介紹了鍋爐汽包液位的控制方法,討論了三沖量調節系統的原理和適用條件及其應用。
0 　引言
    鍋爐是化工生產中重要的動力設備。汽包液位是鍋爐運行中的一個重要監控參數,它反映了鍋爐負荷與給水的平衡關系。汽包液位過高會造成蒸汽帶水影響過熱器運行,影響汽水分離效果;水位過低會造成鍋爐水循環的破壞,影響省煤器運行,容易使水全部汽化燒壞鍋爐甚至爆炸。這就要求汽包液位在一定范圍內,適應各種工況的運行。影響汽包液位的因素除了加熱汽化這一正常因素外,還有蒸汽負荷和給水流量的波動。當負荷突然增大,汽包壓力突然降低,水就會急劇汽化,出現大量氣泡,形成了“虛假液位”。
    如果使用簡單的鍋爐汽包液位的單沖量控制系統(如圖1 所示) ,一旦負荷急劇變化,虛假液位的出現,調節器就會誤以為液位升高而關小供水閥門。影響了生產甚至造成危險。

    為此,圖2 采取了鍋爐汽包液位的雙沖量控制,它在單沖量的基礎上,再加一個蒸汽沖量,以克服“虛假液位”。其中調節閥為氣關閥,液位調節器采用正作用,調節器輸出信號在加法器內與蒸汽流量信號相減。雙沖量實際上是前饋與反饋調節相結合的調節系統。當負荷突然變化時,蒸汽的流量信號通過加法器,使它的作用與水位信號的作用相反;假液位出現時,液位信號a 要關小給水閥, 而蒸汽信號b 是開大給水閥,這就能克服“虛假液位”的影響。但是如果給水壓力本身有波動時,雙沖量控制也不能克服給水量波動的影響。

    這就要用如圖3 所示的鍋爐汽包液位的三沖量調節系統。即再加一個給水流量的沖量c ,使它與液位信號的作用方向一致,這種調節系統由于引進了液位、給水流量及蒸汽流量三個參數,叫做三沖量調節系統。
1 　原理
    根據三個沖量在調節系統中引入位置不同,三沖量調節系統有多種方案,下面討論一種常見的三沖量調節系統:蒸汽流量和給水流量前饋與汽包液位反饋所組成的三沖量系統。
    圖3 中所示的三沖量系統,汽包液位是被控變量,是主沖量信號,蒸汽流量和給水流量是輔助沖量信號。系統將蒸汽流量和給水流量前饋到汽包液位調節系統中去,一旦蒸汽流量或給水流量發生波動,不是等到影響到液位才進行調節,而是在這兩個流量改變之時就能通過加法器立即去改變調節閥開度進行校正,故大大提高了液位這個被調參數的調節精度。

    在穩定狀態下,液位測量信號等于給定值,液位調節器的輸出,蒸汽流量及給水流量等三個信號,通過加法器得到的輸出電流為:I0 = K1 I1 - K2 I2 + K3 I3式中, I1 為液位調節器的輸出電流; I2 為蒸汽流量變送器的電流; I3 為給水流量變送器的電流; K1 、K2 、K3 分別為加法器各通道的衰減系數。設計K2 I2 = K3 I3此時I0 正是調節閥處于正常開度時所需要的電流信號(為了安全調節閥必須用氣關閥) 。假定在某一時刻,蒸汽負荷突然增加,蒸汽流量變送器的輸出電流I2 相應增加,加法器的輸出電流I0 就減少,從而開大給水調節閥。但是與此同時出現了假液位現象,液位調節器輸出電流I1 將增大。由于進入加法器的兩個信號相反, 蒸汽流量變送器的輸出電流I2 會抵消一部分假液位輸出電流I1 , 所以, 假液位所帶來的影響將局部或全部被克服。
    待假液位過去,水位開始下降,液位調節器輸出電流I1 開始減小,此時,它與蒸汽流量信號變化的方向相反,因此加法器的輸出電流I0 減小,意味著要求增加給水量,以適應新的負荷需要并補充液位的不足。調節過程進行到液面重新穩定在給定值,給水量和蒸發量達到新的平衡為止。當蒸汽負荷不變,給水量本身因壓力波動而變化時,加法器的輸出相應變化,去調節閥門開度,直至給水量恢復到所需的數值為止。由于引進了蒸汽流量和給水流量兩個輔助沖量,起到了“超前信號”的作用,使給水閥一開始就向正確的方向移動, 因而大大減小了液位的波動幅度,抵消了虛假液位的影響,并縮短了過渡過程時間。
    圖4 為三沖量液位調節方案圖, 圖5 為三沖量液位調節方框圖。

2 　應用
    從上面分析可以看出三沖量調節系統能及時克服負荷(蒸汽量) 和給水流量的干擾作用,調節精度高,適用于汽包容積較小、負荷和給水干擾較大的場合。單沖量適合在汽包容積較大、負荷變化比較小的場合。雙沖量調節適合于鍋爐容積較小,給水壓力波動不大的場合。鍋爐汽包液位三沖量調節系統在我們廠得到了應用,實踐證明效果良好。