大型汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的設(shè)計

大型汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的設(shè)計

1汽包水位的影響鍋爐的蒸汽袋水位可能間接反映鍋爐蒸汽負(fù)荷和給水量之間的平衡關(guān)系。為了維持密封性能，應(yīng)確保鍋爐和水泵的安全運(yùn)行。汽包水位過高,會影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作,造成出口蒸汽水分含量過多,導(dǎo)致過熱器管壁結(jié)垢而被燒壞,也使過熱蒸汽溫度急劇變化,直接影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。汽包水位過低,可能破壞鍋爐水循環(huán),導(dǎo)致水冷壁管被燒壞。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的作用是使鍋爐的給水量自動適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量,維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)波動。汽包水位H是汽包中儲水量和水面下汽包容積的綜合反映,不僅受汽包儲水量變化的影響,還受汽水混合物中汽包容積變化的影響。其中主要的擾動為給水流量W、鍋爐蒸發(fā)量D、汽包壓力、爐膛熱負(fù)荷等,其對水位的影響各不相同。其中給水流量和蒸汽流量是影響汽包水位的2種主要擾動,前者來自調(diào)節(jié)側(cè),稱為內(nèi)擾;后者來自負(fù)荷側(cè),稱為外擾。2控制系統(tǒng)的設(shè)計國產(chǎn)300MW火力發(fā)電機(jī)組大型汽包鍋爐的控制對象具有給水內(nèi)擾動態(tài)特性延遲和慣性大的特點(diǎn),且無自平衡能力,給水控制系統(tǒng)若采用以水位為被調(diào)量的單回路系統(tǒng),控制過程中水位將出現(xiàn)較大的動態(tài)偏差,給水流量波動較大。因此,應(yīng)考慮采用三沖量給水控制系統(tǒng)方案。另外,控制對象在蒸汽負(fù)荷擾動(外擾)時,存在“虛假水位”現(xiàn)象,因此在擾動的初始階段,調(diào)節(jié)器將使給水流量向與負(fù)荷變化相反的方向變化,加劇了鍋爐進(jìn)、出流量的不平衡。因此應(yīng)采用以蒸汽流量D為前饋信號的前饋控制,從而能夠根據(jù)對象在外擾下虛假水位的嚴(yán)重程度來適當(dāng)加強(qiáng)蒸汽流量信號的作用強(qiáng)度,以改善蒸汽負(fù)荷擾動下的水位控制品質(zhì)。采用串級控制系統(tǒng)將具有更好的控制質(zhì)量,調(diào)試整定也比較方便,故在大型汽包鍋爐上可采用串級三沖量給水控制系統(tǒng),如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)由2個閉合回路及前饋調(diào)節(jié)部分組成。主回路由調(diào)節(jié)對象GHW(S)、水位變送器γH、主調(diào)節(jié)器PI和副回路組成;副回路由給水流量W、給水流量變送器γW、給水流量信號分流系數(shù)αW、副調(diào)節(jié)器P2、執(zhí)行器K2、調(diào)節(jié)工閥Kμ組成;前饋部分由蒸汽流量信號D、蒸汽流量變送器γD、蒸汽流量信號分流系數(shù)αD構(gòu)成。給水控制的任務(wù)由2個調(diào)節(jié)器來完成,主調(diào)節(jié)器采用比例積分控制規(guī)律,保證水位無靜態(tài)偏差,其輸出信號、給水流量信號和蒸汽流量信號都作用到副調(diào)節(jié)器。副調(diào)節(jié)器為保證副回路的快速性可采用比例調(diào)節(jié)器,能消除給水流量的自發(fā)擾動,當(dāng)蒸汽負(fù)荷改變時迅速調(diào)節(jié)給水流量,保證給水流量和蒸汽流量的平衡。3給水系統(tǒng)的nb仿真根據(jù)串級三沖量給水控制系統(tǒng)的工作原理,利用MATLAB/SIMULINK進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真試驗(yàn)。3.1對管理系統(tǒng)的分析和調(diào)整3.1.1蒸汽流量的檢測根據(jù)串級控制系統(tǒng)的分析整定方法,應(yīng)將副回路處理為具有近似比例特性的快速隨動系統(tǒng),以使副回路具有快速消除內(nèi)擾及快速跟蹤蒸汽流量的能力。用試探的方法選擇副調(diào)節(jié)器的比例帶,以保證內(nèi)回路不振蕩為原則。在試探時,給水流量反饋裝置的傳遞函數(shù)可設(shè)置為任意數(shù)值,以得到滿意的比例帶值。如果傳遞函數(shù)以后需要改變,則應(yīng)相應(yīng)地改變比例帶值,使傳遞函數(shù)與比例帶的比值保持為試探時的值,以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。因?yàn)檎{(diào)節(jié)通道放大系數(shù)較大,副調(diào)節(jié)回路可等效為反饋回路的倒數(shù)。3.1.2主調(diào)節(jié)器與副回路在主回路中,如果把副回路近似看作為比例環(huán)節(jié),則主回路等效為一個單回路控制系統(tǒng)。如果以給水流量W作為被控對象的輸入信號,水位變送單元的輸出為輸出信號,可以把主調(diào)節(jié)器與副回路兩者看作為等效主調(diào)節(jié)器。主回路仍按單回路系統(tǒng)的整定方法整定,如通過試驗(yàn)方法求取主回路被控對象的階躍響應(yīng)曲線,并由曲線求得參數(shù),再按響應(yīng)曲線法中給定的公式計算等效調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。3.1.3蒸汽流量信號加強(qiáng)時串級三沖量給水控制系統(tǒng)中的水位偏差完全由主調(diào)節(jié)器來校正,不要求送到副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號等于給水流量信號。因此,前饋裝置的傳遞函數(shù)選擇將不受靜態(tài)特性無差條件的限制,而可根據(jù)鍋爐“虛假水位”的嚴(yán)重程度來確定。通常使蒸汽流量信號大于給水流量信號,從而改善負(fù)荷擾動時控制過程的質(zhì)量。蒸汽流量信號不必過分加強(qiáng)。蒸汽負(fù)荷擾動時,水位最大偏差的數(shù)值決定于擾動的大小、速度和鍋爐的特性,因此蒸汽流量信號加強(qiáng)后對水位最大偏差的減小無多大作用,其意義在于減小控制過程中第1個波幅以后的水位波動幅度和縮短控制過程的時間。為了獲得滿意的調(diào)節(jié)效果(從調(diào)整時間、超調(diào)量、動態(tài)偏差、靜態(tài)偏差等方面),選擇合適的調(diào)節(jié)器參數(shù):主調(diào)節(jié)器δ=0.9,Ti=0.075,Td=0;副調(diào)節(jié)器δ=4,Ti=0.005,Td=0。3.2模擬模型和方案3.2.1模擬模型經(jīng)過系統(tǒng)分析,擬定串級三沖量給水控制系統(tǒng)仿真模型如圖2所示。3.2.2外擾仿真效果給水控制系統(tǒng)定值擾動仿真效果見圖3,內(nèi)擾仿真效果見圖4,外擾仿真效果見圖5。從仿真效果可知,串級三沖量給水控制系統(tǒng)對各種典型影響因素的干擾均能作出快速反應(yīng),維持汽包水位的穩(wěn)定。4給水控制通道目前,國前300MW火