鍋爐給水控制

（優(yōu)選）鍋爐給水控制第一頁(yè)，共三十五頁(yè)。鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)

任務(wù):

使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包的水位保持在一定范圍內(nèi)，即：（1）維持汽包水位在一定的范圍內(nèi)。（2）保持穩(wěn)定的給水量。汽包水位是汽包鍋爐運(yùn)行中的一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)，它反映鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系。維持汽包水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件。汽包水位過(guò)高會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的工作，造成出口蒸汽水分過(guò)多，使過(guò)熱器結(jié)垢而燒壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)水；汽包水位過(guò)低，會(huì)破壞鍋爐的水循環(huán)，甚至引起爆管。第二頁(yè)，共三十五頁(yè)?，F(xiàn)在機(jī)組都是給水全程控制系統(tǒng)。所謂給水全程控制系統(tǒng)，是指在機(jī)組啟停過(guò)程和正常運(yùn)行時(shí)均能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作的控制系統(tǒng)。因?yàn)殡S著發(fā)電機(jī)組容量的增大和參數(shù)的不斷提高，機(jī)組的控制與運(yùn)行管理變得越來(lái)越復(fù)雜和困難。尤其是當(dāng)機(jī)組承擔(dān)變動(dòng)負(fù)荷時(shí)，不僅用電負(fù)荷劇烈變化，而且機(jī)組的啟停次數(shù)也增加了。機(jī)組在啟停過(guò)程中，需要監(jiān)視的參數(shù)多，而且操作控制的項(xiàng)目也大大增加。這時(shí)，運(yùn)行人員更需要各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)能發(fā)揮作用，用以減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。因此，現(xiàn)代大容量單元機(jī)組迫切需要在不同負(fù)荷和工況下都能起良好控制作用的自動(dòng)控制系統(tǒng)，這就產(chǎn)生了全程控制系統(tǒng)。第三頁(yè)，共三十五頁(yè)。給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性一、對(duì)象結(jié)構(gòu):第四頁(yè)，共三十五頁(yè)。二、影響因素：影響水位的因素主要有:

鍋爐蒸發(fā)量（負(fù)荷D）

給水量W

爐膛熱負(fù)荷（燃燒率M）

汽包壓力Pb需要研究給水量擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性蒸汽流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性第五頁(yè)，共三十五頁(yè)。給水量擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性非沸騰式沸騰式第六頁(yè)，共三十五頁(yè)。因?yàn)榻o水溫度遠(yuǎn)低于省煤器的溫度，即給水有一定的冷卻度，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)省煤器中汽泡破滅容積減少而降低的水位，經(jīng)過(guò)一段延遲甚至水位下降后，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)。沸騰式省煤器的延遲時(shí)間為100～200s。非沸騰式省煤器的延遲時(shí)間為30～100s。第七頁(yè)，共三十五頁(yè)。蒸汽流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性第八頁(yè)，共三十五頁(yè)。注意：“虛假水位”現(xiàn)象原因是由于負(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)燃燒率M還來(lái)不及增加，汽包中水的體積增大而水位上升，如圖中曲線H2(t)所示。在開(kāi)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，即汽泡容積和負(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。

第九頁(yè)，共三十五頁(yè)。

爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性第十頁(yè)，共三十五頁(yè)。燃燒率增加時(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(mén)，由于鍋爐出口汽壓提高，蒸汽流量也增大，這時(shí)蒸發(fā)量大于給水量，水位應(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)要小一些，但其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

第十一頁(yè)，共三十五頁(yè)。給水控制基本方案單沖量（反饋）：小容量/大型超高壓（接近臨界壓力）鍋爐雙沖量（比值）：1）物質(zhì)平衡（給水量~耗汽量)：水位開(kāi)環(huán)控制，故不單獨(dú)使用2）前饋+反饋：未考慮給水量對(duì)水位的影響，在中、小鍋爐用三沖量

（反饋+比值）（前饋-反饋、反饋）第十二頁(yè)，共三十五頁(yè)。單沖量給水控制系統(tǒng)-IhIh0第十三頁(yè)，共三十五頁(yè)。單沖量調(diào)節(jié)時(shí):汽包水位測(cè)量值與汽包水位設(shè)定值的偏差（定值減測(cè)量值，以形成調(diào)節(jié)器輸出的反作用）進(jìn)入單沖量PID調(diào)節(jié)器，PID輸出控制單臺(tái)運(yùn)行泵的勺管開(kāi)度；第十四頁(yè)，共三十五頁(yè)。但是，內(nèi)擾遲延大和外擾時(shí)“虛假水位”明顯的水位對(duì)象，該系統(tǒng)存在嚴(yán)重的不足，簡(jiǎn)述如下：假設(shè)某時(shí)刻發(fā)生了負(fù)荷擾動(dòng)，蒸汽流量增加，蒸汽流量大于給水流量，正確的控制作用應(yīng)及時(shí)增加給水量。但是由于虛假水位的存在使水位不是下降，而是上升！調(diào)節(jié)器輸入偏差小于0，閥門(mén)開(kāi)度減小，使本來(lái)已有的流量不平衡進(jìn)一步擴(kuò)大了。不難想象，虛假水位后緊接著的是水位急劇下降，這就擴(kuò)大了動(dòng)態(tài)偏差，延長(zhǎng)了調(diào)節(jié)過(guò)程時(shí)間。另一方面，當(dāng)水位下降后，在控制作用下增加給水流量時(shí)第十五頁(yè)，共三十五頁(yè)。由于給水內(nèi)擾通道有較大的遲延，調(diào)節(jié)效果不能及時(shí)反映出來(lái)。這就是說(shuō)，即使給水流量增加大于蒸發(fā)量，被調(diào)量水位并不能馬上上升，調(diào)節(jié)器輸入偏差持續(xù)大于0。這可能使給水流量反過(guò)來(lái)遠(yuǎn)大于蒸汽流量，加劇了系統(tǒng)的振蕩，延長(zhǎng)了調(diào)節(jié)過(guò)程時(shí)間，甚至不能滿足生產(chǎn)過(guò)程的要求。所以，對(duì)大、中型鍋爐，不宜采用單沖量控制系統(tǒng)。第十六頁(yè)，共三十五頁(yè)。單沖量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用于內(nèi)擾遲延小，外擾時(shí)虛假水位不嚴(yán)重的小鍋爐，也可用于大型機(jī)組的低負(fù)荷階段的給水控制中。這是因?yàn)樵诘拓?fù)荷階段由于鍋爐的疏水和排污等因素的影響，使給水流量和蒸汽流量存在著嚴(yán)重的不平衡，且流量太小，測(cè)量誤差較大。同時(shí)，因汽包壓力低虛假水位也不嚴(yán)重，不宜采用三沖量控制。第十七頁(yè)，共三十五頁(yè)。單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)-蒸汽流量汽包水位給水流量第十八頁(yè)，共三十五頁(yè)。+-+-+

PID控制器接受三個(gè)信號(hào)：H,D,W第十九頁(yè)，共三十五頁(yè)。1．工作原理:

PID控制器接受三個(gè)信號(hào)：H,D,W

D信號(hào)主要作用：前饋信號(hào)，直接克服虛假水位的影響。W

信號(hào)主要作用：是反饋信號(hào)

克服因給水閥自發(fā)擾動(dòng)對(duì)H(t)的影響，并保持W穩(wěn)定

可以增強(qiáng)調(diào)節(jié)過(guò)程的穩(wěn)定性（使閥門(mén)動(dòng)作不過(guò)調(diào)）

H信號(hào)的主要作用：反饋信號(hào),起校正作用，使汽包水位為給定值第二十頁(yè)，共三十五頁(yè)。從圖中可以看出，調(diào)節(jié)器接受三個(gè)信號(hào)（H、W、D），其輸出通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制給水量W，其中水位H是主要控制信號(hào)，水位高時(shí)應(yīng)減少給水流量，水位低時(shí)應(yīng)增加給水流量。蒸汽流量D和給水流量W的變化是引起水位變化的主要原因（擾動(dòng)信號(hào)），它們分別作為水位控制的前饋信號(hào)和反饋信號(hào)。當(dāng)D改變時(shí)，調(diào)節(jié)器PI動(dòng)作。適當(dāng)?shù)馗淖兘o水量W，保證D和W比值不變；而當(dāng)W自發(fā)地改變時(shí)，PI也立即動(dòng)作使W恢復(fù)原來(lái)數(shù)值，有效地控制水位的變化。第二十一頁(yè)，共三十五頁(yè)。蒸汽流量D是為了克服虛假水位引起的調(diào)節(jié)器誤動(dòng)作。例如，當(dāng)蒸汽流量D增加時(shí)，由于虛假水位的影響，使水位上升，Ih下降，這就是調(diào)節(jié)器輸入偏差變負(fù)，使給水量減少。但與此同時(shí)，加入調(diào)節(jié)器輸入端的前饋信號(hào)ID也增加了。ID的作用是要增加給水流量。顯然，如果ID整定的得當(dāng)，就可抵消虛假水位的影響。第二十二頁(yè)，共三十五頁(yè)。給水流量信號(hào)IW是為了克服給水流量的內(nèi)擾，及時(shí)反映控制效果，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。例如，當(dāng)某種原因引起給水流量增加時(shí)，由于內(nèi)擾通道的遲延，水位不能立即上升，但I(xiàn)W增加了，這就使調(diào)節(jié)器的輸入偏差變?yōu)樨?fù)值，調(diào)節(jié)器的輸出使閥門(mén)開(kāi)度減小，及時(shí)減少了給水流量，這就大大降低了給水流量?jī)?nèi)擾對(duì)水位的影響。這個(gè)克服給水流量?jī)?nèi)擾的控制過(guò)程是在給水流量?jī)?nèi)回路中進(jìn)行。內(nèi)回路動(dòng)作快，可以迅速消除內(nèi)擾。第二十三頁(yè)，共三十五頁(yè)。由于汽包水位信號(hào)形成的閉合回路是給水控制系統(tǒng)的主回路。無(wú)論內(nèi)擾還是外擾使汽包水位偏離給定值時(shí)，改變給水流量，使水位朝著減小和消除被調(diào)量偏差的方向變化，并最終使汽包水位等于給定值第二十四頁(yè)，共三十五頁(yè)。與單沖量控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)引入了用于克服虛假水位的蒸汽流量信號(hào)ID（前饋信號(hào)）和用于抑制給水內(nèi)擾的給水流量信號(hào)IW（局部反饋信號(hào)），所以稱為三沖量系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽流量改變時(shí)，通過(guò)前饋控制作用，可及時(shí)改變給水流量，力圖維持進(jìn)出鍋爐內(nèi)的物質(zhì)平衡，這有利于克服虛假水位現(xiàn)象；當(dāng)給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動(dòng)時(shí)，通過(guò)局部反饋控制作用，可抑制這種擾動(dòng)對(duì)給水流量以及汽包水位的影響，有利于減少汽包水位的波動(dòng)。因此，三沖量給水控制系統(tǒng)在克服擾動(dòng)、維持汽包水位穩(wěn)定和提高給水控制質(zhì)量方面優(yōu)于單沖量給水控制系統(tǒng)。第二十五頁(yè)，共三十五頁(yè)。串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)-主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器第二十六頁(yè)，共三十五頁(yè)。第二十七頁(yè)，共三十五頁(yè)。串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)由主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器和三個(gè)沖量（汽包水位、蒸汽流量、給水流量）構(gòu)成。與單級(jí)三沖量相比，該系統(tǒng)多采用了一個(gè)調(diào)節(jié)器，兩個(gè)調(diào)節(jié)器分工明確、串聯(lián)工作。主調(diào)節(jié)器為水位調(diào)節(jié)器，它根據(jù)水位偏差產(chǎn)生給水流量給定值。副調(diào)節(jié)器為給水流量調(diào)節(jié)器，它根據(jù)給水流量偏差來(lái)控制給水流量，蒸汽流量信號(hào)作為前饋信號(hào)用來(lái)維持負(fù)荷變動(dòng)時(shí)的物質(zhì)平衡。由此構(gòu)成一個(gè)前饋-反饋控制系統(tǒng)。第二十八頁(yè)，共三十五頁(yè)。與單沖量控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)引入了用于克服虛假水位的蒸汽流量信號(hào)（前饋信號(hào)）和用于抑制給水內(nèi)擾的給水流量信號(hào)（局部反饋信號(hào)），所以稱為三沖量系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽流量改變時(shí)，通過(guò)前饋控制作用，可及時(shí)改變給水流量，力圖維持進(jìn)出鍋爐內(nèi)的物質(zhì)平衡，這有利于克服虛假水位現(xiàn)象；當(dāng)給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動(dòng)時(shí)，通過(guò)局部反饋控制作用，可抑制這種擾動(dòng)對(duì)給水流量以及汽包水位的影響，有利于減少汽包水位的波動(dòng)。因此，三沖量給水控制系統(tǒng)在克服擾動(dòng)、維持汽包水位穩(wěn)定和提高給水控制質(zhì)量方面優(yōu)于單沖量給水控制系統(tǒng)。第二十九頁(yè)，共三十五頁(yè)。與單沖量控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)引入了用于克服虛假水位的蒸汽流量信號(hào)（前饋信號(hào)）和用于抑制給水內(nèi)擾的給水流量信號(hào)（局部反饋信號(hào)），所以稱為三沖量系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽流量改變時(shí)，通過(guò)前饋控制作用，可及時(shí)改變給水流量，力圖維持進(jìn)出鍋爐內(nèi)的物質(zhì)平衡，這有利于克服虛假水位現(xiàn)象；例如，當(dāng)蒸汽流量D增加時(shí)，由于虛假水位的影響，使水位上升，這就是調(diào)節(jié)器輸入偏差變負(fù)，使給水量減少。但與此同時(shí)，加入調(diào)節(jié)器輸入端的前饋信號(hào)也增加了,增加給水流量。顯然，如果整定的得當(dāng)，就可抵消虛假水位的影響。第三十頁(yè)，共三十五頁(yè)。內(nèi)回路是由給水流量變送器、副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的閉合回路，由于內(nèi)回路不包括遲延較大的水位對(duì)象，副調(diào)節(jié)器的比例積分作用可整定的很強(qiáng)。例如，當(dāng)某種原因引起給水流量增加時(shí)，由于內(nèi)擾通道的遲延，水位不能立即上升，但調(diào)節(jié)器的輸入偏差變?yōu)樨?fù)值，調(diào)節(jié)器的輸出使閥門(mén)開(kāi)度減小，及時(shí)減少了給水流量，這就大大降低了給水流量?jī)?nèi)擾對(duì)水位的影響。這個(gè)克服給水流量?jī)?nèi)擾的控制過(guò)程是在給水流量?jī)?nèi)回路中進(jìn)行。內(nèi)回路動(dòng)作快，可以迅速消除內(nèi)擾。第三十一頁(yè)，共三十五頁(yè)。三沖量調(diào)節(jié)時(shí)：汽包水位測(cè)量值與汽包水位設(shè)定值的偏差（定值減測(cè)量值，形成主調(diào)的反作用）進(jìn)入三沖量主調(diào)節(jié)器，其輸出疊加上（由調(diào)節(jié)級(jí)壓力經(jīng)函數(shù)校正后得到的修正后的蒸汽流量，形成副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。副調(diào)的設(shè)定值與給水流量的偏差（定值減測(cè)量值，形成副調(diào)的反作用）進(jìn)入副調(diào)節(jié)器，輸出直接控制單臺(tái)運(yùn)行泵的勺管開(kāi)度。即在主調(diào)輸出提前加入蒸汽流量的變化，提高調(diào)節(jié)的快速性。第三十二頁(yè)，共三十五頁(yè)。鍋爐給水全程控制系統(tǒng)實(shí)例給水全程自動(dòng)控制在鍋爐給水全過(guò)程中都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，即能在控制設(shè)備正常的條件下，不需要操作人員的干涉，就能保持汽包水