熱力過(guò)程自動(dòng)系統(tǒng)分析

熱力過(guò)程自動(dòng)系統(tǒng)分析第一頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三第七章熱力過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)本章主要內(nèi)容汽包鍋爐給水自動(dòng)控制系統(tǒng)分析過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)分析燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)分析上一頁(yè)返回首頁(yè)第二頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三第七章熱力過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)

在熱力生產(chǎn)過(guò)程中，汽包鍋爐水位是正常運(yùn)行的主要指標(biāo)之一，是非常重要的被調(diào)量，在鍋爐運(yùn)行中占據(jù)首要地位。所以，工業(yè)鍋爐的自動(dòng)化大多數(shù)都是從汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)始的。上一頁(yè)返回首頁(yè)第三頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三工業(yè)鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)被調(diào)量：汽包水位蒸汽壓力過(guò)熱蒸汽溫度爐膛負(fù)荷過(guò)?？諝庀禂?shù)干擾因素：蒸汽負(fù)荷鍋爐給水量燃料量減溫水送風(fēng)和引風(fēng)汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)上一頁(yè)返回首頁(yè)第四頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三§7-1汽包鍋爐給水自控系統(tǒng)分析本節(jié)內(nèi)容給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)和調(diào)節(jié)對(duì)象特性給水流量的調(diào)節(jié)方式給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案

上一頁(yè)返回目錄第五頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)

給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)主要包括兩個(gè)方面：一是使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍之內(nèi)波動(dòng)；二是保持給水量的穩(wěn)定。上一頁(yè)返回目錄第六頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍之內(nèi)波動(dòng)。汽包水位的高低反映了給水量和蒸發(fā)量之間的物料平衡關(guān)系。汽包鍋爐正常水位一般規(guī)定在汽包中心線以下100—200mm處，允許波動(dòng)范圍為±50mm。汽包水位的高低直接影響鍋爐的安全運(yùn)行和蒸汽的品質(zhì)。上一頁(yè)返回目錄第七頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)水位過(guò)高，會(huì)影響汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致蒸汽帶水量增加，使過(guò)熱器管壁和汽輪機(jī)噴嘴、葉片結(jié)垢，甚至造成汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉輪；水位過(guò)低，則破壞了正常水循環(huán)，以致燒壞某些受熱面，影響鍋爐壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爆炸事故，危及人身和設(shè)備的安全。上一頁(yè)返回目錄第八頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)

所以，及時(shí)調(diào)整給水流量，維持給水流量與蒸汽流量間的平衡關(guān)系，以適應(yīng)負(fù)荷變化的要求，實(shí)現(xiàn)汽包鍋爐水位自動(dòng)調(diào)節(jié)十分必要。上一頁(yè)返回目錄第九頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)保持給水量的穩(wěn)定內(nèi)鍋爐在正常運(yùn)行時(shí)，如果給水流量劇烈波動(dòng)，會(huì)影響省煤器和給水管道的安全運(yùn)行，所以負(fù)荷不變時(shí)，給水流量不應(yīng)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)。引起水位變化的擾動(dòng)因素很多，但主要擾動(dòng)是給水流量和蒸汽流量的階躍變化。調(diào)節(jié)器就是依據(jù)水位信號(hào)、蒸汽流量和給水流量的信號(hào)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。鍋爐汽包水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)是根據(jù)汽包水位的動(dòng)態(tài)特性來(lái)設(shè)計(jì)的。以汽包水位H作為被調(diào)量，以給水調(diào)節(jié)閥作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)改變調(diào)節(jié)量，即給水量，達(dá)到保持水位在允許的范圍之內(nèi)。上一頁(yè)返回目錄第十頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)引起水位變化的擾動(dòng)因素很多，但主要擾動(dòng)是給水流量和蒸汽流量的階躍變化。調(diào)節(jié)器就是依據(jù)水位信號(hào)、蒸汽流量和給水流量的信號(hào)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。根據(jù)鍋爐的容量、負(fù)荷變化的快慢以及調(diào)節(jié)精度的要求，汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)可分為：上一頁(yè)返回目錄第十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)

（1）以汽包水位為唯一調(diào)節(jié)信號(hào)的給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，稱為單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；調(diào)節(jié)；（2）以汽包水位為主調(diào)節(jié)信號(hào)，蒸汽流量為補(bǔ)充信號(hào)的給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，稱為雙沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；（3）以汽包水位為主調(diào)節(jié)信號(hào)，蒸汽流量和給水流量為補(bǔ)充信號(hào)的給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，稱為三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

上一頁(yè)返回目錄第十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)

汽包鍋爐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)使用廠家的要求和條件，可以選用電動(dòng)儀表、氣動(dòng)儀表，也可以選用組裝儀表或鍋爐自控儀。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在汽包鍋爐自動(dòng)控制中的應(yīng)用越來(lái)越多。

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給水流量的調(diào)節(jié)方式

目前，給水流量的調(diào)節(jié)方式主要有兩種：一種是依靠改變調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度來(lái)改變給水量的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，另一種是依靠改變給水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)改變給水量的變速調(diào)節(jié)方式。以往，由于受到變速水泵制造技術(shù)的限制，鍋爐大都采用定速水泵供水。鍋爐給水量改變是依靠改變調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，稱為給水流量的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，其系統(tǒng)示意圖和節(jié)流調(diào)節(jié)原理圖如圖7-1所示：上一頁(yè)返回目錄第十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

(a)節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖

(b)節(jié)流調(diào)節(jié)原理

圖7-1給水流量的節(jié)流調(diào)節(jié)上一頁(yè)返回目錄第十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

下面我們分別來(lái)討論在這三種擾動(dòng)作用下給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。

1、給水流量擾動(dòng)下的水位動(dòng)態(tài)特性

給水流量擾動(dòng)下的水位階躍響應(yīng)曲線如圖7-2所示.。當(dāng)給水流量階躍增加△W后，水位的變化如圖中曲線2所示。給水流量增加，一方面使進(jìn)入鍋爐汽包的給水量增加；另一方面使溫度較低的給水進(jìn)入省煤器、汽包及水循環(huán)系統(tǒng)，吸收了原有飽和水中的一部分熱量，致使水面下汽泡體積減小。上一頁(yè)返回目錄第十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式圖7-2給水流量擾動(dòng)下的水位階躍響應(yīng)曲線上一頁(yè)返回目錄第十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

(1)圖中曲線1為不考慮水面下汽泡容積變化，僅考慮物料不平衡時(shí)的水位反應(yīng)曲線。由于給水壓力很高，汽包水位變化對(duì)給水流量的自平衡作用可以忽略不計(jì)，所以反應(yīng)曲線1可以認(rèn)為是無(wú)自平衡能力積分環(huán)節(jié)的特性。(2)曲線3是不考慮物料不平衡關(guān)系，只考慮給水流量變化時(shí)水面下汽泡體積變化所引起的水位變化。給水流量增加時(shí)，汽泡體積收縮，水位逐漸下降，直到汽泡體積不再變化，所以曲線3可以看作為是慣性環(huán)節(jié)的特性。

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給水流量的調(diào)節(jié)方式在給水流量擾動(dòng)下，實(shí)際的水位變化曲線2可以認(rèn)為是曲線1和3的合成。

通過(guò)上面對(duì)水位調(diào)節(jié)對(duì)象在給水流量擾動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線分析，可以把水位調(diào)節(jié)對(duì)象以方框圖7-3（a）表示，即把對(duì)象看成為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)。經(jīng)過(guò)變換也可把它看作為積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)如圖7-3（b）所示。

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給水流量的調(diào)節(jié)方式(a)積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)并聯(lián)(b)積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)圖7-3給水流量擾動(dòng)時(shí)水位調(diào)節(jié)對(duì)象方框圖

上一頁(yè)返回目錄第二十頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

因此,給水流量擾動(dòng)下的汽包水位的動(dòng)態(tài)特性可用傳遞函數(shù)表示為：式中τ—遲延時(shí)間(S)ε—給水流量改變一個(gè)單位流量時(shí),水位變化的響應(yīng)速度[mm·S-1/(t·h-1)]。

τ和ε可由水位響應(yīng)曲線上求得。上一頁(yè)返回目錄第二十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式式中τ—遲延時(shí)間(S)ε—給水流量改變一個(gè)單位流量時(shí),水位變化的響應(yīng)速度[mm·S-1/(t·h-1)]。

τ和ε可由水位響應(yīng)曲線上求得。上一頁(yè)返回目錄第二十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式總之，當(dāng)給水流量擾動(dòng)時(shí)，水位調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性表現(xiàn)為有慣性的無(wú)自平衡能力特征。

也就是說(shuō)，當(dāng)給水流量改變后水位并不立即變化。動(dòng)態(tài)特性參數(shù)τ和ε的數(shù)值將用來(lái)說(shuō)明水位響應(yīng)遲延時(shí)間的長(zhǎng)短和響應(yīng)速度的快慢。

上一頁(yè)返回目錄第二十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式2、蒸汽流量擾動(dòng)下水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性

在蒸汽流量D擾動(dòng)下水位變化的階躍響應(yīng)曲線如圖7-4所示。當(dāng)蒸汽流量突然階躍增加時(shí)，此時(shí)鍋爐蒸發(fā)量大于給水量，只從物料守恒考慮，由于汽包水位對(duì)象是無(wú)自平衡能力的，這時(shí)水位應(yīng)按積分規(guī)律下降，如圖中H1曲線所示。

上一頁(yè)返回目錄第二十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式圖7-4蒸汽流量D擾動(dòng)下水位變化的階躍響應(yīng)曲線上一頁(yè)返回目錄第二十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

但從能量守恒看，先假定當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量突然增加時(shí)，燃料量能及時(shí)跟上，由于燃燒強(qiáng)度增加，鍋爐的蒸發(fā)強(qiáng)度增強(qiáng)，汽水混合物中的汽泡數(shù)量增加，水容積也迅速增大，使得汽水混合物體積膨脹，水位升高。

如果負(fù)荷變化時(shí)，燃料量來(lái)不及增加，由于蒸汽量的增加，使汽包內(nèi)的汽壓下降，相應(yīng)地降低了汽水混合物的飽和溫度，汽化加快，同樣使汽水混合物體積膨脹，水位升高。所以不管燃燒強(qiáng)度是否增加，都會(huì)使水面下汽泡容積增大導(dǎo)致水位上升.上一頁(yè)返回目錄第二十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

因蒸發(fā)強(qiáng)度的增加是有一定限度的，當(dāng)蒸發(fā)量滿足負(fù)荷要求后，汽包壓力不再變化，容積增大速度減慢而達(dá)到穩(wěn)定，故汽泡容積的增大而引起的水位變化可用慣性環(huán)節(jié)特性來(lái)描述，如圖中曲線H2所示。實(shí)際上水位變化曲線H如圖7-4所示，它是曲線H1和H2的合成。上一頁(yè)返回目錄第二十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

由圖中可以看出，當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，汽包水位的變化具有特殊的形式：在負(fù)荷突然增加時(shí)，雖然鍋爐的給水流量小于蒸發(fā)流量，但開(kāi)始階段的水位不僅不下降，反而迅速上升，過(guò)一段時(shí)間后再下降。反之，鍋爐負(fù)荷下降時(shí)，水位反而先下降。這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象。這是因?yàn)樵谪?fù)荷變化的初始階段，水面下汽泡的體積變化很快，它對(duì)水位變化起著主要影響作用的緣故。上一頁(yè)返回目錄第二十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

因此，水位隨汽泡體積的增大而上升，只有當(dāng)汽泡容積與負(fù)荷適應(yīng)而不再變化時(shí)，水位的變化就僅由物料的平衡關(guān)系來(lái)決定，這時(shí)水位就隨負(fù)荷的增大而下降，呈現(xiàn)無(wú)自平衡特性。上一頁(yè)返回目錄第二十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式圖7-5汽包水位的動(dòng)態(tài)特性上一頁(yè)返回目錄第三十頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式蒸汽流量擾動(dòng)下，汽包水位的動(dòng)態(tài)特性可用圖7-5方框圖來(lái)表示，其傳遞函數(shù)為:

式中

T2—H2變化的時(shí)間常數(shù)；K2—H2變化的傳遞函數(shù)；ε—H2的響應(yīng)速度。

上面所討論的蒸汽流量擾動(dòng)下的水位調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，只是從蒸發(fā)強(qiáng)度變化對(duì)汽泡容積的影響方面定性的說(shuō)明水位變化的特點(diǎn)。

上一頁(yè)返回目錄第三十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式

實(shí)際上，改變汽輪機(jī)的用汽量引起的蒸汽流量的階躍擾動(dòng)，必定引起汽壓的變化，汽壓變化也會(huì)影響到水面下汽泡的體積變化，所以實(shí)際的虛假水位現(xiàn)象會(huì)更嚴(yán)重些。

虛假水位的變化幅值與鍋爐負(fù)荷的大小有關(guān)，根據(jù)100—230t/h中高壓鍋爐的資料，當(dāng)負(fù)荷階躍擾動(dòng)10%時(shí)，虛假水位的變化幅值可達(dá)30-40mm?？梢?jiàn)，虛假水位的幅值是相當(dāng)大的。上一頁(yè)返回目錄第三十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、

給水流量的調(diào)節(jié)方式3、爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性

當(dāng)燃料量擾動(dòng)時(shí)，例如燃料量增加使?fàn)t膛熱負(fù)荷增強(qiáng)，這時(shí)鍋爐蒸發(fā)強(qiáng)度增大而使汽壓升高，即使用汽調(diào)節(jié)閥門(mén)不動(dòng)，蒸汽流量也會(huì)有所增加。這樣，蒸汽流量大于給水流量，水位應(yīng)該下降。但蒸發(fā)強(qiáng)度增大，同樣使水面以下汽泡體積增大，因此在爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位調(diào)節(jié)對(duì)象也會(huì)出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象。上一頁(yè)返回目錄第三十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案

現(xiàn)代電站鍋爐水位調(diào)節(jié)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)，決定了采用單回路反饋系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)的要求，所以電站汽包鍋爐的給水調(diào)節(jié)普遍采用三沖給水自動(dòng)調(diào)節(jié)方案，如圖7-6所示。

1、單級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)的組成圖7-6為常用的單級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意。給水調(diào)節(jié)器接受汽包水位H，蒸汽流量D和給水流量W三個(gè)信號(hào)。其輸出信號(hào)去調(diào)節(jié)給水流量，其中汽包水位是被調(diào)量，所以水位信號(hào)稱為主信號(hào)。上一頁(yè)返回目錄第三十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案圖7-6單級(jí)三沖量給水系統(tǒng)上一頁(yè)返回目錄第三十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案（2）調(diào)節(jié)對(duì)象的靜態(tài)特性給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性是被調(diào)量H與鍋爐負(fù)荷D的靜態(tài)關(guān)系。對(duì)于單信號(hào)水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，只要采用比例積分調(diào)節(jié)器，不管負(fù)荷如何變化，靜態(tài)時(shí)的水位H將始終等于其給定值，即被調(diào)入量沒(méi)有靜態(tài)偏差，但當(dāng)調(diào)節(jié)器接受多個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，H和D之間關(guān)系就不這樣簡(jiǎn)單了。為了討論多信號(hào)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性首先應(yīng)確定送入調(diào)節(jié)器的各信號(hào)極性。圖7-7為單極三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，圖中示出了極性及其輸入信號(hào)。

上一頁(yè)返回目錄第三十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案圖7-7單級(jí)三沖量給水系統(tǒng)

圖7-8單級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性

上一頁(yè)返回目錄第三十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案

當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加時(shí)，為了保持汽包水位的恒定，調(diào)節(jié)器的正確動(dòng)作應(yīng)增大給水流量，即調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)與蒸汽流量信號(hào)的變化方向相同，所以蒸汽流量信號(hào)定為“+”號(hào)（極性）；

給水流量信號(hào)是反饋信號(hào)，它是為穩(wěn)定給水流量而引入調(diào)節(jié)系統(tǒng)的，所以定為“-”號(hào)（極性）。

上一頁(yè)返回目錄第三十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案

當(dāng)汽包水位H增加時(shí)，為了維持水位，調(diào)節(jié)器的正確操作應(yīng)使給水流量減??；水位降低時(shí)應(yīng)增加給水流量，即調(diào)節(jié)器操作給水流量的方向與水位信號(hào)的變化方向相反。因此水位信號(hào)應(yīng)規(guī)定為負(fù)號(hào)。但由于汽包鍋爐的水位測(cè)量裝置—平衡容器本身具有反號(hào)的特性，所以進(jìn)入調(diào)節(jié)器的信號(hào)應(yīng)定為正號(hào)。

上一頁(yè)返回目錄第三十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案（3）單級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析單級(jí)三沖量給水系統(tǒng)的方框圖為7-9。

圖7-9單級(jí)三沖量給水系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)的方框圖

上一頁(yè)返回目錄第四十頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案D—蒸汽流量；W1—給水流量擾動(dòng)；W2—調(diào)節(jié)閥對(duì)給水流量的調(diào)節(jié)作用；W—給水流量（W=W1+W2）；GHW（S）—給水流量擾動(dòng)下水位對(duì)象的傳遞函數(shù)；GHD（S）—蒸汽流量擾動(dòng)下水位對(duì)象的傳遞函數(shù)；γH

，γW

，γD

—分別為水位，給水流量，蒸汽流量變送設(shè)備的斜率；αD、

αW

—蒸汽流量和給水流量信號(hào)的分流系數(shù)；KZ—執(zhí)行器的傳遞函數(shù)；KU—調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)。

上一頁(yè)返回目錄第四十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案2、給水全程調(diào)節(jié)系統(tǒng)

在鍋爐的起停過(guò)程中，給水調(diào)節(jié)不僅十分重要，而且操作也頻繁復(fù)雜，因此在考慮自動(dòng)化系統(tǒng)的大型機(jī)組時(shí)，對(duì)給水流量的全程調(diào)節(jié)被首先提出來(lái)了。目前對(duì)于300MW以上的單元機(jī)組，大都要求設(shè)計(jì)具有能實(shí)現(xiàn)全程調(diào)節(jié)的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

由于在大幅度負(fù)荷變化時(shí)調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性會(huì)發(fā)生明顯的變化，所以以往那些建立在線性控制理論上的，視對(duì)象動(dòng)態(tài)特性近似不變而設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)不能去完成全程調(diào)節(jié)的要求了。

上一頁(yè)返回目錄第四十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案

全程調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以有多種實(shí)施方案，如采用以計(jì)算機(jī)為控制工具的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，也可采用以常規(guī)自動(dòng)控制裝置為控制工具的控制方案。本節(jié)主要介紹后一種方案構(gòu)成的給水全程調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

全程當(dāng)采用常規(guī)自動(dòng)控制儀表，以原有正常運(yùn)行中使用的三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)成給水全程調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，通常需要解決以下幾個(gè)方面的技術(shù)問(wèn)題：

上一頁(yè)返回目錄第四十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案（1）根據(jù)鍋爐啟，停時(shí)工況的變化進(jìn)行流量信號(hào)的校正；（2）設(shè)計(jì)適用于啟停和低負(fù)荷階段的專用給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并充分運(yùn)用邏輯控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)各種控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間的相互切換，投入或退出等自動(dòng)操作；（3）對(duì)某些因負(fù)荷或工況改變而嚴(yán)重影響控制性能的非線性因素進(jìn)行變換或補(bǔ)償。上一頁(yè)返回目錄第四十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三三、給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案3.給水全程調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案

以常規(guī)自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備為工具的給水全程調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一種方案提出了在啟、停及低負(fù)荷時(shí)采用單沖量，高負(fù)荷時(shí)采用三沖量的結(jié)構(gòu)。這種方案的特點(diǎn)是,以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ),用常規(guī)模擬式儀表為工具來(lái)實(shí)現(xiàn)給水全程調(diào)節(jié)任務(wù)。實(shí)踐證明，這種方案可以滿足生產(chǎn)的要求。對(duì)于300MW以上的機(jī)組，一般配備三臺(tái)給水泵并聯(lián)運(yùn)行,其中兩臺(tái)為

調(diào)速汽泵,容量為鍋爐50%的給水流量,用作正常運(yùn)行,另一臺(tái)為定速電泵,其容量為25%的鍋爐額定給水量,作事故備用,兼作鍋爐上水以及機(jī)組啟動(dòng)`低負(fù)荷時(shí)投入使用。

上一頁(yè)返回目錄第四十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三§7-2過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)分析本節(jié)內(nèi)容動(dòng)態(tài)特性分析過(guò)熱汽溫自控系統(tǒng)再熱汽溫控制系統(tǒng)上一頁(yè)返回目錄第四十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三§7-2過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)分析鍋爐蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)包括過(guò)熱蒸汽溫度和在熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持鍋爐過(guò)熱器及再熱器的出口汽溫在允許的范圍之內(nèi)。

上一頁(yè)返回目錄第四十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三§7-2過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)分析一、調(diào)節(jié)任務(wù)和調(diào)節(jié)對(duì)象的特性

1、過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)的任務(wù)

過(guò)熱蒸汽溫度是鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。過(guò)熱汽溫的高低都會(huì)顯著影響電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性。過(guò)熱汽溫過(guò)高，可能造成過(guò)熱器，蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓部分金屬損壞；過(guò)低，會(huì)引起電廠熱耗上升，并使汽輪機(jī)軸向推力增大而造成推力軸承過(guò)載。所以，在鍋爐運(yùn)行中，必須保持過(guò)熱汽溫穩(wěn)定在規(guī)定值附近。一般要求過(guò)熱汽溫與規(guī)定值的暫時(shí)偏差不超過(guò)正負(fù)10攝氏度，長(zhǎng)期偏差不超過(guò)正負(fù)5攝氏度。

上一頁(yè)返回目錄第四十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、調(diào)節(jié)任務(wù)和調(diào)節(jié)對(duì)象的特性2、過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的靜態(tài)特性

過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的靜態(tài)特性指汽溫隨鍋爐負(fù)荷變化的靜態(tài)關(guān)系。對(duì)流式過(guò)熱器和輻射式過(guò)熱器的過(guò)熱汽溫靜態(tài)特性完全相反，如圖7-10所示。

現(xiàn)代大型機(jī)組的過(guò)熱器系統(tǒng)都采用了對(duì)流式過(guò)熱器，輻射式過(guò)熱器和批屏式過(guò)熱器交替串聯(lián)布置的結(jié)構(gòu)，這有利于減小過(guò)熱器出口汽溫的偏差，改善了過(guò)熱器汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。上一頁(yè)返回目錄第四十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、調(diào)節(jié)任務(wù)和調(diào)節(jié)對(duì)象的特性

圖7-10過(guò)熱汽溫的靜態(tài)特性圖7-11過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性

上一頁(yè)返回目錄第五十頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三一、調(diào)節(jié)任務(wù)和調(diào)節(jié)對(duì)象的特性3、過(guò)熱汽調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性

過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是引起過(guò)熱汽溫變化的擾動(dòng)與汽溫之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。引起過(guò)熱汽溫變化的原因很多。歸結(jié)起來(lái)，過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的擾動(dòng)主要來(lái)自三個(gè)方面：蒸汽流量變化（服從變化），加熱煙氣的熱量變化和減溫水流量變化（過(guò)熱器入口汽溫變化）。通過(guò)對(duì)過(guò)熱器汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，可得到在不同作用下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，如圖7-11所示。它們均為有遲延的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)有較大的差別。

上一頁(yè)返回目錄第五十一頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、過(guò)熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案

目前被廣泛采用的是過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)方法。采用噴水減溫器時(shí)，由于對(duì)象的調(diào)節(jié)通道有較大的遲延和慣性以及運(yùn)行中要求有較小的汽溫控制偏差，所以采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)往往不能獲得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。針對(duì)過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象調(diào)節(jié)通道慣性遲延大，被調(diào)信號(hào)反饋慢的特點(diǎn)，應(yīng)該從調(diào)節(jié)通道中找出一個(gè)比被調(diào)量反應(yīng)快的中間信號(hào)作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充反饋信號(hào)，以改善調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的質(zhì)量。目前采用的過(guò)熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有兩種方案，串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用導(dǎo)前汽溫的微分信號(hào)作為補(bǔ)償信號(hào)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案。上一頁(yè)返回目錄第五十二頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、過(guò)熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案1、串級(jí)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)

（1）過(guò)熱汽溫串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成

圖7-12為過(guò)熱汽溫串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象由減溫器和過(guò)熱器組成，減溫水流量Wj為對(duì)象調(diào)節(jié)通道的輸入信號(hào)，過(guò)熱器出口汽溫為輸出信號(hào)。

對(duì)象調(diào)節(jié)通道的動(dòng)太特性G0

（s）：導(dǎo)前區(qū)

G1（S）；惰性區(qū)，傳遞函數(shù)為G2（S）。上一頁(yè)返回目錄第五十三頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、過(guò)熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案圖7-12過(guò)熱汽溫串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)上一頁(yè)返回目錄第五十四頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、過(guò)熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案2、采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)(1)導(dǎo)前微分系統(tǒng)組成：

采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖7-13所示。這個(gè)系統(tǒng)引入了導(dǎo)前汽溫的微分信號(hào)作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充信號(hào)，以改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。因?yàn)?/p>

和平

的變化趨勢(shì)是一致的，而且

的反應(yīng)比

的反應(yīng)快得多，因此它能迅速的反應(yīng)

的變化趨勢(shì)。

引入了的微分信號(hào)后，將有助于調(diào)節(jié)器的動(dòng)作迅速性。上一頁(yè)返回目錄第五十五頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、過(guò)熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案圖7-13導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)上一頁(yè)返回目錄第五十六頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、過(guò)熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案

在動(dòng)態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器將根據(jù)

和

與

的給定值之間的偏差而動(dòng)作，但在靜態(tài)時(shí)，隙信號(hào)消失過(guò)熱汽溫

必然等于給定值，如果不用導(dǎo)前信號(hào)

的微分信號(hào)

，則在靜態(tài)時(shí)調(diào)節(jié)器將保持

等于給定值，而不能保持

等于給定值。（2）調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析圖形7-14為采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方框圖。這個(gè)系統(tǒng)也包括兩個(gè)閉合的調(diào)節(jié)回路：落：由對(duì)象調(diào)節(jié)通道的導(dǎo)前區(qū)G1(s),導(dǎo)前汽溫變送器，微分器Gd(s)調(diào)節(jié)器GR(s),執(zhí)行器Kz和減溫水調(diào)節(jié)閥組成的副回路；由對(duì)象而通道的惰性區(qū)G2(s),主汽溫變送器，和副回路組成的主回路。

上一頁(yè)返回目錄第五十七頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、過(guò)熱蒸汽溫度自調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案圖7-14導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)雙回路系統(tǒng)為串級(jí)系統(tǒng)的方框圖

上一頁(yè)返回目錄第五十八頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三§7-3燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)分析本節(jié)內(nèi)容燃燒過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)燃燒過(guò)程調(diào)節(jié)的特點(diǎn)汽壓調(diào)節(jié)對(duì)象的生產(chǎn)流程及其動(dòng)態(tài)特性返回目錄上一頁(yè)第五十九頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三§7-3燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)分析一、燃燒過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)

鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的在于使進(jìn)入鍋爐的燃燒的燃燒熱量與鍋爐的蒸汽負(fù)荷要求相適應(yīng)，同時(shí)保證鍋爐燃燒過(guò)程安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。因此，當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)，鍋爐將需要進(jìn)行燃燒的調(diào)整。鍋爐燃燒調(diào)節(jié)需要包括下列幾項(xiàng)內(nèi)容：

1、燃料量調(diào)節(jié)

2、送風(fēng)量調(diào)節(jié)

3、引風(fēng)量調(diào)節(jié)

上一頁(yè)返回目錄第六十頁(yè)，共六十七頁(yè)，編輯于2023年，星期三§7-3燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)分析二、燃燒過(guò)程調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

燃燒過(guò)程的調(diào)節(jié)系統(tǒng)有三個(gè)被調(diào)量和三個(gè)調(diào)節(jié)量。鍋爐的運(yùn)行實(shí)踐表明，對(duì)燃燒過(guò)程的三個(gè)被調(diào)量的調(diào)節(jié)存在著明顯的相互影響。這主要由于對(duì)象內(nèi)部每個(gè)被調(diào)量都同時(shí)受到幾個(gè)調(diào)節(jié)量的影響，而每個(gè)調(diào)節(jié)量的改變又能同時(shí)影響幾個(gè)被調(diào)量。圖7-15表示了燃燒對(duì)象的調(diào)節(jié)

量對(duì)被調(diào)量的這種影響。所以燃燒過(guò)程調(diào)節(jié)對(duì)象是一個(gè)多輸入多輸出的多變量相關(guān)調(diào)節(jié)對(duì)象。圖7-15燃燒對(duì)象調(diào)節(jié)量