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锅炉安全控制技术

锅炉安全控制技术 2011年12月02日 来源： 　锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。常见的锅炉设备的主要工艺流程如图18—1所示。由图可知，燃料和热空气按一定比例送入燃料室燃烧，生产的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定气温的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为户M的过热蒸汽经控制供给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，最后经引风机送往烟囱，排人大气。

锅炉是工厂重要的动力设备，其要求是供给合格的蒸汽，使锅炉发汽量适应负荷的需要。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须严格控制。锅炉设备是一个复杂的被控对象，主要参数变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等。主要输出参数变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气(烟气含氧量)等。锅炉对象简图如图18—2所示。

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这些参数变量之间相互关联。如果蒸汽负荷发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化。燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压；给水量的变化不仅影响汽包水位，而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度等亦有影响；减温水的变化会导致过热蒸汽温度、蒸汽压力、汽包水位等的变化。所以锅炉设备是一个参数且相互关联的被控对象，? 目前锅炉的安全生产将锅炉设备控制划为若干个安全控制系统。主要控制系统如下。

(1)锅炉汽包水位的控制? 被控变量是汽包水位，操纵变量是给水流量。它主要考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许的范围内。维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的重要指标。

(2)锅炉燃烧系统的控制? 其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要(常以蒸汽压力为被控变量)；使燃料与空气量之间保持一定的比值，以保证最经济燃烧(常以烟气成分为被控变量)，提高锅炉的燃烧效率；使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压在一定的范围内。为了达到上述三个控制目的，控制手段也有三个，即燃料量、送风量和引风量。

(3)过热蒸汽系统的控制? 维持过热器出口温度在允许范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。被控变量一般是过热器出口温度，操纵变量是减温器的喷水量。

一、? 汽包水位的控制

汽包水位是锅炉运行的主要指标。如果水位过低，则由于汽包内的水量较少，而负荷却很大，水的汽化速度又快，因而汽包内的水量变化速度很快，如不及时控制，就会使汽包的水全部汽化，导致锅炉烧坏和爆炸；水位过高会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液现象，会使过热器管壁结垢导致破坏，同时过热蒸汽温度急剧下降，该蒸汽作为汽轮机动力的话，还会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全与经济性。汽包水位过高过低的后果极为严重，所以必须严格加以控制。

1.汽包水位的动态特性

(1)蒸汽负荷(蒸汽流量)对水位的影响，即干扰通道的动态特性? 在燃料量不变的情况下，蒸汽用量突然增加，瞬时间必然导致汽包压力下降，汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高，形成虚假的水位上升现象，即所谓假水位现象。

在蒸汽流量振动下，水位变化的阶跃响应曲线如图18—3所示。蒸汽流量突然增加时，由于假水位现象，在开始阶段水位不仅不会下降，反而先上升，然后下降(反之，当蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后上升)。蒸汽流量突然增加时，实际水位的变化H，是不考虑水面下气泡容积变化时的水位变化H1，与只考虑水面下气泡容积变化所引起水位变化H2的叠加，即

H＝H1+H2

用传递函数来描述可以表示为

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式中，εt为蒸汽流量的作用下，阶跃响应曲线的飞升速度；K2，T2分别为只考虑水面下气泡容积变化所引起的水位变化H2的放大倍数和时间常数。

假水位变化的大小与锅炉的工作压力和蒸发量等有关，例如一般100一300t／h的中高压锅炉，当负荷突然变化10％时，假水位可达30—40mm。对于这种假水位现象，在设计控制方案时必须注意。

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