摘要：汽包是火力发电系统中的重要组成元件，其主要作用是承受并调节锅炉内汽压，其工作状态决定了锅炉运行性能以及运行安全，同时也会对锅炉蒸汽品质和汽压变化造成影响，在整个火力发电过程中扮演着重要角色。为确保汽包锅炉的安全、稳定运行，顺利完成火力发电，就需要实现汽包锅炉给水的自动化控制，根据汽包水位实际水位情况，做出正确、精准的给水动作，及时对蒸发掉的水量进行补充，将汽包水位控制在规定范围内。文章结合实际案例，对火力发电厂汽包锅炉给水自动控制技术进行了分析，具有借鉴和指导作用。
关键词：火力发电厂；汽包锅炉给水；水位；三冲量；自动控制
锅炉是火力发电机组的核心设备，其各项运行参数关系到整个机组的具体工作情况。要想确保火力发电机组的平稳运行，就需要实现对锅炉各项运行参数的自动控制，结合实际运行情况及运行需求，及时对锅炉工作状态进行调整，使各项变量都维持在较为稳定的水平。所以，将自动控制技术应用于火力发电厂汽包锅炉给水环节，对提高锅炉控制力度及运行水平具有重要意义。
1火力发电厂汽包水位变化影响因素
要想实现火力发电厂汽包锅炉给水自动控制，就需要明确汽包水位变化的具体因素，进而才能应用相应的自动控制技术，影响汽包水位变化的因素主要包括两方面，分别为蒸发量和给水量。首先，当汽包给水流量小于蒸发流量时，会出现虚假水位现象，具体表现为气泡内饱和水气泡在汽压减小的情况下逐渐膨胀变大，进而促使汽包水位升高，但是，这种现象在汽包容积和负荷处于平衡状态后便会消失，汽包水位便会回落至原有位置。其次，如果汽包内负荷没有发生变化，如果进行给水操作，则所输送冷水在进入汽包内之后，会使汽包内部整体温度降低，出现热胀冷缩效应，此时汽包体积缩小、水位降低，如果继续进行给水操作，则汽包水位则会持续变化，具体表现为给水量增多，汽包水位升高；给水量减少，汽包水位降低。所以，火力发电厂在将自控控制技术应用于汽包锅炉内时，需要对影响汽包水位变化的两种因素进行综合考虑，才能实现理想的自动控制效果[1]。
2串级三冲量给水控制系统结构组成及工作原理
火力发电厂汽包锅炉技术控制主要有三种形式，分别为单冲量给水控制、双冲量给水控制以及三冲量技术控制，相比于前两种控制形式，三冲量给水控制更加完善，能够实现更加理想的汽包水位控制效果，在当前的火力发电厂中应用最为广泛。所以，在此次研究中，主要是对串级三冲量给水控制形式为例进行分析。
串级三冲量给水控制系统，主要组成构件包括汽包、过热器、变送器、省煤器、水位调节器、给水调节器、给水泵汽轮机控制装置等，在这几种构件的相互配合下，能够实现汽包锅炉给水自动控制，保证锅炉蒸发量与给水量维持在平衡状态，其结构组成如图1所示[2]。串级三冲量给水控制系统在运行过程中，能够实现对汽包水位H、蒸汽流量D、给水流量W三项数据的实时监测，以此作为依据，根据汽包锅炉稳定运行需求，按照预选设定好的逻辑程序对系统进行调节和控制。在三种变量数据中，水位是首要控制变量，汽包水位监测与控制，是通过安装在主控制器入口处的水位调节器完成的，利用水位调节器，能够使汽包水位处于规定的数值水平。当汽包水位水量汽化蒸发出现变化时，此时便会借助副调节器给水调节器，通过给水动作，对汽包内的水量进行补充，使水位升高至正常状态。在单冲量控制形式中，无法得到蒸汽流量D的具体数值，经常出现虚假水位现象，对汽包锅炉给水自动控制造成了干扰，控制效率和控制精准性得不到保障。为克服这种问题，在串级三冲量给水控制系统中还对蒸汽流量进行了实时监测，有效的避免了虚假水位所带来的干扰效应，控制效率和控制精准的都得到了提高，在汽包存在蒸汽负荷时，仍能对汽包水位进行精准控制。在串级三冲量给水控制系统中，水位调节器和给水调节器所用控制方式分为为比例积分控制方式和比例控制方式，利用监控所得给水流量个蒸汽流量数值，对给水调节器进行控制，通过改变给水泵的运转速度输送相应的水量，配合水位调机器，将汽包水位控制在规定数值范围内[3]。
图1 串级三冲量给水控制系统结构示意图
3基于自动控制下的火力发电厂汽包锅炉给水技术
某火力发电机厂当前投入使用的锅炉机组一共有三台，运行时三台锅炉机组全部处于工作状态，利用锅炉燃烧所产生的蒸汽作为动力能源，带动发电机运转进而生产电能。在锅炉机组运行控制管理中，汽包水位控制是尤为重要的一项工作，为提高汽包水位控制效率和精准性，该厂以汽包锅炉给水控制原有系统为基础，利用三冲量控制系统对其进行改造，进而实现了汽包锅炉给水自动控制。
3.1低负荷汽包水位控制
当锅炉内蒸汽负荷较低或者刚刚启动时，汽包水位控制主要是由单冲量控制系统完成的，通过在系统软件中构建函数模型，将单冲量控制系统所接收到高频信号进行过滤，可以避免系统在短时间内出现多次调节动作，实现汽包水位控制一次到位。用汽包水位信号减去低负荷汽包水位设定值，便可以指导此时汽包水位偏差数值大小，在利用线性控制器进行运算后，便可以生成相应的低负荷汽包水位调节指令[4]。在锅炉机组运行过程中，当系统刚刚启动、主给水阀打开半分钟后、三台锅炉机组停止运行半分钟后，汽包锅炉给水方式为低负荷汽包数位控制。但是，当控制系统出现故障、汽包水位信号不佳、给水主控和低负荷控制站分别为自动和手动控制时，应该将低负荷控制站切换至手动操作。
3.2汽包水位三冲量控制形式
该火力发电厂利用串级三冲量控制方式对汽包水位控制系统进行改造后，当锅炉机组整体蒸汽负荷超过30%时，控制方式将会有低负荷状态是的单冲量控制方式，自动切换至串联三冲量控制方式。在串级三冲量控制系统中，主要分为水位控制主回路和副回路两部分，其中，主控制回路能够根据汽包水位偏差，将其水位控制在规定值，而副控制回路则能够保证水位控制的快速性，在两个回路的配合作用下，可以消除虚假水位对汽包水位控制的干扰作用，改善蒸汽负荷扰动下的水位控制品质。并且，在串级三冲量控制系统主控制回路上，当负荷在0%—30%低负荷范围内，或者处于手动控制状态时，能够时刻获取给水流量的动态数值，避免三冲量控制系统自动运行时，其副控制回路出现积分饱和现象。需要注意的是，当主汽流量信号、给水流量信号、汽包数位信号质量良好，并且有一台锅炉机组的给水泵处于自动状态时，才能够切换三冲量控制系统对汽包锅炉给水进行自动控制。
结束语：
汽包水位是锅炉运行参数中尤为重要的一个变量，实现汽包锅炉技术的自动化控制，能够时刻掌握汽包内的实际含水量，根据蒸发量及时补充一定的水量，确保两者之间的平衡性，避免汽包水位出现过高或者过低现象，对减少火力发电机组的运行故障发生概率具有重要意义。
参考文献：
[1]雷婷，虎恩典，刘勇.火电厂300MW汽包锅炉给水控制系统[J].自动化技术与应用，2014，（11）：12-17.
[2]孔繁林，吕涛，初汶襁. FCB工况下汽包锅炉给水控制系统的分析及应用[J].中国科技博览，2015，（46）：378-379.
[3]曹泽学.电厂给水自动控制系统及其仿真[C].湖北省电机工程学会热工自动化专委会2012年学术会议.2012.
[4]赵永刚，房长春.浅谈给水全程自动控制的策略及方法[J].自动化技术与应用，2013，（1）：96-99.
论文作者:崔喆
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/13
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