技術(shù)文獻(xiàn)
TECHNICAL PAPER一 蒸汽鍋爐上水自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)鍋爐運(yùn)行重要性。
按相關(guān)規(guī)定，每小時(shí)蒸發(fā)量大于6噸的鍋爐都應(yīng)使用儀表控制調(diào)節(jié)閥上水，調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)連續(xù)均勻向鍋爐供水。在鍋爐運(yùn)行中水位規(guī)定應(yīng)保持在正常水位，并允許在正常水位各25mm以內(nèi)波動(dòng)。水位波動(dòng)越小對(duì)鍋爐運(yùn)行越穩(wěn)定、安全，供汽質(zhì)量越好。同時(shí)對(duì)蒸汽鍋爐自動(dòng)給水系統(tǒng)質(zhì)量提出了更高要求。
1控制不好出現(xiàn)假水位危及鍋爐安全運(yùn)行。因?yàn)樗贿^(guò)高，會(huì)出現(xiàn)蒸汽帶水，甚至發(fā)生滿水事故；水位過(guò)低 ，又會(huì)造成鍋爐爆炸事故，危及人身安全和設(shè)備損失。鍋爐運(yùn)行時(shí)，水位的變化主要是由于鍋爐負(fù)荷變化引起的。當(dāng)用蒸汽多時(shí)，水位下降就多；用汽少時(shí)，水位下降就少。因負(fù)荷突然變化造成假水位，即當(dāng)負(fù)荷增加過(guò)程，水位很快跟著上升，然后又很快下降；當(dāng)負(fù)荷降低過(guò)程，水位又很快下降，然后又很快上升的現(xiàn)象。這是因?yàn)樨?fù)荷突然增加，汽壓會(huì)突然下降，但是爐水溫度必然是鍋爐蒸汽壓力下的飽和溫度，所以跟著汽壓下降，爐水溫度就要從原來(lái)壓力下的飽和溫度下降到新溫度下的飽和溫度，這就要放出大量熱量，這些熱量用來(lái)蒸發(fā)爐水，所以水位就會(huì)突然升高。但當(dāng)汽泡上升逸出水面后，爐水內(nèi)汽泡減少，汽水混合物容積又隨著縮小，所以水位又很快下降。如果此時(shí)我們不加大給水，那么由于蒸發(fā)量大于給水量，水位還要繼續(xù)下降。
2控制不好汽壓不穩(wěn)。給水量增加，直接影響的水位上升，但是汽壓下降更靈敏。這是因?yàn)榻o水溫度低于爐水溫度，當(dāng)給水量增加，在爐內(nèi)就要多吸收熱量，因此用來(lái)蒸發(fā)爐水的熱量要減少，汽壓顯然要下降。同樣道理，給水量減少，水位下降，汽壓要上升。
3控制不好汽溫不穩(wěn)。給水量增加，汽溫要下降，這是因?yàn)榻o水量增加時(shí)，汽壓下降，爐水溫度下降，水冷壁在爐膛吸收的輻射熱量要增加，使?fàn)t膛出口煙汽溫度下降，導(dǎo)致汽溫下降。同樣道理，給水量減少時(shí)，汽溫要上升。
二 目前鍋爐自動(dòng)上水現(xiàn)狀及控制難點(diǎn)
經(jīng)過(guò)我們對(duì)一些企業(yè)蒸汽鍋爐上水現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前在蒸汽鍋爐給水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品選型、使用中存在嚴(yán)重的問(wèn)題，其自動(dòng)上水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，精確控制流量以至達(dá)到鍋筒水位波動(dòng)范圍最小化而被人們忽略，有的已經(jīng)構(gòu)成了安全的隱患，時(shí)時(shí)威脅著鍋爐的安全的運(yùn)行。主要存在問(wèn)題有如下幾個(gè)方面：1經(jīng)常燒毀電動(dòng)執(zhí)行器電機(jī)；2調(diào)節(jié)閥桿經(jīng)常頂彎；3調(diào)節(jié)閥桿不停地上下動(dòng)作，造成閥桿磨損嚴(yán)重導(dǎo)致閥桿部位漏水；4鍋爐的水壓力表指針不停地?cái)[動(dòng)，供水壓力及水位波動(dòng)較大。根本原因所用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥不能與系統(tǒng)適配。
鍋爐供水調(diào)節(jié)閥有以下四個(gè)特殊性：1電動(dòng)調(diào)節(jié)閥兩端壓差大，一般三十噸左右蒸發(fā)量的鍋爐調(diào)節(jié)閥入口水壓力可達(dá)2MP左右，出口水壓力可達(dá)1.2MP左右，電動(dòng)執(zhí)行器電機(jī)輸出力矩（負(fù)載重）較大；2 經(jīng)除氧罐給水溫度可達(dá)100°C，使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生熱量，不利于電機(jī)散熱，如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩，易燒毀電動(dòng)執(zhí)行器電機(jī)；3 調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)小，如果調(diào)節(jié)過(guò)程響應(yīng)較慢出現(xiàn)系統(tǒng)不穩(wěn)定（表像是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上下動(dòng)作不停止）特別是采用三沖量調(diào)節(jié)器控制，由于選取三個(gè)參量，精度較高，控制周期較短，普通“電子式”伺服放大器執(zhí)行不相適應(yīng)，閥桿上下動(dòng)作頻繁，經(jīng)常摩擦磨損過(guò)快出現(xiàn)漏水；4 蒸汽鍋爐上水環(huán)節(jié)屬于十分重要環(huán)節(jié)，要求電動(dòng)調(diào)節(jié)閥可*性好，出現(xiàn)故障不能上水鍋爐危險(xiǎn)性較大。
目前一些鍋爐給水用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行器大都是“電子式”（根據(jù)輸入信號(hào)偏差極性由伺服放大器控制執(zhí)行器電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)作）帶伺服放大器調(diào)節(jié)閥，這種“電子式”電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是不能根據(jù)信號(hào)偏差大小來(lái)改變其執(zhí)行器電動(dòng)機(jī)的速度。因此只變方向、不變速度勢(shì)必會(huì)使用系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度受到限制，對(duì)開(kāi)關(guān)型或一般變化緩慢的控制對(duì)像控制精度要求不高場(chǎng)合可以使用，但像蒸汽鍋爐負(fù)荷變化較大的場(chǎng)合擔(dān)當(dāng)自動(dòng)上水調(diào)節(jié)閥是難以達(dá)到較好的自動(dòng)控制效果。另外前述電動(dòng)調(diào)節(jié)閥都使用單相交流電動(dòng)機(jī)作為控制電機(jī)，而單相交流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)弱點(diǎn)：1目前所用的單相電機(jī)都為電容分相式，使兩相繞組中電流有90°的時(shí)間相位移，產(chǎn)生圓型旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使之轉(zhuǎn)動(dòng)。因此不具有高質(zhì)量調(diào)速功能，在控制領(lǐng)域還不能作為高精度調(diào)速控制使用。2 單相電動(dòng)機(jī)起動(dòng)力矩比較小，做功率較大的頻繁動(dòng)作的輸出使用時(shí)，由于啟動(dòng)電流很大近7倍額定電流，會(huì)使 電機(jī)始終處在大電流的工作狀態(tài)，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)可以使電機(jī)燒毀。因此現(xiàn)在使用的一些電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的電機(jī)動(dòng)作只能是通過(guò)伺服放大器控制其正反轉(zhuǎn)向的恒速動(dòng)作，而電動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)屬于隨動(dòng)系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的輸入量是隨意變化的，要求系統(tǒng)的輸出量，能以一定的精度跟隨輸入量的變化。顯然做為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)是不能隨小信號(hào)的變化而低速運(yùn)行。不能靈敏快速平穩(wěn)可*運(yùn)行與系統(tǒng)控制協(xié)調(diào)。
三 解決的辦法——智能型變頻電動(dòng)執(zhí)行器
針對(duì)原有電動(dòng)執(zhí)行器只有以低速運(yùn)行，通過(guò)極強(qiáng)的微調(diào)才能修正微小偏差從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)系統(tǒng)超調(diào)這一缺點(diǎn)，采用智能型電動(dòng)執(zhí)行器與各種閥體配合，利用數(shù)字化變頻技術(shù)，改造目前模擬技術(shù)電動(dòng)執(zhí)行器，使之具有變速運(yùn)行、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、調(diào)節(jié)定位精度高、穩(wěn)定性好，故障率低，使用壽命長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)，徹底改變了調(diào)節(jié)閥在一些重要領(lǐng)域不能適用的缺陷。我們?cè)谔旖驗(yàn)I海新區(qū)某供熱公司對(duì)若干臺(tái)大型蒸汽鍋爐原使用的給水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了改造，收到了預(yù)期良好的效果。
共有四臺(tái)35噸蒸汽鍋爐，在改造前使用上述“電子式”電動(dòng)執(zhí)行器為其給水，總控制室儀表采用三沖量調(diào)節(jié)器分別控制四臺(tái)上水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，雖經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員努力調(diào)試，效果不佳。水位顯示有明顯跳動(dòng)，供水壓力不穩(wěn)，表指針在0.5MP—1.2MP之間擺動(dòng)，頻繁燒毀電機(jī)，閥桿不停上下動(dòng)作，由于磨損過(guò)快，閥桿漏水它嚴(yán)重，影響了鍋爐的正常運(yùn)行。盡管專業(yè)人員努力調(diào)整也不能達(dá)到預(yù)期效果。現(xiàn)在一般大中型鍋爐均配備三沖量給水調(diào)節(jié)儀表，它有效的克服了鍋筒出現(xiàn)“假水位”的現(xiàn)像，它以鍋筒液位為主控對(duì)像，以蒸汽流量和給水流量為和鍋筒液位三個(gè)參考量相運(yùn)算，再去控制調(diào)節(jié)閥改給水流量使鍋液維持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。同過(guò)去單沖量（只一個(gè)鍋筒液位變量）給水調(diào)節(jié)儀表相比靈敏度高，響應(yīng)快，控制周期短。所以傳統(tǒng)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥明顯不能適應(yīng)，因此出現(xiàn)超調(diào)導(dǎo)致震蕩。
后更換了智能型變頻電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（BPZ—40 型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥），效果顯著。供水指示壓力表相當(dāng)穩(wěn)定，指針在1.2MP不動(dòng)，調(diào)節(jié)閥桿動(dòng)程僅在1—2mm范圍內(nèi)緩慢變化，鍋筒水位指示相當(dāng)穩(wěn)定液位波動(dòng)10mm，電機(jī)溫度三十多度，再也沒(méi)出現(xiàn)燒電機(jī)情況。另外，智能型變頻器采用的電腦板有參數(shù)設(shè)定功能，如放大倍數(shù)，力矩提升，行程上、下限電氣參數(shù)限位，控制不靈敏區(qū)設(shè)定等諸多項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)控制對(duì)像可設(shè)定的參數(shù)。更重要的是伺服電機(jī)采用了進(jìn)口的變頻器輸出的三相電壓，起動(dòng)力矩大，響應(yīng)快，動(dòng)作時(shí)根據(jù)偏差信號(hào)大小變速運(yùn)動(dòng)，做到柔啟柔停，因此管道內(nèi)高壓水沖擊力很小，有利于調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定。
現(xiàn)在全國(guó)已有很多廠家蒸汽鍋爐使用了這種智能型的變頻器，對(duì)原有的“電子式”電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了改造，效果都有很好。在此不便一一列舉了。
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