保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1、保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院函授畢業(yè)設(shè)計（論文）保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)論文題目：大型電站鍋爐給水控制系統(tǒng)分析班級： 專業(yè)： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師姓名： 年月日保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院函授畢業(yè)設(shè)計（論文）大型電站鍋爐給水控制系統(tǒng)分析摘要鍋爐是典型的復(fù)雜控制系統(tǒng)，汽包水位是鍋爐安全、穩(wěn)定運行的重要指標(biāo)，是一個非常重要的被控變量。給水調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。本文分析了汽包鍋爐給水控制對象的動態(tài)系統(tǒng)分析和三沖量給水控制系統(tǒng)的整定分析，以300MW單元機組全程給水系統(tǒng)為例，全面系統(tǒng)的介紹了全程給水控制系統(tǒng)的原理，控制過程分析以及各種信號的測量，還有各種閥之間

2、的相互切換。關(guān)鍵詞：給水控制系統(tǒng) 虛假水位 汽包水位 三沖量給水控制目 錄摘要1 緒論11.1課題背景11.2 電站鍋爐給水控制發(fā)展?fàn)顩r11.3 本文研究的主要內(nèi)容21.3.1 給水系統(tǒng)的概況21.3.2 汽包鍋爐水的動態(tài)特性 21.3.3 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)32 汽包鍋爐水位的動態(tài)特性42.1 給水熱力系統(tǒng)簡介42.2 給水控制的任務(wù)52.3 給水控制對象的動態(tài)特性52.3.1 給水量擾動下水位變化的動態(tài)特性52.3.2 蒸汽流量D擾動下水位的動態(tài)特性72.3.3 爐膛熱負(fù)荷擾動下水位控制對象的動態(tài)特性83 給水自動控制系統(tǒng)的介紹與分析103.1 給水控制系統(tǒng)的基本要求103.2 給水自動

3、控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及分析103.2.1 單級三沖量給水控制系統(tǒng)103.2.2 串級三沖量給水控制系統(tǒng)分析14結(jié)論20參考文獻21181緒論1.1課題背景鍋爐朝大容量、高參數(shù)發(fā)展，給水系統(tǒng)采用自動控制系統(tǒng)是必不可少的，它可以減輕運行人員的勞動強度，保證鍋爐的安全運行。隨著火電機組容量的提高及參數(shù)的增加，機組在啟停過程中需要監(jiān)視的參數(shù)及控制的項目越來越多，大型電站鍋爐給水控制系統(tǒng)是機組控制系統(tǒng)中的重點和難點。近些年來，研究大型電站鍋爐給水的文獻相應(yīng)增多，火電機組越大，其設(shè)備結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，自動化程度也要求越高1。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，自動控制技術(shù)起著越來越重要的作用。所謂自動控制，是指在沒有人

4、直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。目前已廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸和國防建設(shè)。生產(chǎn)過程自動化是保證生產(chǎn)穩(wěn)定、降低成本、改善勞動條件、促進文明生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安全和提高勞動生產(chǎn)率的重要手段，是21世紀(jì)科學(xué)與技術(shù)進步的特征，是工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一?？梢哉f，自動化水平是衡量一個國家的生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)水平先進與否的一項重要標(biāo)志。1.2電站鍋爐給水控制發(fā)展?fàn)顩r隨著科學(xué)技術(shù)的進步和電力工業(yè)的飛速發(fā)展，在燃用礦物燃料的大型發(fā)電廠中，普遍采用大容量、高參數(shù)、單元制機組。單元制機組是指由一

5、臺鍋爐和一臺汽輪發(fā)電機組構(gòu)成的電力生產(chǎn)設(shè)備整體，在電網(wǎng)中作為相對獨立的單元，具有運行調(diào)度靈活，熱效率高，又便于電站設(shè)計和擴建等優(yōu)點。一臺大容量單元機組的主輔機設(shè)備是十分復(fù)雜的，機組運行過程中需要監(jiān)視和控制的項目和參數(shù)很多，特別是在機組啟停以及故障處理中，需要監(jiān)視和控制的項目，需要進行的操作步驟就更為繁多，稍有不慎，就可能造成嚴(yán)重的事故，帶來巨大的損失。在正常運行過程中，對運行參數(shù)控制的好壞，也直接影響到機組的經(jīng)濟指標(biāo)以及設(shè)備壽命。因而，現(xiàn)代大容量單元機組的安全經(jīng)濟運行，必須要有與之相適應(yīng)的自動控制系統(tǒng)來保證2。目前，單元機組的自動化系統(tǒng)與設(shè)備已成為與機、爐、電氣主設(shè)備不可分割、同等重要的組成部

6、分。我國在已掌握制造亞臨界300600MW機組的基礎(chǔ)上，正在加快開發(fā)、研制大型電站機組的步伐，通過引進技術(shù)或合作制造，逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化和批量化，逐漸提高大型電站機組在火電裝機中的比重。由于大型電站機組各子系統(tǒng)間的耦合性強，機組的蓄熱能力差，常規(guī)的控制方案往往難以取得滿意的控制品質(zhì)，為使大型電站機組具有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)并能確保長期穩(wěn)定及經(jīng)濟的運行，必須采用先進的自動控制策略。1.3 本文研究的主要內(nèi)容大型電站汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過調(diào)節(jié)進入汽包的給水流量，在保證汽包水位在一定范圍內(nèi)相對穩(wěn)定的同時，產(chǎn)生汽輪發(fā)電機組所需的蒸汽流量，使機組輸出的電功率與電網(wǎng)負(fù)荷變化相適應(yīng)。給水控制系統(tǒng)對保證汽包鍋

7、爐運行過程的安全性和穩(wěn)定性具有重要意義。論文研究的主要內(nèi)容如下：1.3.1給水系統(tǒng)的概況汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生用戶所要求的蒸汽流量，同時保證汽包水位在一定范圍內(nèi)變化。由于設(shè)計有汽包，使鍋爐的蒸發(fā)段與過熱段明確分開，鍋爐的蒸發(fā)量主要取決于燃燒率（燃料量與相應(yīng)的空氣量）。所以汽包鍋爐由燃燒率調(diào)節(jié)負(fù)荷，實現(xiàn)燃料熱量與蒸汽熱量之間的能量平衡。汽包鍋爐的給水控制系統(tǒng)、汽溫控制系統(tǒng)及燃燒控制系統(tǒng)相對獨立。直流鍋爐沒有汽包，給水變成過熱蒸汽是一次完成的，加熱段、蒸發(fā)段與過熱段之間沒有明確的界限3。1.3.2汽包鍋爐水的動態(tài)特性 影響水位變化的原因很多，主要有四個方面的擾動：給水流量 W的擾動 （包

8、括給水壓力變化和調(diào)節(jié)閥開度變化引起的給水流量變化）；蒸汽負(fù)荷 D 的擾動（包括蒸汽管道阻力變化和主蒸汽調(diào)節(jié)閥開度變化引起的蒸汽負(fù)荷變化）；燃料量B的擾動 （包括引起燃料發(fā)熱量變化的各種因素）；汽包壓力P 的變化對汽包水位的影響是通過汽包內(nèi)部汽水系統(tǒng)在壓力增高時 “自凝結(jié)”過程和壓力降低時的“自蒸發(fā)”過程起作用的。其中：給水流量擾動、蒸汽負(fù)荷擾動、鍋爐熱負(fù)荷擾動（即燃料量）對汽包水位的影響較為嚴(yán)重。下面分析汽包水位在不同擾動作用下的動態(tài)特性。( 1）給水流量 W擾動下汽包水位的動態(tài)特性給水流量W擾動是給水 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中影響汽包水位的主要擾動之一。( 2）蒸汽流量 D擾動下汽包水位的動態(tài)特性蒸汽

9、流量擾動主要來 自汽輪發(fā)電機組的負(fù)荷變化，這是一種經(jīng)常發(fā)生的擾動。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時，汽包水位的動態(tài)特性具有特殊的形式: 即當(dāng)負(fù)荷增加時，雖然鍋爐的給水流量小于蒸汽流量，但在擾動一開始汽包水位不僅不下降反而迅速上升，反之，汽包水位下降。這種現(xiàn)象稱之為 “虛假水位”現(xiàn)象4。雖然虛假水位持續(xù)時間不長，但對調(diào)節(jié)效果的影響很大。 （3）爐膛熱負(fù)荷擾動下水位控制對象的動態(tài)特性當(dāng)燃料量擾動時，例如燃料量增加使?fàn)t膛熱負(fù)荷增強，從而使鍋爐蒸發(fā)強度增大。若此時汽輪機負(fù)荷未增加，則汽輪機側(cè)調(diào)節(jié)閥開度不變。隨著爐膛熱負(fù)荷的增大，鍋爐出口壓力提高，蒸汽量也相應(yīng)增加，這樣蒸汽量大于給水流量，水位應(yīng)該下降。但是蒸汽強度增大

10、同樣也使水面下汽泡容積增大，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，因此也會出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象。1.3.3汽包鍋爐給水控制系統(tǒng) 以300MW汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)為例，對給水全程控制的組成功能、控制方案、控制工程以及各測量、控制單元的工作原理進行分析。給水全程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計兩套控制系統(tǒng)：單沖量給水控制和三沖量給水控制。機組正常運行時，鍋爐給水控制一般采用三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)；在啟停爐過程中，當(dāng)負(fù)荷低于滿負(fù)荷的30%時，蒸汽流量信號很小，測量誤差相對增大，此時由三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)改為單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)5。2 汽包鍋爐水位的動態(tài)特性汽包水位是鍋爐安全、穩(wěn)定運行的重要指標(biāo)，是鍋爐蒸

11、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安全運行的必要條件。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6。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，前者來自調(diào)節(jié)器，稱為內(nèi)擾，后者來自負(fù)荷側(cè)，稱為外擾。2.1 給水熱力系統(tǒng)簡介圖2-1為給水熱力系統(tǒng)示意圖。從除氧器出來的給水，由給水泵送入高壓加熱器，在高壓加熱器內(nèi)加熱后到給水站，給水站出來的水經(jīng)省煤器送入汽包。給水泵包括兩臺電動泵和一臺汽動泵，每臺電動泵容量為50%MCR(最大額定流量)，汽動泵容量為100%MCR。在啟動和低壓負(fù)荷工況下電動泵運行，正常工

12、況下汽動泵運行，兩臺電動泵的另一個功能是作為汽動泵的備用。每臺泵都有再循環(huán)管道，當(dāng)系統(tǒng)工作在低負(fù)荷時再循環(huán)管路的閥門能自動打開，保證泵出口有足夠流量，防止汽蝕。低負(fù)荷運行時旁路閥工作，調(diào)節(jié)鍋爐給水量，控制水位，同時電動泵維持在最低轉(zhuǎn)速運行，保證泵的安全特性，此時為兩段調(diào)節(jié)。高負(fù)荷時，閥門開到最大，為減小阻力主水電動門也打開，通過調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速控制給水流量，為一段調(diào)節(jié)。圖2-1 給水熱力系統(tǒng)示意圖2.2 給水控制的任務(wù)汽包鍋爐給水控制的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包的水位保持在一定的范圍內(nèi)，具體要求有以下兩個方面：(1) 維持汽包水位在一定范圍內(nèi)。汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要因素。水

13、位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時會導(dǎo)致蒸汽帶水增多，從而增加在過熱器管壁上和汽輪機葉片上的結(jié)垢，甚至使汽輪機發(fā)生水沖擊而損壞葉片；水位過低，則會破壞水循環(huán)，引起水冷壁的破裂。正常運行時的水位波動范圍：±3050mm異常情況：±200mm事故情況：>±350mm(2) 保持穩(wěn)定的給水量。穩(wěn)定工況下，給水量不應(yīng)該時大時小地劇烈波動，否則，將對省煤器和給水管道的安全運行不利。2.3 給水控制對象的動態(tài)特性2.3.1 給水量擾動下水位變化的動態(tài)特性 圖2-2 給水量擾動時水位階躍響應(yīng)曲線圖2-2中曲線1 為沸騰式省煤器情形下水位的動態(tài)特性，曲線2 為非沸

14、騰式省煤器情形下水位的動態(tài)特性。從物質(zhì)平衡的觀點來看， 加大了給水量G，水位應(yīng)立即上升，但實際上并不是這樣，而是經(jīng)過一段遲延，甚至先下降后升這是因為給水溫度遠(yuǎn)低于省煤器的溫度，即給水有一定的過冷度，水進入省煤器后，使一部分汽變成了水，特別是沸騰式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，進入省煤器內(nèi)的水首先用來填補省煤器中因汽泡破減少而降低的水位， 經(jīng)過一段遲延甚至水位下降后， 才能因給水量不斷從省煤器進入汽包而使水位上升7。在此過程中，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。沸騰式省煤器的延遲時間T 為100200s。非沸騰式省煤器的延遲時間T 為30

15、100s。水位在給水?dāng)_動下的傳遞函數(shù)可表示為: （2-1）當(dāng)時，上式可變?yōu)椋?（2-2）水位對象可近似認(rèn)為是一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)并聯(lián)形式。用一階近似表示時： （2-3）2.3.2 蒸汽流量D擾動下水位的動態(tài)特性圖2-3 蒸汽量D 擾動下的水位階躍響應(yīng)曲線如果只從物質(zhì)平衡的角度來看， 蒸發(fā)量突然增加D時，蒸發(fā)量高于給水量，汽包水位是無自平衡能力的， 所以水位應(yīng)該直線下降，如圖2-3中H1(t)所示那樣，但實際水位是先上升，后下降，這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象，如圖2-3中H（t）所示。其原因是由于負(fù)荷增加時，在汽水循環(huán)回路中的蒸發(fā)強度也將成比例增加， 水面下汽泡的容積增加得也很快，此時燃料

16、量M 還來不及增加，汽包中汽壓Pb下降，汽包膨脹，使汽泡體積增大而水位上升。如圖2-3 中H(t)所示。在開始的一段時間H(t)的作用大與H1(t)。當(dāng)過了一段時間后，當(dāng)汽泡容積和負(fù)荷相適應(yīng)而達到穩(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 (2-4)傳遞函數(shù)也為兩者的代數(shù)和： （2-5）式中 的時間常數(shù)，約為1020s；的放大系數(shù)；飛升速度。一般100230t/h的中高壓爐，負(fù)荷突然變化10%時，虛假水位化現(xiàn)象可使水位變化達3040mm。2.3.3 爐膛熱負(fù)荷擾動下水位控制對象的動態(tài)特性圖2-4 燃料量擾動下水位的階躍反應(yīng)曲線當(dāng)燃料量擾動時，例如燃料量增

17、加使?fàn)t膛熱負(fù)荷增強，從而使鍋爐蒸發(fā)強度增大。若此時汽輪機負(fù)荷未增加，則汽輪機側(cè)調(diào)節(jié)閥開度不變。隨著爐膛熱負(fù)荷的增大，鍋爐出口壓力提高，蒸汽量也相應(yīng)增加，這樣蒸汽量大于給水流量，水位應(yīng)該下降。但是蒸汽強度增大同樣也使水面下汽泡容積增大，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，因此也會出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象。當(dāng)蒸發(fā)量與燃燒量相適應(yīng)時，水位便會迅速下降，這種“虛假水位”現(xiàn)象比蒸汽量擾動時要小一些，但其持續(xù)時間長。燃料量擾動下的水位階躍響應(yīng)曲線如圖2-4所示，它和圖2-3有些相似。只是在這種情況下，蒸汽流量增加的同時汽壓也增大了，因而使汽泡體積的增加比蒸汽流量擾動時要小，從而使水位上升

18、較少。但鍋爐負(fù)荷變化受到檢測反饋時間長、燃料的不穩(wěn)定的局限和反應(yīng)時間較慢，不便參與自動控制的調(diào)整。以上三種擾動在鍋爐運行中都可能經(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，它們只影響水位波動的幅度。而給水量G擾動在控制系統(tǒng)的閉合回路里產(chǎn)生，一般稱為內(nèi)部擾動。因此，汽包水位對于給水?dāng)_動的動態(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的變化也是經(jīng)常發(fā)生的外部擾動8。所以常引入D、M信號作為給水控制系統(tǒng)里的前饋信號，以改善外部擾動時的控制品質(zhì)。影響水位的因素除上述之外，還有給水壓力、汽包壓力、汽輪機調(diào)節(jié)汽門開度、二次風(fēng)分配等。不過這些因

19、素幾乎都可以有D、M、W的變化體現(xiàn)出來。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。給水?dāng)_動是內(nèi)擾，其它事外擾。3 給水自動控制系統(tǒng)的介紹與分析實現(xiàn)給水全程控制可以采用改變調(diào)節(jié)門開度，即改變給水管路阻力的方法來改變給水量，也可以采用改變給水泵轉(zhuǎn)速，即改變給水壓力的方法來改變給水量。前一種方法節(jié)流損失大，給水泵的消耗功率多，不經(jīng)濟，故在一般單元機組的大型鍋爐中都采用改變給水泵轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)給水控制，在給水控制系統(tǒng)中不僅要滿足給水量調(diào)節(jié)的要求，同時還要保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。3.1 給水控制系統(tǒng)的基本要求根據(jù)我們對給水控制系統(tǒng)對象動態(tài)特性的分析，給

20、水控制系統(tǒng)應(yīng)符合以下基本要求：首先，由于被控對象在給水量G擾動下的水位階躍反應(yīng)曲線表現(xiàn)為無自平衡能力，且有較大的遲延，因此必須采用帶比例作用的調(diào)節(jié)器以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其次，由于對象在蒸發(fā)量D的擾動下，水位階躍反應(yīng)曲線表現(xiàn)有“虛假水位”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的反應(yīng)速度比內(nèi)擾快，為了克服“虛假水位”現(xiàn)象對控制的不利影響，應(yīng)考慮引入蒸汽流量的補償信號。第三，給水壓力是有波動的，為了穩(wěn)定給水量，應(yīng)考慮將給水量信號作為反饋信號，用于及時消除內(nèi)擾?？傊?，由于電廠鍋爐水位控制對象的特點，決定了采用單回路反饋控制系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)對控制品質(zhì)的要求，所以電站汽包鍋爐的給水自動控制普遍采用三沖量給水自動控制系統(tǒng)方案。3.

21、2 給水自動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及分析3.2.1 單級三沖量給水控制系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理圖3-1為常用的單級三沖量給水控制系統(tǒng)圖。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三個信號（所以稱三沖量控制系統(tǒng)）。其輸出信號去控制給水流量，其中汽包水位是被調(diào)量，所以水位信號稱主信號。為了改善控制品質(zhì)，系統(tǒng)中引人了蒸汽流量是前饋控制和給水流量的反饋控制，這樣組成的三沖量給水控制系統(tǒng)是一個前饋-反饋控制系統(tǒng)，當(dāng)蒸汽流量增加時，調(diào)節(jié)器立即動作，相應(yīng)地增加給水流量，能有效地克服或減小虛假水位所引起的調(diào)節(jié)器誤動作。因為調(diào)節(jié)器輸出的控制信號與蒸汽流量信號的變化方向相同，所以調(diào)節(jié)器入口處，主蒸

22、汽流量信號VD為正極性的。當(dāng)給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動時（例如給水壓力波動引起給水流量的波動），調(diào)節(jié)器也能立即動作，控制給水流量使給水流量迅速恢復(fù)到原來的數(shù)值，從而使汽包水位基本不變?？梢娊o水流量信號作為反饋信號，其主要作用是快速消除來自給水側(cè)的內(nèi)部擾動，因此在調(diào)節(jié)器入口處，給水流量信號VW為負(fù)極性的。當(dāng)汽包水位H增加時，為了維持水位，調(diào)節(jié)器的正確操作應(yīng)使給水流量減小，反之亦然，即調(diào)節(jié)器操作給水流量的方向與水位信號的變化的方向相反，因此調(diào)節(jié)器入口處水位信號VH應(yīng)定義為負(fù)極性。但由于汽包鍋爐的水位測量裝置平衡容器本身已具有反號的靜態(tài)性，所以進入調(diào)節(jié)器的水位變送器信號VH應(yīng)為正極性，如圖3-1所示。圖

23、3-1 單級三沖量給水控制系統(tǒng)分析在圖3-1可以看出，在單級三沖量給水控制系統(tǒng)中，水位、蒸汽量和給水流量對應(yīng)的三個信號VH、VD、VW都送到PI調(diào)節(jié)器，靜態(tài)時，這三個輸入信號與代表水位給定值的信號VO相平衡，即VD-VW+VH=VO 或 VO-VH=VD-VW如果在靜態(tài)時使送入調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號VD與給定水流量信號VW相等，則水位信號VH就等于給定值信號VO，即汽包中的水位將穩(wěn)定在某以給定值。如果在靜態(tài)時VD不等于VW，即汽包中水位穩(wěn)定值將不等于給定值。一般情況下選擇靜態(tài)時VD=VW，因而使控制過程結(jié)束后汽包水位保持給定的數(shù)值。 單級三沖量給水控制系統(tǒng)的分析單級三沖量給水控制系

24、統(tǒng)的原理框圖如圖3-2所示，從方框圖的結(jié)構(gòu)中可以看出，這個系統(tǒng)由兩個閉合的反饋回來及前饋部分組成：圖3-2 單級三沖量給水控制系統(tǒng)原理方框圖1.由調(diào)節(jié)器WT（s）、執(zhí)行機構(gòu)Kz、調(diào)節(jié)閥K、給水流量變送器W和給水流量反饋裝置W組成的內(nèi)回路（或稱副回路）。2.由水位控制對象WOW(S)、水位變送器和內(nèi)回路組成的外回路（或稱主回路）。3.由蒸汽流量信號D及蒸汽流量測量裝置D、蒸汽流量前饋裝置D構(gòu)成的前饋控制部分。 對兩個閉合回路進行分析(1)內(nèi)回路(副回路)分析圖3-3 內(nèi)回路等效圖可以把內(nèi)回路作為一般的單回路系統(tǒng)進行分析。如果把調(diào)節(jié)器以外的環(huán)節(jié)等效地看作被控對象，那么被控對象動態(tài)特性

25、近似為比例環(huán)節(jié)(因為執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥、變送設(shè)備和給水流量反饋裝置都可以近似認(rèn)為是比例環(huán)節(jié))。以給定值-Vg為基值，考慮增量情況，這時可把它當(dāng)作一單回路來分析。如果把調(diào)節(jié)器、分壓系數(shù)以外的環(huán)節(jié)看作是調(diào)節(jié)對象，那么廣義調(diào)節(jié)對象是一個近似比例環(huán)節(jié)，因此調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時間都可以取得很小，它們的具體值可以通過試探法來決定，以保證內(nèi)回路不振蕩為目的。一般取積分時間，試探過程中，可以任意設(shè)置值，得到一個滿意的比例帶值后，再次改變值，改變時須使保持不變，即保證內(nèi)回路的開環(huán)放大倍數(shù)不變。在試探時可將外回路開路，切除水位信號，使Vg=0，設(shè)置Ti和的值，手動操作給水閥門，使給水量產(chǎn)生一個階躍變化后立即投入自動

26、，觀察給水量過渡過程曲線形狀，能快速穩(wěn)定即可。（2）主回路分析在內(nèi)回路經(jīng)過正確整定以后，其控制過程是非?？斓?這是因為調(diào)節(jié)器為比例積分特性， 和Ti又設(shè)置的較小，故它能快速動作.當(dāng)外來控制信號V改變時，調(diào)節(jié)器幾乎立即成比例地改變給水流量W，使V=Vw，即V=WWW圖中為快速副回路的等效環(huán)節(jié)，把WD1(s)和看作一個等效調(diào)節(jié)器所控制的對象，則： 而內(nèi)則是一個常數(shù)，這是一個等效比例調(diào)節(jié)器，其比例帶外圖3-4 主回路等效圖另外，WD1(s) 的對象特性可用試驗方法測得，它實際上就是在水位G擾動下，VH的變化曲線，從曲線上可求出飛升速度，遲延時間。在遲延時間較大的情況下，可按下列近似公式整定：外 （3

27、-1）又因為外=外，故有： （3-2）從內(nèi)、外回路的比例帶來看，給水流量的分壓系數(shù)對內(nèi)外回路影響正好是相反的，若增大，主回路穩(wěn)定性增強，副回路則減弱，反之則情況相反。因此在整定外回路時若要改變，應(yīng)相應(yīng)改變PI調(diào)節(jié)器的比例帶，使兩者的比值不變，以保證內(nèi)回路穩(wěn)定性。3.2.2 串級三沖量給水控制系統(tǒng)分析對于給水控制通道延遲和慣性較大的鍋爐，采取用串級控制系統(tǒng)將具有較好的控制質(zhì)量，調(diào)試整定也比較方便，因此，在大型汽包鍋爐上可采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)。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、出流量的不

28、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)加強蒸汽流量信號的作用強度，以改善蒸汽負(fù)荷擾動下的水位控制品質(zhì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理串級三沖量給水控制系統(tǒng)圖如圖3-5所示。與單級三沖量給水控制系統(tǒng)相比，其給水控制的任務(wù)由兩個調(diào)節(jié)器來完成，主調(diào)節(jié)器PI1采用比例積分控制規(guī)律，以保證水位無靜態(tài)偏差。主調(diào)節(jié)器的輸出信號和給水流量、蒸汽流量信號都作用到副調(diào)節(jié)器PI2。一般串級控制系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器可采用比例調(diào)節(jié)器，以保證副回路的快速性。三沖量汽包水位控制以串級方式為基礎(chǔ)。水位調(diào)節(jié)器接收實測水位和水位給定值的差值，經(jīng)過PI作用之后，其輸出作為給水

29、流量調(diào)節(jié)器的流量給定值分量，該值和蒸汽流量之和（相加）作為總的給水流量的給定值。給水流量調(diào)節(jié)器接受實測流量和給水流量給定值之和（相減），經(jīng)過PI作用之后，其輸出控制100%給水調(diào)節(jié)閥。串級系統(tǒng)主、副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是用以消除給水壓力波動等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動以及當(dāng)蒸發(fā)負(fù)荷改變時迅速調(diào)節(jié)給水流量，以保證給水流量和蒸汽流量平衡；主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位偏差。這樣，當(dāng)負(fù)荷變化時，水位穩(wěn)定值是靠主調(diào)節(jié)器PI1來維持的，并不要求進入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號的作用強度按所謂“靜態(tài)配比”來進行整定。恰恰相反，在這里可以根據(jù)對象在外擾下虛假水位的嚴(yán)重程度來適當(dāng)加強蒸汽流量信號的作用強度

30、，從而改變負(fù)荷擾動下的水位控制品質(zhì)。串級三沖量系統(tǒng)比單級三沖量系統(tǒng)的工作更合理，控制品質(zhì)要好一些。圖3-5 串級三沖量給水控制系統(tǒng) 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的分析圖3-6是串級三沖量給水系統(tǒng)的方框圖。這個系統(tǒng)也是由兩個閉合回路和前饋部分組成的。系統(tǒng)組成如下：圖3-6 串極三沖量給水控制系統(tǒng)原理方框1.由給水流量W、給水流量變送器W和給水流量反饋裝置W、副調(diào)節(jié)器PI2、執(zhí)行器Kz和調(diào)節(jié)閥K組成副回路。2.由被控對象W01(s)、水位測量變送器、主調(diào)節(jié)器PI1和副回路組成主回路。3.由蒸汽流量信號D，以及蒸汽流量測量變送器D及蒸汽流量前饋裝置D構(gòu)成前饋控制部分。 對兩個閉合回路進行分析（1）副回路分析根據(jù)串級控制系統(tǒng)的分析方法，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。即用試探的方法選擇副調(diào)節(jié)器的比例帶2，以保證內(nèi)回路不振蕩原則，在試探時，給水流量反饋裝置的傳遞函數(shù)W可任意設(shè)置一個數(shù)值，得到滿意的2值，如果W以后有必要改變，則相應(yīng)地改變2值，使W/2保持試探時的值，以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。圖3-7 副回路等效圖（2） 主回路分析在主回路中，如果把副回路近似看作比例環(huán)節(jié)，則主回路的等效方框圖如4-8所示。這是，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VH為