工业锅炉汽包水位自动控制系统分析与研究

工业锅炉汽包水位自动控制系统分析与研究

锅炉是石油化工、制糖造纸等工业生产中常见的必不可少的动力设备之一。在工厂里，锅炉产生的蒸汽作为全厂的动力源和热源。例如电厂里的汽轮发电机，就是靠锅炉产生的一定温度和压力的过热蒸汽来推动的，化工厂里许多换热器的热源大多是锅炉提供的蒸汽。锅炉产生蒸汽的压力和温度是否稳定、锅炉运行是否安全，直接影响到生产能否正常进行，更关系到人员和设备的安全与否，因此，锅炉的过程控制十分重要。

　　1工业锅炉的结构2工业锅炉控制分析由上述过程可知，锅炉的正常运行必须要保持物料（水）平衡和热量平衡。在物料平衡中负荷是汽包内水的蒸发量，被控变量是汽包的水位，操纵变量是锅炉的给水量；在热量平衡中负荷是蒸汽带走的热量，被控变量是蒸汽压力，操纵变量是燃料量。

　　上述的物料平衡和热量平衡是相互关联、互相影响的。汽包水位不仅受到给水流量的影响，而且也受到热量变化的影响。例如，当热量平衡被破坏，蒸汽压力发生变化后，会影响到汽包水面下蒸发管中的汽水混合为适应生产的需要，锅炉的大小、型号也是各种各样。锅炉的大小是以锅炉每小时产生的蒸汽量来衡量的，小型锅炉每小时产几吨蒸汽，大的锅炉每小时能产200t以上的蒸汽，蒸汽压力有高、中、低之分。在应用类型上，可将锅炉分为动力锅炉和工业锅炉，其中工业锅炉又分为辅助锅炉、废热锅炉、快装锅炉、夹套锅炉等。

　　锅炉的燃料也各不相同，有燃气型、燃油型、燃煤型和化学反应型等。

　　锅炉的工艺流程如所示，燃料和热空气按一定的比例混合后进入燃烧室燃烧，加热汽包内的水产生饱和蒸汽Ds，经过热器后形成一定温度的过热蒸汽D再汇集到蒸汽总管PM，最后经过负荷设备调节阀：2012-11-01；修订日期：2013-01-31化、机电一体化专业的教学和科研工作。

　　物的体积，使汽包水位发生变化。同样蒸汽压力不仅受到燃料输入量的影响，而且进水量的变化也会影响到蒸汽压力的稳定。例如，给水流量增加时，由于冷水的温度低，会使汽包内的蒸发量减少，导致蒸汽压力下降。

　　综上所述，锅炉的运行主要包括以下3个方面的过程控制系统：（1汽包水位控制系统：是锅炉安全运行的必要保证，它要维持汽包内的水位在工艺允许的范围内；（2燃烧系统的控制：通过使燃料量与空气量保持定的比值，以保证经济燃烧和锅炉的安全运行，同时保证引风量与送风量相适应，维持炉膛内的负压恒定不变，其最终目的是使燃料产生的热量满足蒸汽负荷的需要；（3）过热蒸汽系统的控制：这是一个温度控制系统，其作用主要有2个：一是保持过热器出口温度在允许范围内；二是保证管壁的温度不超过允许的工作温度。

　　汽包的水位是锅炉正常运行的重要指标，水位过高，由于汽包上部空间变小，从而影响汽水分离，会产生蒸汽带水现象；水位过低，则由于汽包的容积较小而负荷却很大，水的汽化速度加快，使得汽包内的储水量迅速减少，如不及时控制，就会使汽包内的水全部汽化，形成“干烧”可能导致锅炉烧坏甚至爆炸的严重后果。

　　3锅炉汽包水位控制系统设计目前，锅炉汽包水位常采用单冲量、双冲量及三冲量控制方案。此处的“冲量”不是物理上定义的作用在物体上力和时间的乘积，而是1种表示变量的习惯沿用。

　　3.1锅炉汽包水位单冲量控制系统是锅炉汽包水位单冲量控制系统示意图，这是个典型的单回路控制系统，其被控变量是汽包水位，操纵变量是锅炉的给水量。当汽包水位偏离设定值时，变送器将测量到的信息送给控制器，按照特定的控制规律来开大或关小阀门，以增加或减少供水量，使汽包水位回到设定值。

　　锅炉汽包水位单冲量控制系统示意图安装在给水管道上的执行器（调节阀），从安全角度考虑应该选择气关阀，因为出现事故时（譬如前级仪表故障或气源断气，为了避免锅炉设备发生事故，要求调节阀打开，使汽包保证有水而避免爆炸。影响锅炉汽包水位的主要扰动是蒸汽负荷的波动，因为用户的蒸汽需要量是在不断变化的。假设蒸汽需要量突然加大，汽包的压力会瞬时降低，水的沸腾加剧，使水加速汽化，水中的气泡量会骤然增多。而气泡的体积比其液态时的体积大很多倍，结果出现汽包内的水位不降反升的假象，即出现“假水位”。控制器获得的信息是“水位升高了”本来该增加供水量，现在却错误地减少供水量，严重时会使汽包水位下降到危险区内以致发生事故。产生上述“假水位”的主要原因是蒸汽负荷量的波动而造成“闪蒸”现象，如果把蒸汽流量作为前馈信号引入控制系统，及时知道其变化情况，就可以克服这个主要的扰动。

　　3.2锅炉汽包水位双冲量控制系统是锅炉汽包水位双冲量控制系统示意图，这里的“双冲量”是指汽包水位信号和蒸汽流量信号2个变量。它是一个前馈-反馈控制系统。水位信号从系统的输出端返回到输入端，因此属于反馈控制；蒸汽流量信号未经反馈而直接与水位控制器的输出信号相加，因此是前馈控制。当蒸汽负荷变化可能导致汽包水位大幅度波动时，蒸汽流量信号的引入起着超前控制作用，它在汽包水位还没有出现波动时，提前使调节阀动作，从而减少因蒸汽负荷量变化引起的水位波动，极大改善了控制品质。中，当干扰引起汽包水位上升（大于设定值），偏差增加，正作用控制器的输出增加，（+￡）信号使加法器的输出增加，气关阀因控制信号的增加而减小开度，供水量下降，汽包水位回落；另方面，当蒸汽负荷量增加时，会导致水位下降，但流量变送器FT送给加法器的（-b信号使得加法器的输出下降，气关阀因控制信号的减小而增大开启度，有效克服了由于蒸汽负荷变化给汽包水位带来的影响。

　　锅炉汽包水位双冲量控制系统示意图尽管双冲量控制克服了蒸汽压力变化带来的扰动，却不能克服供水压力变化的干扰，当供水压力变化时，同样会引起供水流量的变化，会导致汽包水位的波动，双冲量控制系统只有在汽包水位变化后才由控制器进行调整，控制不及时。因此，当供水压力波动比较频繁时，双冲量控制系统的控制质量较差，这时可采用三冲量控制系统。

　　3.3锅炉汽包水位三冲量控制系统为锅炉汽包水位三冲量控制系统示意图。该系统除了水位、蒸汽流量信号以外，又增加了个供水流量信号（+C，显然，当蒸汽负荷不变，供水量因压力波动而变化时，加法器的输出相应变化，直接调整阀门开启度。不需要等汽包水位变化了再去由控制器调整，从而极大减少了水位的波动，缩短了过渡过程的时间，煤发技术巷道无盲区覆盖网络中IEEE802.11协议分析查欣（淄博职业学院，山东淄博255314络的不多，文章通过分析矿井计算机移动通信网络系统，阐述了基于IEEE802.11协议的网络架构和功能，为今后的矿井无盲区覆盖网络的建设提供了理论依据。

　　0引言计算机通信网络是维持井下安全生产及调度的重要设施。由于煤矿开采所处环境恶劣、井下生产环境复杂、巷道曲折多变，所以计算机通信网络很难将这个矿区无缝覆盖，而且，目前我国矿井通信主要以有线通信为主，使得井下网络覆盖很难达到无盲区状态。IEEE自1997年提出802.11无线网络规范后WiFi迅速发展起来，并在地面通信网络中得到了广泛的应用。根据IEEE802.11协议对WiFi设备功率的限制，将其设计为本安型矿用通信网络设备，实现巷道无盲区的信号覆盖。