智能型变频电动调节阀在蒸汽锅炉给水系统中的应用

发布时间:2010-11-02  点击数:1991
一、当前锅炉自动上水的现状及控制难点 
   经过我们对一些企业蒸汽锅炉上水的现状进行调查发现:目前在蒸汽锅炉给水电动调节阀产品选型、使用中存在严重的问题,其自动上水系统的稳定性,精确控制流量以至达到锅筒水位波动范围最小化而被人们忽略,有的已经构成了安全的隐患,时时威胁着锅炉的安全的运行。主要存在问题有如下几个方面: 
   1、调节阀杆不停地上下动作,造成阀杆磨损严重导致阀杆部位漏水。
   2、锅炉的水压力表指针不停地摆动,供水压力及水位波动较大。 
   3、经常烧毁电动执行器电机。
   4、调节阀杆经常顶弯。
   根本原因所用电动调节阀不能与系统适配。锅炉供水调节阀有以下四个特殊性: 
   1、电动调节阀两端压差大,一般三十吨左右蒸发量的锅炉调节阀入口水压力可达2MP左右,出口水压力可达1.2MP左右,电动执行器电机输出力矩(负载重)较大;
   2、经除氧罐给水温度可达100°C,使调节阀产生热量,不利于电机散热,如果调节系统出现震荡,易烧毁电动执行器电机;
   3、调节系统时间常数小,如果调节过程响应较慢出现系统不稳定(表像是电动调节阀上下动作不停止)特别是采用三冲量调节器控制,由于选取三个参量,精度较高,控制周期较短,普通“电子式”伺服放大器执行不相适应,阀杆上下动作频繁,经常摩擦磨损过快出现漏水;
   4、蒸汽锅炉上水环节属于十分重要环节,要求电动调节阀可靠性好,出现故障不能上水锅炉危险性较大。 
   目前一些锅炉给水用电动调节阀的执行器大都是“电子式”(根据输入信号偏差极性由伺服放大器控制执行器电动机正反转动作)带伺服放大器调节阀,这种“电子式”电动调节阀是不能根据信号偏差大小来改变其执行器电动机的速度。因此只变方向、不变速度势必会使用系统调节精度受到限制,对开关型或一般变化缓慢的控制对像控制精度要求不高场合可以使用,但像蒸汽锅炉负荷变化较大的场合担当自动上水调节阀是难以达到较好的自动控制效果。另外前述电动调节阀都使用单相交流电动机作为控制电机,而单相交流电动机有两个弱点: 
    1、目前所用的单相电机都为电容分相式,使两相绕组中电流有90°的时间相位移,产生圆型旋转磁场使之转动。因此不具有高质量调速功能,在控制领域还不能作为高精度调速控制使用。
    2、单相电动机起动力矩比较小,做功率较大的频繁动作的输出使用时,由于启动电流很大近7倍额定电流,会使电机始终处在大电流的工作状态,导致电机发热,严重时可以使电机烧毁。 
    因此现在使用的一些电动调节阀的电机动作只能是通过伺服放大器控制其正反转向的恒速动作,而电动执行器应属于随动系统,这类系统的输入量是随意变化的,要求系统的输出量,能以一定的精度跟随输入量的变化。显然做为执行机构的伺服电机是不能随小信号的变化而低速运行。不能灵敏快速平稳可靠运行与系统控制协调。
二、蒸汽锅炉上水自动控制系统对锅炉运行重要性 
    按相关规定,每小时蒸发量大于6吨的锅炉都应使用仪表控制调节阀上水,调节时应连续均匀向锅炉供水。在锅炉运行中水位规定应保持在正常水位,并允许在正常水位各25mm以内波动。水位波动越小对锅炉运行越稳定、安全,供汽质量越好。同时对蒸汽锅炉自动给水系统质量提出了更高要求。 
    1、控制不好出现假水位危及锅炉安全运行。因为水位过高,会出现蒸汽带水,甚至发生满水事故;水位过低,又会造成锅炉爆炸事故,危及人身安全和设备损失。锅炉运行时,水位的变化主要是由于锅炉负荷变化引起的。当用蒸汽多时,水位下降就多;用汽少时,水位下降就少。因负荷突然变化造成假水位,即当负荷增加过程,水位很快跟着上升,然后又很快下降;当负荷降低过程,水位又很快下降,然后又很快上升的现象。这是因为负荷突然增加,汽压会突然下降,但是炉水温度必然是锅炉蒸汽压力下的饱和温度,所以跟着汽压下降,炉水温度就要从原来压力下的饱和温度下降到新温度下的饱和温度,这就要放出大量热量,这些热量用来蒸发炉水,所以水位就会突然升高。但当汽泡上升逸出水面后,炉水内汽泡减少,汽水混合物容积又随着缩小,所以水位又很快下降。如果此时我们不加大给水,那么由于蒸发量大于给水量,水位还要继续下降。 
    2、控制不好汽温不稳。给水量增加,汽温要下降,这是因为给水量增加时,汽压下降,炉水温度下降,水冷壁在炉膛吸收的辐射热量要增加,使炉膛出口烟汽温度下降,导致汽温下降。同样道理,给水量减少时,汽温要上升。 
    3、控制不好汽压不稳。给水量增加,直接影响的水位上升,但是汽压下降更灵敏。这是因为给水温度低于炉水温度,当给水量增加,在炉内就要多吸收热量,因此用来蒸发炉水的热量要减少,汽压显然要下降。同样道理,给水量减少,水位下降,汽压要上升。 
三、解决的办法——智能型变频电动执行器
     针对原有电动执行器只有以低速运行通过极强的微调才能修正微小偏差从而导致调节系统超调这一缺点,采用智能型电动执行器与各种阀体配合,利用数字化变频技术,改造目前模拟技术电动执行器,使之具有变速运行、动态响应快、调节定位精度高、稳定性好,故障率低,使用寿命长优点,彻底改变了调节阀在一些重要领域不能适用的缺陷。我们在天津滨海新区某供热公司对若干台大型蒸汽锅炉原使用的给水电动调节阀进行了改造,收到了预期良好的效果。 
    共有四台35吨蒸汽锅炉,在改造前使用上述“电子式”电动执行器为其给水,总控制室仪表采用三冲量调节器分别控制四台上水电动调节阀,虽经专业技术人员努力调试,效果不佳。水位显示有明显跳动,供水压力不稳,表指针在0.5MP—1.2MP之间摆动,频繁烧毁电机,阀杆不停上下动作,由于磨损过快,阀杆漏水它严重,影响了锅炉的正常运行。尽管专业人员努力调整也不能达到预期效果。现在一般大中型锅炉均配备三冲量给水调节仪表,它有效的克服了锅筒出现“假水位”的现像,它以锅筒液位为主控对像,以蒸汽流量和给水流量为和锅筒液位三个参考量相运算,再去控制调节阀改给水流量使锅液维持在一个稳定的范围内。同过去单冲量(只一个锅筒液位变量)给水调节仪表相比灵敏度高,响应快,控制周期短。所以传统的电动调节阀明显不能适应,因此出现超调导致震荡。 
    后更换了智能型变频电动调节阀(BPZ—40型电动调节阀),效果显著。供水指示压力表相当稳定,指针在1.2MP不动,调节阀杆动程仅在1—2mm范围内缓慢变化,锅筒水位指示相当稳定液位波动10mm,电机温度三十多度,再也没出现烧电机情况。另外,智能型变频器采用的电脑板有参数设定功能,如放大倍数,力矩提升,行程上、下限电气参数限位,控制不灵敏区设定等诸多项现场根据控制对像可设定的参数。更重要的是伺服电机采用了进口的变频器输出的三相电压,起动力矩大,响应快,动作时根据偏差信号大小变速运动,做到柔启柔停,因此管道内高压水冲击力很小,有利于调节系统稳定。 
    目前,全国已有很多厂家蒸汽锅炉使用了这种智能型的变频器对原有的“电子式”电动调节阀进行了改造,使用效果十分明显,在此不便一一列举了。