工業(yè)鍋爐汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)分析與研究

鍋爐是石油化工、制糖造紙等工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的必不可少的動(dòng)力設(shè)備之一。在工廠里，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽作為全廠的動(dòng)力源和熱源。例如電廠里的汽輪發(fā)電機(jī)，就是靠鍋爐產(chǎn)生的一定溫度和壓力的過(guò)熱蒸汽來(lái)推動(dòng)的，化工廠里許多換熱器的熱源大多是鍋爐提供的蒸汽。鍋爐產(chǎn)生蒸汽的壓力和溫度是否穩(wěn)定、鍋爐運(yùn)行是否安全，直接影響到生產(chǎn)能否正常進(jìn)行，更關(guān)系到人員和設(shè)備的安全與否，因此，鍋爐的過(guò)程控制十分重要。

　　1工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)2工業(yè)鍋爐控制分析由上述過(guò)程可知，鍋爐的正常運(yùn)行必須要保持物料（水）平衡和熱量平衡。在物料平衡中負(fù)荷是汽包內(nèi)水的蒸發(fā)量，被控變量是汽包的水位，操縱變量是鍋爐的給水量；在熱量平衡中負(fù)荷是蒸汽帶走的熱量，被控變量是蒸汽壓力，操縱變量是燃料量。

　　上述的物料平衡和熱量平衡是相互關(guān)聯(lián)、互相影響的。汽包水位不僅受到給水流量的影響，而且也受到熱量變化的影響。例如，當(dāng)熱量平衡被破壞，蒸汽壓力發(fā)生變化后，會(huì)影響到汽包水面下蒸發(fā)管中的汽水混合為適應(yīng)生產(chǎn)的需要，鍋爐的大小、型號(hào)也是各種各樣。鍋爐的大小是以鍋爐每小時(shí)產(chǎn)生的蒸汽量來(lái)衡量的，小型鍋爐每小時(shí)產(chǎn)幾噸蒸汽，大的鍋爐每小時(shí)能產(chǎn)200t以上的蒸汽，蒸汽壓力有高、中、低之分。在應(yīng)用類型上，可將鍋爐分為動(dòng)力鍋爐和工業(yè)鍋爐，其中工業(yè)鍋爐又分為輔助鍋爐、廢熱鍋爐、快裝鍋爐、夾套鍋爐等。

　　鍋爐的燃料也各不相同，有燃?xì)庑�、燃油型、燃煤型和化學(xué)反應(yīng)型等。

　　鍋爐的工藝流程如所示，燃料和熱空氣按一定的比例混合后進(jìn)入燃燒室燃燒，加熱汽包內(nèi)的水產(chǎn)生飽和蒸汽Ds，經(jīng)過(guò)熱器后形成一定溫度的過(guò)熱蒸汽D再匯集到蒸汽總管PM，最后經(jīng)過(guò)負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥：2012-11-01；修訂日期：2013-01-31化、機(jī)電一體化專業(yè)的教學(xué)和科研工作。

　　物的體積，使汽包水位發(fā)生變化。同樣蒸汽壓力不僅受到燃料輸入量的影響，而且進(jìn)水量的變化也會(huì)影響到蒸汽壓力的穩(wěn)定。例如，給水流量增加時(shí)，由于冷水的溫度低，會(huì)使汽包內(nèi)的蒸發(fā)量減少，導(dǎo)致蒸汽壓力下降。

　　綜上所述，鍋爐的運(yùn)行主要包括以下3個(gè)方面的過(guò)程控制系統(tǒng)：（1汽包水位控制系統(tǒng)：是鍋爐安全運(yùn)行的必要保證，它要維持汽包內(nèi)的水位在工藝允許的范圍內(nèi)；（2燃燒系統(tǒng)的控制：通過(guò)使燃料量與空氣量保持定的比值，以保證經(jīng)濟(jì)燃燒和鍋爐的安全運(yùn)行，同時(shí)保證引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，維持爐膛內(nèi)的負(fù)壓恒定不變，其最終目的是使燃料產(chǎn)生的熱量滿足蒸汽負(fù)荷的需要；（3）過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制：這是一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，其作用主要有2個(gè)：一是保持過(guò)熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)；二是保證管壁的溫度不超過(guò)允許的工作溫度。

　　汽包的水位是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)，水位過(guò)高，由于汽包上部空間變小，從而影響汽水分離，會(huì)產(chǎn)生蒸汽帶水現(xiàn)象；水位過(guò)低，則由于汽包的容積較小而負(fù)荷卻很大，水的汽化速度加快，使得汽包內(nèi)的儲(chǔ)水量迅速減少，如不及時(shí)控制，就會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，形成“干燒”可能導(dǎo)致鍋爐燒壞甚至爆炸的嚴(yán)重后果。

　　3鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前，鍋爐汽包水位常采用單沖量、雙沖量及三沖量控制方案。此處的“沖量”不是物理上定義的作用在物體上力和時(shí)間的乘積，而是1種表示變量的習(xí)慣沿用。

　　3.1鍋爐汽包水位單沖量控制系統(tǒng)是鍋爐汽包水位單沖量控制系統(tǒng)示意圖，這是個(gè)典型的單回路控制系統(tǒng)，其被控變量是汽包水位，操縱變量是鍋爐的給水量。當(dāng)汽包水位偏離設(shè)定值時(shí)，變送器將測(cè)量到的信息送給控制器，按照特定的控制規(guī)律來(lái)開(kāi)大或關(guān)小閥門，以增加或減少供水量，使汽包水位回到設(shè)定值。

　　鍋爐汽包水位單沖量控制系統(tǒng)示意圖安裝在給水管道上的執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥），從安全角度考慮應(yīng)該選擇氣關(guān)閥，因?yàn)槌霈F(xiàn)事故時(shí)（譬如前級(jí)儀表故障或氣源斷氣，為了避免鍋爐設(shè)備發(fā)生事故，要求調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，使汽包保證有水而避免爆炸。影響鍋爐汽包水位的主要擾動(dòng)是蒸汽負(fù)荷的波動(dòng)，因?yàn)橛脩舻恼羝�需要量是在不斷變化��。假設(shè)蒸汽需要量突然加大，汽包的壓力會(huì)瞬時(shí)降低，水的沸騰加劇，使水加速汽化，水中的氣泡量會(huì)驟然增多。而氣泡的體積比其液態(tài)時(shí)的體積大很多倍，結(jié)果出現(xiàn)汽包內(nèi)的水位不降反升的假象，即出現(xiàn)“假水位”�？刂破鳙@得的信息是“水位升高了”本來(lái)該增加供水量，現(xiàn)在卻錯(cuò)誤地減少供水量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使汽包水位下降到危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)以致發(fā)生事故。產(chǎn)生上述“假水位”的主要原因是蒸汽負(fù)荷量的波動(dòng)而造成“閃蒸”現(xiàn)象，如果把蒸汽流量作為前饋信號(hào)引入控制系統(tǒng)，及時(shí)知道其變化情況，就可以克服這個(gè)主要的擾動(dòng)。

　　3.2鍋爐汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)是鍋爐汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)示意圖，這里的“雙沖量”是指汽包水位信號(hào)和蒸汽流量信號(hào)2個(gè)變量。它是一個(gè)前饋-反饋控制系統(tǒng)。水位信號(hào)從系統(tǒng)的輸出端返回到輸入端，因此屬于反饋控制；蒸汽流量信號(hào)未經(jīng)反饋而直接與水位控制器的輸出信號(hào)相加，因此是前饋控制。當(dāng)蒸汽負(fù)荷變化可能導(dǎo)致汽包水位大幅度波動(dòng)時(shí)，蒸汽流量信號(hào)的引入起著超前控制作用，它在汽包水位還沒(méi)有出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，提前使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作，從而減少因蒸汽負(fù)荷量變化引起的水位波動(dòng)，極大改善了控制品質(zhì)。中，當(dāng)干擾引起汽包水位上升（大于設(shè)定值），偏差增加，正作用控制器的輸出增加，（+￡）信號(hào)使加法器的輸出增加，氣關(guān)閥因控制信號(hào)的增加而減小開(kāi)度，供水量下降，汽包水位回落；另方面，當(dāng)蒸汽負(fù)荷量增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水位下降，但流量變送器FT送給加法器的（-b信號(hào)使得加法器的輸出下降，氣關(guān)閥因控制信號(hào)的減小而增大開(kāi)啟度，有效克服了由于蒸汽負(fù)荷變化給汽包水位帶來(lái)的影響。

　　鍋爐汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)示意圖盡管雙沖量控制克服了蒸汽壓力變化帶來(lái)的擾動(dòng)，卻不能克服供水壓力變化的干擾，當(dāng)供水壓力變化時(shí)，同樣會(huì)引起供水流量的變化，會(huì)導(dǎo)致汽包水位的波動(dòng)，雙沖量控制系統(tǒng)只有在汽包水位變化后才由控制器進(jìn)行調(diào)整，控制不及時(shí)。因此，當(dāng)供水壓力波動(dòng)比較頻繁時(shí)，雙沖量控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量較差，這時(shí)可采用三沖量控制系統(tǒng)。

　　3.3鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)為鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)除了水位、蒸汽流量信號(hào)以外，又增加了個(gè)供水流量信號(hào)（+C，顯然，當(dāng)蒸汽負(fù)荷不變，供水量因壓力波動(dòng)而變化時(shí)，加法器的輸出相應(yīng)變化，直接調(diào)整閥門開(kāi)啟度。不需要等汽包水位變化了再去由控制器調(diào)整，從而極大減少了水位的波動(dòng)，縮短了過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間，煤發(fā)技術(shù)巷道無(wú)盲區(qū)覆蓋網(wǎng)絡(luò)中IEEE802.11協(xié)議分析查欣（淄博職業(yè)學(xué)院，山東淄博255314絡(luò)的不多，文章通過(guò)分析礦井計(jì)算機(jī)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，闡述了基于IEEE802.11協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和功能，為今后的礦井無(wú)盲區(qū)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供了理論依據(jù)。

　　0引言計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)是維持井下安全生產(chǎn)及調(diào)度的重要設(shè)施。由于煤礦開(kāi)采所處環(huán)境惡劣、井下生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜、巷道曲折多變，所以計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)很難將這個(gè)礦區(qū)無(wú)縫覆蓋，而且，目前我國(guó)礦井通信主要以有線通信為主，使得井下網(wǎng)絡(luò)覆蓋很難達(dá)到無(wú)盲區(qū)狀態(tài)。IEEE自1997年提出802.11無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范后WiFi迅速發(fā)展起來(lái)，并在地面通信網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)IEEE802.11協(xié)議對(duì)WiFi設(shè)備功率的限制，將其設(shè)計(jì)為本安型礦用通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)巷道無(wú)盲區(qū)的信號(hào)覆蓋。