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中图分类号：TK22 文献标识码：TK 文章编号：1009-914X（2012）10- 0258–01
工艺简介
干熄焦锅炉是干熄焦系统的重要组成部分，其工艺过程为：
惰性循环气体在干熄炉中冷却红焦后，吸收了红焦显热后的高温惰性循环气体经一次除尘器除去粗颗粒粉焦进入锅炉。进入锅炉后烟气垂直往下先后流经二次过热器、一次过热器、光管蒸发器、鳍片管蒸发器、省煤器，最后从锅炉底部引出。而被冷却的惰性循环气体经二次除尘器除去细颗粒粉焦，再由循环风机鼓入干熄炉继续循环冷却红焦。
锅炉给水由多级离心泵升压后向锅炉供水，除盐除氧纯水经省煤器预热后进入锅炉汽包。锅炉汽包炉水可分为强制循环部分和自然循环部分。
（1）.自然循环部分
汽包炉水经汽包下降管进入膜式水冷壁，炉水吸热汽化成汽水混合物经膜式水冷壁上升管返回汽包。
（2）.强制循环部分
汽包炉水由汽包下降管经强制循环泵送入鳍片管蒸发器与光管蒸发器，炉水吸热汽化成汽水混合物经蒸发器上升管返回汽包。此两部分产生的汽水混合物在汽包中进行汽水分离，饱和蒸汽由汽包上部导出，经一次过热器升温后，进入减温器喷水减温，然后进入二次过热器继续升温，从二次过热器引出的蒸汽即为外供主蒸汽。
锅炉水位控制的必要性
在锅炉系统的检测与控制中，锅炉水位的检测和控制非常重要，要求水位稳定在正常规定值上，不能太高也不能太低。原因有二：
（1）水位高于正常规定值，会减少蒸汽空间，使蒸汽在汽包汽空间的流速增加，所携带的水滴也增加，影响蒸汽品质，甚至水可能冲过过热器。由于锅炉水中溶解有各种盐类如：钠盐、硅酸盐，这些盐随水滴留在蒸汽中当蒸汽进入过热器时，水滴在过热器中汽化，盐类积聚在过热器壁上形成垢，妨碍传热，使蒸汽达不到要求，另外过热器管壁结垢使得其不能被汽流冷却，造成管壁温度升高，会烧坏管子。如果带水蒸汽进入汽轮机，其硅酸盐又会随着蒸汽压力的降低附着在汽轮机的喷嘴和叶片上，影响设备的使用寿命和汽轮机的功率。
（2）如果汽包水位低，蒸发器的流量减小，一方面会导致蒸发器管发生超温破坏，另一方面也影响蒸发器内的换热系数。因此汽包水位的稳定控制是保证锅炉及蒸汽轮机安全生产的关键。
锅炉液位控制方案确定
汽包水位的动态特性分析
汽包水位在给水流量作用下的动态特性
给水流量对水位的影响是直接的，当蒸汽流量和蒸汽压力不变时，给水量增加△G，水位应该升高，给水量与水位的对应关系H1曲线表示。但是，由于给水的水温低于汽包饱和水的温度，所以，给水的增加使汽包内水温降低，水容积内蒸汽会凝结，使水容积减小，水位降低，等到汽包凝结稳定后汽包容积不变，水位也不变，这种对应关系用曲线H2表示，由上述因素可得到给水量变化时水位反应曲线H。
汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性
蒸汽流量的改变也直接影响着汽包液位的变化，当给水量不变，而蒸汽用量突然增加为△D，此时水位要降低。其对应关系用H1表示，但蒸汽用量增加时汽包压力会减小，汽包水容积内部的水会自蒸发成蒸汽，蒸汽比容大，占体积大使整个水容积变大，表示出水位升高，这就是所谓的“虚假水位”现象。这种对应关系用曲线H2表示，由上述因素可得到蒸汽量变化时水位反应曲线H。
综合上述给水量和蒸汽量与水位的关系曲线，可以得出以下结论：
（1）汽包在给水流量的作用下，具有滞后性，水位不会自平衡；
（2）汽包水位在蒸汽流量作用下，不仅没有自平衡，而且具有“虚假水位”的现象。
锅炉水位控制系统分析
鍋炉汽包水位控制通常有三种方案：单冲量水位控制系统、双冲量水位控制系统、三冲量水位控制系统。
单冲量水位控制系统
单冲量水位控制系统是最简单、最基本的一种控制方式。它是以汽包水位作为被调参数构成PID控制回路，根据汽包实际水位与设定水位的偏差，输出控制信号给调节阀，来增加水量或减少水量，直到实际水位与设定水位一致为止。该系统结构简单，投资少，容易实现。对于蒸发量小于20t/h，压力小于1.5MPa的小型锅炉，由于蒸汽负荷较平稳，汽包的相对容积大，水在汽包内停留时间较长，在这种情况下采用单冲量水位控制方案还是比较经济、适用的。但是，单冲量控制方案存在如下缺陷：（1）当负荷变化产生假液位时，液位调节器将会出现误动作。如果汽包水位的升高是由于蒸汽用量增加而引起的虚假升高，这时应开大调节阀，增加给水量但按照控制原理，回路却输出控制信号，减少给水量，使调节阀误动作容易引发事故。（2）对负荷变化不灵敏。当负荷变化引起汽包水位变化后才起控制作用，由于控制缓慢，导致调节品质下降。（3）对给水量变化的干扰不能及时克服。所以仅仅依靠单冲量控制无法满足锅炉水位稳定的控制要求，特别是在负荷和给水量经常变化的情况下，其缺点更为突出。
双冲量水位控制系统
双冲量水位控制系统在单冲量水位控制的基础上，引蒸汽流量作为前馈信号，从而构成双冲量水位控制，就可以消除假水位对控制过程的不良影响。这就可以减小或消除假水位而导致的误动作。但双冲量水位控制系统对给水量变化的干扰不能及时克服。
三冲量水位控制系统
干熄焦锅炉为余热锅炉，蒸发量一般在60～80t/h，压力为3.0～5.0MPa，属中大型锅炉。通过惰性循环气体从干熄炉带来的热量与锅炉换热产生蒸汽，由于干熄炉带来的热负荷经常大幅度的波动，导致锅炉产生的蒸汽量有较大的变化，造成锅炉汽包液位的不稳定。
针对干熄焦工艺过程的特点，以及单冲量、双冲量水位控制系统的缺点，我们在干熄焦锅炉汽包液位控制上，把直接影响锅炉水位的蒸汽流量和给水流量引入控制回路，构成三冲量锅炉水位控制系统，它实质上是一个前馈-串级控制系统，采用两台调节器，其中一台调节器为液位调节器，一台为给水调节器。给水流量是控制回路的副环，起到一个快调、粗调的作用。当给水出现扰动时，副环能及时、有效的控制给水流量，可以较大提高水位控制的质量。汽包液位调节是主环，起到细调的作用。此外由于调节阀在副环中，因此前馈补偿效果已不再受调节阀非线性的影响。因此，三冲量控制大大减少了水位的波动，缩短了调节的过渡时间，提高了调节质量。
锅炉系统中的信号检测与处理
信号检测的可靠与准确，是一切控制的基础。在干熄焦锅炉液位控制系统中，从硬件的配置到软件的处理，我们都力求作到精确可靠。
锅炉液位的检测与处理
为保证锅炉液位的稳定控制，现场设两套液位检测装置，两路信号进入控制系统后，程序首先判断信号是否有效，如果两支都有效，显示取两者的平均值，如果一路信号无效，此路信号将被自动弃用。
蒸汽流量的检测与处理
蒸汽流量由于受蒸汽温度和压力的影响很大，需要进行温压补偿，来保证蒸汽流量的准确性，从而保证汽包液位控制的稳定。
给水流量的检测与处理
给水流量由于受锅炉给水压力的影响很大，所以要保证锅炉给水流量的准确性必须需要保证给水压力的稳定，我们通过在锅炉给水泵再循环管设置调节阀，通过该调节阀来保证锅炉给水压力的稳定，从而保证锅炉给水流量的准确检测。
锅炉水位异常保护系统
为了保证锅炉的安全运行和供给满足汽机要求的蒸汽，干熄焦锅炉设置了水位报警和联锁功能。
以宣钢干熄焦为例，根据工艺要求，汽包设置了六个水位报警、联锁点：即上上上限（+150mm），上上限（+130mm），上限（+100mm）；下下下限（-200mm），下下限（-150mm），下限（-100mm）。当水位上升到+100mm时声光报警，上升到+130mm时紧急放水阀开，如果继续上升到极高水位+150mm时循环风机停运，主蒸汽切断阀关闭，主蒸汽放散电动阀打开。当水位下降到-100mm时声光报警，下降到-150mm时声光报警（与前应有区别），如果继续下降到极低水位-200mm时循环风机停运，主蒸汽切断阀关闭，主蒸汽放散电动阀打开。
工艺简介
干熄焦锅炉是干熄焦系统的重要组成部分，其工艺过程为：
惰性循环气体在干熄炉中冷却红焦后，吸收了红焦显热后的高温惰性循环气体经一次除尘器除去粗颗粒粉焦进入锅炉。进入锅炉后烟气垂直往下先后流经二次过热器、一次过热器、光管蒸发器、鳍片管蒸发器、省煤器，最后从锅炉底部引出。而被冷却的惰性循环气体经二次除尘器除去细颗粒粉焦，再由循环风机鼓入干熄炉继续循环冷却红焦。
锅炉给水由多级离心泵升压后向锅炉供水，除盐除氧纯水经省煤器预热后进入锅炉汽包。锅炉汽包炉水可分为强制循环部分和自然循环部分。
（1）.自然循环部分
汽包炉水经汽包下降管进入膜式水冷壁，炉水吸热汽化成汽水混合物经膜式水冷壁上升管返回汽包。
（2）.强制循环部分
汽包炉水由汽包下降管经强制循环泵送入鳍片管蒸发器与光管蒸发器，炉水吸热汽化成汽水混合物经蒸发器上升管返回汽包。此两部分产生的汽水混合物在汽包中进行汽水分离，饱和蒸汽由汽包上部导出，经一次过热器升温后，进入减温器喷水减温，然后进入二次过热器继续升温，从二次过热器引出的蒸汽即为外供主蒸汽。
锅炉水位控制的必要性
在锅炉系统的检测与控制中，锅炉水位的检测和控制非常重要，要求水位稳定在正常规定值上，不能太高也不能太低。原因有二：
（1）水位高于正常规定值，会减少蒸汽空间，使蒸汽在汽包汽空间的流速增加，所携带的水滴也增加，影响蒸汽品质，甚至水可能冲过过热器。由于锅炉水中溶解有各种盐类如：钠盐、硅酸盐，这些盐随水滴留在蒸汽中当蒸汽进入过热器时，水滴在过热器中汽化，盐类积聚在过热器壁上形成垢，妨碍传热，使蒸汽达不到要求，另外过热器管壁结垢使得其不能被汽流冷却，造成管壁温度升高，会烧坏管子。如果带水蒸汽进入汽轮机，其硅酸盐又会随着蒸汽压力的降低附着在汽轮机的喷嘴和叶片上，影响设备的使用寿命和汽轮机的功率。
（2）如果汽包水位低，蒸发器的流量减小，一方面会导致蒸发器管发生超温破坏，另一方面也影响蒸发器内的换热系数。因此汽包水位的稳定控制是保证锅炉及蒸汽轮机安全生产的关键。
锅炉液位控制方案确定
汽包水位的动态特性分析
汽包水位在给水流量作用下的动态特性
给水流量对水位的影响是直接的，当蒸汽流量和蒸汽压力不变时，给水量增加△G，水位应该升高，给水量与水位的对应关系H1曲线表示。但是，由于给水的水温低于汽包饱和水的温度，所以，给水的增加使汽包内水温降低，水容积内蒸汽会凝结，使水容积减小，水位降低，等到汽包凝结稳定后汽包容积不变，水位也不变，这种对应关系用曲线H2表示，由上述因素可得到给水量变化时水位反应曲线H。
汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性
蒸汽流量的改变也直接影响着汽包液位的变化，当给水量不变，而蒸汽用量突然增加为△D，此时水位要降低。其对应关系用H1表示，但蒸汽用量增加时汽包压力会减小，汽包水容积内部的水会自蒸发成蒸汽，蒸汽比容大，占体积大使整个水容积变大，表示出水位升高，这就是所谓的“虚假水位”现象。这种对应关系用曲线H2表示，由上述因素可得到蒸汽量变化时水位反应曲线H。
综合上述给水量和蒸汽量与水位的关系曲线，可以得出以下结论：
（1）汽包在给水流量的作用下，具有滞后性，水位不会自平衡；
（2）汽包水位在蒸汽流量作用下，不仅没有自平衡，而且具有“虚假水位”的现象。
锅炉水位控制系统分析
鍋炉汽包水位控制通常有三种方案：单冲量水位控制系统、双冲量水位控制系统、三冲量水位控制系统。
单冲量水位控制系统
单冲量水位控制系统是最简单、最基本的一种控制方式。它是以汽包水位作为被调参数构成PID控制回路，根据汽包实际水位与设定水位的偏差，输出控制信号给调节阀，来增加水量或减少水量，直到实际水位与设定水位一致为止。该系统结构简单，投资少，容易实现。对于蒸发量小于20t/h，压力小于1.5MPa的小型锅炉，由于蒸汽负荷较平稳，汽包的相对容积大，水在汽包内停留时间较长，在这种情况下采用单冲量水位控制方案还是比较经济、适用的。但是，单冲量控制方案存在如下缺陷：（1）当负荷变化产生假液位时，液位调节器将会出现误动作。如果汽包水位的升高是由于蒸汽用量增加而引起的虚假升高，这时应开大调节阀，增加给水量但按照控制原理，回路却输出控制信号，减少给水量，使调节阀误动作容易引发事故。（2）对负荷变化不灵敏。当负荷变化引起汽包水位变化后才起控制作用，由于控制缓慢，导致调节品质下降。（3）对给水量变化的干扰不能及时克服。所以仅仅依靠单冲量控制无法满足锅炉水位稳定的控制要求，特别是在负荷和给水量经常变化的情况下，其缺点更为突出。
双冲量水位控制系统
双冲量水位控制系统在单冲量水位控制的基础上，引蒸汽流量作为前馈信号，从而构成双冲量水位控制，就可以消除假水位对控制过程的不良影响。这就可以减小或消除假水位而导致的误动作。但双冲量水位控制系统对给水量变化的干扰不能及时克服。
三冲量水位控制系统
干熄焦锅炉为余热锅炉，蒸发量一般在60～80t/h，压力为3.0～5.0MPa，属中大型锅炉。通过惰性循环气体从干熄炉带来的热量与锅炉换热产生蒸汽，由于干熄炉带来的热负荷经常大幅度的波动，导致锅炉产生的蒸汽量有较大的变化，造成锅炉汽包液位的不稳定。
针对干熄焦工艺过程的特点，以及单冲量、双冲量水位控制系统的缺点，我们在干熄焦锅炉汽包液位控制上，把直接影响锅炉水位的蒸汽流量和给水流量引入控制回路，构成三冲量锅炉水位控制系统，它实质上是一个前馈-串级控制系统，采用两台调节器，其中一台调节器为液位调节器，一台为给水调节器。给水流量是控制回路的副环，起到一个快调、粗调的作用。当给水出现扰动时，副环能及时、有效的控制给水流量，可以较大提高水位控制的质量。汽包液位调节是主环，起到细调的作用。此外由于调节阀在副环中，因此前馈补偿效果已不再受调节阀非线性的影响。因此，三冲量控制大大减少了水位的波动，缩短了调节的过渡时间，提高了调节质量。
锅炉系统中的信号检测与处理
信号检测的可靠与准确，是一切控制的基础。在干熄焦锅炉液位控制系统中，从硬件的配置到软件的处理，我们都力求作到精确可靠。
锅炉液位的检测与处理
为保证锅炉液位的稳定控制，现场设两套液位检测装置，两路信号进入控制系统后，程序首先判断信号是否有效，如果两支都有效，显示取两者的平均值，如果一路信号无效，此路信号将被自动弃用。
蒸汽流量的检测与处理
蒸汽流量由于受蒸汽温度和压力的影响很大，需要进行温压补偿，来保证蒸汽流量的准确性，从而保证汽包液位控制的稳定。
给水流量的检测与处理
给水流量由于受锅炉给水压力的影响很大，所以要保证锅炉给水流量的准确性必须需要保证给水压力的稳定，我们通过在锅炉给水泵再循环管设置调节阀，通过该调节阀来保证锅炉给水压力的稳定，从而保证锅炉给水流量的准确检测。
锅炉水位异常保护系统
为了保证锅炉的安全运行和供给满足汽机要求的蒸汽，干熄焦锅炉设置了水位报警和联锁功能。
以宣钢干熄焦为例，根据工艺要求，汽包设置了六个水位报警、联锁点：即上上上限（+150mm），上上限（+130mm），上限（+100mm）；下下下限（-200mm），下下限（-150mm），下限（-100mm）。当水位上升到+100mm时声光报警，上升到+130mm时紧急放水阀开，如果继续上升到极高水位+150mm时循环风机停运，主蒸汽切断阀关闭，主蒸汽放散电动阀打开。当水位下降到-100mm时声光报警，下降到-150mm时声光报警（与前应有区别），如果继续下降到极低水位-200mm时循环风机停运，主蒸汽切断阀关闭，主蒸汽放散电动阀打开。