鍋爐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類(lèi)型

1、給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類(lèi)型 汽包鍋爐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有三種主要的類(lèi)型一 單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖76所示。（圖76）這種系統(tǒng)只依據(jù)汽包水位一個(gè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以稱為單沖量。實(shí)際的汽包水位信號(hào)與給定值的偏差信號(hào)輸入到比例積分調(diào)節(jié)器，如果存在偏差，調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)指令，通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)關(guān)改變給水量，直到汽包水位等于給定值為止。單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一種最基本、最簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對(duì)于一些低參數(shù)、小容量的汽包鍋爐，且對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的要求不高，這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)是適用的。單沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在的缺陷也是十分明顯的，主要是：1.不可能克服“虛假水位”現(xiàn)象造成的誤動(dòng)作。在蒸汽量D變化時(shí)（如增加），汽

2、包水位H一開(kāi)始反而上升，調(diào)節(jié)系統(tǒng)接受的是H上升的信號(hào)，所以調(diào)節(jié)系統(tǒng)使給水量W下降，這是一個(gè)誤動(dòng)作，其調(diào)節(jié)的結(jié)果將進(jìn)一步擴(kuò)大了汽包流入量與流出量之間的物質(zhì)不平衡，汽包水位H大幅度波動(dòng)，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。2.在給水流量W變化時(shí)，汽包水位H要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才能有所反應(yīng)，所以調(diào)節(jié)作用也必定滯后，調(diào)節(jié)的結(jié)果也會(huì)造成汽包水位H波動(dòng)較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。需要指出的是，單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方案除了適用于小型汽包鍋爐之外，對(duì)于大容量高參數(shù)汽包鍋爐在低負(fù)荷工況時(shí)也是被采用的（詳見(jiàn)本章第四節(jié)）。二單級(jí)三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)單級(jí)三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是目前普遍采用的一種基本調(diào)節(jié)方案，是典型的系統(tǒng)類(lèi)型，圖77所示的是系統(tǒng)

3、示意圖。（圖77）調(diào)節(jié)器依據(jù)汽包水位H、給水流量W和蒸汽流量D三個(gè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以稱為三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)中構(gòu)成有兩個(gè)閉合回路，汽包水位測(cè)量裝置、比例積分調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥門(mén)和被調(diào)對(duì)象構(gòu)成的閉合回路稱為主回路或外回路；給水流量測(cè)量裝置、比例積分調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥門(mén)和被調(diào)對(duì)象構(gòu)成的閉合回路稱為副回路或內(nèi)回路，所以系統(tǒng)也稱為單級(jí)三沖量雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。單級(jí)是相對(duì)于串級(jí)而言，它說(shuō)明在主回路中只有一個(gè)調(diào)節(jié)器。為了說(shuō)明單級(jí)三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理，我們采用電動(dòng)單元組合儀表實(shí)現(xiàn)給水自動(dòng)調(diào)節(jié)，如圖7-8所示。圖中蒸汽流量D和給水流量W通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件得到的差壓信號(hào)分別送至差壓變送器（DBC

4、）、開(kāi)方器（DJK）和分流器（DGF）線性轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，汽包水位H通過(guò)水位計(jì)得到的差壓信號(hào)送至差壓變送器（DBC）和阻尼器（DFZ）轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。其中，汽包水位信號(hào)H是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主信號(hào)，它和單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用原理一樣，汽包水位信號(hào)H上升時(shí)，調(diào)節(jié)作用使給水流量W減小，H下降時(shí)調(diào)節(jié)作用使W增加。蒸汽流量信號(hào)D是調(diào)節(jié)系統(tǒng)引入的前饋信號(hào)，當(dāng)蒸汽流量D改變時(shí)，調(diào)節(jié)作用使給水流量W同方向改變（D增加時(shí)W增加；D減少時(shí)W減少），所以這個(gè)前饋信號(hào)的引入可以有效地減少或消除“虛假水位”現(xiàn)象產(chǎn)生誤動(dòng)作帶來(lái)的影響。給水流量信號(hào)W作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反饋信號(hào)，當(dāng)給水流量W發(fā)生自發(fā)性擾動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)器立即動(dòng)作，使給水流

5、量在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)原有數(shù)值，汽包水位可基本不受其影響。由于在單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了前饋信號(hào)D和反饋信號(hào)W，使系統(tǒng)更有效地控制汽包水位的變化，提高了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。我們把圖7-8所示的系統(tǒng)示意圖相對(duì)應(yīng)地畫(huà)成系統(tǒng)方框圖，如圖7-9所示。 圖中更明顯地看出系統(tǒng)中存在內(nèi)、外兩個(gè)閉合回路。內(nèi)回路是由給水流量信號(hào)W信號(hào)局部反饋構(gòu)成，外回路是由汽包水位信號(hào)H反饋到系統(tǒng)調(diào)節(jié)器輸入端構(gòu)成的。蒸汽流量信號(hào)只是引入的前饋信號(hào)，在系統(tǒng)中該信號(hào)并沒(méi)有形成閉合回路，前饋調(diào)節(jié)不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在整定調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，只需要對(duì)兩個(gè)閉合回路進(jìn)行穩(wěn)定性的分析。整定的具體步驟和穩(wěn)定性分析如下：1內(nèi)回路的分析與整定內(nèi)回路的主要

6、任務(wù)是當(dāng)給水流量側(cè)產(chǎn)生自發(fā)性擾動(dòng)時(shí)，必須迅速的消除擾動(dòng)，使被調(diào)量（汽包水位H）基本不受到自發(fā)性擾動(dòng)的影響；當(dāng)內(nèi)回路外部發(fā)生擾動(dòng)汽包水位H 發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)回路要具有快速隨動(dòng)的特性，使給水流量W盡快地起到調(diào)節(jié)汽包水位的作用。內(nèi)回路的方框圖如圖7-10所示。 內(nèi)回路系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為（7-1）閉環(huán)系統(tǒng)的特性方程為（7-2）從（7-2）中可看出，內(nèi)回路系統(tǒng)是一階系統(tǒng)，從理論上說(shuō)，無(wú)論調(diào)節(jié)器整定參數(shù)和Ti如何選取,內(nèi)回路都不會(huì)發(fā)生振蕩,即和TI值可以選得很小。但是實(shí)際的系統(tǒng)和圖7-10所示的系統(tǒng)方框圖是有些區(qū)別，方框圖中各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)描述也是近似的，它忽略了一些非線性的因素，雖然這些非線性因素在一般情況

7、下可以不考慮，但是當(dāng)和Ti取值太小時(shí)，非線性因素就會(huì)突出，因此內(nèi)回路實(shí)質(zhì)上并不是一個(gè)理想的一階系統(tǒng)，盡管和Ti取值可以較小，但還是要受到限制的。在內(nèi)回路中有三個(gè)可以改變的參數(shù)，除了比例帶和積分時(shí)間Ti外，還有給水流量側(cè)的分流系數(shù)w，我們可以把w歸納到調(diào)節(jié)器中構(gòu)成一個(gè)等效調(diào)節(jié)器，等效調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 在整定內(nèi)回路時(shí)，我們對(duì)w任意選取一個(gè)數(shù)值（如：w =1），然后通過(guò)試驗(yàn)來(lái)改變和Ti的值，一般取Ti為5-10秒，再調(diào)整值直到滿意為止，所謂滿意就是把內(nèi)回路整定為一個(gè)能迅速消除自發(fā)性內(nèi)部擾動(dòng)的快速隨動(dòng)系統(tǒng)。需要指出的是整定得到的結(jié)果是Ti數(shù)值和/w的比值，整定時(shí)w只是一個(gè)任意選取的值，在整定外回路時(shí)

8、w是一個(gè)唯一的整定參數(shù)，一旦w有了確定的數(shù)值后，也要隨之改變，以保證/w比值不變（即：內(nèi)回路特性不因?yàn)閣的改變而改變）。通過(guò)上面對(duì)內(nèi)回路的分析可見(jiàn)，調(diào)節(jié)器參數(shù)可以設(shè)置得較小，使內(nèi)回路動(dòng)作速度很快，可視為快速隨動(dòng)系統(tǒng)，即： 內(nèi)回路的近似方框圖如圖7-11所示。2外回路的分析與整定我們把內(nèi)回路系統(tǒng)的近似方框圖代替到圖7-10中，并去除不影響調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的前饋信號(hào)通道，就得到外回路系統(tǒng)方框圖，如圖7-12所示圖中可見(jiàn)，外回路已可以看作是一個(gè)單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所以可以采用整定單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方法來(lái)整定外回路。內(nèi)回路在外回路中相當(dāng)于處在調(diào)節(jié)器的位置，因此，外回路調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： 外回路的調(diào)節(jié)器實(shí)際上

9、是一個(gè)比例調(diào)節(jié)器,它的等效比例帶為 可見(jiàn)，外回路的穩(wěn)定性只取決于比例帶*，因?yàn)?是一個(gè)確定的常數(shù)，所以外回路的穩(wěn)定性及其它性能完全由 來(lái)決定。整定外回路時(shí)，我們可以采用工程整定法來(lái)整定參數(shù)，得到 值。如果利用圖表法整定，首先通過(guò)試驗(yàn)獲得廣義被調(diào)對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線（廣義被調(diào)對(duì)象的輸入信號(hào)為給水流量W，輸出信號(hào)是水位側(cè)差壓變送器的輸出值）。根據(jù)本章第一節(jié)中介紹的方法求得和的數(shù)值，查圖表求取整定參數(shù)。 根據(jù)外回路整定得到的 值，可求出調(diào)節(jié)系統(tǒng)比例積分調(diào)節(jié)器中的比例帶值。在單級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，給水流量側(cè)的分流系數(shù)是 是一個(gè)非常重要的整定參數(shù)，因?yàn)?值的變化同時(shí)會(huì)影響到內(nèi)、外回路的穩(wěn)定性，而且影響

10、內(nèi)、外回路穩(wěn)定性能的趨勢(shì)是完全相反的。如：當(dāng) 值增加，它使內(nèi)回路的穩(wěn)定性降低，外回路的穩(wěn)定性卻提高。3蒸汽流量側(cè) 的選擇由于蒸汽流量是作為前饋信號(hào)引入系統(tǒng)的，該信號(hào)的強(qiáng)弱，即 的取值大小并不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以在選擇分流系數(shù) 的大小時(shí)可從提高其它性能指標(biāo)的角度出發(fā)。引入前饋信號(hào)我們主要是為了減小或消除“虛假水位”現(xiàn)象產(chǎn)生誤動(dòng)作帶來(lái)的不良影響的，如果設(shè)想當(dāng)蒸汽流量擾動(dòng)后，在前饋信號(hào)作用下使汽包水位基本不變，那么 的取值推導(dǎo)如下，我們將圖7-12的系統(tǒng)方框圖上添加前饋信號(hào)D的通道，如圖7-13所示。要使D擾動(dòng)后H不變，則有 從式中可見(jiàn)，這時(shí)的D不是一個(gè)簡(jiǎn)單的系數(shù)，而應(yīng)該是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。

11、其實(shí)這樣復(fù)雜的取值方法在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程也不是完全必要的，汽包水位在一定范圍內(nèi)波動(dòng)是允許的。在分析調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，還有一個(gè)重要的性能指標(biāo)靜態(tài)偏差和D的取值是密切相關(guān)的。調(diào)節(jié)器接受了四個(gè)信號(hào)，即：汽包水位H、給定值Ho、蒸汽流量D和給水流量W。要使靜態(tài)偏差為零，靜態(tài)時(shí)必須滿足ID=IW，即： 在正常運(yùn)行時(shí)，可認(rèn)為D=W，D=W，則有 D=w因此，為了克服靜態(tài)偏差，蒸汽流量側(cè)分流器的分流系數(shù)D必須等于給水流量側(cè)分流器的分流系數(shù)W。 三串級(jí)三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 通過(guò)分析單級(jí)三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以看到它存在著一些不足之處，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1分流系數(shù)W的數(shù)值同時(shí)影響到內(nèi)、外回路的穩(wěn)定性，在整定

12、參數(shù)時(shí)內(nèi)、外回路相互之間并不是獨(dú)立的，對(duì)整定工作帶來(lái)不便。 2前饋信號(hào)的引入能改善調(diào)節(jié)過(guò)程的調(diào)節(jié)品質(zhì)，克服“虛假水位”帶來(lái)不利的影響。但是為了實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)，必須使D等于W，因此前饋信號(hào)的強(qiáng)弱程度受到了限制，不能更好地改善調(diào)節(jié)過(guò)程的調(diào)節(jié)品質(zhì)。為了解決上述存在的問(wèn)題，可采用串級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)示意圖如圖7-14所示。圖中的汽包水位通道串接有兩個(gè)調(diào)節(jié)器，所以稱這種系統(tǒng)為串級(jí)系統(tǒng)，DTL1表示的是主調(diào)節(jié)器，一般采用比例積分調(diào)節(jié)器，DTL2表示的是副調(diào)節(jié)器，一般采用比例調(diào)節(jié)器。串級(jí)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有內(nèi)、外兩個(gè)閉合回路。內(nèi)回路的作用也是迅速消除自發(fā)性的內(nèi)部擾動(dòng)，在外回路中作為一個(gè)快速隨動(dòng)的環(huán)節(jié)

13、。系統(tǒng)方框圖如圖7-15所示。 串級(jí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)比單級(jí)系統(tǒng)更加靈活，克服靜態(tài)偏差完全由主調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)，分流系數(shù)D取值不必考慮靜態(tài)偏差的問(wèn)題，D值可取得大一些，以利于更好地改善調(diào)節(jié)過(guò)程的調(diào)節(jié)品質(zhì)。分流系數(shù)W取值影響內(nèi)回路的穩(wěn)定性，在外回路中，可通過(guò)主調(diào)節(jié)器的和Ti來(lái)整定，W的影響并不大，從而使內(nèi)、外回路互不影響。串級(jí)三沖量給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定步驟如下： 1內(nèi)回路整定 內(nèi)回路的整定目的是使內(nèi)回路具有快速隨動(dòng)的特性，以使內(nèi)回路能迅速消除自發(fā)性的內(nèi)部擾動(dòng)和快速及時(shí)地跟蹤蒸汽流量的變化。內(nèi)回路的方框圖和單級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的完全一樣，整定方法也是一樣的。 2外回路整定 外回路的方框圖如圖7-16所示。

14、 外回路是一個(gè)單回路系統(tǒng)，其等效調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 等效積分時(shí)間仍然是Ti，外回路整定可采用工程整法，如采用圖表整定法，查表可得到： 3蒸汽流量側(cè)D的選擇 由于串級(jí)系統(tǒng)中不再需要依靠D來(lái)克服靜態(tài)偏差，因此D的選擇完全可以從改善調(diào)節(jié)品質(zhì)的角度出發(fā)，D的值一般都大于W值，具體數(shù)值將根據(jù)鍋爐“虛假水位”的嚴(yán)重程度確定。 四采用變速泵的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng) 給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，汽包水位是通過(guò)給水流量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，而給水流量的大小有兩種調(diào)節(jié)方式，一種是節(jié)流調(diào)節(jié)，鍋爐采用的是定速電動(dòng)給水泵供水，給水流量的大小是通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)改變的；另一種是變速調(diào)節(jié)，鍋爐采用的是變速給水泵供水，給水流量的大小是通過(guò)調(diào)節(jié)給水泵

15、的轉(zhuǎn)速來(lái)改變的。很顯然采用變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)損失小、效率高，目前大型電站鍋爐廣泛采用變速調(diào)節(jié)方式的變速泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 1變速泵的類(lèi)型 變速泵有兩種類(lèi)型： （1）電動(dòng)調(diào)速泵。給水泵由定速的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，給水泵的轉(zhuǎn)速變化是通過(guò)定速電動(dòng)機(jī)和給水泵之間的液力聯(lián)軸器來(lái)改變，具體地說(shuō)是控制液力聯(lián)軸器中的油位高度去實(shí)現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的變化。 （2）汽動(dòng)調(diào)速泵。給水泵由專(zhuān)用的小型汽輪機(jī)拖動(dòng)，給水泵轉(zhuǎn)速是通過(guò)控制小型汽輪機(jī)的蒸汽量來(lái)改變的。 汽動(dòng)調(diào)速泵可直接采用蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能驅(qū)動(dòng)，所以汽動(dòng)調(diào)速泵的效率高，其缺點(diǎn)是在機(jī)組起?；虻拓?fù)荷運(yùn)行時(shí)不能投入正常運(yùn)行。電動(dòng)調(diào)速泵可在啟停過(guò)程或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)投入運(yùn)行，其缺點(diǎn)是利用了能源品位較高的電能，所以效率較低。因此，通常在設(shè)備配置上幾種不同類(lèi)型的給水泵可結(jié)合使用并合理調(diào)用，以保證機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 2變速泵的特性變速泵的特性曲線如圖7-17所示。變速泵運(yùn)行時(shí)，泵的工作點(diǎn)必須在落在安全工作區(qū)內(nèi)。安全工作區(qū)見(jiàn)圖7-17中被陰影線包圍的區(qū)域。當(dāng)給水泵轉(zhuǎn)速為n1，給水流量為Q1，泵的出口壓力為P1，工作點(diǎn)a這時(shí)落在安全工作區(qū)內(nèi)。假設(shè)鍋爐壓力下降，而轉(zhuǎn)速n1不變時(shí)，工作點(diǎn)a就移動(dòng)到C點(diǎn)，C點(diǎn)落到安全工作區(qū)外，調(diào)整工作點(diǎn)的方法是適當(dāng)關(guān)小調(diào)節(jié)閥門(mén)，使流量減小恢復(fù)到Q