锅炉安全控制技术
锅炉安全控制技术
锅炉安全控制技术 2011: 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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