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摘要：本文介绍了汽包水位在锅炉运行中的重要作用，汽包水位变化的动态特性，水位的控制方案及选择，着重介绍了三个冲量给水控制系统的原理和调节过程。
关键词：水位；调节；控制
1. 保持汽包正常水位的重要性
汽包水位是锅炉正常运行中的主要的监视参数之一。水位过高，蒸汽空间缩小将会引起蒸汽带水，使蒸汽品质恶化，以致在过热器管内产生盐垢沉积，使管子过热，金属强度降低而发生爆破；满水时蒸汽大量带水，将会引起管道和汽机内产生严重的水冲击，造成设备的损坏。水位过低，将会引起水循环的破坏，使水冷壁管超温过热；严重缺水时，还可能造成更严重的设备损坏事故。因此加强对水位的监视和调整至关重要。
随着锅炉容量的增加，汽包的相对水容积减少，因而大容量锅炉汽包水位的变化速度是很快的。经计算600MW机组自然循环汽包锅炉的汽包水位变化200mm的飞升时间约为6-8秒。因此，锅炉运行中保持水位正常是一项极为重要的工作，绝对不能有丝毫的疏忽大意。
2. 影响汽包水位变化的主要因素
锅炉在正常运行中，水位是经常变化的。引起水位变化的原因主要有：
（1）锅炉负荷的变化
锅炉负荷发生缓慢变化，锅炉燃烧和给水的调整均能及时配合进行時，汽包水位的变化是不明显的，但当负荷发生突然变化时，则会引起水位的迅速波动。如负荷突然增加，在燃烧和给水未调整之前，汽压将迅速下降，造成炉水饱和温度下降，汽水混合物比容增大，体积膨胀，使水位上升，形成虚假水位。因此，当负荷突然增加时，汽包水位的变化为先高后低，反之，当负荷突然降低时，在给水和燃烧未调整之前，汽包水位则会出现先低后高的现象。
（2）燃烧工况的变化
燃烧工况的变化对汽包水位的影响也是很大的。如燃料量突然增加，锅炉燃烧率和炉水汽化加强，体积膨胀，使水位暂时升高；由于锅炉蒸发量的增加，而给水流量却未变，因此继而又即发生水位下降。锅炉燃烧率减弱时汽包水位的变化则与此相反。
（3）给水压力的变化
如果给水系统不正常使给水压力变化时，将使进入锅炉的给水流量发生变化，从而引起汽包水位的波动。在其它情况不变时，给水压力升高，将引起汽包水位升高；给水压力下降，将引起汽包水位下降。
（4）汽包相对水容积的大小
汽包的相对水容积越大，水位变化速度越慢；汽包的相对水容积越小，水位变化速度则越快。
（5）设备泄漏或故障的影响
运行中如发生高压加热器、省煤器、水冷壁泄漏或给水系统主要设备故障等情况，都会造成汽包水位的变化。
3. 锅炉汽包水位的控制与调节
3.1 给水控制基本方案
给水控制系统分为单冲量给水控制系统、双冲量给水控制系统、串级三冲量给水控制系统。
3.1.1 单冲量控制系统
控制汽包水位时以给水量为操作变量，组成原理如图1所示的单冲量控制系统，单冲量即汽包水位。此系统在蒸发量小时，水在汽包内停留时间较长，“假水位现象”不明显，能够满足生产的需求；在蒸发量相当大，蒸汽负荷突然增加是，假水位现场十分明显，调节器收到错误的假水位信号，不但不开大给水阀增加给水量。这种误动作严重时会使汽包水位降到危险程度以至发现事故。因此，单冲量系统不能胜任大中型锅炉大蒸发量，水位得不到保证。
3.1.2 双冲量控制系统
在单冲量控制系统的基础上适当引入了对蒸汽流量的测量，用来减弱“假水位”引起的调节器误动作，系统原理图如图2所示。由图可知，这是一个前馈与单回路的复合控制系统。将测量出蒸汽负荷的大小，根据物料平衡原理，只要给水量与蒸发量相等，水位将保持不变，从而克服假水位的影响。这样利用前馈控制负荷扰动和反馈控制来克服其他的扰动因素的设计思路不仅能消弱调节器的误动作，还能使调节阀动作给水，水位波动减弱，起到改善控制品质的作用。
3.1.3 三冲量控制系统
在双冲量方案的基础上引入给水流量信号，构成三冲量控制系统。将引入的汽包液位、蒸汽流量和给水流量三个信号经过一定的运算后，共同控制一只控制阀（给水阀）。其原理如图3所示。由图知，这是前馈与串级控制组成的复合控制系统。串级系统的主回路直接控制水位，用于一只除负荷扰动之外的其他扰动，副回路是流量随动系统，与蒸汽流量的静态前馈系统一齐抑制负荷扰动。
3.2 锅炉汽包水位的调节
3.2.1 给水调节的主要任务
给水自动调节也叫水位自动调节，其主要任务是：
（1）维持锅炉水位在允许的范围内，使锅炉的给水量适应于蒸发量。锅炉的水位是影响安全运行的重要因素。水位过高会影响汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增加，使过热器管壁和气轮机叶片结垢，造成事故；对于工业锅炉，蒸汽带水量过多，也要影响用户的某些工艺过程。水位过低，则会破坏汽水正常循环，以致烧坏受热面。水位过高或过低，都是不允许的。所以，正常运行时汽包水位应在给定值的 15mm上下范围波动。
（2）保持给水量稳定。给水量稳定，有助于省煤器和给水管道的安全运行。
上述两个任务中，第一个任务尤为重要。实践证明，无论是电站锅炉，或者是工业锅炉，用人工操作调节水位，既不安全，也不经济，其最有效的方法是实现给水自动调节。
3.2.2 给水调节的实现方式
锅炉汽包水位的调节是通过改变主给水调节阀的开度或给水泵的转速，即通过改变给水流量来实现的。
运行中要控制好水位，就首先要做好对水位的监视工作。锅炉正常运行中，汽包水位应以就地水位计为准，参照电接点水位计和低地位水位计的指示作为监视手段，通过保持给水流量，减温水流量和蒸汽流量之间的平衡使汽包水位保持稳定。值得注意的是：由于表计散热，汽包就地水位计所显示的水位要比汽包中的实际水位低。为减少水位计指示的水位与汽包内实际水位的偏差，有的锅炉将汽包就地水位计的水侧下部接至汽包下降管处，使汽包就地水位计内的水能流动，以减少水位计散热后水位指示的误差。
在锅炉启停过程中，由于负荷、燃烧工况频繁变动，给水调节一般采用手动调节；锅炉正常运行中应投入三冲量给水自动调节系统，经常监视各表计指示的变化情况。当水位超过正常允许的变化范围，且偏差继续增大时应及时将自动切至手动方式运行。手动调整时幅度不可过大，应防止由于大幅度调节而引起的汽包水位大幅度波动和缺满水事故。
此外，为了保证汽包水位各表计指示的正确性，每两小时应与就地水位计校对一次，汽包水位高、低信号报警也应定期进行校验，以保证其可靠性。
4. 结论
综上所述，影响汽包水位变化的因素很多，水位变化是各种因素综合作用的结果。所以，正常运行中应认真监视各项参数及工况的变化，及时进行有关的调节，将调节工作做在水位变化之前，一旦发生水位变化时，应迅速查明引起水位变化的原因，及时分析判断汽包水位的变化趋势和进行必要的调节，保证汽包水位的稳定运行。
参考文献
【1】 李友善.自动控制原理.北京：国防工业出版社，1998.
【2】 自动检测技术与装置.北京：化学工业出版社，2004.
【3】 丁立新.电厂锅炉原理。北京：中国电力出版社，2006.
关键词：水位；调节；控制
1. 保持汽包正常水位的重要性
汽包水位是锅炉正常运行中的主要的监视参数之一。水位过高，蒸汽空间缩小将会引起蒸汽带水，使蒸汽品质恶化，以致在过热器管内产生盐垢沉积，使管子过热，金属强度降低而发生爆破；满水时蒸汽大量带水，将会引起管道和汽机内产生严重的水冲击，造成设备的损坏。水位过低，将会引起水循环的破坏，使水冷壁管超温过热；严重缺水时，还可能造成更严重的设备损坏事故。因此加强对水位的监视和调整至关重要。
随着锅炉容量的增加，汽包的相对水容积减少，因而大容量锅炉汽包水位的变化速度是很快的。经计算600MW机组自然循环汽包锅炉的汽包水位变化200mm的飞升时间约为6-8秒。因此，锅炉运行中保持水位正常是一项极为重要的工作，绝对不能有丝毫的疏忽大意。
2. 影响汽包水位变化的主要因素
锅炉在正常运行中，水位是经常变化的。引起水位变化的原因主要有：
（1）锅炉负荷的变化
锅炉负荷发生缓慢变化，锅炉燃烧和给水的调整均能及时配合进行時，汽包水位的变化是不明显的，但当负荷发生突然变化时，则会引起水位的迅速波动。如负荷突然增加，在燃烧和给水未调整之前，汽压将迅速下降，造成炉水饱和温度下降，汽水混合物比容增大，体积膨胀，使水位上升，形成虚假水位。因此，当负荷突然增加时，汽包水位的变化为先高后低，反之，当负荷突然降低时，在给水和燃烧未调整之前，汽包水位则会出现先低后高的现象。
（2）燃烧工况的变化
燃烧工况的变化对汽包水位的影响也是很大的。如燃料量突然增加，锅炉燃烧率和炉水汽化加强，体积膨胀，使水位暂时升高；由于锅炉蒸发量的增加，而给水流量却未变，因此继而又即发生水位下降。锅炉燃烧率减弱时汽包水位的变化则与此相反。
（3）给水压力的变化
如果给水系统不正常使给水压力变化时，将使进入锅炉的给水流量发生变化，从而引起汽包水位的波动。在其它情况不变时，给水压力升高，将引起汽包水位升高；给水压力下降，将引起汽包水位下降。
（4）汽包相对水容积的大小
汽包的相对水容积越大，水位变化速度越慢；汽包的相对水容积越小，水位变化速度则越快。
（5）设备泄漏或故障的影响
运行中如发生高压加热器、省煤器、水冷壁泄漏或给水系统主要设备故障等情况，都会造成汽包水位的变化。
3. 锅炉汽包水位的控制与调节
3.1 给水控制基本方案
给水控制系统分为单冲量给水控制系统、双冲量给水控制系统、串级三冲量给水控制系统。
3.1.1 单冲量控制系统
控制汽包水位时以给水量为操作变量，组成原理如图1所示的单冲量控制系统，单冲量即汽包水位。此系统在蒸发量小时，水在汽包内停留时间较长，“假水位现象”不明显，能够满足生产的需求；在蒸发量相当大，蒸汽负荷突然增加是，假水位现场十分明显，调节器收到错误的假水位信号，不但不开大给水阀增加给水量。这种误动作严重时会使汽包水位降到危险程度以至发现事故。因此，单冲量系统不能胜任大中型锅炉大蒸发量，水位得不到保证。
3.1.2 双冲量控制系统
在单冲量控制系统的基础上适当引入了对蒸汽流量的测量，用来减弱“假水位”引起的调节器误动作，系统原理图如图2所示。由图可知，这是一个前馈与单回路的复合控制系统。将测量出蒸汽负荷的大小，根据物料平衡原理，只要给水量与蒸发量相等，水位将保持不变，从而克服假水位的影响。这样利用前馈控制负荷扰动和反馈控制来克服其他的扰动因素的设计思路不仅能消弱调节器的误动作，还能使调节阀动作给水，水位波动减弱，起到改善控制品质的作用。
3.1.3 三冲量控制系统
在双冲量方案的基础上引入给水流量信号，构成三冲量控制系统。将引入的汽包液位、蒸汽流量和给水流量三个信号经过一定的运算后，共同控制一只控制阀（给水阀）。其原理如图3所示。由图知，这是前馈与串级控制组成的复合控制系统。串级系统的主回路直接控制水位，用于一只除负荷扰动之外的其他扰动，副回路是流量随动系统，与蒸汽流量的静态前馈系统一齐抑制负荷扰动。
3.2 锅炉汽包水位的调节
3.2.1 给水调节的主要任务
给水自动调节也叫水位自动调节，其主要任务是：
（1）维持锅炉水位在允许的范围内，使锅炉的给水量适应于蒸发量。锅炉的水位是影响安全运行的重要因素。水位过高会影响汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增加，使过热器管壁和气轮机叶片结垢，造成事故；对于工业锅炉，蒸汽带水量过多，也要影响用户的某些工艺过程。水位过低，则会破坏汽水正常循环，以致烧坏受热面。水位过高或过低，都是不允许的。所以，正常运行时汽包水位应在给定值的 15mm上下范围波动。
（2）保持给水量稳定。给水量稳定，有助于省煤器和给水管道的安全运行。
上述两个任务中，第一个任务尤为重要。实践证明，无论是电站锅炉，或者是工业锅炉，用人工操作调节水位，既不安全，也不经济，其最有效的方法是实现给水自动调节。
3.2.2 给水调节的实现方式
锅炉汽包水位的调节是通过改变主给水调节阀的开度或给水泵的转速，即通过改变给水流量来实现的。
运行中要控制好水位，就首先要做好对水位的监视工作。锅炉正常运行中，汽包水位应以就地水位计为准，参照电接点水位计和低地位水位计的指示作为监视手段，通过保持给水流量，减温水流量和蒸汽流量之间的平衡使汽包水位保持稳定。值得注意的是：由于表计散热，汽包就地水位计所显示的水位要比汽包中的实际水位低。为减少水位计指示的水位与汽包内实际水位的偏差，有的锅炉将汽包就地水位计的水侧下部接至汽包下降管处，使汽包就地水位计内的水能流动，以减少水位计散热后水位指示的误差。
在锅炉启停过程中，由于负荷、燃烧工况频繁变动，给水调节一般采用手动调节；锅炉正常运行中应投入三冲量给水自动调节系统，经常监视各表计指示的变化情况。当水位超过正常允许的变化范围，且偏差继续增大时应及时将自动切至手动方式运行。手动调整时幅度不可过大，应防止由于大幅度调节而引起的汽包水位大幅度波动和缺满水事故。
此外，为了保证汽包水位各表计指示的正确性，每两小时应与就地水位计校对一次，汽包水位高、低信号报警也应定期进行校验，以保证其可靠性。
4. 结论
综上所述，影响汽包水位变化的因素很多，水位变化是各种因素综合作用的结果。所以，正常运行中应认真监视各项参数及工况的变化，及时进行有关的调节，将调节工作做在水位变化之前，一旦发生水位变化时，应迅速查明引起水位变化的原因，及时分析判断汽包水位的变化趋势和进行必要的调节，保证汽包水位的稳定运行。
参考文献
【1】 李友善.自动控制原理.北京：国防工业出版社，1998.
【2】 自动检测技术与装置.北京：化学工业出版社，2004.
【3】 丁立新.电厂锅炉原理。北京：中国电力出版社，2006.