锅炉设备的控制
作者:jnscsh 时间:2021-07-26 08:52:37 浏览次数:次
摘要:文章主要以锅炉设备为例,针对锅炉设备的三个主要控制系统:锅炉汽包液位、蒸汽过热系统及锅炉燃烧系统,介绍和分析了几种常用的控制方案。
关键词:锅炉设备;锅炉汽包液位;蒸汽过热系统;锅炉燃烧系统;控制方案
中图分类号:TK223 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)02-0097-02
1 概述
根据生产负荷的不同需求,锅炉应提供不同压力和温度的蒸汽,同时,根据经济性和安全性的要求,使燃料完全燃烧和确保锅炉的安全生产。锅炉设备的主要控制系统有三个:锅炉汽包液位的控制、蒸汽过热系统的控制、锅炉燃烧系统的控制。
2 锅炉汽包液位的控制
2.1 单冲量液位控制系统
单冲量液位控制系统的原理图如图1所示。由图可知,它是一个典型的简单液位控制系统,它适用于停留时间较长、负荷变化小的小型低压锅炉(一般为10t/h以下)。
图1 单冲量液位控制系统
单冲量液位控制系统对于停留时间短、负荷变化大的系统,就不能适应了。当蒸汽负荷突然大幅度增加时,由于汽包内蒸汽压力瞬间下降,水的沸腾加剧,汽泡量迅速增加,形成汽包内液位升高的现象。因为这种升高的液位不代表汽包内贮液量的真实情况,所以称为“假液位”。这时液位控制系统测量值升高,控制器错误地关小给水控制阀,减少给水量,等到这种暂时的闪急汽化现象一旦平稳下来,由于蒸汽量增加,送入水量反而减少,将使水位严重下降,波动很厉害,严重时会使汽包水位降到危险区内,甚至发生事故。
产生“假液位”主要是蒸汽负荷量的波动,如果把蒸汽流量的信号引入控制系统,就可以克服这个主要干扰,这样就构成了双冲量液位控制系统。
2.2 双冲量液位控制系统
图2 双冲量液位控制系统
双冲量液位控制系统的原理图如图2所示。这是一个前馈-反馈控制系统。蒸汽流量是前馈量。借助于前馈的校正作用,可避免蒸汽量波动所产生的“假液位”而引起控制阀误动作,改善了控制质量,防止事故发生。
双冲量液位控制系统的弱点是不能克服给水压力的干扰,当给水压力变化时,会引起给水流量的变化。所以一些大型锅炉则把给水流量的信号也引入控制系统,以保持汽包液位稳定。这样,作用控制系统共有三个参数的信号,故称为三冲量控制系统。
双冲量液位控制系统适用于给水压力变化不大,额定负荷在30t/h以下的锅炉。
2.3 三冲量液位控制系统
三冲量液位控制系统如图3所示。它是一个前馈-串级控制系统。蒸汽流量作为前馈信号,汽包水位为主变量,给水流量为副变量。
图3 三冲量液位控制系统
3 过热蒸汽系统的控制
目前广泛选用减温水的流量作为操纵变量,但是该通道的时滞和容量滞后太大。如果以蒸汽温度作为被控变量,控制减温水的流量组成简单控制系统,往往不能满足生产上的要求。因此,应采用以减温器出口温度为副变量的串级控制系统,如图4所示,这对提前克服如蒸汽流量、减温水的流量和温度等干扰因素是有利的,可以减少过热蒸汽温度的动态偏差,提高过热蒸汽温度的控制质量。
图4 过热蒸汽温度串级控制系统
过热蒸汽温度控制有时还采用双冲量控制系统,如图5所示。这种方案实质上是串级控制系统的变形。
图5 过热蒸汽温度双冲量控制系统
4 锅炉燃烧系统的控制
锅炉燃烧系统的自动控制基本任务是使燃料燃烧时产生的热量,适应蒸汽负荷的需要。由于汽包本身为压力容器,它输出蒸汽的压力受到它所带的汽轮机和其他设备条件的限制,所以锅炉燃烧系统的自动控制有三个主要作用:
(1)维持锅炉出口蒸汽压力的稳定。当负荷受干扰影响而变化时,通过控制燃料量使之稳定。
(2)保持燃料量和空气量按一定配比送入,即保持燃料燃烧良好。
(3)维持炉膛负压不变,应该使排烟量与空气量相配合。负压太小,炉膛容易向外喷火,影响环境卫生、设备和工作人员的安全;负压太大,会使大量冷空气漏进炉内,从而使热量损失增加,降低燃烧效率。一般炉膛应保持-2mmH2O左右的
负压。
5 结语
本文主要以锅炉设备为例,针对锅炉设备中的三个主要控制系统:锅炉汽包液位、蒸汽过热系统及锅炉燃烧系统,分别介绍了几种常用的控制方案,并且着重分析了这些控制方案各自的特点、适用场合以及选取过程。
参考文献
[1] 施仁,等.自动化仪表与过程控制[M].北京:电子工业出版社.
[2] 金以慧.过程控制[M].北京:清华大学出版社.
作者简介:蔡静,包头轻工职业技术学院自动化学院助教,硕士,研究方向:控制理论与控制工程。
(责任编辑:秦逊玉)
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