自动化仪表在蒸汽锅炉的应用

锅炉给水流量调节中调节给水流量有两种方式，一种是节流调节方式，即通过改变给水调节阀的开度，进而改变管路流通特性来调节给水流量的，该方式具有节流损失，故一般是在锅炉低负荷时采用；另一种是给水泵调速方式，是通过改变给水泵的转速，进而改变给水泵特性来调节给水流量的，是锅炉运行正常时广泛采用的给水流量调节方式。

1、锅炉给水流量调节之节流调节方式
这种方式采用给水泵定速运行，锅炉给水量的改变是通过改变给水调节阀门的开度来实现的，称为给水流量的节流调节方式，如图1所示，根据水位偏差来改变调节阀门的开度，从而调节给水流量。图2表示了给水泵在转速n恒定时的水泵特性曲线，其纵坐标为压头H,横坐标为给水量W。由调节阀门开度μV所决定的管路性能曲线与转速n为常数C时的水泵特性曲线的交点，M为水泵的工作点，对应的流量为W。当调节阀开度改变时，管路性能曲线发生改变，水泵的工作点相应改变，由B到A对应的给水流量为WB和WA，这种靠改变阀门开度来改变给水流量的调节方式的优点是调节方法简单、可靠；缺点是节流损失大，增加了水泵消耗的功率，并且调节阀门处在很高的压力下工作，容易造成阀门的磨损和损坏，使用制造质量不高的调节阀时就难以保证良好的调节特性。
  
图1  给水流量节流调节方式示意图

图2  转速恒定时水泵特性曲线
显然，采用改变阀门开度的节流方法来改变给水流量对于大容量锅炉是不经济的，尤其对于大容量高压汽轮机发电机组，给水泵的功率消耗约占主机容量的2%-3%。因此，一般在锅炉启动或低负荷时才采用这种流量调节方式。

2、锅炉给水流量调节之给水泵调速方式
余热发电厂或部分火力发电厂给水泵调速通常通过变频器改变给水泵转速完成；大型发电厂的单元机组广泛采用的是改变给水泵转速来调节给水量，如图3所示，根据水位偏差来改变水泵转速，从而调节给水流量。

图3  给水泵调速方式
当给水泵进入调速方式时，给水调节阀门被关闭或是处于全开状态，这时管路特性不变，改变给水泵转速，使得水泵特性曲线与管路特性曲线的交点不同，给水流量也不同。调速泵的最高转速nmax和最低转速nmin所对应的给水流量Wmax-Wmin即为给水流量的调节范围，如图4所示。

图4  给水泵调速特性曲线
调速泵有电动调速泵和汽动调速泵两种，第一种原动机是定速电机，电机与泵之间的轴连接采用液力联轴器，改变液力联轴器中的油位高度即实现水泵转速的改变。第二种是汽动调速泵，动力是小汽轮机，改变小汽轮机的进汽流量实现给水泵转速的改变。小汽轮机转速由独立的MEH控制。电动调速泵需要经过两次能量转换，热能转换为电能，再转换为机械能，因此，效率没有汽动调速效率高。汽动调速泵调节特性好，只需要热能转换为机械能就可以了，因此效率高。汽动泵不足之处是，其驱动蒸汽来源于主汽轮机高压缸的抽汽，而机组在低负荷时，高压缸的抽汽压力太低，无法维持汽动泵的运行。因此，在机组启动和低负荷时，用配有的定速电动给水泵和调节门向锅炉供水。

锅炉全程给水控制
锅炉全程控制系统是指单元机组在启停过程和正常运行时均能实现自动控制的系统。全程控制包括启停控制和正常运行工况下控制两方面的内容。常规控制系统一般只适应单元机组带大负荷工况下运行，在启停过程和低负荷工况下，一般要由手动进行控制，而全程控制系统能使单元机组在启动、停机、不同负荷工况下自动运行。目前，大型火力发电机组都采用机、炉联合启动的方式，锅炉、汽轮机按照启动曲线要求进行滑参数启动。随着发电机组容量的增大和参数的提高，单元机组在启动和停止过程中需要监视和控制的项目也越来越多，手动控制方式已不能满足要求，必须在启动和停止过程中实现自动控制。这个过程包括锅炉点火、升温升压、汽轮机冲转、开始带负荷、带小负荷运行、带大负荷运行、降到小负荷运行、锅炉停火、冷却降温降压，整个过程要保持汽包水位在允许范围内，并且不需要人工干预。因此有以下要求：

首先，锅炉从启动到正常运行的过程中，蒸汽参数和负荷在很大范围内变化，如果不对汽包水位、给水量和蒸汽流量信号进行压力、温度校正的话，就会影响这些信号的测量准确性，为了实现全程控制，必须对这些测量信号自动进行压力、温度校正。

其次，由于大型单元机组除了在锅炉启动阶段采用节流方式调节给水量外，其他情况下多采用调节给水泵转速实现给水量自动控制。因而整个系统不仅要求满足给水量控制的要求，同时还需要保证给水泵工作在安全工作区域内。

再次，由于锅炉给水对象的动态特性在不同负荷时是不一样的，在高、低负荷时要用不同形式的控制系统。在蒸汽流量低于额定值30%的低负荷运行时，机组处于滑压运行过程，参数较低，负荷变化范围小，虚假水位不严重，可以采用单冲量控制系统；高负荷时采用串级三冲量控制系统，因此，在随着负荷变化时需要两种运行方式的切换，这就需要保持这两种切换应该是双向无扰的。

另外还需要保证多种调节方式在切换过程中实现无扰。比如给水调节阀门与调速泵间的过渡切换。最后，给水全程控制系统还必须适应机组定压运行和滑压运行工况，必须适应冷态启动和热态启动情况。