AI控制器在除氧器控制系统中的应用

一、前言

　　锅炉是国民经济中重要的热能供应设备，电力、机械、冶 金、化工、纺织、造纸、食品等行业 , 以及工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的热能。随着社会的发展，锅炉逐渐普及，每年因氧腐蚀而对锅炉给水管道、省煤器和其它附属设备的腐蚀造成的严重损失，已引起国家电力部越来越多的注意，电力部因此颁步了GB1576-2001《工业锅炉水质标准》和《电站除氧器安全技术监察规程》，对除氧器含氧量提出了部颁标准，即低压除氧器给水含氧量应小于15цɡ/L，高压除氧器给水含氧量应小于7цɡ/L。，因此在锅炉给水处理工艺过程中，除氧是一个非常关键的一个环节。除氧器通常有热力除氧、化学除氧等。目前大多额定蒸发量在4t/h以上的蒸汽锅炉采用热力式除氧器。热力除氧是采用水的温度越高，水中气体溶解度越低，气体在水中分压力越大，其溶解度越大的原理，大气式热力除氧器内压力一般要达到0.02MPa，水温104℃，才能保证除氧效果。由于设计、技术和认识问题，大多数锅炉房除氧器没有很好的运行，发挥应有的作用。有的锅炉房按设计要求装了除氧器，却因种种原因闲置不用；有的虽在使用，但只是运行于人工调节状态，且不稳定。主要存在负荷变化大，除氧头的供汽压力、供汽量不稳定；没有自动蒸汽调节阀而是手动调节，造成供汽量调节不准确。本文主要介绍旋膜式除氧器和AI控制器在除氧器控制系统中的应用。 　　 　　

二、除氧器结构及原理

　　旋膜式除氧器（也称水膜式除氧器）的结构是由除氧头和水箱组成。

   除氧头的结构由外壳，旋膜器组，水篦子，液汽网，蒸汽分配盘五大部分组成。

　　1、外壳：是由筒身和冲压椭圆形封头焊制成。

　　2、起膜器组：由水室、汽室、起膜管、凝结水接管、补充水接管和一次进汽接管组成。

　　3、淋水篦子：经起膜段粗除氧的给水及由疏水管引进的疏水在这里混合进行二次分配，呈均匀淋雨状落到装到其下的液汽网上。

　　4、液汽网：是由相互间隔的扁钢带及一个圆筒体，内装一定高度特制的不锈钢扁丝网及不锈钢板组成，给水在这里与二次蒸汽充分接触，加热到饱和温度并进行深度除氧，以保证除氧水中含量：低压大气式除氧器低于10μg/L，高压除氧器低于5μg/L。

　　 5、蒸汽分配盘：按一定比例成规则均分型制成，使主加热蒸汽呈现均分状态其在无节流工况下上升加热软化水，来保证加热质量，达到饱和温度下工作除氧。

　　工作原理（射流、吸卷、紊流、传热、传质、水膜裙、淋雨状、饱和温度）：凝结水及补充水首先进入除氧头内旋膜器组水室，在一定的压差下从膜管的小孔斜旋喷向内孔，形成射流，由于内孔充满了上升的加热蒸汽，水在射流运动中便将大量的加热蒸汽吸卷进来（试验证明射流运动具有卷吸作用）；在极短时间很小的行程上产生剧烈的混合加热作用，水温大幅度提高，而旋转的水沿着膜管内孔壁继续下旋，形成一层翻滚的水膜裙，（水在旋转流动时的临界雷诺数下降很多即产生紊流翻滚），此时紊流状态的水传热传质效果最理想，水温达到饱和温度。氧气即被分离出来，因氧气在内孔内无法随意扩散，只能随上升的蒸汽从排汽管排向大气（老式除氧器虽加热了水，分离出了氧但氧气比重大于加热蒸汽，部分氧又被下流的水带入水箱，也是造成除氧效果差的一种原因）。经起膜段粗除氧的给水及由疏水管引进的疏水在这里混合进行二次分配，呈均匀淋雨状落到装到其下的液汽网上，再进行深度除氧后才流入水箱。水箱内的水含氧量为高压0-5 цɡ/L,低压小于10цɡ/L。因旋膜式除氧器在工作中使水始终处于紊流状态，并有足够大的换热表面积，所以传热传质效果越好，排汽量越小（即能源损失小带来的经济效益也可观）除氧效果好产生的富裕量能使除氧器超负荷运行（通常可超额定出力的５０％）或低水温全补水下运行。它具有以下优点：

   1、除氧效率高，可达到：高压除氧器给水含氧量≤5цɡ/L,低压除氧器给水含氧量≤10цɡ/L。    2、运行稳定，无震动。可适用于负压启动、滑压运行，减免了启动和运行中的人工繁杂调节操作。    3、适应性能好，对水质、水温要求不苛刻等优点外，而且可超出力50％左右运行，从而可取消前置加热器，节约设备投资规模。 　　　　 4、排汽量小于入口水量的0.1%，不需另加排气冷却器，优化了设备，降低了热耗值，比同出力其它类型热力除氧器少耗能1/3。 　　 　　

三、控制系统介绍

　　除氧器系统主要是控制水箱水位和水温，监视除氧器压力。控制系统采用AI调节器、 变频器、气动薄膜调节阀等先进的控制设备,对除氧器施行有效的控制,系统具有自动/手动切换功能、声光报警提示等确保系统的安全运行，采用变频器对水泵进行起停控制，实现给水的自动调节。 　　

1、控制回路：

　　除氧器水位：采用单室平衡容器加差压变送器的方法，可得到与水位成正比的4—20mA的电流信号，测量仪表将该电流信号转换为水位信号，直接在仪表上显示水位的高低。 该水位信号同时作为自动调节的水位测量信号，参与系统的自动调节，调节器的型号为AI-808AI4X3L2L2。

   除氧器温度：用PT100测量水的温度，通过温度变化调节气动薄膜调节阀的开度，改变蒸汽量的大小，使温度保持在104度，调节器的型号为AI-808AX3L2L2。

   2、系统调试

   AI调节器是这个系统的核心控制设备，它的控制效果直接影响整个系统的正常运行。在没有经验控制参数的时候，为了达到最佳的控制效果，仪表要进行PID自整定，但一般的调节仪表在自整定时的调节状态是位式控制，输出量要么最大要么最小，在系统中调节输出大幅变化是不允许的。AI-808调节器具有手动自整定模式可以很好的解决这个问题，具体操作是：把仪表切换到手动输出状态，通过仪表的△ ▽键调整输出量，使测量值尽量和设定值保持一致，然后在这个状态下启动自整定，这样仪表的输出值将限制在当前手动输出值的±10%范围内，从而避免出现输出值的大幅变化。在多数情况下，自整定一次就可以使获得满意的控制效果。如果控制有偏差时，可以通过微调M5、P、T参数来修正。水位控制的PID参数取CTRL=4、M5=4、P=5、T=1。温度控制的PID参数最好是通过自整定来取得，除氧器压力在0.012-0.02 MPa时，如果温度还达不到104度，可以通过调节蒸汽旁路阀来加热，使温度达到104度。

四、结语

   本系统在石狮冠宏集团锅炉车间已运行两年，经实践证明能够稳定的控制除氧器，有效去除锅炉给水中的氧气及其它气体,保证给水的品质。