《自动化与仪器仪表》２００８年第６期（总第１４０期）
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盐城工学院院级基金项目：ＸＫＹ２００７０６４
收稿日期：２００８－０５－２８
锅炉汽包水位控制策略研究＊
张松兰，何坚强，李先锋
（盐城工学院电气工程学院 江苏盐城 ，２２４００３）
摘 要：汽包水位的控制以前大多采用常规ＰＩＤ控制方式，其控制参数是固定不变的，不能进行在线调整。对现行的先进汽包水位控制如自适应控制、专家控制、遗传算法、模糊控制、神经网络及其组合方式进行了分析和总结，在常规ＰＩＤ控制中加入智能控制，可提高汽包水位控制的效果和质量。
关键词：模糊控制；专家控制；遗传算法；神经网络；汽包水位
Abstract: Currently, most drum levels are controlled by conventional PID, and their parameters are fixed and can’t be adjusted on line. Advanced control methods have been analyzed and summed up , such as adaptive control and expert control and genetic algorithm and fuzzy control and neural network and their compound control Combined intelligent control with tradi-tional control, the effect and quality of drum’s level can be greatly improved.
Key words: Fuzzy control ; Expert control ; Genetic algorithm ; Neural network ; Drum’s level 中图分类号：ＴＰ２７３．＋４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－９２２７（２００８）０６－０００１－０４
０ 引 言
在火力发电厂的热工控制系统中，锅炉汽包水位间接地反映了锅炉负荷与给水平衡的关系，是发电机组锅炉运行的主要控制参数之一。水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，从而增加过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢，甚至因水冲击而损坏汽轮机叶片；水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁的破裂。因此，维持汽包水位是保持汽轮机和锅炉安全运行的重要条件。１ 汽包水位经典控制策略
汽包水位控制的目的是要克服锅炉负荷变化所引起的“虚假液位”的影响和各种干扰对水位的影响，维持汽包水位在允许的范围内变化。在工业汽包水位的自动控制中，针对不同的控制信号有单冲量控制系统、双冲量控制系统和三冲量控制系统。１．１ 单冲量控制系统
单冲量水位控制系统以汽包水位作为唯一的控制信号，单冲量水位控制系统由汽包、变送器、调节器、执行器及调节阀等组成。这是一种典型的单回路定值控制系统。对于水在汽包内的停留时间较长，且负荷又比较稳定的情况，“虚假水位”现象不严重，采用单冲量控制系统，进行ＰＩＤ调节一般就能满足生产要求。然而，在其它的场合，尤其是在水停留时间较短，且负荷变化较大的锅炉中，由于控制作用缓慢不能及时克服干扰，采用单冲量控制系统就不太合适。１．２ 双冲量控制系统
双冲量控制系统是以锅炉汽包水位测量信号作为主控
信号，以蒸汽流量信号作为前馈信号构成的“前馈－反馈”控制系统。引入蒸汽流量来校正不仅可以补偿“虚假水位”所引起的误动作，而且能使给水调节阀的动作及时，从而提高控制质量。但这里的前馈仅为静态前馈，若要考虑两条通道在动态上的差异，则还需要引入动态补偿环节。在给水压力比较平稳时，采用双冲量控制就能达到控制要求。１．３ 三冲量控制系统
三冲量锅炉汽包给水自动控制系统，是以汽包水位为主控制信号，蒸汽流量为前馈控制信号，给水流量为反馈控制信号组成的控制系统。当负荷（蒸汽流量）突然发生变化，蒸汽流量信号能使给水调节阀一开始就向正确方向移动，即当蒸汽流量增加时，给水调节阀开大，抵消了由于“虚假水位”引起的反向误动作。当水压变化使给水流量改变时，调节器能迅速消除干扰。如给水流量减少，调节器立即根据给水流量减少的信号，开大给水阀，从而使给水量保持不变。另外，给水流量信号也是调节器动作后的反馈信号，能使调节器及时知道控制信息，所以使用三冲量控制系统，能使调节器动作加快，还可以避免调节过量，减少水位波动，防止失控。系统方框图如图１所示。
图１ 三冲量控制系统方框图
从系统方框图可以看出，三冲量水位控制系统有两个闭合回路：一个是由给水流量、给水变送器、调节器和调节阀组成的内回路；另一个是由汽包水位对象和内回路构成的主回路。蒸汽流量及其蒸汽变送器未包含在这两个闭合回路之内，但它的引入可以改善控制质量，且不影响闭合回路工作的稳定性。所以三冲量控制的实质是前馈加反馈的控制系统。三冲量控制系统相对单冲量和双冲量控制系统，其控制品质最好，能有效地满足系统对快速性、稳定性、准确性的要求。
２ 先进控制策略
目前，在汽包水位控制策略上已形成了单冲量、双冲量和三冲量等多种成熟控制方法，但采用常规的ＰＩＤ串级控制很难取得满意的控制品质。此外，“虚假水位”现象也使得传统的控制方案不能很好地解决问题，使用一些智能控制，如预测控制、神经网络控制等，则会使系统结构变得复杂，一些参数也难以确定，不易于工程应用。因此，迫切需要研究新的结构和算法简单且鲁棒性强的先进控制方案。
２．１ 自适应逆控制
（１）自适应ＬＭＳ滤波器
自适应滤波理论是自适应逆控制的基础。自适应滤波器可用于对象建模、对象的逆建模及对象扰动的消除。基本思想是选择一个数字滤波器，将同一个输入同时加到自适应滤波器和待建模位置系统上，使用一个自适应算法来调节自适应滤波器的权系数使均方误差最小。
对于自适应逆控制，未知对象是以脉冲响应函数形式出现的。当输入信号统计特性充分时，对一个ＦＩＲ（有限长脉冲响应）自适应滤波器施加同样的输入信号，利用未知对象与滤波器的输出偏差来训练权系数，使其逼近对象，得到的自适应滤波器用来消除扰动和计算逆控制器。当对象的输入统计特性不充分的时候，会产生对象与滤波器之间的失配。为了克服这种困难，可以在对象输入中加入抖动信号。
（２）自适应逆控制实现方法
在采样周期内利用抖动信号和通过具体算法求取建模滤波器，然后在同一个采样周期内将得到的建模滤波器复制分别代入到离线过程中，求取相应的控制器和扰动消除器，得到的控制器可以看作是参考模型与建模滤波器复制逆的乘积；而得到的扰动消除器可以看作是建模滤波器的逆。同时在同一采样周期内将控制器和扰动消除器复制到汽包水位自适应逆控制系统中，进行实际的控制和扰动消除。蒸汽流量扰动和给水扰动都作为对象输出端扰动。随着自适应过程的进行，建模滤波器迅速逼近汽包水位对象，就可以把建模滤波器看作是汽包水位对象，此时由离线过程得到的逆控制器就可以看作是参考模型和汽包水位对象逆的乘积；而扰动消除器就可以看作是汽包水位对象的逆。将此时的逆控制器和扰动消除器代入到系统中，就会使得汽包水位对象输出完全跟踪参考模型的输出，并且很好地消除蒸汽流量以及给水扰动。
自适应过程不断跟踪对象的变化，即使对象失配，建模滤波器也会很快地再次逼近变化后的汽包水位对象，并调整控制器和扰动消除器，重新恢复到理想控制性能。
２．２ 专家控制
随着计算机技术的发展，人们利用人工智能的方法将操作人员的调整经验作为知识存入计算机中，根据现场的实际情况计算机能自动调整控制器参数，这样就出现了专家ＰＩＤ控制器。该控制器把古典的ＰＩＤ控制与先进的专家系统相结合，实现系统的最佳控制。专家ＰＩＤ控制的实质是基于受控对象和控制规律的各种知识，并以智能的方式利用这些知识来设计控制器，利用专家的经验来设计ＰＩＤ参数便构成专家ＰＩＤ控制。专家控制器根据汽包水位的偏差及偏差变化率的变化制定规则表，选用合适的控制器参数值，由控制及专家根据系统动态所整定的参数值预先以表格或规则形式存入专家控制器的规则库中。实际运行时根据系统的实际偏差及偏差变化率调用专家控制器的规则库，确定相应的控制器实现汽包水位的控制。
２．３ 模糊控制
模糊控制作为以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，它已经成为目前实现智能控制的一种重要而有效的形式，已被广泛运用于人们的生产和生活的各个领域。它是一种基于规则的控制，系统的鲁棒性强、干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱， 适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。
图２ 汽包水位模糊控制系统框图
汽包水位模糊控制系统框图如图２所示。图中，汽包模糊控制系统主要由模糊控制器、输入输出接口、传感器、调节阀和汽包构成。其中，模糊控制器是水位控制系统的核心部分，模糊控制器的控制规则由计算机程序实现，通过采样获取被控制量的精确值，然后与给定量比较得到偏差信号作为模糊控制器的输入量。把偏差信号的精确量模糊化后变成模糊量，用模糊语言来表示。为了对水位施加精确的控制，
尤其
锅炉汽包水位控制策略研究 张松兰，
等
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还需要将模糊量转化为精确量，即图中的非模糊化处理。输入输出接口从汽包获取数字信号量，并将模糊控制器决策的输出数字信号，经过数模转换转变为模拟信号，然后送给调节阀并作用于汽包，实现汽包水位的控制。
模糊控制器的设计步骤为：（１）确定模糊控制器的输入变量（汽包水位的偏差和偏差变化率）和输出变量（即控制量）；（２）设计模糊控制器的控制规则；（３）进行模糊化处理和去模糊化（或称清晰化的方法）；（４）选择模糊控制器的输入及输出变量的论域并确定模糊控制器的参数；（５）编制模糊控制算法的应用程序，并合理选择模糊控制算法的采样时间。２．４ 遗传算法
遗传算法ＧＡ（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）是基于自然选择和自然遗传机制的搜索算法，它是一种有效的解决最优化问题的方法，类似于自然界演化的基本法则，适者生存是遗传算法的核心机制。同样，复制、交叉和变异等自然界的生物演化规则在遗传算法中都得到类似的体现。
ＧＡ的优化过程为用遗传算法解最优化问题，首先应对可行域中的个体进行编码，然后在可行域中随机挑选指定群体大小的一些个体组成作为进化起点的第一代群体，并计算每个个体的目标函数值，即该个体的适应度。然后利用选择机制从群体中随机挑选个体作为繁殖过程前的个体样本，选择机制保证适应度较高的个体能够保留较多的样本；而适应度较低的个体则保留较少的样本，甚至被淘汰。在繁殖过程中，遗传算法提供了交叉和变异两种算法对挑选后的样本进行交换和基因突变。交叉算法交换随机挑选的两个个体的某些位，变异算子则直接对一个个体中的随机挑选的某一位进行突变。这样通过选择和繁殖就产生了下一代群体。重复上述选择和繁殖过程，直到结束条件得到满足为止。进化过程最后一代中的最优解就是用遗传算法解最优化问题所得到的最终结果。
汽包水位的遗传算法预测自整定ＰＩＤ控制系统结构图如图３所示。遗传算法首先进行离线学习，然后再接入到控制系统中。汽包水位的最优预测的设计将锅炉汽包水位的传递函数离散化后，用差分方程表示。染色体编码方法采用二进制编码。选取适当的适配值函数通过复制、交叉和变异总是将适配值高的个体保留下来，以利于对控制系统的参数进行整定和优化。２．５复合控制
（１）模糊神经网络控制
模糊控制与神经网络控制是近年来发展速度较快的控制方法，这两种方法都不依赖于控制对象的精确数学模型，且具有良好的控制效果和抗干扰性。但模糊系统的模糊规则和隶属函数等设计参数只能依靠经验来选择，很难自动设计
和调整， 因而缺乏自学习性与适应性。而神经网络控制虽然具有较强的适应和学习功能，但不具备处理不确定信息的功能。模糊神经网络控制结合了模糊控制与神经网络控制的优点，用神经网络来构造模糊系统，即利用神经网络的学习方法和任意非线性表达能力，根据输入输出样本来自动设计和调整模糊系统的设计参数，这种控制器不仅可以在线调整ＰＩＤ参数，而且可以通过自学习能力找到一组最优的控制器参数。
图３ 汽包水位的遗传算法控制系统结构图
两者融合有两种方式：一种是用神经网络实现模糊推理即构成自适应神经元模糊推理系统，它将模糊控制的模糊化、模糊推理和反模糊化三个基本过程全部用神经网络实现。另一种是在传统神经网络中增加一些模糊成分即构成模糊神经网络（Ｆｕｚｚｙ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）。前一种方式的模糊神经网络是由神经网络结构实现模糊控制的算法，网络由输入层、模糊化层、模糊推理层及输出层构成。模糊推理层通过与模糊化层的连接来完成模糊规则的匹配，各个节点之间实现模糊运算。
（２）模糊免疫控制
人工免疫是智能信息处理系统的新兴研究领域，它是在研究生物免疫系统各种原理和机制的基础上发展起来的一种基于信息处理技术、计算技术的新型智能系统的统称。目前，人工免疫在网络入侵检测、机器人、控制、优化、模式识别、故障诊断和分类等工程和科学应用领域取得了一定的研究成果。其原理是当抗原进入机体并经周围细胞消化后，将信息传递给Ｔ细胞，即传递给ＴＨ细胞（辅助Ｔ细胞）和ＴＳ细胞（抑制Ｔ细胞），ＴＳ细胞用于抑制ＴＨ细胞的产生，然后刺激Ｂ细胞。经过一段时间后，Ｂ细胞产生抗体以消除抗原。当抗原较多时，机体内的ＴＨ细胞也较多，而ＴＳ细胞却较少，从而会产生较多的Ｂ细胞。随着抗原的减少，体内的ＴＳ细胞增多，它抑制了ＴＨ细胞的产生，则Ｂ细胞也随着减少。经过一段时间后，免疫反馈系统便趋于平衡。抑制机理和主反
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主程序的程序流程图见图６。
５ 结 论
该文论述的远程电器控制系统以单片微处理器为核心，利用家庭现有的电话网络完成了家用电器的自动控制，不需
图６ 主程序流程图另建通信控制网络，节约了成本。通过电话拨号系统自动摘机，在语音提示下完成家用电器的远程通断控制和状态查询，操作过程需要密码验证，较好地避免了电话正常使用时对家用电器的误操作，实现了家电控制的智能化，给家庭生活带来了极大的舒适和方便，具有较高的实际应用价值。随着人民物质文化生活水平的不断提高，该系统必将进入越来越多的家庭，具有广阔的推广应用前景。
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馈机理之间的相互协作，是通过免疫反馈机理对抗原的快速反应和稳定免疫系统完成的。
基于现场操作经验，采用模糊控制和免疫控制相结合的思路，构造了一种模糊免疫控制方法。根据输入量确定隶属度函数和模糊免疫控制规则计算出对应的控制量来控制锅炉的汽包水位，使得锅炉水位即使在扰动幅度较大的情况下仍能保持自控，能获得良好的控制效果。
３ 结 论
目前，国内外汽包水位控制策略采用三冲量控制和模糊控制，其中模糊控制主要是朝智能化方向发展，表现在模糊控制与其他智能控制的结合，如采用遗传算法优化模糊控制和模糊神经网络等。主要解决的问题是规则的完整性、规则的优化和控制系统的稳定性等。本文阐述的各种汽包水位控制策略各有优缺点，对国内外现行汽包水位控制策略进行了分析和总结，为开发锅炉汽包水位先进控制策略奠定了有意义的基础。
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远程智能电话控制器的设计 吴清收
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摘要 汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。PLC技术的快速发展使得PLC 广泛应用于过程控制领域并极提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。 本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。 关键词：汽包水位、三冲量控制、PLC、PID控制
ABSTRACT The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both high and low steam drum water level may lead to extremely serious consequence; therefore it must be strictly to be controlled. With the rapid development of PLC technology, it can widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC has already become the essential important equipment in automatic control domain. Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. PID parameters are regulated by engineering regulation method, and simulation study is done. According to the needs of control, the selection of control requirements hardware and system hardware design as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed. Key words:Steam drum water level、Three impulses control、PLC、PID control
汽包水位三冲量给水调节系统 1、所谓冲量，是指调节器接受的被调量的信号； 2、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成； 3、在汽包水位三冲量给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，如图所示。其中，汽包水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量信号qm.S是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号qm.w作为介质反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。 4、在大、中型火力发电厂锅炉汽包水位的变化速度比较快，“虚假水位”现象较为严重，为了达到生产过程中对汽包水位调节的质量要求，因而广泛采用了三冲量汽包水位调节系统。
5、关于测量信号接入调节器的极性说明：当信号值增大时要求开大调节阀，该信号标以“”号；反之，当信号值减小时要求关小调节阀，该信号标以“－”号。在给水调节系统中，当蒸汽流量信号增大时，要求开大调节阀，该信号标以“”号；给水流量信号增大时，要求关小调节阀，该信号标以“－”号；当汽包水位升高时，差压减小，水位测量信号减小，要求关小调节阀，则该信号标以“”号。 直流炉没有三冲量啊，没有汽包，在直流状态下给多少水就产生多少汽的，是通过中间点温度来调整锅炉燃水比的！ 单冲量三冲量切换条件：一般用给水流量来划分，小于200t/h（30%,我们300MW机组就是这样）时为单冲量，大于则为三冲量 为啥要到30％负荷时，电泵由单冲量切到三冲量啊？要防止汽包的虚假水位。在低负荷的时候，单冲量主要是给系统上水，在高负荷时，给水的任务就是维持汽包水位。
浙江省火电厂锅炉汽包水位测量问题分析及改进 孙长生1，蒋健1，刘卫国2，丁俊宏1，王蕙1 （1.浙江省电力试验研究院，杭州市，310014；2.国华浙能发电有限公司，浙江省宁波 市，315612） 摘要：汽包水位是表征锅炉安全运行的重要参数。由于配置、安装、运行及维护不当等因素，导致汽包水位测量系统存在测量值与实际值不符的情况，影响机组安全、经济、稳定运行。本文对浙江省火电厂汽包水位测量、水位保护投入状况进行现场调查，总结存在的问题，分析问题产生的原因，探讨并提出消除或减少这些问题的技术改进措施，供同行参考。 关键词：汽包水位测量；偏差分析；技术措施；锅炉；水位保护；水位计 doi：10.3969/j.issn.1000-7229.2010.10.000 Analysis of Running Status and Research of T echnical Proposal to the Drum Water Level Measurement Systems of Zhejiang Fired Power Plant SUN Chang-sheng1，JIANG Jian1，LIU Wei-guo2，WANG Huo （1．Zhejiang Provincial Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China；2．Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co. Ltd.，Ningbo 315612，Zhejiang Province， China） ABSTRACT：Because of many reasons during installment, operation and maintenance, the drum water level measurement systems often have been found the difference between the observed value and the actual value, that seriously affectes unit's stable operation.This article has investigated many power plants in the Zhejiang Province closely, surveyed the situation of the drum water level measurement and the water level protection conditions of Zhejiang fired power plant, and has gived useful suggestion.of the reference water column. KEYWORDS：drum water level measurement；warp analysis；technical proposal；boiler；water level protection；water level meter 0 引言 汽包水位是表征锅炉安全运行的重要参数，其测量的准确性与其偏差问题（以下简称“水位测量问题”）的解决，是一直困扰火电机组热工测量与安全、经济运行的难题。针对水位测量问题，在浙江省内火电厂进行了专题调查，就存在的水位测量问题进行了深入的专题探讨，提出了提高汽包水位测量系统运行可靠性的改进意见，供同行参考。 1 存在的主要问题 1.1 模拟量测量信号系统存在的问题 目前浙江省蒸发量为400 t/h及以上的汽包炉共有57台，这些锅炉运行中模拟量测量信号系统存在的主要问题包括以下几方面： （1）测量显示偏差。不同测量变送器显示的示值不一致，两侧显示偏差高的超过100 mm，即使是同侧偏差，有时也高达几十mm，且随着机组负荷的变化而不同，难以找出其变化规律。 （2）逻辑故障判断功能不完善。一些机组不具备《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》（请核实是否修改正确）中的汽包水位信号故障后的逻辑判断自动转换功能、水位和补偿用的汽包压力信号坏信号判别功能。 （3）共用测量孔。由于汽包上给出的取样孔不足，因此存在共用取样孔和平衡容器情况，未能做到全程独立。
西安建筑科技大学课程设计（论文）任务书 专业班级： 自动化1002 学生姓名： 马千云 指导教师（签名）： 一、课程设计（论文）题目 锅炉汽包液位控制 二、本次课程设计（论文）应达到的目的 本次课程设计是自动化专业学生在学习了《计算机控制技术与系统》和《过程控 制及仪表》两门专业必修课程及《单片机原理与应用》、《可编程控制器》等相关专业 选修课程之后进行的一次全面的综合训练，其主要目的是加深学生对计算机控制技术 相关理论和知识的理解，进一步熟悉计算机控制系统工程设计的基本理论、方法和技 能；掌握工程应用的基本内容和要求，整合各专业课程的理论知识和方法，做到理论 联系实际；培养学生分析问题、解决问题的能力和独立完成系统设计的能力，并按要 求编写相关的设计说明书、技术文档和总结报告等。 三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术 参数、设计要求等） 锅炉汽包液位的阶跃响应曲线数据如下表所示，控制量阶跃变化5u ?=。试根据 实验数据设计一个超调量 25%p δ≤的无差控制系统。 具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）； （3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；
对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 （4）撰写课程设计报告一份，要求字数3000～5000字。 四、应收集的资料及主要参考文献： 1．王再英等.过程控制系统与仪表.机械工业出版社,2006 2．潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术.高等教育出版社,2001 3．王锦标.计算机控制系统.清华大学出版社,2008 五、审核批准意见 教研室主任（签字） 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。 锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格
汽包水位控制原则及调整 一、汽包水位调节原则 1在负荷较低时，主给水电动门未开，由给水旁路阀控制汽包水位。当主蒸汽达到要求流量，全开主给水电动门，全关给水旁路阀。反之，当主蒸汽减少到要求流量且持续一定时间后，将旁路给水阀投自动，关主给水电动门，给水由主路切换到旁路。 2锅炉汽包水位的调节是通过改变主给水调节阀的开度或给水泵的转速，在机组负荷小于25％时，采用单冲量调节；当机组负荷大于25%后，给水切换为三冲量调节，此时通过控制汽泵转速控制汽包水位，电泵备用。单冲量，三冲量调节器互为跟踪，以保证切换无扰。 3锅炉正常运行中，汽包水位应以差压式水位计为准，参照电接点水位计和双色水位计作为监视手段，通过保持给水流量，减温水流量和蒸汽流量之间的平衡使汽包水位保持稳定。 4为了保证汽包水位各表计指示的正确性，每班就地对照水位不少于一次，同类型水位计指示差值≯30mm。 5两台汽动给水泵转速应尽可能一致，负荷基本平衡。 6两台汽动给水泵及一台电动给水泵均可由CCS自动调节水位，正常情况下汽包水位调节由自动装置完成，运行人员应加强水位监视。 7当汽包水位超过正常允许的变化范围，且偏差继续增大时应及时将自动切至手动方式运行。手动调整时幅度不可过大，应防止由于大幅度调节而引起的汽包水位大幅度波动和缺、满水事故。 8经常分析主蒸汽流量、给水流量、主汽压力变化规律，发现异常及时处理。 二、遇有下列情况时应注意水位变化(必要时采用手动调节) 1给水压力、给水流量波动较大时； 2负荷变化较大时； 3事故情况下； 4锅炉启动、停炉时； 5给水自动故障时； 6水位调节器工作不正常时； 7锅炉排污时； 8安全门起、回座时； 9给水泵故障时； 10并泵及切换给水泵时； 11锅炉燃烧不稳定时。 三、给水控制系统（CCS控制） 1本机组装有两台50%汽动调速给水泵和一台30%电动调速泵。
锅炉汽包水位的变化及控制 [摘要]对影响汽包水位变化的因素进行了全面分析，针对机组在启动过程中及机组事故过程中水位的变化特点，提出了合理的汽包水位控制方案，从而进一步保证了机组的运行安全。 【关键词】汽包水位；给水流量；蒸汽量；自动调整 前言 沙角A电厂＃4、5机组的锅炉为亚临界压力一次中间再热控制循环汽包炉，正压直吹式制粉系统，锅炉最大连续蒸发量1025T/H，是上海锅炉厂引进美国CE公司技术生产的。锅炉采用两台汽动给水泵及一台电动给水泵上水，给水系统流程如下： 汽包水位是锅炉正常运行中最主要的监视参数之一。水位过高过低都可能造成设备损坏事故，影响机组安全。运行中，必须加强对汽包水位的监视和调整。我厂#4、5炉汽包水位的控制范围：正常值:0±50mm，报警值:＋127/－178mm，跳闸值(MFT): +320/－380mm。 1. 影响汽包水位变化的因素 锅炉在运行中，汽包水位是经常变化的，引起汽包水位发生变化的原因主要是锅炉的外扰和内扰。当出现外扰和内扰时，将使蒸发设备的物质平衡关系(即蒸发量与给水量之间的平衡关系)发生破坏，或者工质状态发生变化(当锅炉压力变化时，水和蒸汽的比容发生变化)，从而造成汽包水位发生变化。汽包水位变化的剧烈程度，不仅与扰动量的大小有关，而且还与扰动速度有关。影响汽包水位变化因素主要有： 1.1锅炉负荷的变化汽包水位的变化与锅炉负荷(蒸发量)的变化有密切关系，因为蒸汽是从给水进入锅炉以后逐渐受热汽化而产生的。当负荷变化时，蒸发受热面中水消耗量发生变化，必然引起汽包水位的变化。当负荷增加时，如果给水量不变或增加不及时，则蒸发设备中的水量逐渐被消耗，其最终结果将使水位下降；反之，水位上升。所以水位变化的幅度反映了锅炉蒸发量与给水量之间平衡关系相称程度。当外界负荷突增或突减时，会引起锅炉汽压骤变，汽包水位会出现虚假水位，若安全门动作又会使水位升高。所以，当负荷骤变时，必须严密监视水位，预防水位事故的发生。 1.2燃烧工况的变化燃烧工况的改变对水位的影响也很大。在外界负荷及给水量不变的情况下，当燃料量突然增加，水位暂时升高而后下降；燃料突减，水位暂时降低而后升高。因此，水位波动的大小取决于燃烧工况改变的强烈程度以及运行调节的及时性。 1.3给水压力的变化给水压力变化时，将使给水流量发生变化，从而破坏了给水量与蒸发量的平衡，引起水位变化。给水压力波动过大，将使给水自动调节器失调。水压过低，则汽包进水困难，若给水压力低于汽包压力，给水将无法进入汽包，会造成锅炉严重缺水。给水泵故障、给水管道破裂、给水门故障等均能使给水压力降低，故应对给水压力和给水流量严加监视，注意控制给水流量与蒸汽流量相适应。 1.4锅炉汽水管泄漏或下联箱放水门误开锅炉受热面管损坏(如水冷壁管泄漏、省煤器泄漏等)，将消耗大量的蒸汽和水，如果负荷过大给水不能满足要求时，将造成汽包水位的逐渐下降，如果损坏严重将会造成锅炉严重缺水。锅炉下
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锅炉汽包水位控制系统设计 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动态性能 指标 8.总结实验课程设计的经验和收获
过程控制系统实验报告............................... - 0 -第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理............ - 3 - 1.1概述............................................ - 3 - 1.2锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................ - 3 - 1.3锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - ............... - 5 - 2.1 对被控对象进行特性分析 ............................ - 5 - 2.2汽包水位控制系统方框图和流程图..................... - 5 - 2.2.1液位控制系统的方框图.................................. - 5 - 2.2.2液位控制系统的方案图.................................. - 6 - 2.3选择被控参数和被控变量............................. - 6 - 2.4选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 ......... - 7 - 2.4.1传感器、变送器选择 ..................................... - 7 - 2.4.2执行器的选择........................................... - 8 - 2.4.3关于给水调节阀的气开气关的选择。 ....................... - 8 - 2.4.4 关于给水调节阀型号的选择。............................. - 8 - 2.4.5 给水流量蒸汽流量..................................... - 8 - 2.5 四个环节的工作形式对控制过程............................... - 8 - ................................... - 10 - 3.1对控制进行PID控制.......................................... - 10 - ........................................... - 11 -
300MW锅炉汽包水位的调整 锅炉汽包水位的调整直接关系到整个机组的运行安全，调整操作不当将造成两种事故，一种是汽包满水事故（高三值锅炉MFT，机组掉闸），严重超过上限水位，使蒸汽带水严重，温度急剧下降，发生水冲击，损坏蒸汽管道和汽轮机组；另一种是汽包缺水事故（低三值锅炉MFT）；即水位低于能够维持锅炉正常水循环的水位，蒸汽温度急剧上升，水冷壁管得不到充分的冷却而发生过热爆管。 1 汽包水位的变化机理 1.1 锅炉启动过程中的汽包水位变化 锅炉点火初期，由于冷风带走的热量和燃油燃烧释放的热量相等，汽包水位无大的变化，当0.8t/h或1.7t/h的油枪增投至2支及以上时，炉水开始产生汽泡， 汽水混合物的体积膨胀 壁内水循环流速加快后，大量汽水混合物进人汽包进行分离，饱和蒸汽进入过热器，使汽包水位开始明显下降。当到达冲转参数(主蒸汽压力3.5-4.2 MPa,主蒸汽温度320-360℃)、关闭30%旁路的过程中，蒸发量下降，很多已生成的蒸汽凝 结为水，汽水混合物的体积缩小，促使汽包水位迅速下降 这时在给水量未变的情况下由于锅炉耗水量下降汽包水位会迅速回升。在挂 闸冲转后水位的变化相反。机组并网后负荷50 -70MW给水主、旁路阀切换时，由于给水管路直径的变大使给水流量加大，汽包水位上升很快。其它阶段只要给水量随负荷的上升及时增加，汽包水位的变化不太明显。 1.2 引风机、送风机、一次风机、磨煤机跳闸后汽包水位变化 上述四大转动机械任意1台跳闸，相当于锅炉内燃烧减弱，水冷壁吸热量减少， 汽泡减少，炉水体积缩小1台引风 机后的10S内，给水自动以2 t/s的速度增加，汽包水位下降速率仍然高达 5-6mm/s。同时，汽压下降，饱和温度降低，炉水中汽泡数量又增加，水位又上 升， 1.3 高加事故解列后汽包水位变化 高加事故解列，即汽轮机的一、二、三段抽汽量突然快速为0。对于锅炉而言， 1.4 突然掉大焦和一次风压突升后汽包水位变化
影响汽包水位的因素主要有两个方面，一是给水流量的扰动导致的水位变化，另一个是蒸汽流量的变化导致的汽包水位变化。 在通常情况下，增加给水流量，水位应该是增加的，但是由于给水温度低于汽包内饱和水的温度，给水吸收了原有饱和水中的部分热量使水面下气泡容积减小，所以扰动初期水位不会立即升高。当水面下气泡容积的变化过程逐渐平衡，水位就反映出汽包中储水量的增加而逐渐上升的趋势，最后当水面下气泡容积不再变化时，由于进、出物质的不平衡，水位将以一定的速度直线上升。图1中曲线H1为不考虑水面下气泡容积变化，仅考虑物质不平衡时水位变化曲线，为积分环节的特性曲线；H3为不考虑物质不平衡关系，只考虑给水流量变化时，水面下气泡容积变化所引起的水位变化，可以认为是惯性环节的特性。在给水流量扰动下实际水位的变化曲线H2可以认为是H1和H3的合成。因此，水位控制对象的动态特性表现出有惯性的无自平衡能力的特点。 图1 给水流量对汽包水位的影响 图2 蒸汽流量对汽包水位的影响
蒸汽流量的扰动主要来自汽轮机发电机组的负荷变化。如图2所示，当蒸汽流量突然阶跃增大时，如果仅从物质平衡角度来看，这时蒸发量大于给水量，且汽包水位对象是无自平衡能力的，水位曲线如H1所示。但实际水位如H2所示，是先上升再下降，这种现象被称为“虚假水位”现象，当负荷突然减少时，水位反而先下降再升高。产生虚假水位的原因是当锅炉蒸发量突然增加时，汽包水下面的气泡容积也迅速增大，即锅炉的蒸发强度增加，从而使水位升高。但蒸发强度的增加是有一定限度的，其气泡容积增大而引起的水位变化如图中的H3，当气泡容积与负荷适应而不再变化时，水位的变化就仅由物质平衡关系来决定了，这时水位就随负荷的增大而降低。因此，实际水位的变化曲线H2是H1和H3的合成。虚假水位变化的幅度与锅炉的气压和蒸发量变化的大小有关。 图3 炉膛热负荷变化对汽包水位的影响 此外，炉膛热负荷扰动对汽包水位的影响也是很大的(见图3)。此处的热负荷主要指的是燃烧率的扰动，例如燃料量的增加使炉膛负荷增强，从而使锅炉蒸发强度增大。若此时汽轮机负荷尚未增加，锅炉出口压力提高，蒸汽流量也相应增加，这样蒸汽流量大于给水流量，水位应该下降，但是蒸发强度增大的同时也使得水面下气泡容积增大，因此也会出现虚假水位现象。在这种情况下，蒸汽流量增加的同时气压也增大了，因而气泡体积的增加比蒸气流量扰动时要小一些，但持续时间长。
锅炉汽包液位课程 设计
天津城建大学 课程设计任务书 - 第 2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级电气12班姓名：学号： 课程设计名称：过程控制 设计题目：锅炉汽包液位控制 完成期限：自年 6 月 20 日至年 6 月 26 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 加热炉出口温度控制系统，测取温度对象的过程为：当系统稳定时，在温度调节阀上做3%变化，输出温度记录如下： 试根据实验数据设计一个超调量25% δ≤的无差控制系统。具体要 p 求如下： （1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）； （3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。
二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型 （12）设计思路 三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社， [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社
[3] 过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：年月日 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，当前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安
汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上， 即三个被控变量对应一个调节器。 工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰， 使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。 锅炉汽包水位三冲量调节系统是火电厂锅炉核心控制之一。汽包水位三冲量调节系统的给水调节阀动作频繁，锅炉水位对给水调节阀执行机构的动作比较敏感，稍有不慎就可能出现严重的危险情况，汽包水位三冲量调节系统关系到整个机组的安全运行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过低，会造成锅炉“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。汽包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统运行要平稳。 目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成熟，但在实际锅炉运行中会各种原因导致水位自动调节系统投入困难，甚至自动不能投入。这种现象让人对串级三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。为此云润与大家交流运用心得，对级三冲量调节系统进行定性分析，并对一些异常情况的处理办法进行探讨。 1、水位三冲量调节控制策略 汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。 汽包水位作为主调（PID调节器）的输入信号，去抑制水位本身的偏差。副调（外给定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰动和虚假水位。各种介绍汽包水位三冲量调节系统的书籍中，都有对传递函数的计算，这些计算对系统设计很重要。如果用经验调节法对于系统维护，则完全可以抛开理论计算。在此只对其物理意义进行定性思考和作一番揣测。 1.1?反馈信号 反馈信号指给水流量信号，也叫内扰。 水位三冲量调节系统中被调量发生变化的时候，PID 经过运算，去控制执行机构进行合理的动作，执行机构改变给水调节阀的开度，阀门控制介质变化，达到控制给水流量的目的。可是给水调节阀执行机构特性、水位三冲量调节系统的运行状况存在很多差异，这些差异主要有： （1）执行机构线性：执行机构改变开度后，流量随之改变的大小。 （2）执行机构死区：PID 输出每变化多少，执行机构才能动作一次。 （3）执行机构空行程：执行机构在改变动作方向的时候，改变多少开度，给水流量才发生变化（减去死区的值）。 （4）执行机构回差：执行机构进行开、关两个方向的动作的时候，流量变化不相等，这个流量变化绝对值的差叫回差。 （5）执行机构及阀门的特性曲线改变：阀门线性改变，阀门每变化1%，流量变化量与以往不同。 （6）水位三冲量调节系统软故障：偶尔发生的系统故障使得给水流量变化不均匀，或者时有停顿。 （7）系统介质参数发生变化：指因给水压力、蒸汽压力变化导致给水流量变化。
锅炉汽包水位控制系统的设计
过程控制系统实验报告 专业 xxxxxx 班级 xxxxxxxxx 学生姓名 xxxxxx 学号 xxxxxxxx 锅炉汽包水位控制系统设计
一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性 能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要 满足动态性能指标 8.总结实验课程设计的经验和收获
过程控制系统实验报告................................................ 错误!未定义书签。第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 ........ 错误!未定义书签。 1.1 概述.............................................................. 错误!未定义书签。 1.2 锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................... 错误!未定义书签。 1.3 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................... 错误!未定义书签。第二章锅炉汽包水位控制系统的方案设计 ................. 错误!未定义书签。 2.1 对被控对象进行特性分析 ................................ 错误!未定义书签。 2.2汽包水位控制系统方框图和流程图................. 错误!未定义书签。 2.2.1 液位控制系统的方框图.......................... 错误!未定义书签。 2.2.2 液位控制系统的方案图.......................... 错误!未定义书签。 2.3选择被控参数和被控变量................................ 错误!未定义书签。 2.4选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标错误!未定义书 签。 2.4.1传感器、变送器选择 .............................. 错误!未定义书签。 2.4.2执行器的选择.......................................... 错误!未定义书签。
虚假水位产生的原因及处理方法 一、虚假水位产生的原因 汽包水位变化不是由于给水量和蒸发量之间物料平衡关系破坏，而是由于汽包压力或燃烧工况突变引起工质密度、饱和温度等状态的改变，使水容积中汽泡数量发生变化，汽包水体积膨胀或收缩，造成汽包水位暂时升高或下降的现象，称为“虚假水位”。接着，由于不平衡的原因，会向相反方向变化，当调整给水量或燃料量后，水位会保持平稳正常。 影响汽包水位变化的主要因素有a、负荷变化b、燃烧工况变化，c、给水压力d、汽包相对容积e、设备泄露f、安全门动作g、锅炉灭火。下面针对负荷及燃烧工况变化这两种情况具体分析下虚假水位的形成及后续变化过程。 1、负荷变化引起的虚假水位 当机组负荷突然增加时，在燃烧和给水未调整前，汽压将迅速下降，造成炉水饱和温度下降，汽水混合物比容增大，体积膨胀，使水位上升，形成虚假水位，但此时给水流量并没有随负荷增加，因此在大量蒸汽逸出水面后，水位也将随之降低。因此当负荷突然增加时，汽包水位的变化是先上升后下降。反之，当机组负荷突然下降时，水位变化是先下降后上升。设备泄露、安全门动作引起的虚假水位，根本原因都是外界变化引起汽压变化，可按照负荷变化进行分析。 2、燃烧工况变化引起的虚假水位
燃料量突然增加，锅炉燃烧率和炉水汽化加强，汽包内汽水混合物比容增大，体积膨胀，使水位上升，形成虚假水位；但此时给水流量并没有增加，由于锅炉蒸发量的增加，水位也将随之降低。因此当燃烧加强时，水位变化是先上升后下降；反之，当燃烧减弱时，水位变化是先下降上升。锅炉灭火时，由于燃烧忽然停止，汽包中汽泡产量迅速减少，水位将瞬时下降。 二、虚假水位的处理方法 了解了虚假水位的形成原因后，就要求我们在操作中力求平稳，不要太急、太猛，避免出现燃烧及汽压大的波动。一旦出现虚假水位该如何处理呢？ 当锅炉出现虚假水位时，首先应正确判断原因，并对具体情况具体分析。如当负荷急剧增加而水位突然上升时，应明确，此时的水位上升现象是暂时的，从蒸发量大于给水量这一平衡的情况来看，很快就会下降，切不可减小进水，而应强化燃烧，恢复汽压，待水位开始下降时，马上增加给水量，使其与蒸汽量相适应，恢复正常水位。但是如果负荷上升的幅度较小，引起的水位变化幅度也很大，此时若不控制就会引起满水时，就应先适当减少给水量，以免满水，同时强化燃烧，恢复气压；当水位刚有下降趋势时，立即加大给水量，否则又会造成水位过低。也就是说，应做到判断准确，处理及时。
防止汽包锅炉缺满水技术措施示范文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
防止汽包锅炉缺满水技术措施示范文本使用指引：此解决方案资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 汽包锅炉汽包是蒸发受热面与过热受热面的分界面， 汽包水位是锅炉汽水流量是否平衡的标志。水位高于正常 运行水位的上限为满水，低于下限为缺水。大容量电站锅 炉汽包容积相对较小（计算表明一台600MW机组的汽包 上下水位间的容积等于8.4s与额定蒸发量的乘积），在高 加故障跳停、锅炉出力或负荷突变以致汽压骤变时，给水 自动控制装置的性能难，以满足维持水位的基本功能，汽 包水位便发生大幅度波动。汽包锅炉严重满水使汽温急剧 下降，危及汽轮机安全；严重缺水时水冷壁得不到应有的 冷却，膨胀不畅导致水冷壁变形甚至过热爆管，特别是亚 临界参数汽包炉蒸发受热面的循环倍率一般只有3~4，水 冷壁管出口处介质含汽量相当高，在异常工况下有发生第
300MW机组锅炉汽包水位调整技术的探讨 【摘要】阐述了300MW机组锅炉汽包水位的变化机理和锅炉汽包水位调整技术，对锅炉运 行过程中汽包水位的一些关键问题从不同角度进行了探讨，为运行人员提供了科学的操作依据、实践经验和技术支持。【关键词】锅炉水位调整 1、前言锅炉的汽包水位由于调整不当，将造成两种水位事故。一种是汽包满水事故，指锅炉 汽包水位严重高于汽包正常运行水位的上限值，使锅炉蒸汽严重带水，蒸汽温度急剧下降，发生水冲击，损坏管道和汽轮机组。另一种是汽包缺水事故，指锅炉水位低于能够维持锅炉正常水循环的水位，蒸汽温度急剧上升，水冷壁管得不到充分的冷却而发生过热爆管。这种事故的发生轻者造成机组非计划停运，严重时可造成汽轮机和锅炉设备的严重损坏。在机组正常启停和运行中通过科学的判断分析和正确的高水平的调整汽包水位，才能很好的防止恶性事故的发生和间接地降低发电厂的生产成本。 2、汽包水位的变化机理 2.1 锅炉启动过程中的汽包水位变化投入炉底部加热后，辅汽在炉 水中凝结成为炉水，使汽包水位缓慢上升。锅炉点火初期，由于冷风带走的热量和燃油燃烧释放的热量相等，汽包水位无大的变化。当1.8t／h的油枪增投至两支及以上时，由于热量平衡的 破坏，使炉内温度上升，炉水吸热开始产生汽泡，汽水混合物的体积膨胀，汽包水位开始缓慢上升产生暂时的虚假水位，随炉水吸热量的增加，当水冷壁内水循环流速加快后，大量汽水混合物进入汽包后汽水分离，饱和蒸汽进入过热器，使汽包水位开始明显下降。随着汽包压力的升高，这种蒸发速度会降低，但在实践中观察该现象不太明显。当到达冲转参数（主蒸汽压力4.2Mpa，主蒸汽温度320℃）关闭35％旁路的过程中，蒸发量下降，单位工质吸收的热量增加，微观分析，分子运动速度加快，对汽包、水冷壁、过热器的撞击次数增多，宏观观察，汽包压力又进一步升高，送一方面使汽水混合物比容减小，另一方面饱和温度升高，很多已生成的蒸汽凝结为水，水中气泡数量减小汽水混合物的体积缩小，促使汽包水位迅速下降，造成暂时的虚假水位，这时在给水量未变的情况下由于锅炉耗水量下降汽包水位会迅速回升。在挂闸冲转后水位的变化相反。机组并网后负荷50Mw给水主副阀切换时，由于给水管路直径的变大使给水流量加大汽包水位上升很快。其它阶段只要给水量随负荷的上升及时增加汽包水位的变化不太明显。2.2 引风机、送风机、一次风机、磨煤机跳闸后汽包水位的变化锅炉的上述四大转机任意跳闸1台，相当于炉内燃烧减弱，水冷壁吸热量减少，炉水体积缩小，汽泡减少，使水位暂时下降。从实际事故中观察，跳1台引风机后的10s内，给水自动以2t／s的速度增加，其水位下降速率仍然高达6.2mm／s。同时气压也要下降，饱和温度相应降低，炉水中汽泡数量又将增加，水位又会上升，还由于负荷的下降，给水量不变，如果人工不干预，水位最终会上升。这就是平时所说的先低后高。2.3高加事故解列后汽包水位的变化高加事故解列，就是汽轮机的一二三段抽汽量 突然快速为零的过程。对于锅炉来说，发生了2个工况的变化，一个是蒸汽流量减少压力升高，另一个是给水温度降低100℃引起的炉水温度降低，水位将先低后高。2.4 突然掉大焦和一次风压突升后汽包水位的变化这种情况相当于燃烧加强的结果，水冷壁吸热量增加，炉水体积膨胀，汽泡增多，使水位暂时上升：同时气压也要升高，饱和温度相应升高，炉水中汽泡数量又将减少，水位又会下降；随后蒸发量增加，但给水未增加时，水位又进一步下降，即水位先高后低。从实际生产中观察，上升不明显，但下降较快，事故发生10s后，虽然给水以1t／s的速度增加，水位仍以1.7mm／s的速度下降。2.5 锅炉安全门动作和负荷突变后汽包水位的变化当锅炉安全门动作或负荷突增时，汽包压力将迅速下降，送时一方面汽水比容增大，另一方面使饱和温度降低，促使生成更多的蒸汽，汽水混合物体积膨胀，形成虚假高水位。但是由于负荷增大，炉水消耗增加，炉水中的汤泡逐渐逸出水面后，水位开始迅速下降，即先高后低。当安全门回座或负荷突降时，水位变化过程相反。3 锅炉启动过程中汽包水位的调整（1）经过高加水侧锅炉冷态启动上水正常后，投入底部加热之前给电子水位计测量筒进行灌水，使电子水位能正确显示，防止在启动过程中水位误差过大造成汽包水位无法投入和MFT误动事故。（2）锅炉底部
过程控制系统设计与实践 工艺过程及要求 6号课题：锅炉汽包给水控制系统（该题目不要有任何改动） 该课题由第六组4名同学完成。 汽包水位是影响锅炉安全运行的重要因素，水位过高会破坏汽水分离装置的正常工作，水位过低会引起水冷壁破裂。锅炉汽包给水控制的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，使汽包中水位保持一定范围内。工艺上要求： 1)正常运行时水位波动范围：±30～50mm。 2)异常情况：±200mm。事故情况：>±350mm。 3)出现事故时能进行报警。 4)保持稳定的给水量。给水量不应该时大时小地剧烈波动，否则对省煤 器和给水管道的安全运行不利。 图1 汽包给水系统工艺流程图
目录 1 引言 (1) 1.1 论文选题背景 (1) 1.2 锅炉汽包给水系统 (1) 1.2.1 工作过程 (1) 1.2.1 控制对象及控制任务 (1) 2 给水控制基本方案 (2) 2.1 单冲量控制系统 (2) 2.2 双冲量控制方案 (3) 2.3 三冲量控制系统 (4) 2.4 几种控制方案的比较 (4) 2.5 最优方案 (5) 3 系统的实现 (6) 3.1 引起“虚假水位”原因分析 (6) 3.2 汽包水位检测元件 (7) 3.2.1 测量的问题 (7) 3.2.2 检测元件的型号选择 (8) 3.2 给水阀的选择 (8)
3.2.1 气开气关的选择 (8) 3.2.2 调节阀的型号选择 (8) 3.3 调节器的选择 (9) 3.3.1 控制规律与正反作用确定 (9) 3.3.2 调节器的型号选择 (10) 3.3 流量检测元件的选择 (10) 3.4 仪器仪表清单 (11) 4 结束语 (12) 参考文献 (13) 附录..................................... 错误！未定义书签。