蒸汽锅炉汽包水位控制

蒸汽锅炉气包水位控制的探讨
摘要：主要介绍了蒸汽锅炉气包水位控制的重要性，锅炉水位变化的干扰因素，提出了气包水位控制的几种类型及方案。

关键词：蒸汽锅炉；气包；水位；水位控制；冲量
锅炉是石油、化工、发电等工业企业必不可少的重要动力设备。

它既是为工业生产各部门提供动
力的关键设备，又是为工业生产各部门提供热源的关键设备。

因此，为了安全生产，就必须确保锅炉
的安全运行，而对锅炉的相应控制是达到这一目的的有效手段。

本文作者就气包水位的控制做了一
点探讨。

1 气包水位控制的重要性
锅炉气包水位是确保安全生产和提高优质蒸汽的重要变量⋯。

尤其对于大型锅炉，其蒸发量明
显要高，气包容积相对较小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成气包满水或者缺水，甚至造成干
锅。

前者将使蒸汽带水，影响蒸汽品质，且长期运行会使过热器结垢；后者会引起锅炉爆炸的危险。

因此，气包的水位必须严格控制在规定范围之内。

2 锅炉水位变化的主要干扰因素
锅炉气包水位的主要干扰因素有供水量的
变化、蒸汽负荷量的变化及炉膛热负荷的变化。

锅炉的汽水系统原理图如图l所示。

2．1 给水流量对水位的干扰
据图1分析，在平衡状态突然加大给水量，
虽然给水量大于蒸发量，但由于温度较低的给
水进入水循环系统后，要从原有饱和汽水中吸
取一部分热量，使得水面下气包容积有所减少，
进入水系统的水首先去填补汽水管路中气包所图1 锅炉汽水系统原理图
让出的空间，只有当气包容积不再变化时，水位才随给水量的增加呈线性上升。

由上述分析，给水量
扰动时，水位调节对象有一定的惯性与滞后。

2．2 蒸汽负荷对水位的干扰
当蒸汽用户设备用气量突然增大，单从物料不平衡考虑，气包中蒸发量大于给水量，但由于蒸汽
收稿日期：2004一O6—2l。

作者简介：秦蓉(1968一)，女，甘肃兰州人，高级工程师，主要从事工业自动化控制的工程设计工作。

2005年第1期秦蓉：蒸汽锅炉气包水位控制的探讨实用技术
负荷量突然增大时，气包中压力减小，汽水循环管路中的汽化强度增加，蒸发面以下气包容积增加，因
而在蒸汽负荷量突然增大的起始瞬间，液位不会下降，反而上升。

出现“虚假液位”现象，只有当气包
容积与负荷相应达到稳定后，水位才能反映出物料的不平衡，开始下降。

因此，蒸汽流量扰动时，非但
没有自平衡能力，而且存在“虚假现象”，在控制系统的设计中必须予以考虑ll
2．3 炉膛热负荷对水位的干扰
当燃料量突然增大时，传给锅炉的热量必然增加，上升管中的蒸发强度增大，蒸发面下的气包膨
胀，使得液位上升，因而带来了蒸汽量及气包压力的增加，但此时给水量并未增加，因此，这种液位变
化也属于“虚假液位”。

但是热负荷由蒸汽压力控制系统来保证，因而它的影响是次要的。

3 锅炉气包水位控制系统及使用范围
目前较为成熟的锅炉气包水位控制方案有单冲量水位控制系统、双
冲量水位控制系统及三冲量水位控制系统¨】。

锅炉水位的控制方案应根
据锅炉系统的具体情况选择。

3．1 单冲量水位控制系统
单冲量水位控制系统是典型的单回路调节系统，由被控对象、测量变
送单元、调节器和执行器组成，通过给水流量调节气包液位，这里指的单
冲量即气包液位。

其控制方案如图2所示。

该控制方案系统结构简单，投资少，易实现。

但它不能克服“虚假液
位”的影响，且不能及时反映给水量的扰动，控制作用迟缓，因此，只适用
于小型低压锅炉。

3．2 双冲量水位控制系统
双冲量水位控制系统是在单冲量水位控制的基础上，将蒸汽流量作
为前馈信号引入控制系统，这样就可消除“虚假现象”对调节系统的不良
影响，从而改善调节特性，提高调节质量，且投资增加不多，其控制方案
如图3所示。

该控制方案依旧存在不能及时反映给水流量对水位调节的干扰，因
此双冲量水位控制适用于负荷变化较频繁的小型低压锅炉，而不适用于
给水母管压力经常有波动的锅炉系统。

3．3 三冲量水位控制系统
一般情况下锅炉容量越大，气包的相对水位容量就越小，允许的水
位波动就越小，如果给水中断，就可能在极短的时间内发生危险水位
，这
就要求水位的控制必须能够及时反映给水流量对水位的干扰。

为此
，在
双水位控制的基础上再引进一个给水流量变化的信号进行控制，就构成
所谓的三冲量水位控制系统，其控制方案如图4所示。

调节阀
图2 单冲量水位控制系统
蒸汽
调节阀
图3 双冲量水位控制系统
蒸汽
调节阀
该系统中，气包水位是控量，是主冲量信号，而蒸汽流量和给水流图4 三冲量水位控制系统
量是2个辅助冲量信号，通过2个辅助冲量的引入，既克服了“虚假液位’’对控制质量的影响
，又能及
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实用技术甘肃化工 2005年第1期
示方法对胶泥的要求很严格，且该类方法的紧固性较差，一经修补后，必须小心保护。

在我院水处理
车间5#釜的修补中，采取方法1时，因胶泥选用不当，导致密封盖帽脱落，修补失败。

而经采用方法
2后，迄今近二年，修补部分完好如初，取得了令人意想不到的效果。

在上述2种修补方法中，均应注
意以下操作要点。

(1)所选用的不锈钢螺栓的直径应和小孔的直径相近，这样才能保证釜封材料底座受力均匀，不
易在搪瓷壁上滑动。

(2)无论选用哪一种密封材料，盖帽和底座的厚度不应超过5 cm，一般来说，在能达到密封要求
的机械力度下，厚度越薄越好，这样可以尽量减小因釜内物料高速流动而带来的剪切力。

(3)对于专用衬底的质量要求更高，应耐高温、耐腐蚀，且一般较为松软，其厚度一般就在2～
3 mm,Z间，这样在压紧的条件下可保证密封度。

(4)在图1中，盖帽和底座之间靠胶泥黏结，胶泥应抹得较薄而均匀，且胶泥应适用于所工作的
场合的要求(耐温度及酸碱度)。

而在图2中，盖帽和底座之间靠内螺纹连接，且二者之间应有一层很
薄的密封垫。

3 结语
任何一种修补方法，都是不得已而为之。

所以在使用搪瓷釜的过程中，正确使用和维护是重要的
环节。

而一旦发现问题，应视搪瓷釜损坏情况选用合适的方法及时进行修补。

因为无论是化学性修
补还是物理眭修补，都有其各自的适用范围和技术要求，合理选择修补方法才能保证设备的正常使
用，以免发生大患。

参考文献：
[1] 秦国治，田志好．防腐蚀技术及应用实例．北京：化学工业出版社，2002．267~268．
(2] 沈佩文．搪瓷釜的使用及常用修补方法．化工生产与技术，2002。

9(5)：46~47．
时反映出给水量对水位的干扰，克服了控制过程中的滞后现象。

因此，对于大中型高中压锅炉采用三
冲量水位控制系统较为适宜⋯。

’
4 锅炉气包水位控制应注意的几点问题
(1)从安全角度考虑，正确选择给水调节阀的气开、气闭形式。

(2)水位变送器若选用差压式，为使仪表值与水位高低趋向一致，应考虑带负迁移机构。

(3)引入蒸汽流量前反馈补偿，应注意前反馈放大系数不能过大，以便照顾到水位控制的要求。

5 结语
锅炉气包水位的控制是锅炉设备安全运行的重要手段，经过多年的实践，其水位控制方案已较为
成熟，随着自动控制技术的不断发展，会为锅炉设备控制系统的进一步改善提供有力的技术支持。

参考文献：
(1] 陆德民．石油化工自动控制设计手册．北京：化学工、I 出版社．2000．__。