工業(yè)鍋爐給水自動(dòng)控制系統(tǒng)

單參數(shù)給水自動(dòng)控制如圖1所示。它是汽包給水自動(dòng)控制中最簡(jiǎn)單、最基本的一種形式。它以水位為唯一的控制信號(hào)。即調(diào)節(jié)器只根據(jù)水位變化去改變給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟度。這種控制系統(tǒng)由汽包、水位變送器LT、調(diào)節(jié)器LC與給水調(diào)節(jié)閥組成。當(dāng)汽包水位發(fā)生變化時(shí)，水位變送器發(fā)出信號(hào)并輸入調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將水位信號(hào)與沒(méi)定值相比較得出偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大后輸出控制信號(hào)，然后通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)給水調(diào)節(jié)閥，對(duì)給水量進(jìn)行自動(dòng)控制，來(lái)保持汽包水位在允許的波動(dòng)范圍內(nèi)。

中小型鍋爐的汽包相對(duì)負(fù)荷的容量較大，水位受擾動(dòng)后的反映速度較慢，“虛假水位”現(xiàn)象不很嚴(yán)重，對(duì)汽包水位控制的要求不高，采用比例積分控制規(guī)律，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)差控制，使水位的波動(dòng)幅度減小，可滿足鍋爐運(yùn)行的要求。

單參數(shù)給水自動(dòng)控制系統(tǒng)，在鍋爐負(fù)荷變化幅度與速率很大時(shí)，受鍋爐“虛假水位”的影響，勢(shì)必會(huì)使控制質(zhì)量下降，例如蒸汽負(fù)荷增加時(shí)，水位一開(kāi)始先上升，調(diào)節(jié)器只根據(jù)水位作為控制信號(hào)，就去關(guān)小調(diào)節(jié)閥而減少給水量，這個(gè)動(dòng)作對(duì)鍋爐流量平衡是錯(cuò)誤的，它在控制過(guò)程一開(kāi)始就擴(kuò)大了蒸汽流量與給水量的差值，使水位和給水量的波動(dòng)幅度增大。又例如由于給水總管壓力改變等原因所造成的給水量變動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)器要等到水位改變后才開(kāi)始動(dòng)作，而在調(diào)節(jié)器動(dòng)作后又要經(jīng)過(guò)一段滯后時(shí)間才能對(duì)水位發(fā)生影響，因此。水位不可避免地會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)變化。由于單參數(shù)控制系統(tǒng)存在這些缺點(diǎn)，對(duì)于“虛假水位”現(xiàn)象嚴(yán)重及水位反應(yīng)速度快的鍋爐不宜使用。為了改善控制品質(zhì)，滿足運(yùn)行要求，需采用雙參數(shù)給水自動(dòng)控制系統(tǒng)。

三參數(shù)給水自動(dòng)控制系統(tǒng)由汽包水位、變送器LT、蒸汽流量變送器F₁T、給水流量變送器F₂T、調(diào)節(jié)器LC和給水調(diào)節(jié)閥組成，如圖3所示。

在這種控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器接受汽包水位、蒸汽流量和給水流量三個(gè)信號(hào)，進(jìn)入調(diào)節(jié)器的信號(hào)極性標(biāo)以“ ”的表示信號(hào)增大時(shí)調(diào)節(jié)器應(yīng)使調(diào)節(jié)閥關(guān)小。因此，水位信號(hào)的極性為“ ”。因?yàn)樗恍盘?hào)的增大是汽包水位下降的反映，此時(shí)調(diào)節(jié)器應(yīng)開(kāi)大給水調(diào)節(jié)閥。同樣，蒸汽流量信號(hào)的極性也是“ ”，而給水流量信號(hào)的極性則為“-”。調(diào)節(jié)器的內(nèi)部設(shè)定信號(hào)即水位定值信號(hào)，它與水位信號(hào)相平衡，所以水位定值信號(hào)的極性應(yīng)為“-”。

在這種控制系統(tǒng)中，汽包水位信號(hào)是主信號(hào)，也是校正信號(hào)，因?yàn)槿魏螖_動(dòng)引起的汽包水位變化，都會(huì)使調(diào)節(jié)器動(dòng)作，而改變給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使汽包水位恢復(fù)到設(shè)定值。因此，被控變量水位信號(hào)構(gòu)成的回路能消除各種內(nèi)、外擾動(dòng)對(duì)水位的影響，保證汽包水位在工藝要求所允許的波動(dòng)范圍內(nèi)。蒸汽流量信號(hào)為前饋信號(hào)，當(dāng)蒸汽流量突然增大時(shí)，“虛假水位”現(xiàn)象要使調(diào)節(jié)器發(fā)出關(guān)小調(diào)節(jié)閥的信號(hào)，與此同時(shí)，外擾信號(hào)一蒸汽流量作為前饋信號(hào)加到調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)器發(fā)出開(kāi)大給水調(diào)節(jié)閥的信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)相互制約，減少或抵消了“虛假水位”的影響，從而改善了控制品質(zhì)。

給水流量信號(hào)是反饋信號(hào)，它能及時(shí)反映給水流量的變化。因?yàn)楫?dāng)給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度改變或由于內(nèi)擾使給水流量變化時(shí)，給水流量信號(hào)反應(yīng)很快，遲延很小(約為1～3s)，在被控變量水位還未及變化的情況下，調(diào)節(jié)器即可消除內(nèi)擾而使控制過(guò)程穩(wěn)定。因此，給水流量信號(hào)局部反饋形成的內(nèi)回路能迅速消除給水側(cè)的擾動(dòng)，穩(wěn)定給水流量。例如給水流量減少，則調(diào)節(jié)器立即根據(jù)給水流量減少的信號(hào)開(kāi)大給水調(diào)節(jié)閥，使給水流量維持不變，使汽包水位很少受到影響。此外，給水流量信號(hào)也是調(diào)節(jié)器動(dòng)作后的反饋信號(hào)，使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果。

這種控制系統(tǒng)對(duì)三個(gè)信號(hào)的靜態(tài)配合有嚴(yán)格的要求，蒸汽流量信號(hào)和給水流量信號(hào)的大小應(yīng)當(dāng)正確選擇，通常取兩者相等，這樣在控制結(jié)束后這兩個(gè)訊號(hào)恰好抵消，被控變量水位必然等于設(shè)定值。在三參數(shù)給水自動(dòng)控制系統(tǒng)中，由于引入了蒸汽流量與給水流量的控制信號(hào)，控制系統(tǒng)動(dòng)作及時(shí)，所以它有較強(qiáng)的抗干擾能力，在較大的擾動(dòng)時(shí)也能有效地控制水位的變化，顯著地改善了控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。

對(duì)于現(xiàn)代大、中型鍋爐來(lái)說(shuō)、對(duì)象控制通道的遲延和飛升速度都比較大，“虛假水位”現(xiàn)象也比較嚴(yán)重，工藝上對(duì)控制質(zhì)量的要求又比較高，因此，普遍采用了具有蒸汽流量前饋信號(hào)及給水流量反饋信號(hào)和汽包水位主信號(hào)的三參數(shù)給水自動(dòng)控制系統(tǒng)。 2100433B

工業(yè)鍋爐給水自動(dòng)控制系統(tǒng)，原則上可從影響被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的給水流量、蒸汽流量和爐膛熱負(fù)荷等主要因素中，選擇一個(gè)因素作為調(diào)節(jié)手段(即調(diào)節(jié)參數(shù))，將被控變量通過(guò)調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器構(gòu)成一個(gè)閉合回路，組成給水自動(dòng)控制系統(tǒng)。對(duì)鍋爐給水自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，蒸汽量及爐膛熱負(fù)荷都是由外界負(fù)荷所決定的，它必須隨時(shí)滿足外界負(fù)荷的需要。因此，只有給水量可作為給水自動(dòng)控制的調(diào)節(jié)手段(調(diào)節(jié)參數(shù))。

常用的給水自動(dòng)控制系統(tǒng)有以水位為唯一調(diào)節(jié)信號(hào)的單參數(shù)控制系統(tǒng)、以水位為主要調(diào)節(jié)信號(hào)，又以蒸汽流量作為補(bǔ)充信號(hào)的雙參數(shù)控制系統(tǒng)，又稱為雙參數(shù)給水控制系統(tǒng)、仍以水位為主要調(diào)節(jié)信號(hào)，又以蒸汽流量和給水流量作為補(bǔ)充信號(hào)的三參數(shù)控制系統(tǒng)，稱為三參數(shù)給水控制系統(tǒng)。

在單參數(shù)給水控制的基礎(chǔ)上，引入蒸汽流量作為前饋信號(hào)。構(gòu)成如圖2所示的雙參數(shù)給水自動(dòng)控制系統(tǒng)。

雙參數(shù)給水自動(dòng)控制系統(tǒng)由汽包水位變送器、蒸汽流量變送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器組成。這種系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器接受汽包水位和蒸汽流量?jī)蓚€(gè)信號(hào)，蒸汽流量信號(hào)是為了克服蒸汽流量擾動(dòng)對(duì) “虛假水位”影響而引入的補(bǔ)償信號(hào)。

這種系統(tǒng)在運(yùn)行中，當(dāng)蒸汽量突然減小時(shí)，按蒸汽流量信號(hào)應(yīng)該關(guān)小給水調(diào)節(jié)閥，而此時(shí)“虛假水位”信號(hào)卻要開(kāi)大給水調(diào)節(jié)閥，這兩個(gè)信號(hào)在調(diào)節(jié)器中是互相制約的，因此，調(diào)節(jié)器暫時(shí)基本上不會(huì)動(dòng)作。只有當(dāng)給水流量與蒸汽流量的不平衡引起水位上升時(shí)，調(diào)節(jié)器才發(fā)出信號(hào)。相應(yīng)地減小給水流量，由于蒸汽流量信號(hào)的超前作用，可以克服“虛假水位”引起的調(diào)節(jié)器誤動(dòng)作，使控制過(guò)程比較平穩(wěn)。

當(dāng)給水母管壓力或汽包壓力波動(dòng)時(shí)，會(huì)引起給水調(diào)節(jié)閥前后壓差的變化，使給水量在調(diào)節(jié)閥開(kāi)度沒(méi)有改變的情況下也發(fā)生變化，因此，經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間后，汽包水位也發(fā)生變化，這個(gè)變化過(guò)程是比較緩慢的。當(dāng)水位變化后，調(diào)節(jié)器才接受水位信號(hào)，再改變給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度以恢復(fù)原來(lái)的給水流量。在這個(gè)控制過(guò)程中，汽包水位將有較大的動(dòng)態(tài)偏差。

由此可見(jiàn)，雙參數(shù)單回路給水自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于有蒸汽流量信號(hào)的超前作用，可以克服“虛假水位”引起的調(diào)節(jié)器誤動(dòng)作，改善了在蒸汽流量擾動(dòng)下的控制品質(zhì)。但是，這種系統(tǒng)仍不能迅速消除給水流量擾動(dòng)的影響。

《工業(yè)鍋爐能效限定值及能效等級(jí)》（GB 24500-2020）的修訂，有利于進(jìn)一步擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)覆蓋范圍，適當(dāng)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)要求，從而完善工業(yè)鍋爐能效等級(jí)、能效限定值、節(jié)能評(píng)價(jià)值及試驗(yàn)條件，提高中國(guó)工業(yè)鍋爐系統(tǒng)效率。該標(biāo)準(zhǔn)的修訂將完善中國(guó)工業(yè)鍋爐系統(tǒng)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系，為從源頭上提高鍋爐效率，降低能耗，開(kāi)展和規(guī)范鍋爐系統(tǒng)節(jié)能評(píng)價(jià)工作提供基礎(chǔ)支撐，對(duì)行業(yè)節(jié)能和評(píng)價(jià)工作意義重大。

該標(biāo)準(zhǔn)作為工業(yè)鍋爐能效等級(jí)、能效限定值、節(jié)能評(píng)價(jià)值的評(píng)價(jià)依據(jù)，是實(shí)施工業(yè)鍋爐節(jié)能監(jiān)督、節(jié)能產(chǎn)品評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)。能效限定值是淘汰制度、行業(yè)準(zhǔn)入制度、強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)督檢查的依據(jù)。為市場(chǎng)準(zhǔn)入、高耗能產(chǎn)品淘汰，編制耗能產(chǎn)品淘汰目錄、固定資產(chǎn)評(píng)估等工作提供依據(jù)。節(jié)能評(píng)價(jià)值是節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證、節(jié)能產(chǎn)品目錄、鼓勵(lì)性財(cái)政政策、政府采購(gòu)政策的依據(jù)，對(duì)實(shí)施例如自愿性的節(jié)能認(rèn)證制度、政府節(jié)能采購(gòu)、企業(yè)所得稅優(yōu)惠、節(jié)能產(chǎn)品推廣目錄、能效等級(jí)強(qiáng)制性能效標(biāo)識(shí)制度、節(jié)能產(chǎn)品惠民政策、領(lǐng)跑者鼓勵(lì)制度等工作提供數(shù)據(jù)支撐。 2100433B

本書(shū)重點(diǎn)介紹我國(guó)目前常用的中小型工業(yè)鍋爐及有關(guān)三種鍋爐，因結(jié)構(gòu)差異較大，運(yùn)行與檢修也不相同，故分章介紹。其余各章，均屬共同性的設(shè)備與附件，故歸納綜合介紹。