沖量液位控制系統(tǒng)

單沖量液位控制系統(tǒng)對(duì)于停留時(shí)間短、負(fù)荷變化大的系統(tǒng)，就不能適應(yīng)了。當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加時(shí)，由于汽包內(nèi)蒸汽壓力瞬間下降，水的沸騰加劇，汽泡量迅速增加，形成汽包內(nèi)液位升高的現(xiàn)象。因?yàn)檫@種升高的液位不代表汽包內(nèi)貯液量的真實(shí)情況，所以稱為“假液位”。這時(shí)液位控制系統(tǒng)測(cè)量值升高，控制器錯(cuò)誤地關(guān)小給水控制閥，減少給水量，等到這種暫時(shí)的閃急汽化現(xiàn)象一旦平穩(wěn)下來，由于蒸汽量增加，送入水量反而減少，將使水位嚴(yán)重下降，波動(dòng)很厲害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使汽包水位降到危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，甚至發(fā)生事故。

產(chǎn)生“假液位”主要是蒸汽負(fù)荷量的波動(dòng)，如果把蒸汽流量的信號(hào)引入控制系統(tǒng)，就可以克服這個(gè)主要干擾，這樣就構(gòu)成了雙沖量液位控制系統(tǒng)。

2.2 雙沖量液位控制系統(tǒng)

圖2 雙沖量液位控制系統(tǒng)

雙沖量液位控制系統(tǒng)的原理圖如圖2所示。這是一個(gè)前饋-反饋控制系統(tǒng)。蒸汽流量是前饋量。借助于前饋的校正作用，可避免蒸汽量波動(dòng)所產(chǎn)生的“假液位”而引起控制閥誤動(dòng)作，改善了控制質(zhì)量，防止事故發(fā)生。

雙沖量液位控制系統(tǒng)的弱點(diǎn)是不能克服給水壓力的干擾，當(dāng)給水壓力變化時(shí)，會(huì)引起給水流量的變化。所以一些大型鍋爐則把給水流量的信號(hào)也引入控制系統(tǒng)，以保持汽包液位穩(wěn)定。這樣，作用控制系統(tǒng)共有三個(gè)參數(shù)的信號(hào)，故稱為三沖量控制系統(tǒng)。

雙沖量液位控制系統(tǒng)適用于給水壓力變化不大，額定負(fù)荷在30t/h以下的鍋爐。

2.3 三沖量液位控制系統(tǒng)

三沖量液位控制系統(tǒng)如圖3所示。它是一個(gè)前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)。蒸汽流量作為前饋信號(hào)，汽包水位為主變量，給水流量為副變量。

圖3 三沖量液位控制系統(tǒng)

3 過熱蒸汽系統(tǒng)的控制

目前廣泛選用減溫水的流量作為操縱變量，但是該通道的時(shí)滯和容量滯后太大。如果以蒸汽溫度作為被控變量，控制減溫水的流量組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，往往不能滿足生產(chǎn)上的要求。因此，應(yīng)采用以減溫器出口溫度為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)，如圖4所示，這對(duì)提前克服如蒸汽流量、減溫水的流量和溫度等干擾因素是有利的，可以減少過熱蒸汽溫度的動(dòng)態(tài)偏差，提高過熱蒸汽溫度的控制質(zhì)量。

圖4 過熱蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)

過熱蒸汽溫度控制有時(shí)還采用雙沖量控制系統(tǒng)，如圖5所示。這種方案實(shí)質(zhì)上是串級(jí)控制系統(tǒng)的變形。

圖5 過熱蒸汽溫度雙沖量控制系統(tǒng)

4 鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制

鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制基本任務(wù)是使燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要。由于汽包本身為壓力容器，它輸出蒸汽的壓力受到它所帶的汽輪機(jī)和其他設(shè)備條件的限制，所以鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動(dòng)控制有三個(gè)主要作用：

（1）維持鍋爐出口蒸汽壓力的穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)荷受干擾影響而變化時(shí)，通過控制燃料量使之穩(wěn)定。

（2）保持燃料量和空氣量按一定配比送入，即保持燃料燃燒良好。

（3）維持爐膛負(fù)壓不變，應(yīng)該使排煙量與空氣量相配合。負(fù)壓太小，爐膛容易向外噴火，影響環(huán)境衛(wèi)生、設(shè)備和工作人員的安全；負(fù)壓太大，會(huì)使大量冷空氣漏進(jìn)爐內(nèi)，從而使熱量損失增加，降低燃燒效率。一般爐膛應(yīng)保持－2mmH2O左右的

負(fù)壓。

5 結(jié)語

本文主要以鍋爐設(shè)備為例，針對(duì)鍋爐設(shè)備中的三個(gè)主要控制系統(tǒng)：鍋爐汽包液位、蒸汽過熱系統(tǒng)及鍋爐燃燒系統(tǒng)，分別介紹了幾種常用的控制方案，并且著重分析了這些控制方案各自的特點(diǎn)、適用場(chǎng)合以及選取過程。

參考文獻(xiàn)

[1] 施仁，等．自動(dòng)化儀表與過程控制[M]．北京：電子工業(yè)出版社．

[2] 金以慧．過程控制[M]．北京：清華大學(xué)出版社．

作者簡(jiǎn)介：蔡靜，包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院助教，碩士，研究方向：控制理論與控制工程。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）