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CFB锅炉汽包水位的专家PID限制

摘要：探讨了一种专家系统与实时限制相结合的实时专家PID限制方法，并用此方法限制

热电厂循环流化床锅炉(CirculatingFluidizedBedBoiler,简称CFB锅炉)的汽包水位，使得

锅炉水位即使在扰动幅度较大的状况下仍能保持自控，现场投运获得了良好的限制效果。

关键词：循环流化床锅炉(CFB锅炉)；专家PID限制；实时专家系统

1、问题的提出

汽包水位是锅炉运行的主要指标之一，它间接地反映了锅炉负荷和给水的平衡关系。维

持汽包水位是保持汽机和锅炉平安运行的重要条件。锅炉汽包水位过高，会影响汽包内汽水

分别装置的正常工作，造成出口蒸汽中水分过多，结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧

坏，同时会使过热蒸汽汽温产生急剧变更，干脆影响机组运行的经济性和平安性；汽包水位

过低，则由于汽包内的水量较少，当负荷很大时，水的汽化速度很快，因而汽包内的水量变

更速度很快，如不刚好有效限制，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉被烧坏或爆炸。因

此，锅炉汽包水位限制是维持锅炉平安运行的重要限制回路。

锅炉汽包水位限制策略己进行了多年的理论探讨，也已形成了包括单冲量、双冲量、三

冲量在内的多种成熟的限制方法。但在具体的工业现场，却仍不能保证水位限制的自控高投

运率，其中的一个缘由唯恐是近年来锅炉参数的提高和容量的扩大，对给水系统提出了更高

的要求，这种要求具体表现在：

(1)汽包的个数和体积削减，使汽包的蓄水量和蒸发面积削减，从而加快了汽包水位的变

更速度；

(2)锅炉容量的增大，显著地提高了锅炉蒸发受热面的热负荷，使锅炉负荷变更对水位的

影响加剧了；

(3)提高了锅炉的工作压力，使给水调整阀和给水管道系统相应困难，调整阀的流量特性

更不易满足限制系统的要求。

从工业现场的应用来看，对于负荷比较稳定、媒质比较固定、燃烧比较平稳的锅炉(尤其

是火电厂的煤粉锅炉)，锅炉汽包水位的自动限制系统在稳定的工况下一般可以投入自动，

但在系统动态特性大幅度变更的状况下，却仍旧须要娴熟操作人员的手动限制，分析缘由，

我们认为可能有下面几个方面：

(1)母管制给水，来自其它锅炉给水系统及给水泵的扰动，导致锅炉给水压力不断变更，

有时不能达到正常的给水压力值；

(2)热电厂供热、供汽用户的负荷扰动往往过于猛烈，导致蒸汽压力的不断变更。

(3)由于煤种、煤质的变更或其它因素导致的燃烧系统的不稳定导致汽包水位的常常变更。

以上几方面的扰动往往不同程度的导致汽包水位出现“虚假水位”的现象，在不同的负荷

下还会出现不同程度的时滞和非最小相位特性。汽包水位的这种在不同阶段动态特性不断变

更的特性使得采纳单一结构和参数的三冲量限制方法达不到满足的限制效果。若考虑采纳各

种自适应或参数自校正的算法会使系统结构困难、整定困难，在现场工况变更的状况下无法

得到志向的运用效果。本文基于现场操作阅历，采纳实时专家限制系统的思路，构造了一种

专家系统与实时限制相结合的实时专家PID限制方法来限制热电厂CFB锅炉的汽包水位，

使得锅炉水位即使在扰动幅度较大的状况下仍能保持自控，获得了良好的限制效果。

2、CFB锅炉汽包水位过程特性

图1是锅炉汽包的一个简洁示意图，水位限制的要求就是维持汽包内水位在某个要求的范围

内(一般要求稳定工况在±30mm内，特殊波动在±50mm)。主要通过调整给水量来限制水位

的稳定。

从质量平衡的观点来看，在调整过程中如能始终保证静态平衡，给水量=蒸发量，即W

＝D(质量流量)，则水位就能始终维持在“0”位。但实际系统是动态的，给水压力、主蒸汽压

力在调整中始终在不断的变更，而且流量的温压补偿通常也只是阅历的、近似的。因为系统

太困难，无法求得实时精确的给水及蒸汽质量流量，所以我们通过汽包水位来间接地反映水

系统的质量平衡。

限制汽包水位在要求的值的一个首要条件是必需得到真实的汽包水位测量值。缺憾的是，

汽包水位限制中存在着明显的“虚假水位”现象。要设计满足的限制器必需对其进行深化分析。

对于锅炉汽包，负荷上升时，蒸汽流量D增大，导致汽包内水蒸汽压力突然降低，水

的沸点也相应降低，沸腾加剧，水面下气泡容积增大，从而导致水位突然上升；另一方面，

给水流量突然增加时，温度较低的给水从原有的饱和汽水混合物中吸取一部分热量，使水面

下气泡容积削减，水位下降。这种在蒸汽流量或结水流量变更初期，汽包水位沿着相反方向

变更的现象人们称之位“虚假水位”。