CN103438429A

CN103438429A - 锅炉汽包液位控制系统

Info

Publication number: CN103438429A
Application number: CN2013104058384A
Authority: CN
Inventors: 赵悠斐; 张镇祥; 郑庆飞
Original assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Current assignee: Gold East Paper Jiangsu Co Ltd
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: CN103438429B

Abstract

本发明涉及一种锅炉汽包液位控制系统，其包括给水泵、给水控制阀单元以及汽包、汽包液位探测计以及控制器单元。该汽包液位探测计用于对所述汽包内的液位进行实时监测。该控制器单元用于依据所述汽包液位探测计的实时监测数据分别在锅炉的启、停炉期间对所述给水控制阀单元的开度进行控制以使所述汽包内的液位保持在安全范围，在锅炉运行期间对所述给水泵的转速进行控制以使所述汽包内的液位保持在安全范围，其中，在锅炉运行期间，所述给水控制阀单元的开度为固定开度。该锅炉汽包液位控制系统在保证汽包液位始终处于安全范围的同时，还能够大大降低给水泵能量的浪费。

Description

锅炉汽包液位控制系统

技术领域

本发明涉及一种锅炉汽包液位控制系统。

背景技术

锅炉是工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它通过煤、油、天然气的燃烧释放出的化学能，通过传热过程把能量传递给水，使水变成高压水蒸气。这种高压水蒸汽既可以作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发过程的能源，又可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源。

锅炉通常包括给水泵、给水控制阀以及汽包，其中，给水泵用于提供动力以将水输送至汽包内，给水控制阀位于给水泵与汽包之间以用于对流入汽包内的水流量进行控制，汽包用于将进入的水转变为水蒸气以向负载输出。

在上述过程中，汽包内的液位高度是确保生产和提供优质蒸汽的重要参数。特别是对现代工业生产来说，由于蒸汽量显著提高，汽包容积相对减小，水位速度变化很快，稍不注意即造成汽包满水或烧干锅，无论满水还是缺水都会造成极其严重的后果。因此，维持汽包中液位在工艺允许范围内是保证锅炉安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的重要指标。

发明内容

有鉴于此，提供一种能够维持汽包中液位在工艺允许范围内的锅炉汽包液位控制系统实为必要。

一种锅炉汽包液位控制系统，其包括给水泵、给水控制阀单元以及汽包，所述给水泵用于在锅炉的启、停炉期间以及锅炉正常运行期间向所述汽包供水，所述给水控制阀单元设置于所述给水泵与汽包之间用于对输向所述汽包的水流量进行控制，所述锅炉汽包液位控制系统还包括：汽包液位探测计，其用于对所述汽包内的液位进行实时监测并输出监测数据；控制器单元，其依据所述汽包液位探测计的实时监测数据分别在锅炉的启、停炉期间对所述给水控制阀单元的开度进行控制以使所述汽包内的液位保持在安全范围，在锅炉运行期间对所述给水泵的转速进行控制以使所述汽包内的液位保持在安全范围，其中，在锅炉运行期间，所述给水控制阀单元的开度为固定开度。

优选的，所述控制器单元包括第一控制模块以及第二控制模块，该两个控制模块交替工作，所述第一控制模块在锅炉的启、停炉期间处于工作状态，以用于在锅炉的启、停炉期间依据所述汽包液位探测计的监测数据来控制所述给水控制阀单元的开度以使所述汽包内的液位保持在安全范围，所述第二控制模块在锅炉运行期间处于工作状态，以用于在锅炉运行期间依据所述汽包液位探测计的监测数据来控制所述给水泵的转速以使所述汽包内的液位保持在安全范围，其中，在锅炉运行期间，所述给水控制阀单元的开度保持为固定开度。

优选的，所述锅炉汽包液位控制系统还包括压差监测单元，所述压差监测单元用于对所述给水控制阀单元两端的压差进行实时监测并输出监测数据。

优选的，所述控制器单元还进一步包括第三控制模块，所述第三控制模块用于在锅炉的启、停炉期间依据所述压差监测单元的监测数据来控制所述给水泵的转速，以使所述给水控制阀单元两端的压差保持在安全范围。

优选的，所述第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块均为比例-积分-微分控制器。

优选的，在锅炉运行期间，所述给水控制阀单元的开度是通过手动的方式设置为固定开度。

优选的，所述给水泵为液耦给水泵或变频给水泵。

优选的，所述给水控制阀单元包括两个隔离阀、串联在所述两个隔离阀之间的控制阀以及与所述隔离阀及控制阀并联设置的旁路阀，所述控制器单元通过控制所述控制阀的开度来在锅炉的启、停炉期间使所述汽包内的液位保持在安全范围。

优选的，所述第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块均具有数据收集端以及控制端，其中，所述第一控制模块与第二控制模块的数据收集端均与所述汽包液位探测计电连接用于实时收集所述汽包液位探测计的探测数据，所述第一控制模块的控制端与所述给水控制阀单元电连接用于控制所述给水控制阀单元的开度，所述第二控制模块的控制端与所述给水泵电连接用于控制所述给水泵的转速，所述第三控制模块的数据收集端与所述压差监测单元电连接用于实时收集所述压差监测单元的监测数据，所述第三控制模块的控制端与所述给水泵电连接用于控制所述给水泵的转速。

本发明所提供的上述锅炉汽包液位控制系统，其针对锅炉在启、停炉期间汽包液位波动较大、在正常运行状态下汽包液位波动相对较小的情况，在锅炉启、停炉期间利用控制器单元来对给水控制阀单元的开度进行调控以保持汽包液位处于安全范围，而在锅炉正常运行期间，将给水控制阀单元的开度设定为固定开度，同时利用控制器单元来对给水泵的转速进行调控以保持汽包液位处于安全范围，通过利用所述控制器单元分别在锅炉不同的运行状态下分别对给水控制阀单元以及给水泵进行调控，不但能够保证汽包液位始终处于安全范围内，而且还能够大大降低对汽包液位调整的过程中给水泵的能量浪费。

附图说明

图1是本发明实施方式所提供的锅炉汽包液位控制系统结构示意图。

图2是本发明另一实施方式所提供的锅炉汽包液位控制系统结构示意图。

主要元件符号说明

锅炉汽包液位控制系统	100
		给水泵	10
给水控制阀单元	20
		隔离阀	21，22
控制阀	23
		旁路阀	24
汽包	30
		液位控制单元	40
汽包液位探测计	41
		第一PID控制器	42
第二PID控制器	43
		压差监测单元	44
第三PID控制器	45

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

在先说明，在本发明中：所谓的“锅炉启、停炉期间”是指锅炉由非工作状态转变到正常工作状态的过程或者由正常工作状态转变到非工作状态的过程；所谓的“锅炉运行期间”是指锅炉处于正常工作状态期间；所谓的“开度”或者“阀门开度”是指阀门在调节的时候，阀芯（或阀板）改变流道节流面积时阀芯（或阀板）运动的位置，通常用百分比表示，关闭状态为0%，全开为100%；所谓的“固定开度”是指阀门处于打开状态时的某一个开度百分比，例如开度为10%、20%、30%、100%等处于大于0%小于等于100%区间内的任意一个开度百分比。

请参见图1，本发明实施方式所提供的锅炉汽包液位控制系统100，其包括给水泵10、给水控制阀单元20、汽包30以及液位控制单元40。

所述给水泵10用于在锅炉的启、停炉期间以及锅炉正常运行期间在所述液位控制单元40的控制下向所述汽包30内输送水。

可以选择的，在本发明中，所述给水泵10可以是液耦给水泵、变频给水泵等本领域所常用的输水量可调给水泵。

在本实施方式中，所述给水泵10为液耦给水泵，所述液位控制单元40可通过控制所述液耦给水泵液耦单元的工作油流量来控制所述给水泵10的转速，从而达到控制所述给水泵10的输水量。

所述给水控制阀单元20设置于所述给水泵10与汽包30之间，以用于在所述液位控制单元40的控制下对所述给水泵10输向所述汽包30的水流量进行控制。

在本实施方式中，所述给水控制阀单元20包括隔离阀21、22、控制阀23以及旁路阀24。所述控制阀23位于所述隔离阀21、 22之间并与所述隔离阀21、22相互串联，所述旁路阀24与所述隔离阀21、22以及控制阀23并联设置。所述隔离阀21、22以及旁路阀24保持为常开，由所述控制阀23来控制流过所述给水控制阀单元20的水量。当所述控制阀23出现异常时，可通过将位于所述控制阀23两端的隔离阀21、22关闭，以对控制阀23进行维修，此时，所述汽包30由所述旁路阀24来临时供水。

可以理解的，在本发明中，所述给水控制阀单元20也可只包括所述控制阀23。

所述液位控制单元40通过控制所述控制阀23的阀门开度以对由所述给水泵10流向所述汽包30的水流量进行控制。

所述液位控制单元40包括汽包液位探测计41以及控制器单元。

所述汽包液位探测计41设置于所述汽包30内，其用于实时监测所述汽包30内的液位，并将监测数据实时输出给所述PID控制器。

所述控制器单元用于接收所述汽包液位探测计41的实时监测数据，并依据所述汽包液位探测计41的实时监测数据分别在锅炉的启、停炉期间对所述给水控制阀单元20的开度进行控制以使所述汽包30内的液位保持在安全范围，在锅炉运行期间对所述给水泵10的转速进行控制以使所述汽包30内的液位保持在安全范围，其中，在锅炉运行期间，所述给水控制阀单元20的开度为固定开度。

在本实施方式中，所述控制器单元包括两个可相互切换的第一PID控制器42以及第二PID控制器43，即，所述第一PID控制器42在工作状态时，所述第二PID控制器43处于非工作状态，反之，当所述第二PID控制器43在工作状态时，所述第一PID控制器42处于非工作状态。

如本领域技术人员所熟悉的，PID（Proportion Integration Differentiation）控制器，也叫比例-积分-微分控制器，是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。PID控制器的工作原理大致如下：PID控制器具有数据收集端以及控制端，PID控制器通过数据收集端收集系统的特定数据，然后将收集到的数据与参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输出值，PID控制器根据这个新的输出值由控制端发送控制命令以对系统进行调整以使特定数据达到或者保持在参考值，和其它简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。

在本实施方式中，所述第一PID控制器42以及第二PID控制器43的数据收集端均与所述汽包液位探测计41电连接以用于实时接收所述汽包液位探测计41的汽包液位监测值。所述第一PID控制器42的控制端与所述给水控制阀单元20电连接用于控制所述给水控制阀单元20的开度，以在锅炉的启、停炉期间对流经所述给水控制阀单元20的水流量进行控制。所述第二PID控制器43的控制端与所述给水泵10电连接用于控制所述给水泵10的转速，以在锅炉运行期间对所述给水泵10的输水量进行控制，在锅炉运行期间，所述给水控制阀单元20的开度为固定开度。

在本实施方式中，设定所述第一PID控制器42在锅炉的启、停炉期间处于工作状态，设定所述第二PID控制器43在锅炉运行期间处于工作状态的原因在于：相对于给水泵10的转速来讲，所述给水控制阀单元20对进入所述汽包30内的水流量的控制响应速度较快，而在锅炉实际运行过程中，由于在启、停炉期间汽包液位的波动较大，因此，在锅炉的启、停炉期间使所述第一PID控制器42处于工作状态来对所述给水控制阀单元20的开度进行控制能够及时的对汽包液位进行调整，而在锅炉运行期间，由于汽包液位的波动相对较小，此时，所述给水泵10所输送的水流量很容易过大，如果继续采用所述第一PID控制器42来对所述给水控制阀单元20的开度进行调控的方式，来对进入所述汽包30内的水流量进行控制，就会导致给水泵10的能量浪费，此时，采用所述第二PID控制器43来对给水泵10的转速进行控制进而控制给水泵10的输水量，就可以在很大程度上降低给水泵10的能量浪费。

如图2所示，在本发明其它实施方式中，所述液位控制单元40还包括压差监测单元44以及第三PID控制器45，其中所述第三PID控制器45与所述第一PID控制器42同步运行。

所述压差监测单元44用于对所述给水控制阀单元20两端的压差进行实时监测，所述第三PID控制器45的数据收集端与所述压差监测单元44电连接用于实时接收所述压差监测单元44的监测值，所述第三PID控制器45的控制端与所述给水泵10电连接用于控制所述给水泵10的转速。

在锅炉的启、停炉期间，当所述给水泵10的输水量保持不变时，随着所述第一PID控制器42对所述给水控制阀单元20开度的控制，所述给水控制阀单元20两端的压差会不断的变化，在所述给水控制阀单元20开度较小时，所述给水控制阀单元20两端的压差就会变大，这样就对所述给水控制阀单元20的密封性能提出更高的要求。因此，通过设置与所述第一PID控制器42同步运行的第三PID控制器45，可以在所述给水控制阀单元20两端的压差超过预定要求时及时的调整所述给水泵10的输水量，一方面有效的降低了压差过大对所述给水控制阀单元20密封性能的影响，另一方面还可以有效降低给水泵10在锅炉的启、停炉期间的能量浪费。

可以理解的，在其它实施方式中，也可只设置所述压差监测单元44来对所述给水控制阀单元20两端的压差进行实时监测，以保证系统安全。

本发明所提供的上述锅炉汽包液位控制系统100的具体工作过程为：在锅炉由非工作状态向正常运行状态转变的过程中，所述第一PID控制器42处于工作状态，也就是说，锅炉汽包内的液位由所述第一PID控制器42通过控制所述给水控制阀单元20的开度来进行调节，在此过程中，如果系统进一步设置有所述压差监测单元44以及第三PID控制器45，那么所述给水控制阀单元20两端的压差由所述第三PID控制器45通过控制所述给水泵10的转速来进行调节，如前所述，由于所述给水控制阀单元20对液位控制的响应较快，在锅炉由非工作状态向正常运行状态转变的过程中，上述控制方式能够很好的应对汽包液位波动较大的情况；在锅炉进入正常运行状态时，汽包液位波动较小，此时，先手动控制使所述给水控制阀单元20保持在一个固定的开度，如果系统设置有所述压差监测单元44，可在手动调整所述给水控制阀单元20的开度的过程中，利用所述压差监测单元44来监测所述给水控制阀单元20两端的压差，以保证所述给水控制阀单元20当前调整的开度能使所述给水控制阀单元20两端的压差处于系统适应值，之后，将所述第一PID控制器42切换为所述第二PID控制器43开始工作；在需要对正在运行的锅炉进行停炉时，将所述第二PID控制器43切换为所述第一PID控制器42开始工作。

需要说明的是，在本发明中，所述控制器单元的具体结构并不限定于包括上述第一PID控制器42、第二PID控制器43以及第三PID控制器45，其还可以是其它能够实现上述控制功能的第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块。更进一步的，所述控制器单元还可以是一个可编程控制器，操作人员可通过输入预定的程序，来使得所述控制器单元在锅炉的启、停炉期间选择性的对所述给水控制阀单元20的开度进行控制来保持汽包液位处于安全范围，而在锅炉正常运行期间切换成对所述给水泵10的转速进行控制来保持汽包液位处于安全范围。

可以理解的，在工业控制领域中，能够实现在不同阶段对不同的设备进行控制的控制器并不限于本案说明书所提到的上述几种，本领域技术人员根据本案说明书所揭露的内容，完全可以采用其它的通过采样-反馈-调整的线性或非线性控制原理的控制器，例如在DCS或PLC内通过预定程序来实现预定功能，来实现如下功能：依据汽包液位探测计的实时监测数据分别在锅炉的启、停炉期间对给水控制阀单元的开度进行控制以使所述汽包内的液位保持在安全范围，在锅炉运行期间对给水泵的转速进行控制以使所述汽包内的液位保持在安全范围，其中，在锅炉运行期间，所述给水控制阀单元的开度为固定开度。在实现上述控制目的的基础上，本领域技术人员所采用的控制器当然也包含在本案所要求保护的范围内。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。故，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种锅炉汽包液位控制系统，其包括给水泵、给水控制阀单元以及汽包，所述给水泵用于在锅炉的启、停炉期间以及锅炉正常运行期间向所述汽包供水，所述给水控制阀单元设置于所述给水泵与汽包之间用于对输向所述汽包的水流量进行控制，其特征在于，所述锅炉汽包液位控制系统还包括：

汽包液位探测计，其用于对所述汽包内的液位进行实时监测并输出监测数据；

控制器单元，其依据所述汽包液位探测计的实时监测数据分别在锅炉的启、停炉期间对所述给水控制阀单元的开度进行控制以使所述汽包内的液位保持在安全范围，在锅炉运行期间对所述给水泵的转速进行控制以使所述汽包内的液位保持在安全范围，其中，在锅炉运行期间，所述给水控制阀单元的开度为固定开度。

2.如权利要求1所述的锅炉汽包液位控制系统，其特征在于：所述控制器单元包括第一控制模块以及第二控制模块，该两个控制模块交替工作，所述第一控制模块在锅炉的启、停炉期间处于工作状态，以用于在锅炉的启、停炉期间依据所述汽包液位探测计的监测数据来控制所述给水控制阀单元的开度以使所述汽包内的液位保持在安全范围，所述第二控制模块在锅炉运行期间处于工作状态，以用于在锅炉运行期间依据所述汽包液位探测计的监测数据来控制所述给水泵的转速以使所述汽包内的液位保持在安全范围，其中，在锅炉运行期间，所述给水控制阀单元的开度保持为固定开度。

3.如权利要求1或2所述的锅炉汽包液位控制系统，其特征在于：所述锅炉汽包液位控制系统还包括压差监测单元，所述压差监测单元用于对所述给水控制阀单元两端的压差进行实时监测并输出监测数据。

4.如权利要求3所述的锅炉汽包液位控制系统，其特征在于：所述控制器单元还进一步包括第三控制模块，所述第三控制模块用于在锅炉的启、停炉期间依据所述压差监测单元的监测数据来控制所述给水泵的转速，以使所述给水控制阀单元两端的压差保持在安全范围。

5.如权利要求4所述的锅炉汽包液位控制系统，其特征在于：所述第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块均为比例-积分-微分控制器。

6.如权利要求1所述的锅炉汽包液位控制系统，其特征在于：在锅炉运行期间，所述给水控制阀单元的开度是通过手动的方式设置为固定开度。

7.如权利要求1所述的锅炉汽包液位控制系统，其特征在于：所述给水泵为液耦给水泵或变频给水泵。

8.如权利要求1所述的锅炉汽包液位控制系统，其特征在于：所述给水控制阀单元包括两个隔离阀、串联在所述两个隔离阀之间的控制阀以及与所述隔离阀及控制阀并联设置的旁路阀，所述控制器单元通过控制所述控制阀的开度来在锅炉的启、停炉期间使所述汽包内的液位保持在安全范围。

9.如权利要求4所述的锅炉汽包液位控制系统，其特征在于：所述第一控制模块、第二控制模块以及第三控制模块均具有数据收集端以及控制端，其中，所述第一控制模块与第二控制模块的数据收集端均与所述汽包液位探测计电连接用于实时收集所述汽包液位探测计的探测数据，所述第一控制模块的控制端与所述给水控制阀单元电连接用于控制所述给水控制阀单元的开度，所述第二控制模块的控制端与所述给水泵电连接用于控制所述给水泵的转速，所述第三控制模块的数据收集端与所述压差监测单元电连接用于实时收集所述压差监测单元的监测数据，所述第三控制模块的控制端与所述给水泵电连接用于控制所述给水泵的转速。