锅炉三冲量控制

锅炉设备的控制
2.2.2 引入三冲量的主要原因 引入给水流量信号的目的是将给水流 量信号作为“副变量”，利用串级控制系 统中副回路克服干扰快速性来及时地克服 给水压力变化对汽包液位的影响 。
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2.2.3 三冲量控制原理 如下图是三冲量控制原理图。
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将上面三冲量控制原理图简化成控制 方块图如下：
锅炉设备的概念与原理
1.3 汽水共腾与水击
（2）负荷增加和压力降低过快。 当水位高、负荷增加过快、压力降低过 速时，会使水面汽化加剧，造成水面波动及 蒸汽带水。
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1.3 汽水共腾与水击 （3）水击 蒸汽进入到充满液体的管道中或在管道
中因温度降低出现液体冷凝，由于蒸汽冷凝
体积缩小所生成的空间迅速由附近液体占据，
2.2.2 引入三冲量的主要原因 汽包液位、蒸汽流量、和给水流量三 个测量信号，经过一定运算后，共同控制 一个给水阀；汽包信号是被控变量，是反 映锅炉工作状态的主要指标，也是保证锅 炉安全运行必要指标；引入蒸汽流量信号， 是为了及时克服蒸汽流量波动对汽包液位 的影响，并有效地防止“假液位”现象引 起控制系统的误动作；
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2.2 锅炉的三冲量控制 2.2.1 什么是三冲量 冲量的概念及具体含义：所谓“冲量” 实际就是“变量 ” ，多冲量控制中的“冲 量 ” ，是指引入系统的测量信号。在锅炉 控制系统这中，三冲量是指汽包液位、蒸 汽流量、和给水流量三个测量信号，其中， 汽包液位是主要冲量。
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1.3 汽水共腾与水击 汽水共腾发生的原因有二：锅炉的水质太 差、负荷增加和压力降低过快。 （1）锅炉的水质太差。 当锅炉水质过差时，其中的悬浮物、含 盐量、碱度超标。在汽水分离时，锅炉水表 面层附近含盐浓度过高，锅水粘度很大，气 泡上升阻力增大。在负荷增加、汽化加剧时， 大量气泡被粘阻在锅水表面层附近来不及分 离出去，形成大量泡沫，使锅水表面上下翻 腾。
锅炉设备的概念与原理 1.6 锅炉的高水位与低水位 （1）锅炉的高水位
当现场液位计看不到液位，玻璃管内 颜色发暗或者DCS出现高水位报警时，说明 此时汽包液位超过规定水位的上限,汽包内 蒸发空间缩小,使蒸汽大量带水,造成下游过 热蒸汽温度下降、过热器内积垢、腐蚀管路 和蒸汽质量下降。严重时会发生蒸汽管道水 击事故。
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思考：
在实际生产中，锅炉的常见故障有哪 些？遇到时又是怎么处理？生产中需要注 意事项有哪些？
锅炉设备的概念与原理 1.1 什么是锅炉 锅炉是火电过程的一个重要传热设备， 根据生产符合提供一定温度或者压力的蒸汽， 保证汽轮机发电机组的运行；也是一种生产 蒸汽或热水的热力设备，将燃料的化学能转 化为热能。 废热锅炉是用水把工艺系统中产生的热 量（废热、余热）经过换热器回收产生蒸汽 的设备。
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如下图是废热锅炉的工作原理图
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1.2 锅炉的工作过程 锅炉的工作包括热量的产生、热量向水 传热和蒸汽产生的过程，这三个过程在锅炉 中同时进行。 （1）热量的产生 • 在我们的变换单元，余热锅炉的热源是 变换气所含的热能。
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1.2 锅炉的工作过程 （2）热量向水的传热过程 高温气体通过废锅的换热管，加热锅炉 内的水，使水变成饱和蒸汽。
锅炉设备的概念与原理 思考： 学完上面的内容，让我们思考一下， 正常生产过程中，哪些因素会影响到我 们的锅炉安全运行。
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2. 锅炉设备的控制 在锅炉的正常生产中，要使锅炉安全、 经济地运行，必须尽量避免汽水共腾、水 击的现象，同时当出现高液位或低液位时 及时进行调节，在汽包出现虚假液位，及 时发现并调整。 解决上述问题的关键，在于如何控稳、 控好锅炉的汽包液位。
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2.4 生产注意事项 • 在实际维护当中，由于蒸汽流量FI的波 动，对汽包液位LI的影响，调节不及时， 常常出现“假液位” 现象，造成操作人员 误判断，容易烧干锅炉，严重时导致锅炉 爆炸等事故。 • 根据工艺操作法，严格按照工艺流程 进行精心操作，串级回路一定要投自动， 不允许按照个人习惯进行手动操作。
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1.6 锅炉的高水位与低水位 （2）锅炉的低水位 当现场水位计显示低水位，DCS出现低 液位报警时，说明汽包液位低于规定水位的 下限时,为缺水。锅炉如果缺水严重将造成 造成锅炉干烧，烧坏锅炉管束和其他设备。 由于锅炉的高水位与低水位都将导致严 重后果，因此必须准确控制好锅炉的水位在 标准范围。
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1.7汽包的虚假水位 (1) 虚假高水位 所谓的虚假水位意为不真实水位。产生 的原因是：汽包的压力突降，导致锅水饱和 温度也下降，并降到该压力下的饱和温度， 同时在饱和蒸汽降温过程放出大量热量来自 行蒸发，引起锅炉水汽泡增加，体积膨胀， 使水位上升，形成虚假高水位。
锅炉设备的概念与原理 1.7汽包的虚假水位 （2）虚假低水位 汽包压力突升，则相应的饱和温度 提高，一部分热量被用于锅水加热，使 蒸发量减少，锅水中汽泡量减少，体积 收缩，促使水位降低，同样形成虚假低 水位。
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1.5 锅炉的汽包的作用
（1）是加热、蒸发、过热三个过程的连接枢 纽，同时作为一个平衡器，保证锅炉水循环所需要 的压力； （2）存有一定容量的水与汽，具有相当的蓄 热量，当锅炉工况变化时，能起缓冲稳定汽压的作 用； （4）汽包中的水循环，也保证了与高温工艺 介质相接触的金属受热面得以冷却而不会烧坏 （3）装有汽水分离装置，保证饱和蒸汽的品 质；
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2.2.3 三冲量控制原理 原理：冲量控制系统从结构上来说， 是一个带有前馈信号的串级控制系统。液 位控制器LC与流量控制器FC构成串级控制 系统。汽包液位LI是主变量、给水流量FI 是副变量。副变量的引入使系统对给水压 力的波动有较强的克服能力。
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2.2.3 三冲量控制原理 蒸汽流量FI的波动是引起汽包液位的因素，是 干扰作用，蒸汽波动时，通过引入流量控 制器FC，使给水流量FI作相应的变化，所 以这是按干扰进行控制的，是把蒸汽流量 信号作为前馈信号引入控制的。
自动控制系统
2.1.1锅炉的汽包水位单回路控制
自动控制系统由四部分组成：被控对象、检测 元件（包括变送器）、调节器和调节阀等。
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2.1.1 锅炉的汽包水位单回路控制 经验表明，单纯的通过汽包的水位的 单回路控制，有三大问题不能解决： （1）不能克服虚假水位带来的后果； （2）对蒸汽负荷的变化控制不灵敏； （3）对给水量的扰动控制延时；
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（3）蒸汽的产生过程 蒸汽的产生过程，主要包括水循环和汽 水分离过程。锅炉给水经给水泵加压，送至 过换热器预热，然后进入汽包。锅炉工作时， 汽包中的水是处于饱和状态下的汽水混合物， 位于高温区的换热管束由于受热较强，相应 地汽水混合物的比重较小，而汽包内的汽水 混合物的比重较大，因此汽包内的汽水混合 物则往下流入换热器壳程，换热器内的汽水 混合物则从换热器壳程的顶部往上流入汽包， 这就形成了余热锅炉的自然循环，汽水混合 物在汽包内大量分离以产生蒸汽，蒸汽经过 热器后进入蒸汽管网。
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2.2.3 三冲量控制原理
根据串级控制系统选择主、副控制器 的正、反作用的原则，水位控制器LC反作 用选反作用，流量控制器FC为正作用，调 节器为气关阀。
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思考： 为什么锅炉汽包液位控制要用到三冲 量控制，它的原理与作用是什么？
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2.3 常见故障和处理措施 常见故障是出现“假液位” 现象时， 容易烧干锅炉。此时，仪表维护人员应该 检查、测量汽包液位LI的真实性，做相应 的处理。 调节阀线性不好，出现DCS控制室调 节阀的输出信号和现场阀位的开度对不上， 仪表维护人员应联系好工艺，办好检修票 的同时，在现场进行多次校验，至到合格 为止。
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2.3 常见故障和处理措施 蒸汽流量FI突然波动，给水量控制器 FC来不及进行作相应的变化，及时的按干 扰量进行控制，应该检查给水量控制器FC 的PID参数是否设的合适。 此外，应该经常检查LC、FC调节器 的正、反作用是否设的合适，有无更改过 等，如有，根据工艺和安全要求，进行合 理修改；在进行停车检修后，现场调节阀 的作用方式是气关或气关，设定是否更改 过，是否满足工艺安全生产的要求等。
锅炉三冲量控制
学习主要内容
• 锅炉三冲量控制 1. 锅炉设备的概念与原理 1.1 什么是锅炉 1.2 锅炉的工作过程 1.3 汽水共腾与水击 1.4 热力除氧 1.5 锅炉的汽包
学习主要内容
1.6 锅炉的高水位与低水位 1.7汽包的虚假水位 2. 锅炉设备的控制 2.1 锅炉的汽包水位控制 2.2 锅炉的三冲量控制 2.3 常见故障和处理措施 2.4 生产注意事项
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2.1.2 锅炉的汽包水位-蒸汽流量串级控制 为了解决汽包液位单回路控制的问题， 引入了汽包液位—蒸汽流量的串级控制。 虽然克服了克服虚假水位的现象，解决了 对蒸汽负荷的变化控制的灵敏问题，但是 不能克服给水干扰的问题。 为了解决以上的三个问题，必须使用 到三冲量控制系统。
2.1.2 双冲量液位控制系统
造成管道中压力瞬间急剧变化，此过程中液
体向中心区域撞击由此释放出来的冲击波撞
击管道壁的产生震动现象。
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1.4 热力除氧 根据亨利定律，在一定温度和压力下， 气体在液体里的溶解度和溶液上方该气体的 平衡分压成正比。在锅炉中，通过雾化及淋 水等方法使水与蒸汽直接接触并加热到工作 压力下的饱和温度(或使水自身部分汽化)， 除去水中溶解氧气(包括其他气体)。
双冲量是指液位信号和 蒸汽流量信号。
•
蒸汽
• 实际上是一个前馈-反馈 控制系统。当蒸汽负荷的 变化引起液位大幅度波动 时，蒸汽流量信号的引入 起着超前的控制作用(即前 馈作用)，它可以在液位还 未出现波动时提前使控制 阀动作，从而减少因蒸汽 负荷量的变化而引起的液 位波动，从而改善控制品 质。
汽包
给水 双冲量控制系统
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2. 锅炉设备的控制 锅炉汽包液位是表征生产过程的主要 工艺指标，同时，也是保证锅炉安全运行 的主要条件之一。液位过高，使蒸汽产生 带液现象，不仅降低蒸汽的产量和质量， 而且，还会使过热气结垢，或使汽轮机的 叶片损坏；当液位过低时，轻则影响水蒸 气平衡，重则烧干锅炉，严重时导致锅炉 爆炸，直接危及员工的人身安全，造成重 大设备等事故 。