蒸汽鍋爐汽包液位的PID控制邏輯

蒸汽鍋爐汽包液位的PID控制一、引言蒸汽鍋爐汽包水位控制的任務是控制給水流量使其與蒸發(fā)量保持動態(tài)平衡維持汽包水位在工藝允許的范圍內，是保證鍋爐安全生產運行的必要條件，也是鍋爐正常生產運行的主要指標之一。若水位過高，影響汽水分離的效果，使用氣設備發(fā)生故障；而水位過低則會破壞汽水循環(huán)，嚴重時導致鍋爐爆炸，所以鍋爐汽包水位必須嚴加控制。為了確保鍋爐生產的穩(wěn)定、可靠和經濟運行，我公司采用了以SiemensS7-200SmartPLC為主的自動化設備組成鍋爐PID自動控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)通過檢測水汽壓力、溫度、流量、汽包液位等運行物理量，在運行過程中全自動調節(jié)，保證了工業(yè)鍋爐的安全穩(wěn)定高效運行。二、鍋爐相關工藝介紹鍋爐是一個較為復雜的調節(jié)對象，為保證提供合格的蒸汽以適應負荷的需要，與其配套設計的控制系統(tǒng)必須滿足各主要工藝參數的需要。以下為45t燃氣蒸汽鍋爐工藝流程三、控制難點分析汽包液位的被調量是汽包水位，而調節(jié)量則是給水流量，通過對給水流量的調節(jié)，使汽包內部的物料達到動態(tài)平衡，變化在允許范圍之內，雖然鍋爐汽包水位對蒸氣流量和給水流量變化的響應呈積極特性，但是在負荷（蒸氣流量）急劇增加時，表現(xiàn)卻類似逆響應特性，即所謂的虛假水位。造成這一原因是由于負荷增加時，導致汽包壓力下降，使汽包內水的沸點溫度下降，水的沸騰突然加劇，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系統(tǒng)，實質上是維持鍋爐進出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標，通過調整進水量的多少來達到進出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產安全。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設有自平衡能力的被控對象，運行中存在虛假水位現(xiàn)象，實際應用中可根據情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙沖量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。所謂三沖量調節(jié)系統(tǒng)就是把給水流量W，汽包水位H，蒸汽流量D三個變量通過運算后調節(jié)給水閥的調節(jié)系統(tǒng)。具體調節(jié)過程如下圖所示。三沖量調節(jié)方框圖控制方式具體如下：先通過蒸汽流量變送器和給水流量變送器取得各自的信號乘以相應的比例系數，通過比例系數可以調節(jié)蒸汽流量或給水流量對調節(jié)系統(tǒng)的影響力度。通過差壓變送器取得水位信號作為主調節(jié)信號H。如果水位設定值為G，那么在平衡條件下應有DXDk-WXWk+H-G=0的關系式存在。其中Dk為蒸汽流量系數，Wk為給水流量系數。如果在設定時，保證在穩(wěn)態(tài)下DXDk二WXWk那么就可以得到H二G。此時調節(jié)器的輸出就與符合對應，給水閥停在某一位置上。若有一個或多個信號發(fā)生變化，平衡狀態(tài)被破壞，PI調節(jié)模塊的輸出必將發(fā)生變化。當水位升高了，則調節(jié)模塊的輸出信號就減小，使得給水調節(jié)閥關小。反之，當水位降低時，調節(jié)模塊的輸出值增大，使給水閥開大。實踐證明三沖量給水單極自動調節(jié)系統(tǒng)能保持水位穩(wěn)定，且給水調節(jié)閥動作平穩(wěn)。鍋爐給水系統(tǒng)中還有一個比較重要的控制回路是給水壓力回路，因為汽包內壓力較高，要給鍋爐補水必須提供更高的壓力，給水壓力回路的作用是提高水壓，使水能夠正常注入汽包。但在蒸汽流量未達到滿負荷時，對給水流量的要求也不高。在老式的鍋爐系統(tǒng)中一般采用給水泵一直以工頻方式運轉，用回流閥降低水壓防止爆管，現(xiàn)在一般采用通過變頻器恒壓供水的方式控制水壓。鍋爐給水量通過汽包液位調節(jié)。汽包液位測量選用浮筒液位計。為有效利用轉換廢熱，降低消耗，減低勞動強度，有利于整體工藝穩(wěn)定，要