一、工藝控制要求介紹

<1>主要工藝指標。工業鍋爐汽包水位高度，關系著汽水分離的速度和生產蒸汽的質量，也是確保安全生產的重要參數。隨著科學技術的飛速發展，現代的鍋爐要向蒸發量大，汽包容積相對減小的方向發展。這樣，要使鍋爐的蒸發量隨時適應負荷設備的需要量，這就要求控制鍋爐汽包水位適應汽包蒸發量。鍋爐汽包液位是表征生產過程的主要工藝指標，同時，也是保證鍋爐安全運行的主要條件之一。液位過高，使蒸汽品質產生帶液現象，不僅降低了蒸汽的產量和質量品質，而且還會使過熱氣結垢，或使汽輪機的葉片損壞，當液位過低時，輕則影響水蒸汽平衡，重則燒干鍋爐。嚴重時導致鍋爐爆炸，直接危及生產人員的人身安全造成重大設備等事故。因此，汽包液位必須采取自動調節。鍋爐汽包液位控制的好壞是直接制約生產工藝安、穩、長、滿、優生產的一大“瓶頸”問題。

<2>沖量的概念及具體含義：所謂“沖量”實際就是“變量”，多沖量控制中“沖量”，是指引入系統的測量信號，在鍋爐控制系統當中，三沖量是指汽包液位，蒸汽流量和給水流量三個測量信號，其中，汽包液位是主要沖量。

<3>引入三沖量的主要原因：單沖量控制系統被調量為汽包液位，操作變量為鍋爐給水量。當液位下降時，開大給水調節閥，通過自動調節，使液位上升，直至平衡為止。但系統簡單，投資少，容易實現。但是，當蒸汽用汽量突然增加時，此時汽包中蒸發量大于給水量，液位會下降。但由于蒸汽流量階躍增加，汽包中壓力減小，汽水循環管路中水的汽化強度加大，蒸發面以下汽包容積增大，致使液位有虛假上升趨勢，引起調節器誤動作，本應開大給水調節閥然而卻關小。只有經過一段時間，當汽水混合物中汽包容積與負荷相適應達到穩定后，液位才反應出不平衡而開始下降，液位波動范圍很大，可能會超過工藝允許的范圍。為了克服因蒸汽量變化產生的虛假液位引起的誤動作引入雙沖量控制系統，雙沖量控制系統可以及時消除虛假液位引的對調節影響，當蒸汽量變化時，就有一個使給水量與蒸發量同變化的控制信號，使調節閥一開始就向正確的變化，但雙沖量控制系統也有不足之處，不能及時反映給水側得擾動。三沖量給水調節系統有三個輸入信號，汽包液位、蒸汽流量和給水流量三個測量信號。其中蒸汽流量信號作為系統的前饋信號。當外界負荷要求改變時，使調節系統提前動作，及時有效地克服蒸汽流量波動對汽包液位的影響，并有效地克服“虛假液位”現象引起控制系統的誤動作；利用串級控制系統副回路克服干擾快速性來及時地克服給水壓力變化對汽包液位的影響。而汽包信號是被控變量，是反映鍋爐工作狀態的主要指標，也是保證鍋爐安全運行的必要指標。

二、系統結構

<1>系統控制方框圖，鍋爐汽包液位控制系統圖和調節器正反作用的確定。

在確定調節器閥為氣關的前提下，按單回路控制系統，可以確定閥為正作用。汽包液位和給水流量增加都需要關小調節閥，即對閥位的動作方向要求是一致的，故LC是反作用。

<2>鍋爐給水調節對象的特點。

(1)無自恒能力

從水位是反映汽包內儲水量多少的觀看點，它是無自平恒能力的單容性對象。因為儲水量的變化量由給水量和蒸汽流量的變化而引起的，既由物質的流入量和流出量的不平恒所造成的。而當水位發生變化后其系統對給水量和蒸氣量影響甚小，可略而不計。因此，是一個無自平恒能力的對象。

（2）水位除取決于物質平恒條件外，還決定于熱量平恒條件。就是說水位是汽包中儲水量和水下面下氣泡體積的反映。因此水位不僅受儲水量變化的影響，而且也受氣泡體積變化的影響。在穩定平恒的條件下為常數。但是只要給水量、蒸汽流出量，爐膛燃燒氣量中無論哪個量變化，都將引起氣泡體積的變化，從而影響水位的變化。

（3）當負荷變化時，汽包中的水位動態特性具有特殊的形式；當耗汽量突然增加時，汽水混合物中氣泡體積也迅速增加，水位不僅沒有下降反而迅速上升，稱為“虛假水位”現象。當汽水混合物的體積已與負荷相降。經過TS時間后，水位回到原始值。并繼續等速下降、TS是由于“虛假水位”所造成的時滯。TS的大小決定于鍋爐的特性。

（3）鍋爐三沖量調節系統的組成

根據鍋爐給水調節的被調對象特點。組成由主調節器回路和副調節器構成的三沖量水位信號。即汽包液位，它用來克服各種擾動，維持主被調節量（水位）的給定值。屬于定值調節，主調節器的輸出值與前信號（蒸汽流量）相加，作為副調節器的外給定值信號。

副調節器，它的測量信號是輔助沖量（給水流量），副調節器的作用是用來消除副回路擾動的，如水壓與因素引起的給水量的變化，其作用是保證主被調節量水的穩定。

蒸汽流量信號是當作前饋信號引入的，在主調節器運算輸出后加入的，其作用是當蒸汽流量突然變化時，主被調量水位還沒有偏離給定值時就提高發出信號改變給水調節閥的開度，以保證水位不變的特性。這種作用屬前饋作用，速下降，這時調節器得到這個信號后就行成前饋環節。

三、鍋爐三沖量調節系統控制原理及調節過程

原理：三沖量控制系統從結構上來說，是一個帶有前饋信號的串級控制系統，液位控制器LC與流量控制器FC構成串級控制系統。汽包液位是主變量，給水量是副變量。副變量的引入使系統對給水壓力的波動有較強的客服能力。蒸汽流量的波動是引起汽包液位變化的因素，是干擾作用，蒸汽波動時，通過引入FC，使給水流量依相應的變化，所以這是按干擾進行控制的，是把蒸汽流量信號作為前饋引入控制的。

調節過程：根據串級控制系統選擇主、副控制器的正、反作用的原則，水位控制器LC反作用選反作用，流量控制器FC為正作用，調節器為氣關閥。當水位由于擾動而升高時，因LC反作用，它的輸出下降，進入加法器后，使FC給定值減小而輸出增加，調節閥的開度減小，給水流量減小，水位下降，保持在設定值上，當蒸汽流量增加時，保FC給定值增加而輸出減小，調節閥的開度增加，給水流量增加，保持水蒸氣平恒，使水位不變，副回路克服給水自身的擾動，要進一步地穩定了水位的自動控制；給水流量增加，FC輸出增加，調節閥的開度減小，給水量減小，從而保持水蒸氣平恒。

四、常見故障和處理措施

常見故障是出現“虛假液位”現象時，容易燒干鍋爐。此時,儀表維護人員應該檢查、測量汽包液位的真實性，做相應的處理；調節閥線性不好，出現DCS控制室調節閥的輸出信號和現場閥位水位開度對不上，儀表維護人員應聯系好工藝，辦好檢修票的同時，在現場進行多次校驗，至到合格為止；蒸汽流量突然波動，FC來不及進行相應的變化，及時的按干擾量進行控制，應該檢查FC水位PID參數是否設的合適。此外，應該經常檢查LC、FC調節器的正反作用是否設的合適，有無更改過等，如有，根據工藝和安全要求，進行合理修改；在進行停車檢修后，現場調節閥的作用方式是氣關或氣開，設定是否更改過？是否滿足工藝安全生產要求等。

五、注意事項和改進方法

在實際維護中，由于蒸汽流量的波動，對汽包液位的影響，調節不及時，常常出現“虛假現象”現象，造成操作人員判斷容易燒干鍋爐，嚴重時導致鍋爐爆炸等事故。

根據工藝操作法，嚴格按照工藝流程進行精心操作，串級回路一定要要投自動，不允許進行手動操作。

改進方法：除了儀表維護人員加強巡檢外，對汽包液位可在增加一臺實現雙冗余，防止汽包液位表壞，工藝操作人員僅靠汽包壓力調節控制閥容易做出誤判斷，容易燒干鍋爐，嚴重時可導致鍋爐爆炸等事故。

六、結論

通過生產工藝現場應用來看，它改變了過去由運行人員手動操作調節閥的功能，它控制鍋爐汽包水位比較穩定，減少了由于人為操作失誤，而造成的汽包水位忽高忽低，增加了鍋爐運行的穩定性，安全性，經濟性。大大減輕了運行人員的勞動強度，取得了良好的效果和效益。

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