工業(yè)鍋爐汽包水位自動控制系統(tǒng)分析與研究

鍋爐是石油化工、制糖造紙等工業(yè)生產(chǎn)中常見的必不可少的動力設(shè)備之一。在工廠里，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽作為全廠的動力源和熱源。例如電廠里的汽輪發(fā)電機，就是靠鍋爐產(chǎn)生的一定溫度和壓力的過熱蒸汽來推動的，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、鍋爐運行是否安全，直接影響到生產(chǎn)能否正常進行，更關(guān)系到人員和設(shè)備的安全與否，因此，鍋爐的過程控制十分重要。

　　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程可知，鍋爐的正常運行必須要保持物料（水）平衡和熱量平衡。在物料平衡中負荷是汽包內(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，當熱量平衡被破壞，蒸汽壓力發(fā)生變化后，會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、型號也是各種各樣。鍋爐的大小是以鍋爐每小時產(chǎn)生的蒸汽量來衡量的，小型鍋爐每小時產(chǎn)幾噸蒸汽，大的鍋爐每小時能產(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，有燃氣型、燃油型、燃煤型和化學反應(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)過熱器后形成一定溫度的過熱蒸汽D再匯集到蒸汽總管PM，最后經(jīng)過負荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥：2012-11-01；修訂日期：2013-01-31化、機電一體化專業(yè)的教學和科研工作。

　　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，而且進水量的變化也會影響到蒸汽壓力的穩(wěn)定。例如，給水流量增加時，由于冷水的溫度低，會使汽包內(nèi)的蒸發(fā)量減少，導(dǎo)致蒸汽壓力下降。

　　綜上所述，鍋爐的運行主要包括以下3個方面的過程控制系統(tǒng)：（1汽包水位控制系統(tǒng)：是鍋爐安全運行的必要保證，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：通過使燃料量與空氣量保持定的比值，以保證經(jīng)濟燃燒和鍋爐的安全運行，同時保證引風量與送風量相適應(yīng)，維持爐膛內(nèi)的負壓恒定不變，其最終目的是使燃料產(chǎn)生的熱量滿足蒸汽負荷的需要；（3）過熱蒸汽系統(tǒng)的控制：這是一個溫度控制系統(tǒng)，其作用主要有2個：一是保持過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允許的工作溫度。

　　汽包的水位是鍋爐正常運行的重要指標，水位過高，由于汽包上部空間變小，從而影響汽水分離，會產(chǎn)生蒸汽帶水現(xiàn)象；水位過低，則由于汽包的容積較小而負荷卻很大，水的汽化速度加快，使得汽包內(nèi)的儲水量迅速減少，如不及時控制，就會使汽包內(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重后果。

　　3鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計目前，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間的乘積，而是1種表示變量的習慣沿用。

　　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。當汽包水位偏離設(shè)定值時，變送器將測量到的信息送給控制器，按照特定的控制規(guī)律來開大或關(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，因為出現(xiàn)事故時（譬如前級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，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是蒸汽負荷的波動，因為用戶的蒸汽需要量是在不斷變化的。假設(shè)蒸汽需要量突然加大，汽包的壓力會瞬時降低，水的沸騰加劇，使水加速汽化，水中的氣泡量會驟然增多。而氣泡的體積比其液態(tài)時的體積大很多倍，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”本來該增加供水量，現(xiàn)在卻錯誤地減少供水量，嚴重時會使汽包水位下降到危險區(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荷量的波動而造成“閃蒸”現(xiàn)象，如果把蒸汽流量作為前饋信號引入控制系統(tǒng)，及時知道其變化情況，就可以克服這個主要的擾動。

　　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”是指汽包水位信號和蒸汽流量信號2個變量。它是一個前饋-反饋控制系統(tǒng)。水位信號從系統(tǒng)的輸出端返回到輸入端，因此屬于反饋控制；蒸汽流量信號未經(jīng)反饋而直接與水位控制器的輸出信號相加，因此是前饋控制。當蒸汽負荷變化可能導(dǎo)致汽包水位大幅度波動時，蒸汽流量信號的引入起著超前控制作用，它在汽包水位還沒有出現(xiàn)波動時，提前使調(diào)節(jié)閥動作，從而減少因蒸汽負荷量變化引起的水位波動，極大改善了控制品質(zhì)。中，當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，（+￡）信號使加法器的輸出增加，氣關(guān)閥因控制信號的增加而減小開度，供水量下降，汽包水位回落；另方面，當蒸汽負荷量增加時，會導(dǎo)致水位下降，但流量變送器FT送給加法器的（-b信號使得加法器的輸出下降，氣關(guān)閥因控制信號的減小而增大開啟度，有效克服了由于蒸汽負荷變化給汽包水位帶來的影響。

　　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的擾動，卻不能克服供水壓力變化的干擾，當供水壓力變化時，同樣會引起供水流量的變化，會導(dǎo)致汽包水位的波動，雙沖量控制系統(tǒng)只有在汽包水位變化后才由控制器進行調(diào)整，控制不及時。因此，當供水壓力波動比較頻繁時，雙沖量控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量較差，這時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、蒸汽流量信號以外，又增加了個供水流量信號（+C，顯然，當蒸汽負荷不變，供水量因壓力波動而變化時，加法器的輸出相應(yīng)變化，直接調(diào)整閥門開啟度。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，縮短了過渡過程的時間，煤發(fā)技術(shù)巷道無盲區(qū)覆蓋網(wǎng)絡(luò)中IEEE802.11協(xié)議分析查欣（淄博職業(yè)學院，山東淄博255314絡(luò)的不多，文章通過分析礦井計算機移動通信網(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引言計算機通信網(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，所以計算機通信網(wǎng)絡(luò)很難將這個礦區(qū)無縫覆蓋，而且，目前我國礦井通信主要以有線通信為主，使得井下網(wǎng)絡(luò)覆蓋很難達到無盲區(qū)狀態(tài)。IEEE自1997年提出802.11無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范后WiFi迅速發(fā)展起來，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WiFi設(shè)備功率的限制，將其設(shè)計為本安型礦用通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實現(xiàn)巷道無盲區(qū)的信號覆蓋。