畢業(yè)設(shè)計(jì)火電廠給水控制系統(tǒng)分析

1、摘 要火力發(fā)電廠在我國(guó)電力工業(yè)中占有主要地位，是我國(guó)的重點(diǎn)能源工業(yè)之一。大型火力發(fā)電機(jī)組具有效率高、投資省、自動(dòng)化水平高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快。給水控制系統(tǒng)是火電廠非常重要的控制子系統(tǒng)。汽包水位是鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，同時(shí)它還是衡量鍋爐汽水系統(tǒng)物質(zhì)是否平衡的標(biāo)志，因此水位控制系統(tǒng)一直受到重視。本文第二章首先討論了給水系統(tǒng)的控制任務(wù)，介紹了常規(guī)水位控制系統(tǒng)的控制原理以及測(cè)量部分、控制器部分和執(zhí)行器部分的結(jié)構(gòu)。第三章分析了汽包鍋爐給水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，介紹了水位、給水量、和蒸汽量的測(cè)量方法，分析了三沖量的擾動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)的影響。第四章中集中討論了鍋爐水位控制略, 探討了汽包鍋爐在熱工控制上的技術(shù)特

2、點(diǎn)，具體介紹了單沖量、雙沖量和三沖量等控制方式。關(guān)鍵字 汽包水位，三沖量，控制策略AbstractThe power plant is a major part of the power industry in our country, as well as one of the most important energy industries. Large turbine-generator units have the advantages of higher efficiency, less investment and higher level of automation, which

3、 develop rapidly around the world. Feed-water control system is a very important subsystem of the power plant. Water level of boiler drum in power station is one of the main control parameters for safe operation, which reflects the balance of boiler load and feed-water. Thus the water level control

4、system is always highly concerned. Chapter two firstly discussed the target of the water level control system, then introduces the theory of common water level control system and the structures of its transducers, controllers and actuator. Chapter three analyzes the dynamic characteristics of drum b

5、oiler feed-water system, introduces the measurements of water level, feed-water flow and steam folw(the so-called three impulses). The impact of three impulses disturbances on the control system is discussed as well. In chapter four we mainly discussed the control strategics of water level control s

6、ystem. Such as single impulse, pairs of impulse and three impulses, etc. Key Words water level ,three impulses ,control strategic目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 緒 論11.1 給水控制系統(tǒng)的意義11.2 給水系統(tǒng)的控制方法11.3 給水系統(tǒng)的優(yōu)化1第二章 給水控制系統(tǒng)原理32.1 給水控制系統(tǒng)的任務(wù)32.2常規(guī)的水位控制系統(tǒng)的構(gòu)成32.2.1 測(cè)量部分32.2.2 調(diào)節(jié)器部分32.2.3 執(zhí)行器部分42.2.4 常規(guī)的汽包水位控制系統(tǒng)4第三章 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

7、分析53.1 給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性53.2 汽包水位的測(cè)量63.2.1 汽包水位信號(hào)的測(cè)量與補(bǔ)償63.2.2 給水流量信號(hào)的補(bǔ)償63.2.3 蒸汽流量的測(cè)量63.3系統(tǒng)擾動(dòng)分析73.3.1 給水?dāng)_動(dòng)73.3.2 蒸汽流量擾動(dòng)93.3.3 燃料量擾動(dòng)10其他擾動(dòng)103.4控制中的跟蹤與切換11無(wú)擾切換的原理113.4.2 三沖量與單沖量之間的無(wú)擾切換113.4.3 閥門與泵的運(yùn)行及切換113.4.4 電動(dòng)泵與汽動(dòng)泵間的切換113.4.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手、自動(dòng)切換12給水系統(tǒng)無(wú)擾切換的結(jié)構(gòu)12第四章 給水系統(tǒng)控制策略的研究144.1 系統(tǒng)控制功能144.2 鍋爐汽包水位控制策略144.2.1 單沖

8、量控制系統(tǒng)144.2.2 雙沖量控制系統(tǒng)154.2.3 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)154.2.4 汽包爐全程給水控制系統(tǒng)154.2.5 低負(fù)荷給水調(diào)節(jié)154.2.6 高負(fù)荷給水調(diào)節(jié)164.3 汽包水位三沖量給水控制系統(tǒng)174.3.1 三沖量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理174.3.2 三沖量控制系統(tǒng)的工程整定184.3.3 汽包水位的串級(jí)控制系統(tǒng)20總 結(jié)22致 謝23參考文獻(xiàn)24第一章 緒 論1.1 給水控制系統(tǒng)的意義火力發(fā)電廠在我國(guó)電力工業(yè)中占有主要地位，是我國(guó)的重點(diǎn)能源工業(yè)之一。大型火力發(fā)電機(jī)組具有效率高、投資省、自動(dòng)化水平高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快。給水控制系統(tǒng)是火電廠非常重要的控制子系統(tǒng)。汽包水位是鍋

9、爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，同時(shí)它還是衡量鍋爐汽水系統(tǒng)物質(zhì)是否平衡的標(biāo)志，因此水位控制系統(tǒng)一直受到重視。1.2 給水系統(tǒng)的控制方法 隨著機(jī)組容量的增大，運(yùn)行參數(shù)的不斷提高，對(duì)汽包水位的控制品質(zhì)要求也會(huì)越高，為了機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要采用設(shè)計(jì)更合理、功能更完善的控制系統(tǒng)，給水自動(dòng)控制系統(tǒng)可以大大減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，汽包水位的穩(wěn)定性也得到極大的提高，保障了機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。 在徐春梅，張浩，楊平的“汽包水位串級(jí)三沖量非線性PID控制系統(tǒng)”中針對(duì)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了基于非線性PID控制器(NLPID)的汽包水位二三沖量串級(jí)控制方案。在串級(jí)控制中，內(nèi)回路采用P控制以快速消除給水?dāng)_動(dòng)

10、，外回路采用非線性PID控制以保證汽包水位穩(wěn)定在給定值，并有效克服蒸汽流量的擾動(dòng) 該控制策略結(jié)構(gòu)和算法簡(jiǎn)單，通過(guò)仿真結(jié)果驗(yàn)證，相對(duì)于常規(guī)串級(jí)PI-P控制方案，該控制方案具有良好控制品質(zhì)和較強(qiáng)的魯棒性，可有效克服蒸汽流量擾動(dòng)和給水流量擾動(dòng)。且在對(duì)象參數(shù)變化較大時(shí)仍能獲得穩(wěn)定的調(diào)節(jié)品質(zhì)。 在吳小亮，代芳的“基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鍋爐汽包水位控制器的設(shè)計(jì)”中將模糊網(wǎng)絡(luò)理論引入鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中，以解決水位穩(wěn)定性控制的問題，針對(duì)DSP具有高速運(yùn)算能力的特點(diǎn)，采用TMS320LF2407對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、運(yùn)算處理，試驗(yàn)結(jié)果證明了其時(shí)效性。使水位顯示具有較好的實(shí)時(shí)性，而且實(shí)驗(yàn)室模擬鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的水位

11、誤差很小，不超過(guò)5 mm。1.3 給水系統(tǒng)的優(yōu)化在陳建國(guó)的“300MW 機(jī)組給水系統(tǒng)優(yōu)化改造的實(shí)踐與思考”中通過(guò)對(duì)目前火電廠300MW機(jī)組給水系統(tǒng)的配置及運(yùn)行情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)如果采用給水泵汽輪機(jī)備用汽源改造等措施，可以成功實(shí)現(xiàn)機(jī)組無(wú)電泵啟動(dòng)，這為提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性和啟停機(jī)的靈活性提供了新的思路。在此基礎(chǔ)上，引出了大型火電機(jī)組是否有必要配置電動(dòng)給水泵的思考，并提出了在條件合適的機(jī)組上取消配置電動(dòng)給水泵的建議。在鄭國(guó)強(qiáng)的“300MW機(jī)組給水系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化”中主要分析茂名熱電廠I*300MW機(jī)組給水最小流量閥在給水邏輯臨界流量負(fù)荷時(shí)，采取的人為干預(yù)的方法對(duì)運(yùn)行方式產(chǎn)生的影響。給水泵最小流量保護(hù)

12、裝置在火電廠中盡管占得比重比較小，但他的正常投入和運(yùn)行，及合理的改變運(yùn)行方式，卻對(duì)給水泵的安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及設(shè)備的安全運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。茂名熱電廠# 6機(jī)組在臨界給水再循環(huán)工況下采取的切換最小流量閥運(yùn)行方式的辦法是可行并且是有效地。 在鄭煒的“某電廠300MW機(jī)組給水自動(dòng)控制系統(tǒng)改進(jìn)”中介紹了某電廠給水自動(dòng)控制系統(tǒng)存在的問題，通過(guò)改進(jìn)，一電一汽并列運(yùn)行時(shí)可投給水自動(dòng)，并可投給水全程自動(dòng)。通過(guò)對(duì)給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)的改進(jìn)，使鍋爐汽包水位的穩(wěn)定得到了較大的保證，減輕了運(yùn)行人員的操作強(qiáng)度，并能夠滿足機(jī)組協(xié)調(diào)控制及特殊工況下對(duì)汽包水位控制的要求，有力地保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。 在潘廣立，馮瓊，馮

13、平平的“鍋爐給水系統(tǒng)的改造”中提出鍋爐給水系統(tǒng)的改造的實(shí)施關(guān)鍵是解決了硫化熱水池?zé)崴刑亢?、膠沫、懸浮油脂等的過(guò)濾問題，并將其回收用于除氧器供水；完善凝結(jié)水回收系統(tǒng)、回收利用鍋爐排污的熱量，使除氧器的上水溫度由20 提高到87 ，降低了鍋爐排污率，節(jié)約了大量能源。 在羅洋的“汽泵全程給水在國(guó)產(chǎn)300MW機(jī)組上的應(yīng)用”中以國(guó)電安順發(fā)電有限公司一期1號(hào)2號(hào)機(jī)組為例，介紹了國(guó)產(chǎn)300MW 機(jī)組給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行情況，分析了國(guó)產(chǎn)300MW 機(jī)組給水系統(tǒng)運(yùn)行方式所存在的問題，進(jìn)行了給水系統(tǒng)運(yùn)行方式的改進(jìn)，對(duì)機(jī)組啟停時(shí)全程應(yīng)用汽動(dòng)給水泵控制鍋爐上水進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論。經(jīng)過(guò)改造后，很大程度的降低了廠用電耗

14、、提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性。同時(shí)為國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組使用汽泵全程給水提供了一定的參考價(jià)值。第二章 給水控制系統(tǒng)原理2.1 給水控制系統(tǒng)的任務(wù) 給水系統(tǒng)是發(fā)電廠熱力系統(tǒng)的重要組成部分，因此在任何情況下都要保證不間斷向鍋爐供水。其中，工質(zhì)流量大、壓力高，對(duì)發(fā)電廠安全、經(jīng)濟(jì)、靈活運(yùn)行至關(guān)重要。給水泵是給水系統(tǒng)的心臟，為工質(zhì)的傳送提供動(dòng)力。傳統(tǒng)小容量機(jī)組一般采用定速泵配合給水操作平臺(tái)的方式工作，隨著單機(jī)容量不斷增大，操作平臺(tái)中調(diào)節(jié)閥承受的壓力差越來(lái)越大，節(jié)流損失越來(lái)越嚴(yán)重，安全性和經(jīng)濟(jì)性也就得不到保障。為此，現(xiàn)代大容量火電機(jī)組大都采用變速給水泵，一般采用汽動(dòng)給水泵作為運(yùn)行泵，電動(dòng)給水泵僅在啟動(dòng)階

15、段或事故情況下使用，正常運(yùn)行工況下作為備用泵。 對(duì)于汽包鍋爐而言，汽包水位是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)，保持水位在一定的范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的首要條件，水位過(guò)高、過(guò)低、都會(huì)給鍋爐及蒸汽用戶的安全操作帶來(lái)不利的影響。首先，水位過(guò)高，會(huì)影響汽包內(nèi)的汽水分離，飽和水蒸汽將會(huì)帶水過(guò)多，導(dǎo)致過(guò)熱器管壁結(jié)垢并損壞，使過(guò)熱蒸汽的溫度嚴(yán)重下降。如以此過(guò)熱蒸汽帶動(dòng)氣輪機(jī)，則將因蒸汽帶液損壞汽輪機(jī)的葉片，造成運(yùn)行的安全事故。然而，水位過(guò)低，則因汽包內(nèi)的水量較小，而負(fù)荷很大，加快水的汽化速度，使汽包內(nèi)水量的變化速度很快，如不及時(shí)的加以控制，有可能使汽包內(nèi)的水完全汽化。由于汽包是無(wú)自平衡的單容環(huán)節(jié)，且給水是先經(jīng)過(guò)省煤器，

16、該對(duì)象的特點(diǎn)是有延遲、有慣性、無(wú)自平衡能力，所以其特性是慣性環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)和有一定的延遲的組合。 汽包鍋爐給水自動(dòng)控制的任務(wù)是使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，保持汽包水位正常同時(shí)保持給水流量穩(wěn)定。給水控制對(duì)象的被控量是汽包水位H。影響水位變化的因素很多，主要的有鍋爐蒸發(fā)量D、給水量w、汽包壓力P、鍋爐負(fù)荷等。2.2常規(guī)的水位控制系統(tǒng)的構(gòu)成常規(guī)的水位控制系統(tǒng)由測(cè)量部分、調(diào)節(jié)控制部分、和執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥部分以及調(diào)節(jié)對(duì)象等組成。 測(cè)量部分通常在各種類型的蒸汽鍋爐中最常用的汽包水位測(cè)量方式，是采用雙室平衡容器接差壓變送器的測(cè)量方式。 調(diào)節(jié)器部分在控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器部分一般分為

17、用單元組合式儀表和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)兩種形式。其主要作用是將檢測(cè)到的水位信號(hào)與工藝給出的給定信號(hào)進(jìn)行比較得到偏差信號(hào)。然后對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行常規(guī)的比例微分和積分運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果送給執(zhí)行器。圖2.1 常用汽包水位測(cè)量原理 執(zhí)行器部分鍋爐裝置中常用的執(zhí)行器是電動(dòng)式執(zhí)行器和專用的調(diào)節(jié)閥。其作用是將調(diào)節(jié)器給出的經(jīng)過(guò)處理后的偏差信號(hào)和為止發(fā)送器的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，經(jīng)放大器放大到足夠的功率，驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)換成扭力矩或者機(jī)械位移，帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的閥芯動(dòng)作。調(diào)節(jié)閥的不同開度使之相應(yīng)的改變流經(jīng)閥門的水流量。 常規(guī)的汽包水位控制系統(tǒng)由變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥組成的常規(guī)的水位控制系統(tǒng)方框如如圖2.2所示。測(cè)量到的真

18、實(shí)的氣包液位參數(shù)與工藝給定的液位參數(shù)在調(diào)解器里進(jìn)行比較兩者不等的時(shí)候，將產(chǎn)生出偏差值。當(dāng)調(diào)節(jié)器接受到偏差信號(hào)后，按一定的運(yùn)算規(guī)律輸出控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥門改變閥門的開度，使供給氣包的水流量得到改變，從而使被控參數(shù)回到給定值上來(lái)。圖2.2 常規(guī)的汽包水位控制系統(tǒng)方框圖 以水位增高為例：水位增高導(dǎo)致變送器的輸出增高。在與給定值比較后，產(chǎn)生出偏差。經(jīng)比例、微分、積分計(jì)算后調(diào)節(jié)器的輸出相應(yīng)的減少，使調(diào)節(jié)閥的開度減少，送給汽包的水流量也將減少，從而使得汽包的水位降下來(lái)。第三章 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析3.1 給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性汽包水位是工業(yè)蒸汽鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，是鍋爐

19、蒸汽負(fù)荷與給水間物質(zhì)是否平衡的重要標(biāo)志，維持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的作用是使鍋爐的給水量自動(dòng)適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定范圍內(nèi)波動(dòng)。其中給水流量和蒸汽流量是影響汽包水位的兩種主要擾動(dòng)，前者來(lái)自調(diào)節(jié)器，稱為內(nèi)擾，后者來(lái)自負(fù)荷側(cè)，稱為外擾。汽包爐給水控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。影響水位的因素主要有：鍋爐蒸發(fā)量（負(fù)荷D），給水量G，爐膛熱負(fù)荷（燃燒率M），汽包壓力P。控制系統(tǒng)的物質(zhì)平衡方程為： （3-1）將式（3-1）進(jìn)一步變換得： （3-2）令 ，則上式變?yōu)椋?（3-3）圖3.1 給水調(diào)節(jié)對(duì)象鍋爐給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性有以下特點(diǎn)：（1）由于

20、對(duì)象的內(nèi)擾動(dòng)態(tài)特性存在一定的延遲和慣性，控制系統(tǒng)應(yīng)考慮采用串級(jí)控制方案；（2）由于對(duì)象在蒸汽流量和熱負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)有虛假水位現(xiàn)象，控制系統(tǒng)應(yīng)考慮采用以主要擾動(dòng)(蒸汽流量D)為前饋信號(hào)的前饋控制，以改善給水控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。（3）負(fù)荷變化時(shí)出現(xiàn)的虛假水位現(xiàn)象是鍋爐運(yùn)行中的必然現(xiàn)象，是無(wú)法通過(guò)控制給水流量來(lái)克服的，只有限制負(fù)荷的一次突變量和變負(fù)荷速度來(lái)減小。3.2 汽包水位的測(cè)量 汽包水位信號(hào)的測(cè)量與補(bǔ)償采用差壓的原理測(cè)量水位，由于鍋爐從啟動(dòng)至正常負(fù)荷整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)汽包壓力變化很大，致使汽包內(nèi)的飽和蒸汽和飽和水的密度變化很大，這樣就不能直接用整壓信號(hào)代表水位，必須對(duì)差壓信號(hào)根據(jù)汽包壓力進(jìn)行補(bǔ)償。 給

21、水流量信號(hào)的補(bǔ)償根據(jù)水的密度髓溫度變化快慢對(duì)給水流量信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。其中，給水流量測(cè)量圖如圖3.2圖3.2 給水流量測(cè)量SAMA圖 蒸汽流量的測(cè)量主汽流量的測(cè)量，未采用標(biāo)準(zhǔn)孔板，而是用經(jīng)過(guò)熱器出口溫度補(bǔ)償后的汽機(jī)首級(jí)壓力來(lái)測(cè)量并加入了旁路流量。這種方法克服了在高溫高壓下孔板易磨損和檢修維護(hù)困難的缺點(diǎn)。汽包鍋爐一般都配有兩套就地水位計(jì)和三套遠(yuǎn)傳式水位計(jì)，而鍋爐汽包水位的監(jiān)視、自動(dòng)控制、越限報(bào)警和跳閘保護(hù)則完全依靠這三套遠(yuǎn)傳式(差壓式)水位計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)如圖3.31-正壓一次門 2-単室平衡容器 3-負(fù)壓一次門 4-汽包圖3.3 配單室平衡容器的差壓式水位測(cè)量示意圖考慮到汽包壓力和飽和蒸汽溫度對(duì)飽和蒸汽重

22、度的影響，汽包水位變送器的測(cè)量差壓值經(jīng)過(guò)壓力補(bǔ)償計(jì)算后得到結(jié)果就是準(zhǔn)確的汽包水位值，其計(jì)算公式為： （3-4）式中：為水位變送器實(shí)際差壓； I，L為平衡容器結(jié)構(gòu)尺寸； 為室溫下水與飽和水重度之差； 為汽包壓力下飽和水與飽和蒸汽重度之差。 實(shí)際測(cè)量出差壓，再通過(guò)計(jì)算處理即可得出汽包實(shí)際水位。其中，主汽流量測(cè)量如圖3.43.3系統(tǒng)擾動(dòng)分析 給水?dāng)_動(dòng)汽包水位在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性：給水量是鍋爐的輸入量，如果蒸汽負(fù)荷不變，那么給水流量變化時(shí)，汽包水位的運(yùn)動(dòng)方程式可以表示為： （3-5）可以得到汽包水位在給水流量作用下的傳遞函數(shù)為： （3-6）圖3.4 主汽流量測(cè)量SAMA圖對(duì)于中壓鍋爐，上式中Tw

23、的數(shù)值很小，常?？梢院雎圆挥?jì)，因此可以進(jìn)一步改寫為： （3-7）給水量擾動(dòng)時(shí)水位階躍響應(yīng)曲線如圖3.5所示。（a） 沸騰式 （b） 非沸騰式圖3.5 給水量擾動(dòng)時(shí)水位階躍響應(yīng)曲線圖3.5中曲線（a）為沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性，曲線（b）為非沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性。從物質(zhì)平衡的觀點(diǎn)來(lái)看，加大了給水量G，水位應(yīng)立即上升，但實(shí)際上并不是這樣，而是經(jīng)過(guò)一段遲延，甚至先下降后再上升。這是因?yàn)榻o水溫度遠(yuǎn)低于省煤器的溫度，即給水有一定的過(guò)冷度，水進(jìn)入省煤器后，使一部分汽變成了水，特別是沸騰式省煤器，給水減輕了省煤器內(nèi)的沸騰度，省煤器內(nèi)的汽泡總?cè)莘e減少，因此，進(jìn)入省煤器內(nèi)的水首先用來(lái)填補(bǔ)省煤

24、器中因汽泡破滅容積減少而降低的水位，經(jīng)過(guò)一段遲延甚至水位下降后，才能因給水量不斷從省煤器進(jìn)入汽包而使水位上升。在此過(guò)程中，負(fù)荷還未發(fā)生變化，汽包中水仍然在蒸發(fā)，因此水位也有下降趨勢(shì)。 蒸汽流量擾動(dòng)汽包水位在蒸汽流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性，可以用下式表示（假定給水量不變） （3-8）則 （3-9）上式可通過(guò)兩個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)的并聯(lián)來(lái)等效，即 （3-10）式中： 。圖3.6 蒸汽量D擾動(dòng)下的水位階躍響應(yīng)曲線如果只從物質(zhì)平衡的角度來(lái)看，蒸發(fā)量突然增加時(shí)，蒸發(fā)量高于給水量，汽包水位是無(wú)自平衡能力的，所以水位應(yīng)該直線下降，如圖3.6中H1(t)所示那樣，但實(shí)際水位是先上升，后下降，這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象，如圖

25、中H(t)所示。其原因是由于負(fù)荷增加時(shí)，在汽水循環(huán)回路中的蒸發(fā)強(qiáng)度也將成比例增加，水面下汽泡的容積增加得也很快，此時(shí)燃料量M還來(lái)不及增加，汽包中汽壓下降，汽包膨脹，使汽泡體積增大而水位上升。如圖3.7中H2(t)所示。在開始的一段時(shí)間H2(t)的作用大于H1(t)。當(dāng)過(guò)了一段時(shí)間后，當(dāng)汽泡容積和負(fù)荷相適應(yīng)而達(dá)到穩(wěn)定后，水位就要反映出物質(zhì)平衡關(guān)系而下降。因此，水位的變化應(yīng)是上述兩者之和，即 （3-11） 燃料量擾動(dòng)圖3.7 燃料量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)即是指燃料量M的擾動(dòng)。燃料量增加時(shí)，鍋爐吸收更多的熱量，使蒸發(fā)強(qiáng)度增大，如果不調(diào)節(jié)蒸汽閥門，由于鍋爐出口汽壓提高，蒸汽流量也增大，這

26、時(shí)蒸發(fā)量大于給水量，說(shuō)位應(yīng)下降。但由于在熱負(fù)荷增加時(shí)蒸發(fā)強(qiáng)度的提高，使汽水混合物中的汽泡容積增加，而且這種現(xiàn)象必然先于蒸發(fā)量增加之前發(fā)生，從而使汽包水位先上升，從而引起“虛假水位”現(xiàn)象。當(dāng)蒸發(fā)量與燃燒量相適應(yīng)時(shí)，水位便會(huì)迅速下降，這種“虛假水位”現(xiàn)象比蒸汽量擾動(dòng)時(shí)要小一些，但其持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。其他擾動(dòng)以上三種擾動(dòng)在鍋爐運(yùn)行中都可能經(jīng)常發(fā)生。但是由于控制通道在給水側(cè)，因此蒸汽流量D和燃料量M習(xí)慣上稱為外部擾動(dòng)，它們只影響水位波動(dòng)的幅度。而給水量G擾動(dòng)在控制系統(tǒng)的閉合回路里產(chǎn)生，一般稱為內(nèi)部擾動(dòng)。因此，汽包水位對(duì)于給水?dāng)_動(dòng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)是給水控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的依據(jù)，此外，由于蒸汽流量D和燃料量M的

27、變化也是經(jīng)常發(fā)生的外部擾動(dòng)。所以常引入D、M信號(hào)作為給水控制系統(tǒng)里的前饋信號(hào)，以改善外部擾動(dòng)時(shí)的控制品質(zhì)。影響水位的因素除上述之外，還有給水壓力、汽包壓力、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開度、二次風(fēng)分配等。不過(guò)這些因素幾乎都可以用D、M、G的變化體現(xiàn)出來(lái)。為了保證汽壓的穩(wěn)定，燃料量和蒸發(fā)量必須保持平衡，所以這兩者往往是一起變化的，只是先后的差別。3.4控制中的跟蹤與切換無(wú)擾切換的原理隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化水平的不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)在自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用，使自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制范圍越來(lái)越廣，控制功能越來(lái)越完善，調(diào)節(jié)品質(zhì)及自適應(yīng)能力越來(lái)越強(qiáng)。但與此同時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜起來(lái)。較為突出的問題之

28、一是系統(tǒng)內(nèi)各種類型的切換增加，諸如：自動(dòng)/軟手操/硬手操之間的切換。在生產(chǎn)實(shí)際中，無(wú)論哪種方式的切換都必須做到對(duì)系統(tǒng)無(wú)擾動(dòng)情況下進(jìn)行。即執(zhí)行機(jī)構(gòu)不會(huì)因切換發(fā)生跳躍性變化，被調(diào)量不會(huì)因切換產(chǎn)生波動(dòng)。這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)重點(diǎn)，亦是難點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)擾切換的主要方法是兩切換信號(hào)的相互跟蹤。當(dāng)系統(tǒng)在自動(dòng)方式下運(yùn)行時(shí)，手操站的給定值要跟蹤控制器的輸出；當(dāng)系統(tǒng)在手動(dòng)方式下運(yùn)行時(shí)，控制器的輸出要跟蹤手操站的輸出。這樣，在手自動(dòng)切換的過(guò)程中，兩路信號(hào)能夠無(wú)擾動(dòng)的連續(xù)輸出，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾切換。 三沖量與單沖量之間的無(wú)擾切換鍋爐在不同負(fù)荷和參數(shù)時(shí)，其給水被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是不同的。低負(fù)荷時(shí)由于蒸汽參數(shù)低，負(fù)

29、荷變化下，假水位現(xiàn)象不太嚴(yán)重，對(duì)維持水位恒定的要求又不高，所以允許采用單沖量給水控制系統(tǒng)。在低負(fù)荷時(shí)如果采用各種自動(dòng)校正措施，則會(huì)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整定困難，同時(shí)仍然存在誤差。于是出現(xiàn)了低負(fù)荷時(shí)采用單沖量，高負(fù)荷時(shí)采用三沖量的給水全程控制系統(tǒng)。PI1是低負(fù)荷時(shí)的單沖量給水調(diào)節(jié)器，它只接受經(jīng)過(guò)自動(dòng)校正后的水位信號(hào)。高負(fù)荷時(shí)采用串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)，其中PI2為主調(diào)節(jié)器，接受水位信號(hào)；PI3為副調(diào)節(jié)器，除接受主調(diào)節(jié)器校正信號(hào)外，還接受蒸汽流量信號(hào)及給水流量信號(hào)G。兩套控制系統(tǒng)的切換時(shí)根據(jù)鍋爐負(fù)荷（蒸汽流量）大小進(jìn)行的。（1）單沖量控制系統(tǒng)到三沖量控制系統(tǒng)的切換：此時(shí)三沖量主調(diào)節(jié)器PI1的輸出跟蹤信

30、號(hào)，同時(shí)電動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器PI3的輸出通過(guò)f1(x)和T2跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器PI4的輸出。（2）三沖量控制系統(tǒng)到單沖量控制系統(tǒng)的切換：此時(shí)單沖量調(diào)節(jié)器PI4的輸出通過(guò)T1跟蹤電動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器PI3的輸出。 閥門與泵的運(yùn)行及切換低負(fù)荷時(shí)采用旁路閥門控制給水流量，高負(fù)荷時(shí)采用改變泵的轉(zhuǎn)速控制給水流量。兩者間的無(wú)擾切換通過(guò)f1(x)、T2和電動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器PI3的跟蹤而實(shí)現(xiàn)。 電動(dòng)泵與汽動(dòng)泵間的切換以電動(dòng)泵切換到汽動(dòng)泵為例：把汽動(dòng)泵調(diào)至最低轉(zhuǎn)速時(shí)啟動(dòng)汽動(dòng)泵，然后慢慢升速。電動(dòng)泵在控制系統(tǒng)的控制下自動(dòng)降速，當(dāng)兩泵出口流量相同時(shí)，汽動(dòng)泵投自動(dòng)，電動(dòng)泵切手動(dòng)，并逐漸把電動(dòng)泵降至最低轉(zhuǎn)速后停泵。三泵

31、間設(shè)計(jì)有平衡回路，并具有各自的軟、硬手操器，在軟手操器上可以進(jìn)行偏置設(shè)定，在上級(jí)具有一個(gè)給水總操。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手、自動(dòng)切換（1）旁路閥門的手、自動(dòng)切換：此時(shí)T1切換到NO，單沖量調(diào)節(jié)器PI4通過(guò)f4(x) 跟蹤小閥操作器3AM的輸出。（2）汽動(dòng)泵的手、自動(dòng)切換：此時(shí)汽動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器PI2的輸出跟蹤汽動(dòng)泵操作器1AM的輸出，如果此時(shí)電動(dòng)泵也處于手動(dòng)，則三沖量主調(diào)節(jié)器PI1的輸出跟蹤（D-W）信號(hào)。（3）電動(dòng)泵的手、自動(dòng)切換：a）當(dāng)D<30時(shí)電動(dòng)泵處于手動(dòng)狀態(tài)，T2切至NO，電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器PI3的輸出跟蹤電動(dòng)泵操作器2AM的輸出，同時(shí)T1的NC點(diǎn)接通，單沖量調(diào)節(jié)器PI4通過(guò)f3(x)跟蹤

32、PI3的輸出。當(dāng)切回自動(dòng)時(shí)PI3繼續(xù)通過(guò)f1(x)和T2的NC點(diǎn)跟蹤PI4的輸出。b）當(dāng)D>30時(shí),采用三沖量系統(tǒng)，T2切至NO，電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器PI3的輸出跟蹤電動(dòng)泵操作器2AM的輸出，如果此時(shí)汽泵也處于手動(dòng)，則PI1跟蹤（ D-W ）信號(hào)。給水系統(tǒng)無(wú)擾切換的結(jié)構(gòu) 在主給水控制回路中，采用了串級(jí)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主副控制器的SAMA圖如圖3.8：圖3.8 串級(jí)系統(tǒng)控制器部分SAMA圖從圖中可以看出，在手動(dòng)控制時(shí)，主回路和副回路的手操站輸出端均有跟蹤信號(hào)引到PID控制器的輸出端，從而實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)擾切換。在自動(dòng)控制時(shí)，控制器的輸出被引到手操站，手操站的設(shè)定值跟蹤控制器的輸出，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)

33、到手動(dòng)的輸出。 系統(tǒng)的手自動(dòng)切換有手動(dòng)切自動(dòng)，手動(dòng)切手動(dòng)和自動(dòng)切手動(dòng)幾種形式。其中手動(dòng)切換是由操作人員完成的，而自動(dòng)切手動(dòng)的過(guò)程則需要滿足一定的邏輯條件。在給水控制系統(tǒng)中，手自動(dòng)切換的邏輯如圖3.9，從圖中可以看出，在自控運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)滿足氣泵閥位變差過(guò)大，氣泵轉(zhuǎn)速過(guò)低，給水流量過(guò)小和給水系統(tǒng)故障等條件中的任意一條時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)切到手動(dòng)狀態(tài)并報(bào)警。而在手動(dòng)切自動(dòng)的過(guò)程中，只有以上條件均不滿足時(shí)，才允許系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)這樣的邏輯控制，能夠有效保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。圖3.9 控制系統(tǒng)手自動(dòng)切換邏輯第四章 給水系統(tǒng)控制策略的研究4.1 系統(tǒng)控制功能（1）給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有給水旁閥、電泵及兩臺(tái)汽

34、泵四套自動(dòng)。（2）鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷時(shí)，由電泵帶負(fù)荷。手動(dòng)調(diào)整到需求的流量，旁閥可自動(dòng)單沖量調(diào)節(jié)水位。在旁閥開度達(dá)90%以上時(shí)。電泵可投入單沖量自動(dòng)，電泵一旦投入自動(dòng)，旁閥即切至手動(dòng)操作。如旁閥在手動(dòng)狀態(tài)，電泵投自動(dòng)條件不受旁閥開度限制。考慮到旁閥與電泵工作特性不一致，旁閥與電泵分別采用獨(dú)立的單沖量調(diào)節(jié)器，便于現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試與整定。（3）當(dāng)負(fù)荷達(dá)到30%時(shí)，電泵由單沖量控制自動(dòng)切換至三沖量控制，提高了水位調(diào)節(jié)品質(zhì)。（4）在汽泵啟動(dòng)并轉(zhuǎn)速達(dá)3000r/min后，MEH可投入遙控方式，由CCS改變汽泵轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整水位。當(dāng)兩臺(tái)并列運(yùn)行的汽泵轉(zhuǎn)速基本相同且水位穩(wěn)定后可投入汽泵三沖量自動(dòng)。兩臺(tái)汽泵均投入自動(dòng)后，

35、電泵切至手動(dòng)，由運(yùn)行人員減小電泵負(fù)荷，直至處于熱備用狀態(tài)。正常運(yùn)行時(shí)為兩臺(tái)汽泵運(yùn)行。（5）根據(jù)負(fù)荷及給水泵狀態(tài)，電泵可單泵運(yùn)行，也可與汽泵并列運(yùn)行。即電泵可工作在單沖量方式也可工作在三沖量方式。（6）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有泵最小流量再循環(huán)控制，控制再循環(huán)閥。以保證流量不低于最小流量。4.2 鍋爐汽包水位控制策略 單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)即汽包水位的單回路液位控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，對(duì)于汽包內(nèi)水的停留時(shí)間長(zhǎng)，負(fù)荷變化小的小型鍋爐，單沖量水位控制系統(tǒng)可以保證鍋爐的安全運(yùn)行。單沖量水位控制也存在以下的問題：（1）當(dāng)負(fù)荷變化產(chǎn)生虛假水位時(shí)，將使控制器反向錯(cuò)誤動(dòng)作。例如，蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加時(shí)，虛假水

36、位上升，此時(shí)控制器不但不能開大給水閥，增加給水量，反而關(guān)小控制閥，減小給水量。等到虛假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而減小，將使水位嚴(yán)重下降，波動(dòng)厲害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使汽包水位降低到危險(xiǎn)程度而發(fā)生事故。因此這種系統(tǒng)克服不了虛假水位帶來(lái)的嚴(yán)重后果。（2）對(duì)負(fù)荷變化不靈敏，負(fù)荷變化時(shí)，需要引起汽包水位變化后，才起控制作用，由于控制器作用緩慢，使控制質(zhì)量下降。（3）對(duì)給水干擾不能及時(shí)的克服，當(dāng)給水系統(tǒng)出現(xiàn)干擾時(shí)，同樣需要等到水位發(fā)生了變化才起控制作用，干擾克服不及時(shí)。為了克服上面的三個(gè)問題，除了依據(jù)汽包水位以外，也可依據(jù)蒸汽流量和給水流量的變化，來(lái)控制給水閥，將獲得良好的效果，這樣就出現(xiàn)了雙沖量和三

37、沖量控制系統(tǒng)。 雙沖量控制系統(tǒng)雙沖量系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)前饋(蒸汽流量)加單回路反饋控制系統(tǒng)，這里的前饋僅為靜態(tài)前饋，如果要考慮兩條通道在動(dòng)態(tài)上的差異，則還需要引人動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)。雙沖量控制實(shí)際應(yīng)用中很少單獨(dú)用到，這里就不再展開描述。 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)采用汽包水位H、蒸汽流量D和給水流量w三沖量控制，通過(guò)調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速或給水調(diào)節(jié)閥開度，維持汽包水位的平衡。汽包水位H是系統(tǒng)的被控量信號(hào)，用以校正水位的最終偏差，使其等于給定值。蒸汽流量D是系統(tǒng)的前饋信號(hào)，其主要作用是為了克服虛假水位現(xiàn)象，盡量減小控制過(guò)程中的水位動(dòng)態(tài)偏差。給水流量w作為閉環(huán)內(nèi)反饋信號(hào)，在于快速平衡來(lái)自給水側(cè)的內(nèi)

38、部擾動(dòng)。給水控制的任務(wù)由兩個(gè)控制器來(lái)完成。主控制器采用PI控制規(guī)律，以保證水位無(wú)靜態(tài)偏差。主控制器的輸出信號(hào)和給水流量、蒸汽流量信號(hào)都作用到副控制器。主控制器的任務(wù)是校正水位偏差。副控制器采用比例規(guī)律，以保證內(nèi)回路的快速性。副控制器的任務(wù)是消除因水壓力波動(dòng)等因素引起的給水流量自發(fā)擾動(dòng)以及當(dāng)蒸汽負(fù)荷變化時(shí)迅速控制給水流量，以保持給水流量和蒸汽流量的平衡。實(shí)際測(cè)量汽包水位、蒸汽流量和給水流量，把此三個(gè)參數(shù)送入汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制鍋爐給水調(diào)節(jié)閥，保證鍋爐汽包水位穩(wěn)定在安全運(yùn)行的范圍內(nèi)，并實(shí)現(xiàn)汽包水位全程控制。 汽包爐全程給水控制系統(tǒng)汽包爐全程給水控制系統(tǒng)是指從鍋爐啟動(dòng)到正常運(yùn)行再到停爐的全部

39、過(guò)程均能實(shí)現(xiàn)給水自動(dòng)控制的系統(tǒng)。由于采用等百分比流量特性的調(diào)節(jié)閥，在大流量時(shí)工作較靈敏，而小流量時(shí)工作較平緩，但靈敏度相對(duì)較低，且小流量時(shí)的泄漏量得相對(duì)值較大。因此，要實(shí)現(xiàn)汽包水位的全量程調(diào)節(jié)，僅采用一個(gè)調(diào)節(jié)閥，會(huì)使低負(fù)荷時(shí)汽包水位不能滿足調(diào)節(jié)質(zhì)量指標(biāo)的要求。為克服這個(gè)問題，一般采用兩套調(diào)節(jié)系統(tǒng)。一套為低負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在負(fù)荷較低時(shí)調(diào)節(jié)低負(fù)荷給水旁路調(diào)節(jié)閥；另一套為高負(fù)荷(正常負(fù)荷)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)主給水調(diào)節(jié)閥。 低負(fù)荷給水調(diào)節(jié)鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)虛假水位現(xiàn)象不太嚴(yán)重，故低負(fù)荷給水調(diào)節(jié)采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在水位信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器之前，采用汽包壓力對(duì)現(xiàn)場(chǎng)送來(lái)的差壓值進(jìn)行一系列補(bǔ)償運(yùn)算，將其

40、轉(zhuǎn)換為實(shí)際的水位值。圖4.1中f1(x)和f2(x)是不同壓力下的水位值函數(shù)。此外因經(jīng)補(bǔ)償后的水位信號(hào)波動(dòng)較大，故加入一階慣性環(huán)節(jié)LAG減少其波動(dòng)幅度，以避免調(diào)節(jié)過(guò)程中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻繁動(dòng)作。圖4.1 鍋爐水位控制系統(tǒng)SAMA圖在啟動(dòng)和低負(fù)荷期問，給水采用單沖量控制，經(jīng)壓力補(bǔ)償?shù)钠恍盘?hào)作為水位調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)，與給定值的偏差通過(guò)比例積分運(yùn)算，所得輸出值控制啟動(dòng)給水調(diào)節(jié)閥開度，由汽包水位單沖量調(diào)節(jié)回路控制啟動(dòng)給水調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)整給水流量，實(shí)現(xiàn)汽包水位控制。在正常運(yùn)行(一般70額定負(fù)荷后)時(shí)，給水自動(dòng)切換為串級(jí)三沖量控制，經(jīng)壓力補(bǔ)償?shù)钠恍盘?hào)作為水位調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)，與水位給定值的偏差通過(guò)比

41、例積分運(yùn)算，再與主蒸汽流量(前饋)相加后作為主給水調(diào)節(jié)器的給定值。此給定值與作為反饋信號(hào)的主給水流量的偏差，通過(guò)PI運(yùn)算，所得輸出值控制主給水調(diào)節(jié)閥開度或給水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整給水流量，實(shí)現(xiàn)汽包水位控制。通過(guò)一套專門設(shè)計(jì)的切換邏輯，實(shí)現(xiàn)單沖量調(diào)節(jié)與三沖量調(diào)節(jié)的雙向無(wú)擾切換。 高負(fù)荷給水調(diào)節(jié)高負(fù)荷給水調(diào)節(jié)采用前饋串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(見圖4.3所示)。主調(diào)部分與低負(fù)荷調(diào)節(jié)相同，汽包水位差壓信號(hào)經(jīng)過(guò)汽包壓力補(bǔ)償修正后送入PID調(diào)節(jié)器，將經(jīng)主汽溫度和主汽壓力補(bǔ)償后的主汽流量作為前饋量引入主調(diào)回路，主汽流量的補(bǔ)償公式如（4-1）： (4-1)式中：D為經(jīng)補(bǔ)償后的主汽流量值；為現(xiàn)場(chǎng)一次元件送來(lái)的表示流量的差壓值；為額

42、定壓力額定溫度下的蒸汽密度；為絕對(duì)溫度；為絕對(duì)壓力；K1為常數(shù)。回路中將經(jīng)溫度補(bǔ)償后的給水流量引入副調(diào)回路作為副調(diào)的測(cè)量值，給水流量的溫度補(bǔ)償公式如（4-2）： (4-2)4.3 汽包水位三沖量給水控制系統(tǒng)4.3.1 三沖量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如果從物質(zhì)平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，理論上只要保證給水量永遠(yuǎn)等于蒸發(fā)量，就可以保證汽包水位大致不變。因此采用比值控制系統(tǒng)，如圖4.2所示，其中流量調(diào)節(jié)器是PI調(diào)節(jié)器，并用汽機(jī)的耗汽量D作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)定值，使給水量W跟蹤蒸汽量D。變送器蒸汽量流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)變送器給水量圖4.2 比值控制系統(tǒng)方框圖從圖中可看到，比值控制系統(tǒng)對(duì)于汽包水位來(lái)說(shuō)只是開環(huán)控制。如果耗汽量和給

43、水量的測(cè)量不準(zhǔn)或者由于有鍋爐排污及管道泄漏等，蒸汽量與給水量之間并非總是確定的比值，那整個(gè)系統(tǒng)就無(wú)法達(dá)到汽水平衡，也就不能保持汽包的水位。從而引入汽包水位的三沖量控制。如圖4.3所示為汽包水位三沖量控制的系統(tǒng)圖。圖4.3 三沖量給水控制系統(tǒng)圖所謂三沖量，指的是引入了三個(gè)測(cè)量信號(hào)：汽包水位、給水流量、蒸汽流量。這個(gè)系統(tǒng)對(duì)上述兩種方案取長(zhǎng)補(bǔ)短，極大地提高了水位控制質(zhì)量。例如，當(dāng)耗汽量D突然階躍增大時(shí)，一方面由于假水位現(xiàn)象水位會(huì)暫時(shí)升高，它使調(diào)節(jié)器錯(cuò)誤地指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)減小給水量；另一方面，D的增大又通過(guò)比值控制作用指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)增加給水量。實(shí)際給水量是增大還是減小，取決于系統(tǒng)參數(shù)的整定。當(dāng)假水位現(xiàn)象消失

44、后，水位和蒸汽信號(hào)都能正確地指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。給水控制是串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器接受水位信號(hào)，對(duì)水位起校正作用，是細(xì)調(diào)，其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值。但必須指出，引入蒸汽流量信號(hào)只是削弱了假水位期間調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作，但并不能消除假水位現(xiàn)象，并且由于水位H對(duì)負(fù)荷（蒸汽量）擾動(dòng)D的響應(yīng)速度要比對(duì)基本擾動(dòng)W的響應(yīng)速度快得多，因此，在外部擾動(dòng)下被調(diào)量的變化幅度還是比較大，必須對(duì)負(fù)荷變化的幅度加以限制。 三沖量控制系統(tǒng)的工程整定（1） 整定參數(shù)的過(guò)程內(nèi)回路的整定，在內(nèi)回路中，圖4.4所示的內(nèi)回路原理方框圖中，可以把調(diào)節(jié)器以外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)閥、變送器和分流器作為廣義調(diào)節(jié)對(duì)象處理，則其動(dòng)態(tài)特性近似為比例環(huán)節(jié)，

45、因此PI調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時(shí)間Ti 可以取較小值，通過(guò)試驗(yàn)法進(jìn)行整定。當(dāng)給水流量分流系數(shù)改變后，只需相應(yīng)改變PI調(diào)節(jié)器的比例帶使保持不變，以保證內(nèi)回路開環(huán)放大倍數(shù)不變。圖4.4 內(nèi)回路原理方框圖主回路的整定，在主回路中可以把內(nèi)回路看作快速隨動(dòng)系統(tǒng)處理，即輸入信號(hào)I 改變時(shí)調(diào)節(jié)器可以迅速改變給水流量W，使輸入信號(hào)I 與反饋信號(hào)保持平衡，即：=W 從而推導(dǎo)出 =因此內(nèi)回路可以簡(jiǎn)化為：在此基礎(chǔ)上可得主回路簡(jiǎn)化方框圖4.5：圖4.5 主回路簡(jiǎn)化方框圖根據(jù)主回路簡(jiǎn)化方框圖，主回路的等效調(diào)節(jié)器可以看作比例調(diào)節(jié)器，其等效比例帶為：=整定主回路時(shí)，以給水流量W作為輸入信號(hào)，汽包水位反饋信號(hào)作為輸出信號(hào)，做階

46、躍擾動(dòng)試驗(yàn)，在階躍響應(yīng)曲線上求得調(diào)節(jié)對(duì)象(s)的遲延時(shí)間和反應(yīng)速度 ，建議采用以下公式計(jì)算主回路參數(shù)： （4-3）增大給水流量分流系數(shù)，相當(dāng)于增加主回路等效比例調(diào)節(jié)器的比例帶，使調(diào)節(jié)動(dòng)作減慢，穩(wěn)定性提高；但對(duì)于內(nèi)回路，相當(dāng)于增加了內(nèi)回路開環(huán)放大系數(shù)，使內(nèi)回路穩(wěn)定性下降。因此當(dāng)增大給水流量分流系數(shù) 以提高主回路穩(wěn)定性時(shí)，必須相應(yīng)增加內(nèi)回路PI調(diào)節(jié)器的比例帶，以保持內(nèi)回路的穩(wěn)定。（2）前饋通道的分析整定內(nèi)回路和主回路的整定后，三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化方框圖如圖4.6: 圖4.6 三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖蒸汽流量前饋通道不在控制系統(tǒng)的閉環(huán)回路以內(nèi)，因此不會(huì)影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。可以根據(jù)蒸汽流

47、量D擾動(dòng)時(shí)使汽包水位H不發(fā)生變化的原則確定蒸汽流量分流系數(shù).根據(jù)以上原則可得到： （4-4）因此可得蒸汽流量分流系數(shù)： （4-5）此時(shí)蒸汽流量分流系數(shù)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，在工程中很難實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明只要滿足比例特性，就可以保證在蒸汽流量D變化時(shí)使汽包水位 H 穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。通常采用蒸汽流量信號(hào)與給水流量信號(hào)靜態(tài)配合的原則確定，即： （4-6）從而推導(dǎo)出： （4-7） 汽包水位的串級(jí)控制系統(tǒng)通過(guò)三沖量水位控制系統(tǒng)的整定可以看到，為了保證系統(tǒng)有良好的靜特性，各輸入信號(hào)之間有嚴(yán)格的靜態(tài)配合關(guān)系，并且動(dòng)態(tài)整定過(guò)程也比較復(fù)雜，給系統(tǒng)的整定帶來(lái)了一定的困難。所以，采用水位串級(jí)控制系統(tǒng)。兩個(gè)調(diào)節(jié)器任務(wù)

48、不同，主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是當(dāng)給水流量擾動(dòng)時(shí)，迅速動(dòng)作使給水量保持不變；當(dāng)蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，迅速改變給水量，保持給水和蒸汽量的平衡。兩個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定可以相對(duì)獨(dú)立，內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)速度要快?？煽紤]副調(diào)節(jié)器為純比例調(diào)節(jié)，比例系數(shù)K2應(yīng)取得較大些。給水流量信號(hào)靈敏度會(huì)影響主、副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。比如當(dāng)保證內(nèi)回路不發(fā)生振蕩而使減小時(shí)，應(yīng)相應(yīng)地減少主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)K1，以保證主回路的穩(wěn)定性。蒸汽流量信號(hào)不一定與給水流量信號(hào)進(jìn)行嚴(yán)格的配合，可依據(jù)鍋爐的“虛假水位”情況而定，適當(dāng)調(diào)整蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度。比如蒸汽流量信號(hào)取1，給水流量信號(hào)可視情況取0.51。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如4.7，主回路用于直

49、接控制水位，主調(diào)節(jié)器一般都采用比例積分動(dòng)作，維持穩(wěn)態(tài)水位不變。副回路是流量系統(tǒng)，副調(diào)節(jié)器可以用比例或比例積分動(dòng)作。引入蒸汽流量作為靜態(tài)前饋信號(hào)，所以是一個(gè)帶有靜態(tài)前饋的串級(jí)控制系統(tǒng)。為了保證給水系統(tǒng)的汽水平衡，應(yīng)有， 而其它的部分的整定則與一般串級(jí)系統(tǒng)完全相同。 圖4.7 水位串級(jí)控制系統(tǒng)原理圖串級(jí)系統(tǒng)比三沖量系統(tǒng)多用了一個(gè)調(diào)節(jié)器，這是缺點(diǎn)，但是它卻使得對(duì)信號(hào)的靜態(tài)配合要求不那么嚴(yán)格了，也不需要估計(jì)因蒸汽壓力變化或鍋爐排污量變化而引起配比關(guān)系的改變，這是因?yàn)橹髡{(diào)節(jié)器能自動(dòng)校正信號(hào)配合不準(zhǔn)所引起的誤差?？?結(jié)本文主要介紹全程給水控制系統(tǒng)的基本概念以及涉及的一些知識(shí)，結(jié)合某電廠給水控制系統(tǒng)的SAMA圖對(duì)其控制邏輯進(jìn)行詳細(xì)分析，從而更為熟悉300MW機(jī)組給水全程控制的運(yùn)行流程及控制特點(diǎn)。某電廠300MW機(jī)組給水控制是典型的汽動(dòng)泵電動(dòng)泵混合型給水系統(tǒng)。共有三臺(tái)主給水泵，其中兩臺(tái)可變速的汽動(dòng)泵在高負(fù)荷時(shí)應(yīng)用，另一臺(tái)是液力偶合器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的電動(dòng)給水泵，在單元機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷時(shí)應(yīng)用。由于機(jī)組啟動(dòng)