热工控制系统第八章给水自动控制系统

1、能源与动力工程学院 锅炉给水自动控制系统锅炉给水自动控制系统 能源与动力工程学院 一一 前馈前馈- -反馈复合控制系统分析反馈复合控制系统分析 反馈控制的特点是反馈控制的特点是必须在被调量与给定值的偏差出现后，调必须在被调量与给定值的偏差出现后，调 节器才能对其进行调节来补偿干扰对被调量的影响。节器才能对其进行调节来补偿干扰对被调量的影响。 可见，这种反馈控制方案的本身决定了可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量无法将干扰对被控量 的影响克服在被控量偏离设定值之前的影响克服在被控量偏离设定值之前，从而，从而限制了这类控制系统限制了这类控制系统 控制质量的进一步提高控制质量的进一步

2、提高。 考虑到偏差产生的考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果直接原因是干扰作用的结果，如果直接按，如果直接按 扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就 直接根据检测到的干扰大小和方向按一定规律去进行控制。直接根据检测到的干扰大小和方向按一定规律去进行控制。 称为称为 “前馈控制前馈控制”或或“扰动补偿扰动补偿” （一）前馈引入（一）前馈引入 能源与动力工程学院 Y() WDZ(s) W(s)WT(s)K Z + + 实例实例 某换热器是用蒸汽的热量加热排管中的料液，工艺上要求料某换热器是用蒸汽的热量加热排管中的料液，工

3、艺上要求料 液出口温度一定。当被加热水流量发生变化时，若使出口温度保液出口温度一定。当被加热水流量发生变化时，若使出口温度保 持不变，就必须在被加热水量发生变化的同时改变蒸汽量。这就持不变，就必须在被加热水量发生变化的同时改变蒸汽量。这就 是一个前馈控制系统。是一个前馈控制系统。 图中，图中， K：测量变送器的变送系数；：测量变送器的变送系数； WDZ(s)：干扰通道对象传递函数；：干扰通道对象传递函数； W(s)： 控制通道对象传递函数；控制通道对象传递函数； WT(s)： 前馈控制装置或前馈调节器的传递函数。前馈控制装置或前馈调节器的传递函数。 能源与动力工程学院 由上图可知对干扰完全补偿

4、的关键是确定前馈控制器（前馈调由上图可知对干扰完全补偿的关键是确定前馈控制器（前馈调 节器）的控制作用，显然节器）的控制作用，显然WB(s)取决于对象控制通道和干扰通道特取决于对象控制通道和干扰通道特 性。性。 DZT Y sWsKWs W sZ s 若实现所谓若实现所谓“完全补偿完全补偿”，则：，则： 0 DZT Ys WsWsWsK Zs 能源与动力工程学院 K是变送器系数，可作为已知。若是变送器系数，可作为已知。若W(S)和和WDZ(S)可以准确测可以准确测 出，且其比值满足已知控制器方程表达式。则不论干扰信号是怎出，且其比值满足已知控制器方程表达式。则不论干扰信号是怎 样的形式，前馈控

5、制都能起到完全补偿的作用，从而使被调量因样的形式，前馈控制都能起到完全补偿的作用，从而使被调量因 干扰而引起的动态和稳态偏差均为零。干扰而引起的动态和稳态偏差均为零。 所以所以, ,前馈控制器控制规律为：前馈控制器控制规律为： D Z T Ws Ws K Ws 负号表示控制作用的方向与干负号表示控制作用的方向与干 扰作用相反。扰作用相反。 能源与动力工程学院 （二）复合控制系统特性分析（二）复合控制系统特性分析 前馈的局限性：前馈的局限性： （1）前馈控制系统中不存在被调量反馈，对于补偿结果没前馈控制系统中不存在被调量反馈，对于补偿结果没 有检验的手段。无法保证结果的准确性。有检验的手段。无法

6、保证结果的准确性。 （2）于实际工业对象存在着多个干扰，为了补偿它们对被于实际工业对象存在着多个干扰，为了补偿它们对被 调量的影响，势必设计多个前馈通道，增加了投资费用和维护工调量的影响，势必设计多个前馈通道，增加了投资费用和维护工 作量。作量。 （3）当干扰通道的时间常数小于控制通道的时间常数时，当干扰通道的时间常数小于控制通道的时间常数时， 不能实现完全补偿。不能实现完全补偿。 （4）负荷变化引起对象变化使得一个事先固定的前馈模型负荷变化引起对象变化使得一个事先固定的前馈模型 不可能获得良好的控制质量。不可能获得良好的控制质量。 能源与动力工程学院 工程实际中，为克服前馈控制的局限性从而提

7、高控制质量，工程实际中，为克服前馈控制的局限性从而提高控制质量， 对一两个主要扰动采取前馈补偿对一两个主要扰动采取前馈补偿，而，而对其它仪器被调参数变化的对其它仪器被调参数变化的 干扰采用反馈控制来克服干扰采用反馈控制来克服。组成前馈反馈复合控制系统。组成前馈反馈复合控制系统。 1 1、引入反馈控制后，前馈控制中的完全补偿条件不变、引入反馈控制后，前馈控制中的完全补偿条件不变 WF(s) WDZ(s) WT(s)W(s) YX Z + - + 复合控制系统原理方框图复合控制系统原理方框图 能源与动力工程学院 未加反馈作用时完全补偿条件为：未加反馈作用时完全补偿条件为： DZ F Ws Ws W

8、s 加上反馈后有：加上反馈后有： 11 TFDZ TT WsWsWs WsWs YsXsZs WsWsWsWs WF(s) WDZ(s) WT(s)W(s) YX Z + - + 复合控制系统原理方框图复合控制系统原理方框图 能源与动力工程学院 研究扰动影响时有研究扰动影响时有X(s)=0, Z(s)0 0 1 FDZ T Ws WsWs WsWs 即：即： DZ F Ws Ws Ws 2 2、复合控制系统补偿控制的控制规律不仅与对象控制通道和干、复合控制系统补偿控制的控制规律不仅与对象控制通道和干 扰通道有关，还与反馈调节器的位置有关扰通道有关，还与反馈调节器的位置有关 WDZ(s) WT(

9、s)W(s) YX - + WF(s) Z + + 复合控制系统原理方框图之二复合控制系统原理方框图之二 反馈调节器置反馈调节器置 于前馈调节的于前馈调节的 后面后面 能源与动力工程学院 可得完全补偿的条件：可得完全补偿的条件： DZ F T Ws WS WsWs 11 TFTDZ TT Ws W sWs Ws W sWs Y sX sZ s Ws W sWs W s WDZ(s) WT(s)W(s) YX - + WF(s) Z + + 复合控制系统原理方框图之二复合控制系统原理方框图之二 反馈调节器置反馈调节器置 于前馈调节的于前馈调节的 后面后面 能源与动力工程学院 3 3、复合控制时，

10、扰动对输出的影响要比纯前馈时小得多、复合控制时，扰动对输出的影响要比纯前馈时小得多 设设X(S)=0，专门讨论扰动，专门讨论扰动Z(S)对系统的影响。因为前馈控制对系统的影响。因为前馈控制 不可能完全补偿，即不可能完全补偿，即Y(S)的第二项不可能完全为零，令其为的第二项不可能完全为零，令其为(S)， 那么，纯前馈控制时：那么，纯前馈控制时： 1DZF YsWsWsW sz ssZ s 加入反馈后则：加入反馈后则： 1 1 T s YsZ s Ws W s 因为因为1+WT(S)W(S)1，所以：，所以： Y1(S)Y1(S) 能源与动力工程学院 4 4、前馈补偿对于系统的稳定性没有影响、前馈

11、补偿对于系统的稳定性没有影响 因为前馈无论加在什么位置，它都不构成回路，系统的输入因为前馈无论加在什么位置，它都不构成回路，系统的输入 输出传递函数的分母均保持不变，因而不会影响系统的稳定性。输出传递函数的分母均保持不变，因而不会影响系统的稳定性。 能源与动力工程学院 二二 给水控制系统简介给水控制系统简介 汽包锅炉给水自动控制的基本任务是使给水量适应锅炉蒸发汽包锅炉给水自动控制的基本任务是使给水量适应锅炉蒸发 量的变化，并且保证汽包水位处于设定的安全范围以内。汽包锅量的变化，并且保证汽包水位处于设定的安全范围以内。汽包锅 炉给水系统的结构图如下图所示：炉给水系统的结构图如下图所示： 汽包锅炉

12、给水系统结构图汽包锅炉给水系统结构图 1给水泵；给水泵；2高加；高加；3省煤器；省煤器；4汽包；汽包；5过热器过热器 （一）给水控制的任务（一）给水控制的任务 能源与动力工程学院 （二）（二） 给水调节对象的动态特性给水调节对象的动态特性 汽包锅炉给水调节对象的动态特性是指各种引起汽包水汽包锅炉给水调节对象的动态特性是指各种引起汽包水 位变化的原因与汽包水位变化之间的动态关系。下面重点分位变化的原因与汽包水位变化之间的动态关系。下面重点分 析析给水流量给水流量W、蒸汽流量蒸汽流量D和烟气热量三和烟气热量三种扰动下种扰动下汽包水位汽包水位 H 变化的动态特性：变化的动态特性： 1、给水流量、给水

13、流量W扰动扰动 下汽包水位变化的动下汽包水位变化的动 态特性态特性 在在给水流量给水流量 W产生产生阶跃扰动阶跃扰动 下，下，汽包汽包水位水位 H 变化的响应曲线变化的响应曲线 如右图所示：如右图所示： 给水流量扰动下汽包水位响应曲线给水流量扰动下汽包水位响应曲线 能源与动力工程学院 给水流量给水流量W产生产生阶跃扰动下，阶跃扰动下，汽包水位汽包水位 H 变化的动态特性可变化的动态特性可 用传递函数表示为：用传递函数表示为： 0 1(1) W Hs Ws Wsssss 式中：式中：迟延时间；迟延时间； 汽包水位反应速度，即给水量产生单位变化时汽包汽包水位反应速度，即给水量产生单位变化时汽包 水

14、位的变化速度；水位的变化速度； 给水流量给水流量W扰动下，汽包水位调节对象扰动下，汽包水位调节对象没有自平衡能力没有自平衡能力，但，但 是是具有一定的惯性和迟延具有一定的惯性和迟延，即给水流量，即给水流量W改变后不能立即引起改变后不能立即引起汽汽 包水位包水位 H 的变化。的变化。 有时用有时用汽包水位反应速度汽包水位反应速度的倒数的倒数Ta，即，即响应时间响应时间作为反映汽作为反映汽 包水位变化的参数，其定义为：包水位变化的参数，其定义为：当扰动量为当扰动量为100时，水位变化时，水位变化 100(跳炉所用的水位如跳炉所用的水位如220mm)所经过的时间所经过的时间。 能源与动力工程学院 2

15、、蒸汽流量、蒸汽流量D扰动下汽包水位变化的动态特性扰动下汽包水位变化的动态特性 在在蒸汽流量蒸汽流量D产生产生阶跃阶跃 扰动下，扰动下，汽包水位汽包水位 H 变化的变化的 响应曲线如右图所示：响应曲线如右图所示： 图中：图中：H1只考虑工质储量变化的汽包水位响应曲线；只考虑工质储量变化的汽包水位响应曲线； H2只考虑水面下汽泡容积变化的汽包水位响应曲线；只考虑水面下汽泡容积变化的汽包水位响应曲线； H 实际汽包水位响应曲线实际汽包水位响应曲线（ H H1 + H2 ）。）。 蒸汽流量扰动下汽包水位响应曲线蒸汽流量扰动下汽包水位响应曲线 在在蒸汽流量蒸汽流量D扰动下，扰动下， 汽包水位调节对象在

16、调节过汽包水位调节对象在调节过 程中出现程中出现“虚假水位虚假水位”现象，现象， 即即蒸汽流量蒸汽流量D 增大后增大后汽包水汽包水 位位 H 由于汽包压力突然下降由于汽包压力突然下降 先先暂时上升暂时上升，然后，然后逐渐下降逐渐下降。 能源与动力工程学院 在在蒸汽流量蒸汽流量 D产生产生阶跃扰动下，阶跃扰动下，汽包水位汽包水位 H 变化的动态特性变化的动态特性 可用传递函数表示为：可用传递函数表示为： 2 0 2 1 D HsK Ws D sT ss 式中：式中：T2响应曲线响应曲线 H2的时间常数，约的时间常数，约1020s； K2响应曲线响应曲线 H2的传递系数；的传递系数； 响应曲线响应

17、曲线 H1 的响应的响应速度。速度。 因此，汽包锅炉因此，汽包锅炉给水调节对象的动态特性给水调节对象的动态特性可总结为：可总结为：有惯性有惯性 有迟延，无自平衡能力，并且具有虚假水位现象有迟延，无自平衡能力，并且具有虚假水位现象。 能源与动力工程学院 3、炉膛热负荷扰动下汽包水位变化的动态特性、炉膛热负荷扰动下汽包水位变化的动态特性 燃料量增加时，蒸发强度燃料量增加时，蒸发强度 增大，增大，使汽水混和物中的汽泡使汽水混和物中的汽泡 容积增加，而且这种现象必然容积增加，而且这种现象必然 先于蒸发量增加之前发生，从先于蒸发量增加之前发生，从 而使汽包水位先上升，而使汽包水位先上升，当蒸发当蒸发 量

18、与燃烧量相适应时，水位便量与燃烧量相适应时，水位便 会迅速下降，这种水位先上升会迅速下降，这种水位先上升 后下降的现象比蒸汽量扰动时后下降的现象比蒸汽量扰动时 要小一些，但其持续时间却更要小一些，但其持续时间却更 长。长。 影响水位的因素除此之外，还有给水压力，汽包压力，汽轮机影响水位的因素除此之外，还有给水压力，汽包压力，汽轮机 调速汽门开度，二次风分配等。但这些均可用调速汽门开度，二次风分配等。但这些均可用W、D、Q的变化体的变化体 现出来。现出来。 能源与动力工程学院 （三）给水自动控制系统的基本要求（三）给水自动控制系统的基本要求 根据上述给水控制系统对象动态特性的分析，给水控制系统应

19、符根据上述给水控制系统对象动态特性的分析，给水控制系统应符 合以下基本要求：合以下基本要求： （2）由于对象在蒸汽量）由于对象在蒸汽量D 扰动下，水位阶跃反应曲线表现出扰动下，水位阶跃反应曲线表现出 “虚假水位虚假水位“现象，这种现象反应速度比内扰快，为了克服现象，这种现象反应速度比内扰快，为了克服”虚假虚假 水位水位“现象对控制的不利影响，应考虑引入蒸汽流量的补偿信号。现象对控制的不利影响，应考虑引入蒸汽流量的补偿信号。 （1）由于对象的内扰动态特性存在一定的迟延和惯性，应考虑）由于对象的内扰动态特性存在一定的迟延和惯性，应考虑 采用串级或其他控制方案。同时由于给水压力是有波动的，为了采用串

20、级或其他控制方案。同时由于给水压力是有波动的，为了 稳定给水量，也应考虑将给水量稳定给水量，也应考虑将给水量W信号作为反馈信号。信号作为反馈信号。 （3）给水控制系统的被调量）给水控制系统的被调量H必需采用反馈控制方案。必需采用反馈控制方案。 能源与动力工程学院 三三 单冲量给水控制系统单冲量给水控制系统 大机组采用单冲量系统的原因：在低负荷阶段：疏水、排污大机组采用单冲量系统的原因：在低负荷阶段：疏水、排污 等影响导致给水流量和蒸汽流量严重不平衡；测量误差大；虚假等影响导致给水流量和蒸汽流量严重不平衡；测量误差大；虚假 水位现象不明显。水位现象不明显。 此系统结构简单，适用于水容量大、飞升速

21、度小、负荷变化此系统结构简单，适用于水容量大、飞升速度小、负荷变化 也不大的小容量锅炉。也不大的小容量锅炉。 能源与动力工程学院 四四 单级三冲量给水控制系统单级三冲量给水控制系统 目前汽包锅炉给水自动调目前汽包锅炉给水自动调 节中普遍采用节中普遍采用三冲量三冲量给水自动给水自动 控制系统，调节器根据控制系统，调节器根据汽包水汽包水 位位H、蒸汽流量、蒸汽流量D和给水流量和给水流量W 三个信号的变化调节给水量，三个信号的变化调节给水量， 其系统结构图如右图所示：其系统结构图如右图所示： （一）系统分析 能源与动力工程学院 上图中上图中汽包水位汽包水位 H、蒸汽流量蒸汽流量D和和给水流量给水流量

22、W三个信号同三个信号同 时送到时送到PI调节器调节器，在静态时三个信号，在静态时三个信号VH、VD和和VW 与给定值信与给定值信 号号V0平衡，即：平衡，即： 0 0 DWH VVVV 上述静态平衡关系式意味着什么？上述静态平衡关系式意味着什么？ 思考：有思考：有PI调节器能否保证系统的稳态和消差。为什么？调节器能否保证系统的稳态和消差。为什么？ 一般选择一般选择VDVW ，则静态时则静态时汽包水位信号汽包水位信号VH 与与汽包水位汽包水位给给 定值信号定值信号V0 相等，从而使调节过程结束后的相等，从而使调节过程结束后的汽包水位汽包水位 H与与汽包水汽包水 位给定值位给定值H0相等。相等。

23、能源与动力工程学院 对应的汽包锅炉单级三冲量给水自动控制系统的原理方框图对应的汽包锅炉单级三冲量给水自动控制系统的原理方框图 如下图所示：如下图所示： 系统中未知参数系统中未知参数PI调节器参数，分压系数调节器参数，分压系数D、W。因此单级。因此单级 三冲量给水控制系统的整定即为确定上述三冲量给水控制系统的整定即为确定上述4个参数。个参数。 能源与动力工程学院 1、内回路的分析整定、内回路的分析整定 内回路原理方框图内回路原理方框图 在内回路中，可以把调节器以外的在内回路中，可以把调节器以外的执行机构执行机构、调节阀调节阀、变送变送 器器和和分压器分压器作为广义调节对象处理，则其动态特性近似为

24、作为广义调节对象处理，则其动态特性近似为比例环比例环 节节，因此，因此PI调节器的调节器的比例带比例带和和积分时间积分时间Ti 可以取较小值，通过可以取较小值，通过 试验法进行整定。当试验法进行整定。当给水流量分压系数给水流量分压系数W 改变后，只需相应改变改变后，只需相应改变 PI调节器的调节器的比例带比例带使使 保持不变，以保证内回路开环放大倍保持不变，以保证内回路开环放大倍 数不变。数不变。 W （二）单级三冲量给水控制系统的整定（二）单级三冲量给水控制系统的整定 能源与动力工程学院 2、主回路的分析整定、主回路的分析整定 在主回路中可以把内回路看作在主回路中可以把内回路看作快速随动系统

25、快速随动系统处理，即处理，即输入输入 信号信号V 改变时调节器可以迅速改变改变时调节器可以迅速改变给水流量给水流量W，使，使输入信号输入信号 V 与与反馈信号反馈信号VW 保持平衡，即：保持平衡，即： WWW VVW 1 WW W V 因此内回路可以简化为：因此内回路可以简化为： 能源与动力工程学院 主回路简化方框图主回路简化方框图 在此基础上可得主回路简化方框图：在此基础上可得主回路简化方框图： 根据主回路简化方框图，主回路的等效调节器可以看作根据主回路简化方框图，主回路的等效调节器可以看作比例比例 调节器调节器，其等效比例带为：，其等效比例带为： W WW 整定主回路时，以整定主回路时，以

26、给水流量给水流量W作为输入信号，作为输入信号，汽包水位反馈汽包水位反馈 信号信号IH作为输出信号，做阶跃扰动试验，在阶跃响应曲线上求得作为输出信号，做阶跃扰动试验，在阶跃响应曲线上求得 调节对象调节对象WOW(s)的的迟延时间迟延时间和和飞升速度飞升速度 ，建议采用以下公式建议采用以下公式 计算主回路参数：计算主回路参数： 能源与动力工程学院 W WW W W 增大增大给水流量分压系数给水流量分压系数W ，相当于增加主回路，相当于增加主回路等效比例调节等效比例调节 器器的的比例带比例带，使调节动作减慢，稳定性提高；但对于内回路，相，使调节动作减慢，稳定性提高；但对于内回路，相 当于增加了内回路

27、开环放大系数，使内回路稳定性下降。因此当当于增加了内回路开环放大系数，使内回路稳定性下降。因此当 增大增大给水流量分压系数给水流量分压系数W 以提高主回路稳定性时，必须相应增加以提高主回路稳定性时，必须相应增加 内回路内回路PI调节器的调节器的比例带比例带，以保持内回路的稳定。，以保持内回路的稳定。 能源与动力工程学院 3、前馈通道的分析整定、前馈通道的分析整定 在完成了内回路和主回路的整定后，三冲量给水自动控制系在完成了内回路和主回路的整定后，三冲量给水自动控制系 统简化方框图如下图所示统简化方框图如下图所示： 蒸汽流量前馈通道不在控制系统的闭环回路以内，因此不会蒸汽流量前馈通道不在控制系统

28、的闭环回路以内，因此不会 影响控制系统的稳定性。可以根据影响控制系统的稳定性。可以根据蒸汽流量蒸汽流量D扰动时使扰动时使汽包水位汽包水位 H不发生变化的原则确定不发生变化的原则确定蒸汽流量分压系数蒸汽流量分压系数D ： 能源与动力工程学院 此时此时蒸汽流量分压系数蒸汽流量分压系数D 是一个复杂的动态环节，在工程中是一个复杂的动态环节，在工程中 很难实现。实践证明很难实现。实践证明D只要满足比例特性，就可以保证在只要满足比例特性，就可以保证在蒸汽流蒸汽流 量量D变化时使变化时使汽包水位汽包水位 H 稳定在允许的范围内稳定在允许的范围内。通常采用。通常采用蒸汽流蒸汽流 量信号量信号VD与与给水流量

29、信号给水流量信号VW静态配合的原则确定静态配合的原则确定D ，即：，即： 根据以上原则可得：根据以上原则可得： 00 1 0 DDWD WW WsWs 因此可得因此可得蒸汽流量分压系数蒸汽流量分压系数D ： 0 0 D WW D DW Ws Ws DDWW WW DW D 能源与动力工程学院 系统组成：系统组成： l 内回路内回路 l 主回路主回路 l 前馈通道前馈通道 五五 串级三冲量给水自动控制系统串级三冲量给水自动控制系统 （一）系统分析（一）系统分析 对于迟延和惯性较大的汽包锅炉给水系统，采用串级三冲量对于迟延和惯性较大的汽包锅炉给水系统，采用串级三冲量 给水自动控制系统可以提高控制品

30、质，其系统结构图如下：给水自动控制系统可以提高控制品质，其系统结构图如下： 能源与动力工程学院 （二）系统整定（二）系统整定 u 内回路的分析整定内回路的分析整定 整定方法与前述单级三冲量给水自动控制系统相同整定方法与前述单级三冲量给水自动控制系统相同。 能源与动力工程学院 u 主回路的分析整定主回路的分析整定 在主回路中内回路是一个快速随动系统，简化方框图如下图在主回路中内回路是一个快速随动系统，简化方框图如下图 所示所示： 整定主回路时，以整定主回路时，以给水流量给水流量W作为输入信号，作为输入信号，汽包水位反馈汽包水位反馈 信号信号VH作为输出信号，做阶跃扰动试验，在阶跃响应曲线上求作为

31、输出信号，做阶跃扰动试验，在阶跃响应曲线上求 得得调节对象调节对象W0W(s)的的迟延时间迟延时间和和反应速度反应速度 ，建议采用以下公式建议采用以下公式 计算主回路比例积分调节器（计算主回路比例积分调节器（PI1）的参数：）的参数： 能源与动力工程学院 1 1 1.1 3.3 WW i T u 前馈通道的分析整定前馈通道的分析整定 在串级三冲量给水自动控制系统中，水位偏差由主回路中的在串级三冲量给水自动控制系统中，水位偏差由主回路中的 比例积分调节器（比例积分调节器（PI 1）进行校正，静态时不存在偏差。因此可）进行校正，静态时不存在偏差。因此可 以根据锅炉汽包中以根据锅炉汽包中“虚假水位虚

32、假水位”的影响程度，按下式选择合适的的影响程度，按下式选择合适的 蒸汽流量分压系数蒸汽流量分压系数D ： WW DW D KK 能源与动力工程学院 给定不同的给定不同的比例系数比例系数K（一般（一般K1）可以通过改变）可以通过改变蒸汽流量蒸汽流量 分压系数分压系数D的大小的大小调节前馈作用的强弱，以减小锅炉运行过程中调节前馈作用的强弱，以减小锅炉运行过程中 负荷变化时负荷变化时“虚假水位虚假水位”对汽包水位波动幅度的影响，缩短调节对汽包水位波动幅度的影响，缩短调节 过程时间，提高控制品质。过程时间，提高控制品质。 思考：在汽包锅炉中为何采用水 位进行给水控制？！ 在直流炉中该采用哪种信号？ 能

33、源与动力工程学院 六六 给水全程自动控制系统简介给水全程自动控制系统简介 （一）全程控制的概念（一）全程控制的概念 全程控制系统是指机组在启停过程和正常运行时均能实现自全程控制系统是指机组在启停过程和正常运行时均能实现自 动控制的系统。全程控制包括启停控制和正常运行工况下控制两动控制的系统。全程控制包括启停控制和正常运行工况下控制两 方面的内容。方面的内容。 （二）锅炉给水全程控制系统的特点（二）锅炉给水全程控制系统的特点 锅炉给水全程控制系统可以不需要运行人员参与而自动完成锅炉给水全程控制系统可以不需要运行人员参与而自动完成 锅炉启、停和正常运行工况下对给水热力系统中全部设备的自动锅炉启、停

34、和正常运行工况下对给水热力系统中全部设备的自动 控制，以保持汽包水位在设定的允许范围以内，汽包炉控制，以保持汽包水位在设定的允许范围以内，汽包炉给水系统给水系统 热力系统图热力系统图如下所示。其控制过程具有以下主要特点：如下所示。其控制过程具有以下主要特点： 能源与动力工程学院 汽包锅炉给水热力系统图汽包锅炉给水热力系统图 能源与动力工程学院 （1）锅炉从启动到正常运行的过程中，汽锅炉从启动到正常运行的过程中，汽水水参数和负荷在很大范参数和负荷在很大范 围内变化围内变化，因此需要对，因此需要对水位、流量水位、流量等测量信号自动进行等测量信号自动进行压力压力 和和温度温度的校正。的校正。 （2）

35、在给水全程控制系统中不仅要满足在给水全程控制系统中不仅要满足给水量控制给水量控制的要求，同时的要求，同时 还要保证还要保证变速变速给水泵工作在给水泵工作在安全工作区安全工作区内。内。 （3）由于锅炉给水调节对象的动态特性与负荷有关，在低负荷时由于锅炉给水调节对象的动态特性与负荷有关，在低负荷时 可以采用以汽包水位为反馈信号的可以采用以汽包水位为反馈信号的单回路控制系统单回路控制系统；在高负；在高负 荷时为克服荷时为克服“虚假水位虚假水位”需要采用需要采用三冲量控制系统三冲量控制系统，因此在，因此在 锅炉负荷变化时要保证两种控制系统之间的双向无扰切换。锅炉负荷变化时要保证两种控制系统之间的双向无

36、扰切换。 （4）在低负荷时采用在低负荷时采用改变阀门开度改变阀门开度来保持来保持保持保持水位水位，高负荷时用，高负荷时用 改变改变给水给水泵的转速泵的转速保持保持水位，因此水位，因此产生了阀门与产生了阀门与给水给水泵间的泵间的 过渡切换问题。过渡切换问题。 （5）给水全程控制给水全程控制系统要系统要适应机组适应机组定压运行定压运行和和滑压运行滑压运行工况，工况，以以 及机组的及机组的冷态启动冷态启动和和热态启动热态启动工况工况。 能源与动力工程学院 （三）测量信号的自动校正（三）测量信号的自动校正 在机组不同运行工况下在机组不同运行工况下汽水参数在很大范围内变化汽水参数在很大范围内变化，为了保

37、为了保 证证锅炉锅炉给水全程控制系统中给水全程控制系统中汽包汽包水位水位、给水流量给水流量和和蒸汽流量蒸汽流量测量测量 的准确性，需的准确性，需要要对对其其自动进行自动进行温度和压力温度和压力的的校正。校正。 1、汽包水位测量信号的自动校正、汽包水位测量信号的自动校正 汽包汽包中饱和水和饱和蒸汽中饱和水和饱和蒸汽的的 密度随压力变化，会影响密度随压力变化，会影响汽包水汽包水 位测量信号位测量信号H 的准确性，汽包水的准确性，汽包水 位测量系统如右图所示：位测量系统如右图所示： 能源与动力工程学院 由图可得：由图可得： 1 2 21 () Gs a pHLH pL ppp () () as Gs

38、 Lp H 上式中凝结水密度上式中凝结水密度a基本不变，而饱和水和饱和蒸基本不变，而饱和水和饱和蒸 汽密度汽密度G和和s均均为汽包压力的函数，即为汽包压力的函数，即： () () asab Gsbb fp fp () () ab bb fpLp H fp 能源与动力工程学院 根据上式可以设计汽包水位信号压力校正模块线路图，其中根据上式可以设计汽包水位信号压力校正模块线路图，其中 密度与汽包压力之间的函数曲线密度与汽包压力之间的函数曲线 fa(pb)和和 fb(pb)如下图所示：如下图所示： 汽包水位信号压力校正模块汽包水位信号压力校正模块密度与汽包压力函数曲线密度与汽包压力函数曲线 ab fp

39、 bb fp 能源与动力工程学院 2、给水流量信号的温度校正、给水流量信号的温度校正 由于给水流量信号随压力变化很小，因此对于由于给水流量信号随压力变化很小，因此对于给水流量测量给水流量测量 信号信号W只需采用温度校正，其校正模块线路图如下：只需采用温度校正，其校正模块线路图如下： 给水流量信号温度校正模块给水流量信号温度校正模块 能源与动力工程学院 3、蒸汽流量信号的压力、温度校正、蒸汽流量信号的压力、温度校正 当蒸汽的压力和温度偏离设计值时，蒸汽的密度变化很大，当蒸汽的压力和温度偏离设计值时，蒸汽的密度变化很大， 使测量信号产生较大误差，所以需要对使测量信号产生较大误差，所以需要对蒸汽流量

40、测量信号蒸汽流量测量信号D进行进行 压力和温度的校正，校正公式如下：压力和温度的校正，校正公式如下： 18.57 10.2 0.011.660.0561 p DKpKp p 根据上式可以设计蒸汽流量信号压力、温度校正模块线路图根据上式可以设计蒸汽流量信号压力、温度校正模块线路图 如下图所示：如下图所示： 能源与动力工程学院 蒸汽流量信号压力、温度校正模块蒸汽流量信号压力、温度校正模块 能源与动力工程学院 （四）变速给水泵的安全工作区（四）变速给水泵的安全工作区 目前在大型单元机组的给水系统中广泛采用变速给水泵来控目前在大型单元机组的给水系统中广泛采用变速给水泵来控 制给水流量。变速给水泵的安全

41、工作区可在泵的流量制给水流量。变速给水泵的安全工作区可在泵的流量压力特性压力特性 曲线上表示出来，如下图所示：曲线上表示出来，如下图所示： u在锅炉启动、停炉或低负在锅炉启动、停炉或低负 荷运行时，由于所需给水流荷运行时，由于所需给水流 量小，变速给水泵的工作点量小，变速给水泵的工作点 有可能处于有可能处于上限特性曲线之上限特性曲线之 外外。为防止出现这种情况，。为防止出现这种情况， 最有效的措施是设置最有效的措施是设置再循环再循环 管路管路，在低负荷时通过，在低负荷时通过再循再循 环环增加给水泵的流量。增加给水泵的流量。 能源与动力工程学院 u变速给水泵有最低转速变速给水泵有最低转速nmin的限制，当变速给水泵转速接近的限制，当变速给水泵转速接近nmin 时就不能以继续降低转速的方式调节给水流量，此时需用时就不能以继续降低转速的方式调节给水流量，此时需用改变改变 上水管路阻力上水管路阻力（即设置给水调节阀）的方式，使变速给水泵工（即设置给水调节阀）的方式，使变速给水泵工 作在安全区以内。作在安全区以内。 u变速给水泵下限特性决定了不同压力下泵的最大负荷能力。当变速给水泵下限特性决定了不同压力下泵的最大负荷能力。当 给水流量较大时，其工作点可能会移到下限特性曲线之外，此给水流量较大时，其工作点可