摘要：汽包锅炉在如今的工业生产中发挥着重要的作用。在锅炉的使用运行过程中，汽包水位的调节一直是一项非常重要的内容。为保证锅炉的安全、稳定运行，必须要对汽包水位进行及时、准确的调节和控制，使其保持在技术要求范围内。因此，在自动化控制技术日趋成熟，并得到广泛应用的今天，锅炉汽包水位的调节也成为了自动化控制技术主要研究和应用的方面。本文主要分析了影响汽包水位变化的各种原因，对水位调节的自动化控制方案进行了研究。
在锅炉的使用运行中，汽包水位是一项重要的参数指标，汽包水位的高低不仅与生产密切相关，更是关系到锅炉的安全运行。如果水位过高的话，会使饱和水蒸汽带水过多，并造成蒸汽温度的急剧下降，不利于锅炉的安全、经济运行；如果水位过低的话，由于汽包水量不足，当锅炉高负荷运转时，汽包水加速汽化，造成水位的快速下降，如不及时补水，则会使锅炉“干锅”，造成锅炉、炉管的损坏，甚至引发锅炉爆炸事故。因此，锅炉运行时对汽包水位控制的要求也非常高，绝不能有丝毫的疏忽大意，要求我们必须在实时监控、准确掌握水位变化情况的同时，及时对锅炉进行补水调节，确保汽包水位在要求范围内。结合锅炉汽包水位变化的动态特性，采取合理的水位调节自动化控制方案，使自动化技术在这方面得到了广泛而成功的应用，使锅炉运行实现对水位的实时监控和及时调节，有效保证了锅炉的安全、高效、经济运行。
一、影响汽包水位变化的因素及动态特性分析
在锅炉的运行中，受多种因素的影响，锅炉水位会经常发生变化。通过分析，发现造成锅炉水位变化的因素主要有以下几方面：1.锅炉负荷的变化。在锅炉运行稳定、负荷变化不大，且给水量调节能够与锅炉燃烧较好配合时，锅炉内水的损失和补充基本是趋于平衡状态的，这时汽包水位的变化并不是特别明显的；但如果锅炉负荷突然发生较大变化，这种平衡就会突然被打破，继而使水位发生比较明显的波动。负荷突然增大，而给水和燃烧未相应调整时，会使锅炉水饱和温度下降，汽水混合物比容增加，体积增大，而形成虚假水位，使水位瞬间升高；但随着负荷的持续，则会使水位逐渐下降。因此，在这种情况下，汽包水位往往呈现出先高后低的变化趋势；而当负荷突然降低时，汽包水位则会出现与之相反的、先低后高的变化趋势。2.给水量的变化。水压的大小决定了给水流量的变化，而给水流量对锅炉水位的影响则是最为直接的，也是最显而易见的。从水位变化趋势来看，给水流量的变化与汽包水位的变化是正向相关的，在锅炉负荷和燃烧工况条件不变时，给水流量的升高会使汽包水位升高；反之亦然，给水流量的下降也会引起汽包水位的下降。3.燃烧工况的变化。燃烧工况对汽包水位变化的影响也是非常明显的，当燃料量突然增大、锅炉燃烧率突然上升时，会使锅炉内水的汽化加强，汽水混合物体积迅速膨胀，形成虚假水位，造成水位的暂时升高，随之则是水位的下降；当燃料量降低时，汽包水位的变化则是与此相反的。4.锅炉设备原因。设备原因则主要是指汽包相对水容积以及设备的故障、泄漏等问题。汽包相对水容积越小，水位变化速度则越快、越明显；相对水容积越大，则水位变化速度越慢。另外，锅炉水冷壁、高压加热器以及给水系统设备故障等问题，也会对汽包水位变化造成不同程度的影响。
二、锅炉水位调节的自动化控制方案
通过对锅炉水位影响因素和变化特性的分析，我们可以发现，在不同运行工况和影响因素下，锅炉水位的变化特性会呈现出一定的曲线变化，具有一定的规律性，而这种变化特性则为锅炉汽包水位调节的自动化控制提供了相应的设计思路和方案。使锅炉能够在不同工况和影响因素下，水位得到良好的调节和控制，尽量保持水损失与供给的平衡，水位在要求范围内趋于稳定。锅炉水位调节的自动化控制方案主要有以下：1.单冲量控制系统。单冲量形式是一种较为简单的水位自动调节控制方式，单冲量等同于汽包水位，汽包液位直接控制给水调节阀，其结构和控制原理都较为简单，而且投资也较少，易于实现。这种控制方式是以给水量为操作变量的，在锅炉负荷不高且稳定，蒸发量较小时，水在汽包内可以停留较长的时间，“假水位”的现象也不十分明显，再配以必要的安全装置，能够满足低负荷的生产需要；而当蒸发量突然增大时，“假水位”情况则比较明显，同时会给调节器提供错误的“假水位”信号，使调节器无法及时调节补水，严重时还会因水位过低造成比较严重的事故。因此，该控制方案更适用于小型低压锅炉，在蒸发量较大的大中型锅炉中不宜采用。2.双冲量控制系统。双冲量控制方式就是在单冲量控制的基础上，引入了对蒸汽流量的测量，其实质就是对单冲量形式的一种补充和校正。在汽包的水位控制中，最为主要的影响因素就是负荷的变化，由于单冲量是以汽包液位为参照直接控制给水量的，因而这种单一控制方式下，“假水位“带来的影响也比较大，造成给水调节不及时。而冲量控制方式则加入了蒸汽流量测量，以蒸汽流量来控制给水量，这种控制方式一定程度上降低了“假水位”带来的影响，使锅炉水位自动调节更为准确、及时，改善了控制效果。但同时，双冲量控制方式也有一定的缺点，就是不能测量给水系统的扰动影响，也无法做出相应的补偿。3.三冲量控制系统。三冲量控制是在双冲量控制的基础上，又加入了给水流量信号而构成的。该控制方式下，汽包液位、蒸汽流量、给水流量三个信号组合在一起，经过一定的运算后，共同控制一个给水阀，使得三种形式的控制共同在锅炉水位调节中发生作用，从而进一步减少了扰动因素的影响，提升了控制效果。
三、水位调节自动控制方案的实现
在转炉炼钢生产中，为满足生产需要，在生产中普遍采用了单冲量与双冲量调节自动给水系统，同时根据生产实际，在系统中配备上一些报警联锁装置，最终能保证锅炉安全稳定运行。当转炉没有吹氧时，采用单冲量自动调节，通过程序控制调节阀开度调节各给水量，使汽包内水位达到汽包的中间水位时关闭；当转炉开始吹氧时，则调整为双冲量调节方式为汽包补水。为确保锅炉安全运行，在操作程序和设备中还设置一些连锁报警设备，当汽包水位过高或过低时进行报警。同时，自动化控制系统还与放散阀和水泵联锁，根据汽包内压力情况和汽包实时水位情况，及时调节各放散阀的开关以及给水泵的补水量，实现锅炉水位监测、调节、安全报警的全自动化控制。锅炉汽包水位的调节主要是通过改变给水流量来实现的，因此，锅炉运行中要控制好锅炉水位，首先就必须做好对水位的实时监控。在锅炉正常运转情况下，汽包水位监测应以就地水位计为准，同时参照低地位水位计和电接点水位计作为监测手段，以此作为水位自动调节的标准，调节并保持各因素之间的平衡关系，以维持汽包水位的稳定。除此以外，为保证汽包水位各监测指示计的准确性，应经常将其与就地水位计进行校对，并且水位高、低报警等安全装置也必须定期检验。
四、结语
我们总结了锅炉汽包水位调节的自动化控制中，三种冲量形式的特点，并且对锅炉水位变化动态特性和影响因素进行了分析，认为在锅炉水位调节的自动化控制应用中，采用合适的控制方案，可以最大化地解决锅炉汽包水位控制中的“虚假液位”问题，提高自动化控制效用，使锅炉汽包水位得到准确而及时的调节，再配以各种自动化安全报警设备，从而保证了锅炉的安全、高效运行。
参考文献：
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作者：刘明路
