锅炉给水控制

（优选）锅炉给水控制第一页，共三十五页。锅炉给水控制系统的任务

任务:

使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包的水位保持在一定范围内，即：（1）维持汽包水位在一定的范围内。（2）保持稳定的给水量。汽包水位是汽包锅炉运行中的一个重要的监控参数，它反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。维持汽包水位在一定范围内是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高会影响汽包内汽水分离装置的工作，造成出口蒸汽水分过多，使过热器结垢而烧坏，严重时会导致汽轮机进水；汽包水位过低，会破坏锅炉的水循环，甚至引起爆管。第二页，共三十五页。现在机组都是给水全程控制系统。所谓给水全程控制系统，是指在机组启停过程和正常运行时均能实现自动操作的控制系统。因为随着发电机组容量的增大和参数的不断提高，机组的控制与运行管理变得越来越复杂和困难。尤其是当机组承担变动负荷时，不仅用电负荷剧烈变化，而且机组的启停次数也增加了。机组在启停过程中，需要监视的参数多，而且操作控制的项目也大大增加。这时，运行人员更需要各个自动化系统能发挥作用，用以减轻运行人员的劳动强度，保证机组的安全运行。因此，现代大容量单元机组迫切需要在不同负荷和工况下都能起良好控制作用的自动控制系统，这就产生了全程控制系统。第三页，共三十五页。给水控制对象的动态特性一、对象结构:第四页，共三十五页。二、影响因素：影响水位的因素主要有:

锅炉蒸发量（负荷D）

给水量W

炉膛热负荷（燃烧率M）

汽包压力Pb需要研究给水量扰动下水位变化的动态特性蒸汽流量扰动下水位的动态特性炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性第五页，共三十五页。给水量扰动下水位变化的动态特性非沸腾式沸腾式第六页，共三十五页。因为给水温度远低于省煤器的温度，即给水有一定的冷却度，水进入省煤器后，使一部分汽变成了水，特别是沸腾式省煤器，给水减轻了省煤器内的沸腾度，省煤器内的汽泡总容积减少，因此，进入省煤器内的水首先用来填补省煤器中汽泡破灭容积减少而降低的水位，经过一段延迟甚至水位下降后，才能因给水量不断从省煤器进入汽包而使水位上升。在此过程中，负荷还未发生变化，汽包中水仍然在蒸发，因此水位也有下降趋势。沸腾式省煤器的延迟时间为100～200s。非沸腾式省煤器的延迟时间为30～100s。第七页，共三十五页。蒸汽流量扰动下水位的动态特性第八页，共三十五页。注意：“虚假水位”现象原因是由于负荷增加时，在汽水循环回路中的蒸发强度也将成比例增加，水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃烧率M还来不及增加，汽包中水的体积增大而水位上升，如图中曲线H2(t)所示。在开始的一段时间H2(t)的作用大于H1(t)。当过了一段时间后，即汽泡容积和负荷相适应而达到稳定后，水位就要反映出物质平衡关系而下降。

第九页，共三十五页。

炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性第十页，共三十五页。燃烧率增加时，锅炉吸收更多的热量，使蒸发强度增大，如果不调节蒸汽阀门，由于锅炉出口汽压提高，蒸汽流量也增大，这时蒸发量大于给水量，水位应下降。但由于在热负荷增加时蒸发强度的提高，使汽水混合物中的汽泡容积增加，而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水位先上升，从而引起“虚假水位”现象。当蒸发量与燃烧量相适应时，水位便会迅速下降，这种“虚假水位”现象比蒸汽量扰动要小一些，但其持续时间长。

第十一页，共三十五页。给水控制基本方案单冲量（反馈）：小容量/大型超高压（接近临界压力）锅炉双冲量（比值）：1）物质平衡（给水量~耗汽量)：水位开环控制，故不单独使用2）前馈+反馈：未考虑给水量对水位的影响，在中、小锅炉用三冲量

（反馈+比值）（前馈-反馈、反馈）第十二页，共三十五页。单冲量给水控制系统-IhIh0第十三页，共三十五页。单冲量调节时:汽包水位测量值与汽包水位设定值的偏差（定值减测量值，以形成调节器输出的反作用）进入单冲量PID调节器，PID输出控制单台运行泵的勺管开度；第十四页，共三十五页。但是，内扰迟延大和外扰时“虚假水位”明显的水位对象，该系统存在严重的不足，简述如下：假设某时刻发生了负荷扰动，蒸汽流量增加，蒸汽流量大于给水流量，正确的控制作用应及时增加给水量。但是由于虚假水位的存在使水位不是下降，而是上升！调节器输入偏差小于0，阀门开度减小，使本来已有的流量不平衡进一步扩大了。不难想象，虚假水位后紧接着的是水位急剧下降，这就扩大了动态偏差，延长了调节过程时间。另一方面，当水位下降后，在控制作用下增加给水流量时第十五页，共三十五页。由于给水内扰通道有较大的迟延，调节效果不能及时反映出来。这就是说，即使给水流量增加大于蒸发量，被调量水位并不能马上上升，调节器输入偏差持续大于0。这可能使给水流量反过来远大于蒸汽流量，加剧了系统的振荡，延长了调节过程时间，甚至不能满足生产过程的要求。所以，对大、中型锅炉，不宜采用单冲量控制系统。第十六页，共三十五页。单冲量控制系统结构简单，可用于内扰迟延小，外扰时虚假水位不严重的小锅炉，也可用于大型机组的低负荷阶段的给水控制中。这是因为在低负荷阶段由于锅炉的疏水和排污等因素的影响，使给水流量和蒸汽流量存在着严重的不平衡，且流量太小，测量误差较大。同时，因汽包压力低虚假水位也不严重，不宜采用三冲量控制。第十七页，共三十五页。单级三冲量给水控制系统-蒸汽流量汽包水位给水流量第十八页，共三十五页。+-+-+

PID控制器接受三个信号：H,D,W第十九页，共三十五页。1．工作原理:

PID控制器接受三个信号：H,D,W

D信号主要作用：前馈信号，直接克服虚假水位的影响。W

信号主要作用：是反馈信号

克服因给水阀自发扰动对H(t)的影响，并保持W稳定

可以增强调节过程的稳定性（使阀门动作不过调）

H信号的主要作用：反馈信号,起校正作用，使汽包水位为给定值第二十页，共三十五页。从图中可以看出，调节器接受三个信号（H、W、D），其输出通过执行机构去控制给水量W，其中水位H是主要控制信号，水位高时应减少给水流量，水位低时应增加给水流量。蒸汽流量D和给水流量W的变化是引起水位变化的主要原因（扰动信号），它们分别作为水位控制的前馈信号和反馈信号。当D改变时，调节器PI动作。适当地改变给水量W，保证D和W比值不变；而当W自发地改变时，PI也立即动作使W恢复原来数值，有效地控制水位的变化。第二十一页，共三十五页。蒸汽流量D是为了克服虚假水位引起的调节器误动作。例如，当蒸汽流量D增加时，由于虚假水位的影响，使水位上升，Ih下降，这就是调节器输入偏差变负，使给水量减少。但与此同时，加入调节器输入端的前馈信号ID也增加了。ID的作用是要增加给水流量。显然，如果ID整定的得当，就可抵消虚假水位的影响。第二十二页，共三十五页。给水流量信号IW是为了克服给水流量的内扰，及时反映控制效果，改善调节品质。例如，当某种原因引起给水流量增加时，由于内扰通道的迟延，水位不能立即上升，但IW增加了，这就使调节器的输入偏差变为负值，调节器的输出使阀门开度减小，及时减少了给水流量，这就大大降低了给水流量内扰对水位的影响。这个克服给水流量内扰的控制过程是在给水流量内回路中进行。内回路动作快，可以迅速消除内扰。第二十三页，共三十五页。由于汽包水位信号形成的闭合回路是给水控制系统的主回路。无论内扰还是外扰使汽包水位偏离给定值时，改变给水流量，使水位朝着减小和消除被调量偏差的方向变化，并最终使汽包水位等于给定值第二十四页，共三十五页。与单冲量控制系统相比，该系统引入了用于克服虚假水位的蒸汽流量信号ID（前馈信号）和用于抑制给水内扰的给水流量信号IW（局部反馈信号），所以称为三冲量系统。当蒸汽流量改变时，通过前馈控制作用，可及时改变给水流量，力图维持进出锅炉内的物质平衡，这有利于克服虚假水位现象；当给水流量发生自发性扰动时，通过局部反馈控制作用，可抑制这种扰动对给水流量以及汽包水位的影响，有利于减少汽包水位的波动。因此，三冲量给水控制系统在克服扰动、维持汽包水位稳定和提高给水控制质量方面优于单冲量给水控制系统。第二十五页，共三十五页。串级三冲量给水控制系统-主调节器副调节器第二十六页，共三十五页。第二十七页，共三十五页。串级三冲量给水控制系统由主、副两个调节器和三个冲量（汽包水位、蒸汽流量、给水流量）构成。与单级三冲量相比，该系统多采用了一个调节器，两个调节器分工明确、串联工作。主调节器为水位调节器，它根据水位偏差产生给水流量给定值。副调节器为给水流量调节器，它根据给水流量偏差来控制给水流量，蒸汽流量信号作为前馈信号用来维持负荷变动时的物质平衡。由此构成一个前馈-反馈控制系统。第二十八页，共三十五页。与单冲量控制系统相比，该系统引入了用于克服虚假水位的蒸汽流量信号（前馈信号）和用于抑制给水内扰的给水流量信号（局部反馈信号），所以称为三冲量系统。当蒸汽流量改变时，通过前馈控制作用，可及时改变给水流量，力图维持进出锅炉内的物质平衡，这有利于克服虚假水位现象；当给水流量发生自发性扰动时，通过局部反馈控制作用，可抑制这种扰动对给水流量以及汽包水位的影响，有利于减少汽包水位的波动。因此，三冲量给水控制系统在克服扰动、维持汽包水位稳定和提高给水控制质量方面优于单冲量给水控制系统。第二十九页，共三十五页。与单冲量控制系统相比，该系统引入了用于克服虚假水位的蒸汽流量信号（前馈信号）和用于抑制给水内扰的给水流量信号（局部反馈信号），所以称为三冲量系统。当蒸汽流量改变时，通过前馈控制作用，可及时改变给水流量，力图维持进出锅炉内的物质平衡，这有利于克服虚假水位现象；例如，当蒸汽流量D增加时，由于虚假水位的影响，使水位上升，这就是调节器输入偏差变负，使给水量减少。但与此同时，加入调节器输入端的前馈信号也增加了,增加给水流量。显然，如果整定的得当，就可抵消虚假水位的影响。第三十页，共三十五页。内回路是由给水流量变送器、副调节器、执行机构组成的闭合回路，由于内回路不包括迟延较大的水位对象，副调节器的比例积分作用可整定的很强。例如，当某种原因引起给水流量增加时，由于内扰通道的迟延，水位不能立即上升，但调节器的输入偏差变为负值，调节器的输出使阀门开度减小，及时减少了给水流量，这就大大降低了给水流量内扰对水位的影响。这个克服给水流量内扰的控制过程是在给水流量内回路中进行。内回路动作快，可以迅速消除内扰。第三十一页，共三十五页。三冲量调节时：汽包水位测量值与汽包水位设定值的偏差（定值减测量值，形成主调的反作用）进入三冲量主调节器，其输出叠加上（由调节级压力经函数校正后得到的修正后的蒸汽流量，形成副调节器的设定值。副调的设定值与给水流量的偏差（定值减测量值，形成副调的反作用）进入副调节器，输出直接控制单台运行泵的勺管开度。即在主调输出提前加入蒸汽流量的变化，提高调节的快速性。第三十二页，共三十五页。锅炉给水全程控制系统实例给水全程自动控制在锅炉给水全过程中都实现自动控制，即能在控制设备正常的条件下，不需要操作人员的干涉，就能保持汽包水