鍋爐水位三沖量控制及調(diào)節(jié)

1、汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是指汽包水位、蒸汽流量和給水流量三個信號作用于調(diào)節(jié)器上，即三個被控變量對應(yīng)一個調(diào)節(jié)器。工作原理：汽包水位作為主信號，水位變化，調(diào)節(jié)器輸出發(fā)生變化，繼而改變給水流量，使水位恢復(fù)到給定值；蒸汽流量作為前饋信號，防止“虛假水位”使調(diào)節(jié)器產(chǎn)生錯誤的動作；給水流量作為反饋信號，使調(diào)節(jié)器在水位還未變化時就可根據(jù)前饋信號消除內(nèi)擾，使調(diào)節(jié)過程穩(wěn)定，起到穩(wěn)定給水流量的作用。鍋爐汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是火電廠鍋爐核心控制之一。汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給水調(diào)節(jié)閥動作頻繁，鍋爐水位對給水調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作比較敏感，稍有不慎就可能出現(xiàn)嚴(yán)重的危險情況，汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)關(guān)系到整個機(jī)組的安全運行

2、：若汽包水位過高，會造成蒸汽帶水；若汽包水位過低，會造成鍋爐“干鍋”，可能嚴(yán)重?zé)龎腻仩t設(shè)備。汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要性由此可見一斑，所以汽包水位的相關(guān)保護(hù)要完善可靠、汽包水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行要平穩(wěn)。目前，汽包水位三沖量自動調(diào)節(jié)控制策略已經(jīng)相當(dāng)成熟，但在實際鍋爐運行中會各種原因?qū)е滤蛔詣诱{(diào)節(jié)系統(tǒng)投入困難，甚至自動不能投入。這種現(xiàn)象讓人對串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和控制策略產(chǎn)生疑問。為此云潤與大家交流運用心得，對級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行定性分析，并對一些異常情況的處理辦法進(jìn)行探討。1、水位三沖量調(diào)節(jié)控制策略汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用的三個沖量分別是汽包水位、給水流量和蒸汽流量。汽包水位作為主調(diào)

3、(PID調(diào)節(jié)器)的輸入信號，去抑制水位本身的偏差。副調(diào)(外給定調(diào)節(jié)器)使用了一個反饋信號(給水流量)和一個前饋信號(蒸汽流量)，以消除擾動和虛假水位。各種介紹汽包水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的書籍中，都有對傳遞函數(shù)的計算，這些計算對系統(tǒng)設(shè)計很重要。如果用經(jīng)驗調(diào)節(jié)法對于系統(tǒng)維護(hù)，則完全可以拋開理論計算。在此只對其物理意義進(jìn)行定性思考和作一番揣測。1.1?反饋信號反饋信號指給水流量信號，也叫內(nèi)擾。水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中被調(diào)量發(fā)生變化的時候，PID經(jīng)過運算，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理的動作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變給水調(diào)節(jié)閥的開度，閥門控制介質(zhì)變化，達(dá)到控制給水流量的目的?？墒墙o水調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性、水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行狀

4、況存在很多差異，這些差異主要有：(1) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)線性：執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變開度后，流量隨之改變的大小。(2) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)死區(qū)：PID輸出每變化多少，執(zhí)行機(jī)構(gòu)才能動作一次。(3) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)空行程：執(zhí)行機(jī)構(gòu)在改變動作方向的時候，改變多少開度，給水流量才發(fā)生變化(減去死區(qū)的值)。(4) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)回差：執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行開、關(guān)兩個方向的動作的時候，流量變化不相等，這個流量變化絕對值的差叫回差。(5) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥門的特性曲線改變：閥門線性改變，閥門每變化1%，流量變化量與以往不同。(6) 水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)軟故障：偶爾發(fā)生的系統(tǒng)故障使得給水流量變化不均勻，或者時有停頓。(7) 系統(tǒng)介質(zhì)參數(shù)發(fā)生變化：指因給水壓力、蒸汽

5、壓力變化導(dǎo)致給水流量變化。上述差異會對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)造成干擾，甚至上述的情況在運行過程中也在變化。介質(zhì)參數(shù)隨時發(fā)生變化，其它參數(shù)可能緩慢發(fā)生變化，大家必須關(guān)注這些變化因素。在一個中等容量的機(jī)組中，一般汽包水位對給水流量的變化非常敏感，流量變化10t/h左右，就會造成水位逐漸上升。通常執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作1%的開度，就足以造成10t/h的流量變化。水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)主調(diào)的輸出給副調(diào)一個給水量的指令。如果給水流量信號與這個指令不一致，副調(diào)的作用使執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變給水調(diào)節(jié)閥開度，去讓流量信號與主調(diào)的輸出去一致；如果主調(diào)輸出沒有波動，而流量信號有波動，說明執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥門甚至給水壓力等因素發(fā)生變化，這些變化的因素叫做內(nèi)

6、擾。此時若不管這些變化，將最終會影響到汽包水位，等汽包水位變化后主調(diào)再進(jìn)行調(diào)節(jié)，就會因延誤而過調(diào)；副調(diào)的作用就是快速消除擾動，如果調(diào)節(jié)合理則有可能讓汽包水位不受干擾或者少受干擾。給水流量信號的設(shè)立，一個很重要的作用就是消除內(nèi)擾。1.2前饋信號前饋信號是指蒸汽流量信號。也叫外擾。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷需求波動會引起燃燒和蒸汽流量的波動。在蒸汽流量波動的時候就應(yīng)該及時對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，若等到汽包水位開始波動的時候再調(diào)節(jié)給水流量，汽包水位可能因波動速度較快而糾正較慢出現(xiàn)較大波動。為了克服外擾，所以加入蒸汽流量這個信號。假設(shè)機(jī)組負(fù)荷需要增大，蒸汽流量隨之增大，此時不等汽包水位降低，在副調(diào)里預(yù)先增大給水流量，最終使得

7、汽包水位保持平穩(wěn)。引入蒸汽流量信號是為了為了克服外擾和“虛假水位”。所謂“虛假水位”是指當(dāng)機(jī)組負(fù)荷突然增加，鍋爐輸出蒸汽量突然增大，此時鍋爐因蒸發(fā)量增加，給水量未來得及變化，此時汽包水位應(yīng)該降低；但鍋爐出汽量突然增大導(dǎo)致蒸汽壓力突然降低，使汽包里汽水混合物中的汽泡急劇增加，汽泡鼓動著汽包水位虛增，造成了汽包水位增高的現(xiàn)象鍋爐出現(xiàn)虛假水位時汽包水位增高，主調(diào)使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)小，加劇了水位降低的情況。但是因為前饋信號的存在，蒸汽流量一旦增大，副調(diào)的PID命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)開大，抵消了虛假水位造成的影響。因此副調(diào)的反饋信號和前饋信號作用非常大，也非常有必要。1.3控制策略圖前饋信號和反饋信號的作用相反。請注

8、意PID的正反作用。2、水位三沖量調(diào)節(jié)常規(guī)參數(shù)整定規(guī)律有人對串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定比較生疏。因為串級系統(tǒng)參數(shù)較多，比較不容易分析。下面我們分步驟對參數(shù)整定方法作個探討。2.1設(shè)置副調(diào)流量系數(shù)包括給水流量系數(shù)和蒸汽流量系數(shù)。這兩個系數(shù)沒有固定值。如果副調(diào)的比例作用很弱,這兩個系數(shù)甚至可以取消不用。之所以要設(shè)置流量系數(shù)，是要提醒讀者注意：在調(diào)試過程中，切不可先令副調(diào)比例作用過強！否則有可能造成系統(tǒng)震蕩，最終導(dǎo)致安全事故。一般我們預(yù)設(shè)這個系數(shù)為0.3左右，蒸汽流量系數(shù)和給水流量系數(shù)應(yīng)該大致相等。2.2設(shè)置副調(diào)的比例帶非常大，積分時間為無窮大比例作用的大小因系統(tǒng)而異。原則上應(yīng)該先把副調(diào)作用放很小，以防

9、止系統(tǒng)或者副調(diào)震蕩。2.3設(shè)置主調(diào)的積分時間為零，比例作用比較弱之所以沒有給出比例作用的具體數(shù)值，是因為根據(jù)不同的系統(tǒng)、不同的DCS系統(tǒng)、不同的程序或PID調(diào)節(jié)器，這個值差異很大。一般來說，副調(diào)的比例帶可以先設(shè)為150-600,主調(diào)比例帶設(shè)為100-200。2.4逐漸降低主調(diào)比例帶根據(jù)觀察結(jié)果，逐漸增強比例作用，直到系統(tǒng)接近平穩(wěn)?；蛘呃^續(xù)增強比例作用，直到系統(tǒng)接近于等幅震蕩，然后把此時的比例帶除以0.6,基本上接近于可用了。但是對于汽包水位系統(tǒng)，最好不要調(diào)到等幅震蕩，這樣會使系統(tǒng)處于危險的境地。2.5逐漸增強主調(diào)積分作用積分作用逐漸增強，能在較短時間（10分鐘左右）內(nèi)消靜差即可。積分作用不能放

10、得很強，切記！主調(diào)積分作用太強不僅沒有好處，還會帶來危害。因為在被調(diào)量開始強勢回調(diào)的時候，需要調(diào)節(jié)器的輸出也要快速回調(diào)，這樣才能使得被調(diào)量不會大幅度超調(diào)，而這時候如果積分作用很強，積分作用會使得調(diào)節(jié)器的輸出不僅不回調(diào)，而且還可能按照原來的趨勢繼續(xù)調(diào)節(jié)，一直等到被調(diào)量和設(shè)定值接近相等的時候，才開始回調(diào)，此時為時已晚，必然造成大幅度的超調(diào)。要記?。褐髡{(diào)積分的目的是為了消除靜差的。只要系統(tǒng)沒有靜差，積分作用就不必要增強。2.6不使用微分作用微分作用可以超前調(diào)節(jié)，但水位三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)不使用微分。因為水位、流量信號大多存在著微小的波動，微分作用會將這些波動放大，造成干擾。2.7主調(diào)比例帶與副調(diào)比例帶相乘。減弱主調(diào)作用，逐漸增強副調(diào)作用主調(diào)比例帶與副調(diào)比例帶相乘的積，固定一個數(shù)，大約增強副調(diào)多大幅度，就減弱主調(diào)多大幅度，乘積基本保持不變。在修改主、副調(diào)參數(shù)的時候應(yīng)該先減弱一個，再增強另一個，以免系統(tǒng)引起震蕩。2.8副調(diào)比例作用增強到足夠抑制給水流量的擾動為止2.9在負(fù)荷大幅度改變時，觀察副調(diào)的曲線，防止震蕩的發(fā)生這個階段容易被忽視，但是非常重要！負(fù)荷大幅度波動時候，流量最容易引起震蕩，此時減弱副調(diào)的比例作用，直到不發(fā)生震蕩為止，然后為了安全，再次稍微減弱副調(diào)作用。在調(diào)節(jié)副調(diào)的同時，還需要注意改變主調(diào)的比例作用。2.10注意修改主調(diào)的積分作用在反復(fù)整定主調(diào)、副調(diào)比例參數(shù)之后，要