锅炉水位三冲量自动控制方案的探讨
摘要〕 随着工业 现代化的不断发展 , 对二次 能源 的主要制造设 备—工业锅 炉的控 制要求 也越
来越严 格 。 本文针对实际工况的 千 差 万别 和每 台锅 炉 各不相 同的静态 及动态 特性 , 从设计思 想直 至 具
体实施 , 简要介绍 了几 种对 锅炉 汽 包水位进行 自动控 制的方 案 , 以提 高其调节 品 质 、 维护设备 的安全运
行 。
关键词 工 业锅炉 水 位 自动 控制
一 、 前 一
舀
工业锅 炉是 生 产 蒸 汽 的 动力 设 备 , 它 把燃
烧 的化学 能 一 次 能 源 !转 化 为蒸 汽 的热 能 二
次 能源 ! , 因此 它 在 化 工 、 制糖 飞发 电 、 炼 油 等 工
业 领域内是 举足 轻重 和不 可或 缺 的 。 生 产过 程
中风机 、 压缩 机 的 动 力 能 源 由它 提 供 , 反 应 器 、
蒸馏 塔的热 能 同样也 由它提 供 。
锅 炉 的安 全 运 行 与 否 , 产 生 的 蒸 汽 的 质 量
之优 劣 , 与 锅 炉 汽 包 内液 位 的 高 低 直 接 相 关 。
汽 包水 位过 低 , 会 使个 别上 升管 形成 自由水 面 、
产 生 流动停 滞 , 使管 壁局部 过热 而爆 管 , 更 严重
时会使锅炉干 锅 爆炸 ? 汽包 水 位 过高 将 影 响 汽
水 分 离的效 果 , 使生 产 出来 的蒸 汽含 水量 高 , 将
对后 序设 备 如 汽 轮 机 !产 生 水 冲击 , 引 起 轴封
破损 、 叶片 断裂 。 所 以 , 如 何将 锅炉 汽包水 位控
制 在 允许 范 围 内 , 历来 是 锅 炉 自控工 程 中重要
的课 题之一 。 常 用 的方案 不止 一 、 二 , 但 常常达
不 到令人满意 的 控制效 果 。 这 是 因为锅炉 是一
个多 输人 、 多 输 出 、 多 回 路 、 非 线 性 的 相互 关 联
的 控制 对象 , 存在 多个 调节 参数 与被 调参数 , 还
存在 着 错综复 杂 的干扰 参数 。 这 些 参数相 互作
用 , 交叉 影响 ? 另 一 方 面 , 每 台 锅 炉都 有着 不 同
的静 态 及动 态特性 , 因此在 确定 其控 制方案 时 ,
要对 多种 因素进行 综合 考虑 , 以 提高调 节 品质 。
二 、 适用于 不 同工 况 下的
几 个控制方案
我们 知道 , 大 中型 、 高 中压锅 炉一般都 采用
三 冲量液位 控 制 系统 。 所 谓 “ 冲量 ” , 即 “ 参数 ”
之意 , 是指 汽包 水位 # 、 蒸 汽 流量 ? 和给水 流量
% 。 作 为被 控 变 量 的 # 是 主 冲 量信 号 , 其它 两
个 信 号是辅 助 冲量信 号 。 图 & 是 某制 糖厂在 技
术 改进 前所 采用 的锅 炉水 位 三 冲量 控制 系统 的
原 理 图其框 图 。
? ( 卜叫? 、 卜石训?
图 中 ) 践 , 一 液位给定 值 ?? 一液 位调 节 器 +, 一
调 节阀的放大 系数 + ?一在给水流 量 作用 下 液位变化
的 传递 函数 ?./ 一在蒸 汽流量扰动下液位变化 的传递
函数 0/ 、 凡一 蒸汽 流量 、 给水 流量 的 扰动 1 。 、 12 一
蒸汽 流 量 、 给水流 量 的分流系数
图 & 技 改前 的锅炉水 位三 冲3 控 制
系统原理 图及框 图
该方 案 的特点 是将 三个 冲量 信号 在调节器
速度 继 电器控 制双 速 电机两 种转 速 的相互 转换
比时间继 电器 控制 高 出二个 数量 级 。
注 ) 那4 电子 速度 继 电 器 现 由海 达 电 子 仪器 厂 生
产
参考文献
& (
5 &67 型 梳棉机说 明书
8 (
纺织机械》&卯9 年 第 : 期 ‘’道 夫 双 速 电机 快慢
转换方法 ” 作 者郁 洪兴
机床 电器;< 卯6 年第 8 期 ·
之前 进行综 合 , 使之 成为 被控 变量 , 因此 它 可被
视 为一 简 单控制 系 统 , 其 整定 过 程 与 简 单控 制
系统无异 。 将信号 进行 综 合 的实 现 方 法 有 二 ,
其一 是 使用 一 台加 减 器 , 其二 是 选 择 一 台带 有
多个 输人通道 的调 节器 。
但在 实际 的 运行 中 , 我们 发 现 该 方 案 的调
节 品质很 差 , 尤其 当负荷 蒸 汽量 !波 动 、 给 水压
力 不 稳定 时 , 被 调 参 数 的实 际 值与 其 整 定 值之
间常 常相 差 巧 = 一 8> = ? 当 负 荷 有 跃 变 时 , 余
差 甚 至达 到 9 > = , 这是 锅 炉安 全操作 所 不允 许
的 ‘ 这时不得不 手操 执行 机构 以使调 节阀保持
在适 当的开度 , 以 维 护汽包 液位的稳定 , 由此而
给现 场及 操作人 员带 来忙乱 和 紧张 。
为 了提高调 节 品 质 , 技 术 人 员对 原 控 制 系
统进 行 了改进 , 改进后 的方 案如 图 8 。
1! 原理图 ? !框 图
过热 器 嵌汽
平衡弃 器
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) 没 备控制 图
图 8 技改 后的锅炉 水位三 冲最控制 系统
原理 图 、 框 图 、 设备控制图
注 ) 图 8 中“ Δ ” 处可 选加 减器 、
伺服 放 大 器 或 4 型
调节器
该方案 与前方 案不 同之 处在 于 将加 减 器从
调节 器之前 移到 了调节 器之后 。 这 一变 化便使
机床电器!< 男 6 年第 8 期
原 来 的简单控 制 系统 转而 成 为一个具 有 前馈调
节 的双 闭环 串级 反馈 控制 系统 。 加 减器 在这一
系 统 中实质 上 充 当了副 调 节 器 , 它 可被 视 为一
台 比例度 固定 为 &>> = 的 4 型 比 例 !调节 器 。
需要说 明的是 , 选 用加 减器来 充 任 “ 副调节
器 ” , 由于 其 比 例 度 固定 不 变 恒 为 &>> = !, 显
然 并不 能 普遍 适 用 于 千 差万 别 的 实 际工 况 , 因
此 在更多 的场 合 , 可用伺 服放 大器 取代 加 减器 ,
调 整不 同的放 大倍数 , 便 可改 变 比例 度 。 或 者
直接 使用 4 型 比例 !调 节 器亦 可 。
在上述 系 统 中 , 调节 器 可 视为 串级 控制系
统 中的主调 节器 , 置 4Α 作用 , 即 比例积 分作 用 !
不再被 副 回路所 包 围 , 而 “ 副 调 节 器 ” 不 仅迅 速
克服了作 用于 副 回路 的蒸 汽干 扰 、 给水 干扰 , 而
且对 作用 于主 回路的各 种干扰 也加快 了调节进
程 , 起到 了先 调 、 快 调 、 粗 调 的 作 用 。 由蒸汽 差
压 流量变 送器 、 分 流器 、 加减 器组 成的 前馈开环
蒸汽 流量调 节 系 统 , 可 以 削 弱 “ 虚 假 液 位 ” 对 调
节的不 良影 响 ? 由 给 水 差 压 流 量 变 送 器 、 分 流
器 、 加减器 、 操 作 器 、 执 行 器 和 阀 体 组成 的小 闭
环 水流量 定值 调节 系统 可 以 克服 由于 水压 剧变
而给 整个调 节 系 统 带 来 的 “ 内扰 动 ” , 大 大提 高
调 节品质 。
在上述 系 统 中 , 差 压 流 量变 送 器 可 以 由差
压 变送器 Ε 开 方 器取代 。 如果希 望看 到某段 时
间 内的总 流量 值还 可 以 在差 压流 量变 送器或 开
方 器之 后 接人 比例 积 算器 , 或者 使 用 差压 变送
器 Ε 开方 积算 器来 实现 。
向大容 量 发展 是 大 型 锅 炉 的 发 展趋 势 , 而
且锅 炉容 量越 大 , 汽 包 的相对 容水 量就 越小 , 这
样 , 对 汽包 液位 的允 许 波 动 范 围也 要 求得 越 发
严格 了 。 系 统 中任 一 环节 的偏 差 , 都 可能 在 几
分钟 之 内造 成 锅炉 泛液 或抽 空 的恶性 事故 。
显然 , 对 于锅炉 带 冲击 负荷 的情 况 , 由于 虚
假液 位 的 影 响 , 上述 的 以 蒸 发量 为静 态前 馈 信
号 Ε 液 位 和 给 水 量 的 串级 反 馈 三 冲量 调 节 系
统 , 其 控制 效 果 就 难 以 尽 如人 意 了 。 这 时 我 们
需要 在蒸 汽流 量变 送器 与调 节器 之间 加人一 个
“ 微分 ” 运算 单 元 , 传 递 函 数 为 工一Φ
工】Γ Η ·
Φ 十 &
, 构成
蒸 汽 流量动 态前 馈 Ε 液位 和给水 量 串级 反馈 的
三 冲量 锅炉 液 位 调 节 系统 , 如 图 9 所 示 。 由于
这个 经 过微 分器 的 信号其 作用 方 向与蒸 汽流 量
信 号 相反 , 因此 称作 “ 负微 分 ” , 它能 够有 效地 抑
制 虚 假假 水位 )
或 给水 流量 信 号 之 后 串联 一个 传递 函数 为 <Γ
巧 Ε
常 数 ! , 可 以 削弱 汽包液 位 的剧烈 波动 和给 水流
量 测量 的噪声 , 使 输人 信号 变得平 滑 , 有利 于系
统 平稳 工作 。 其具 体的实施 方法 是在 相应 的位
置 上 串接一 台阻 尼器 。
图 9 具有 动态前馈作用 的锅炉水位 三 冲3
控制 系统设备控制 图
当蒸汽 负荷 突 然 增 大时 , 在 扰 动 的 初 始 时
刻水 位 不但 没有 下 降反 而 上升 了 , 这 是 由于 汽
包蒸 发面 以 下 的汽 泡体积 随着负 荷的变 大 以 及
汽包 内压力 的减小 而增大 了 。 汽 泡体积 的增 大
导致 了液位 的上 升 , 这 就 是虚 假 液 位 。 这 时 负
微分单元 的输 出信 号能够使 给水量 向反 方 向变
化 , 从而 抵 消 了 虚 假 液 位 的影 响 。 当负 荷 稳 定
在 新 的水平 之后 , 微分 作用 消失 , 如 此而 起到 动
态前 馈 的作 用 。 这 种 方 案 的特 点 是 可将 “ 虚 假
液 位 ” 的动态 偏差 和 调 节过 程的时 间降 到最低 ,
但 对静 态品 质却 毫无 影 响
三 、 结束语
锅 炉水位 控 制 的方 案多 种 多 样 , 因每 台锅
炉 的特 性及 实 际 工况 的不 同而 各 异 , 一 言 以蔽
之 , 智 者见 智 , 仁 者见仁 。 本 文介绍 的是 使用 常
规 仪表 对锅 炉汽包 水位进 行 自动控 制 的几 个较
为 典型 的方 案 。 如今 , 智 能 仪 表 的 发展 和 计算
机 在工 业 自动控 制 领域 内的广 泛 应 用 , 又 为该
课 题开拓 了一 片更加 广阔 的天地 。
收稿 日期 ) &卯6 一 >& 一 &:!
交流 电机旋转方 向的简易测定
山东荷泽 生建 机械 厂8? :> 9 >!
孙健 崔可安
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交 流 电动机 的正 、 反旋 转方 向的测定 , 在有
些 技 术 杂志 上 曾 介绍 过 不少 方 法 , 由于需 专 门
设制 器件 , 在 日常 的 维 修 中不 方 便 。 如 果 在维
修好 的定 子 前 不侧 定 电动机 的转 向 , 象 一 些特
殊 电机 , 需安 装后 才能 试 出转 向 , 我们在 日常维
修 中总结 了一 法 , 根据 旋 转磁 场 的原理 经 多次
试 验 , 发 现用 普通 的小 铁丝 , 用手 圈成 如图 & 所
示 的形 状 , 然 后 用 螺丝 刀 或小 木 棒 穿人 铁 丝 的
中间孔 中 , 平 放在定 子 中间 , 当通低 压 交流 电或
瞬 时通 额 定 电 压就 可 观 察到 铁丝 的转 向 , 铁丝
的 转 向就 是 电动机 的转 向
艺即
图 : 带有惯性环节的锅 炉水位三 冲最
控制 系统设 备控制图
对 于执行 机构 振荡 或给水 压力 不稳 定的 系
统 , 可采 用如 图 : 所 示 的 方 案 。 在 主 输 人 信 号
机床电器!< 卯6 年 第 8 期
锅炉水位三冲量自动控制方案的探讨.pdf
