汽包水位控制

1、 汽包鍋爐給水控制給水控制系統(tǒng)任務給水控制系統(tǒng)任務給水控制對象的動態(tài)特性給水控制對象的動態(tài)特性給水控制基本方案給水控制基本方案鍋爐給水全程控制系統(tǒng)實例鍋爐給水全程控制系統(tǒng)實例 鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務 使給水量適應鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包的水位使給水量適應鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包的水位 保持在一定范圍內(nèi)，即：保持在一定范圍內(nèi)，即：（1 1）維持汽包水位在一定的范圍內(nèi)。）維持汽包水位在一定的范圍內(nèi)。 （2 2）保持穩(wěn)定的給水量。）保持穩(wěn)定的給水量。汽包水位是汽包鍋爐運行中的一個重要的監(jiān)控參數(shù)，汽包水位是汽包鍋爐運行中的一個重要的監(jiān)控參數(shù)，它反映鍋爐蒸汽負荷與給水量之間的平衡關系。維持它反映鍋爐蒸汽負荷與給

2、水量之間的平衡關系。維持汽包水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐和汽輪機安全運行汽包水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐和汽輪機安全運行的必要條件。汽包水位過高會影響汽包內(nèi)汽水分離裝的必要條件。汽包水位過高會影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的工作，造成出口蒸汽水分過多，使過熱器結垢而置的工作，造成出口蒸汽水分過多，使過熱器結垢而燒壞，嚴重時會導致汽輪機進水；汽包水位過低，會燒壞，嚴重時會導致汽輪機進水；汽包水位過低，會破壞鍋爐的水循環(huán)，甚至引起爆管。破壞鍋爐的水循環(huán)，甚至引起爆管?，F(xiàn)在機組都是給水全程控制系統(tǒng)。所謂給水全程控制系現(xiàn)在機組都是給水全程控制系統(tǒng)。所謂給水全程控制系統(tǒng)，是指在機組啟停過程和正常運行時均能實現(xiàn)自動操

3、統(tǒng)，是指在機組啟停過程和正常運行時均能實現(xiàn)自動操作的控制系統(tǒng)。因為隨著發(fā)電機組容量的增大和參數(shù)的作的控制系統(tǒng)。因為隨著發(fā)電機組容量的增大和參數(shù)的不斷提高，機組的控制與運行管理變得越來越復雜和困不斷提高，機組的控制與運行管理變得越來越復雜和困難。尤其是當機組承擔變動負荷時，不僅用電負荷劇烈難。尤其是當機組承擔變動負荷時，不僅用電負荷劇烈變化，而且機組的啟停次數(shù)也增加了。機組在啟停過程變化，而且機組的啟停次數(shù)也增加了。機組在啟停過程中，需要監(jiān)視的參數(shù)多，而且操作控制的項目也大大增中，需要監(jiān)視的參數(shù)多，而且操作控制的項目也大大增加。這時，運行人員更需要各個自動化系統(tǒng)能發(fā)揮作用，加。這時，運行人員更需

4、要各個自動化系統(tǒng)能發(fā)揮作用，用以減輕運行人員的勞動強度，保證機組的安全運行。用以減輕運行人員的勞動強度，保證機組的安全運行。因此，現(xiàn)代大容量單元機組迫切需要在不同負荷和工況因此，現(xiàn)代大容量單元機組迫切需要在不同負荷和工況下都能起良好控制作用的自動控制系統(tǒng)，這就產(chǎn)生了全下都能起良好控制作用的自動控制系統(tǒng)，這就產(chǎn)生了全程控制系統(tǒng)。程控制系統(tǒng)。給水控制對象的動態(tài)特性因為給水溫度遠低于省煤器的溫度，即給水有一定的冷因為給水溫度遠低于省煤器的溫度，即給水有一定的冷卻度，水進入省煤器后，使一部分汽變成了水，特別是卻度，水進入省煤器后，使一部分汽變成了水，特別是沸騰式省煤器，給水減輕了省煤器內(nèi)的沸騰度，省煤

5、器沸騰式省煤器，給水減輕了省煤器內(nèi)的沸騰度，省煤器內(nèi)的汽泡總容積減少，因此，進入省煤器內(nèi)的水首先用內(nèi)的汽泡總容積減少，因此，進入省煤器內(nèi)的水首先用來填補省煤器中汽泡破滅容積減少而降低的水位，經(jīng)過來填補省煤器中汽泡破滅容積減少而降低的水位，經(jīng)過一段延遲甚至水位下降后，才能因給水量不斷從省煤器一段延遲甚至水位下降后，才能因給水量不斷從省煤器進入汽包而使水位上升。在此過程中，負荷還未發(fā)生變進入汽包而使水位上升。在此過程中，負荷還未發(fā)生變化，汽包中水仍然在蒸發(fā)，因此水位也有下降趨勢?；兴匀辉谡舭l(fā)，因此水位也有下降趨勢。沸騰式省煤器的延遲時間為100200s。非沸騰式省煤器的延遲時間為3010

6、0s。 q 蒸汽流量擾動下水位的動態(tài)特性原因是由于負荷增加時，在汽水循環(huán)回路中的蒸發(fā)強度也原因是由于負荷增加時，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，此時燃將成比例增加，水面下汽泡的容積增加得也很快，此時燃燒率燒率M M還來不及增加，汽包中水的體積增大而水位上升，還來不及增加，汽包中水的體積增大而水位上升，如圖中曲線如圖中曲線H H2 2( (t t) )所示。在開始的一段時間所示。在開始的一段時間H H2 2( (t t) )的作用大的作用大于于H H1 1( (t t) )。當過了一段時間后，即汽泡容積和負荷相適應當過了一段時間后，即汽泡容積和負荷相適應而

7、達到穩(wěn)定后，水位就要反映出物質(zhì)平衡關系而下降。而達到穩(wěn)定后，水位就要反映出物質(zhì)平衡關系而下降。 燃燒率增加時，鍋爐吸收更多的熱量，使蒸發(fā)強度增大，如燃燒率增加時，鍋爐吸收更多的熱量，使蒸發(fā)強度增大，如果不調(diào)節(jié)蒸汽閥門，由于鍋爐出口汽壓提高，蒸汽流量也增果不調(diào)節(jié)蒸汽閥門，由于鍋爐出口汽壓提高，蒸汽流量也增大，這時蒸發(fā)量大于給水量，水位應下降。但由于在熱負荷大，這時蒸發(fā)量大于給水量，水位應下降。但由于在熱負荷增加時蒸發(fā)強度的提高，使汽水混合物中的汽泡容積增加，增加時蒸發(fā)強度的提高，使汽水混合物中的汽泡容積增加，而且這種現(xiàn)象必然先于蒸發(fā)量增加之前發(fā)生，從而使汽包水而且這種現(xiàn)象必然先于蒸發(fā)量增加之前發(fā)

8、生，從而使汽包水位先上升，從而引起位先上升，從而引起“虛假水位虛假水位”現(xiàn)象。當蒸發(fā)量與燃燒量現(xiàn)象。當蒸發(fā)量與燃燒量相適應時，水位便會迅速下降，這種相適應時，水位便會迅速下降，這種“虛假水位虛假水位”現(xiàn)象比蒸現(xiàn)象比蒸汽量擾動要小一些，但其持續(xù)時間長。汽量擾動要小一些，但其持續(xù)時間長。 給水控制基本方案單沖量（反饋）： 小容量/大型超高壓（接近臨界壓力）鍋爐雙沖量（比值）： 1）物質(zhì)平衡（給水量耗汽量)：水位開環(huán)控制，故不單獨 使用 2）前饋+反饋：未考慮給水量對水位的影響，在中、小鍋 爐用三沖量 （反饋+比值） （前饋-反饋、反饋）-Ih-IhIh0Ih0單沖量調(diào)節(jié)時單沖量調(diào)節(jié)時: :汽包水位

9、測量值與汽包水汽包水位測量值與汽包水位設定值的偏差（定值減測量值，以形位設定值的偏差（定值減測量值，以形成調(diào)節(jié)器輸出的反作用）進入單沖量成調(diào)節(jié)器輸出的反作用）進入單沖量PIDPID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器，PIDPID輸出控制單臺運行泵輸出控制單臺運行泵的閥門的閥門開開度；度；但是，內(nèi)擾遲延大和外擾時但是，內(nèi)擾遲延大和外擾時“虛假水位虛假水位”明顯的水明顯的水位對象，該系統(tǒng)存在嚴重的不足，簡述如下：假設位對象，該系統(tǒng)存在嚴重的不足，簡述如下：假設某時刻發(fā)生了負荷擾動，蒸汽流量增加，蒸汽流量某時刻發(fā)生了負荷擾動，蒸汽流量增加，蒸汽流量大于給水流量，正確的控制作用應及時增加給水量。大于給水流量，正確的控制作

10、用應及時增加給水量。但是由于虛假水位的存在使水位不是下降，而是上但是由于虛假水位的存在使水位不是下降，而是上升！調(diào)節(jié)器輸入偏差小于升！調(diào)節(jié)器輸入偏差小于0 0，閥門開度減小，使本來，閥門開度減小，使本來已有的流量不平衡進一步擴大了。不難想象，虛假已有的流量不平衡進一步擴大了。不難想象，虛假水位后緊接著的是水位急劇下降，這就擴大了動態(tài)水位后緊接著的是水位急劇下降，這就擴大了動態(tài)偏差，延長了調(diào)節(jié)過程時間。另一方面，當水位下偏差，延長了調(diào)節(jié)過程時間。另一方面，當水位下降后，在控制作用下增加給水流量時降后，在控制作用下增加給水流量時由于給水內(nèi)擾通道有較大的遲延，調(diào)節(jié)效果不能及由于給水內(nèi)擾通道有較大的遲

11、延，調(diào)節(jié)效果不能及時反映出來。這就是說，即使給水流量增加大于蒸時反映出來。這就是說，即使給水流量增加大于蒸發(fā)量，被調(diào)量水位并不能馬上上升，調(diào)節(jié)器輸入偏發(fā)量，被調(diào)量水位并不能馬上上升，調(diào)節(jié)器輸入偏差持續(xù)大于差持續(xù)大于0 0。這可能使給水流量反過來遠大于蒸汽。這可能使給水流量反過來遠大于蒸汽流量，加劇了系統(tǒng)的振蕩，延長了調(diào)節(jié)過程時間，流量，加劇了系統(tǒng)的振蕩，延長了調(diào)節(jié)過程時間，甚至不能滿足生產(chǎn)過程的要求。所以，對大、中型甚至不能滿足生產(chǎn)過程的要求。所以，對大、中型鍋爐，不宜采用單沖量控制系統(tǒng)。鍋爐，不宜采用單沖量控制系統(tǒng)。單沖量控制系統(tǒng)結構簡單，可用于內(nèi)擾遲延小，外單沖量控制系統(tǒng)結構簡單，可用于內(nèi)

12、擾遲延小，外擾時虛假水位不嚴重的小鍋爐，也可用于大型機組擾時虛假水位不嚴重的小鍋爐，也可用于大型機組的低負荷階段的給水控制中。這是因為在低負荷階的低負荷階段的給水控制中。這是因為在低負荷階段由于鍋爐的疏水和排污等因素的影響，使給水流段由于鍋爐的疏水和排污等因素的影響，使給水流量和蒸汽流量存在著嚴重的不平衡，且流量太小，量和蒸汽流量存在著嚴重的不平衡，且流量太小，測量誤差較大測量誤差較大。 從圖中可以看出，調(diào)節(jié)器接受三個信號（從圖中可以看出，調(diào)節(jié)器接受三個信號（H H、WW、D D），其輸出通過執(zhí)行機構去控制給水量），其輸出通過執(zhí)行機構去控制給水量WW，其中，其中水水位位H H是主要控制信號，水

13、位高時應減少給水流量，水是主要控制信號，水位高時應減少給水流量，水位低時應增加給水流量。位低時應增加給水流量。蒸汽流量蒸汽流量D D和和給水流量給水流量WW的的變化是引起水位變化的主要原因（擾動信號），它變化是引起水位變化的主要原因（擾動信號），它們分別作為水位控制的前饋信號和反饋信號。當們分別作為水位控制的前饋信號和反饋信號。當D D改改變時，調(diào)節(jié)器變時，調(diào)節(jié)器PIPI動作。適當?shù)馗淖兘o水量動作。適當?shù)馗淖兘o水量WW，保證，保證D D和和WW比值不變；而當比值不變；而當WW自發(fā)地改變時，自發(fā)地改變時，PIPI也立即動作也立即動作使使WW恢復原來數(shù)值，有效地控制水位的變化。恢復原來數(shù)值，有效地

14、控制水位的變化。蒸汽流量蒸汽流量D D是為了克服虛假水位引起的調(diào)節(jié)器誤動作。是為了克服虛假水位引起的調(diào)節(jié)器誤動作。例如，當蒸汽流量例如，當蒸汽流量D D增加時，由于虛假水位的影響，增加時，由于虛假水位的影響，使水位上升，使水位上升，IhIh下降，這就是調(diào)節(jié)器輸入偏差變負，下降，這就是調(diào)節(jié)器輸入偏差變負，使給水量減少。但與此同時，加入調(diào)節(jié)器輸入端的使給水量減少。但與此同時，加入調(diào)節(jié)器輸入端的前饋信號前饋信號IDID也增加了。也增加了。IDID的作用是要增加給水流量。的作用是要增加給水流量。顯然，如果顯然，如果IDID整定的得當，就可抵消虛假水位的影整定的得當，就可抵消虛假水位的影響。響。給水流量

15、信號給水流量信號IWIW是為了克服給水流量的內(nèi)擾，及時是為了克服給水流量的內(nèi)擾，及時反映控制效果，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。例如，當某種原因反映控制效果，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。例如，當某種原因引起給水流量增加時，由于內(nèi)擾通道的遲延，水位引起給水流量增加時，由于內(nèi)擾通道的遲延，水位不能立即上升，但不能立即上升，但IWIW增加了，這就使調(diào)節(jié)器的輸入增加了，這就使調(diào)節(jié)器的輸入偏差變?yōu)樨撝担{(diào)節(jié)器的輸出使閥門開度減小，及偏差變?yōu)樨撝?，調(diào)節(jié)器的輸出使閥門開度減小，及時減少了給水流量，這就大大降低了給水流量內(nèi)擾時減少了給水流量，這就大大降低了給水流量內(nèi)擾對水位的影響。這個克服給水流量內(nèi)擾的控制過程對水位的影響。這個克服給水流

16、量內(nèi)擾的控制過程是在給水流量內(nèi)回路中進行。內(nèi)回路動作快，可以是在給水流量內(nèi)回路中進行。內(nèi)回路動作快，可以迅速消除內(nèi)擾。迅速消除內(nèi)擾。由于汽包水位信號形成的閉合回路是給水控制系統(tǒng)由于汽包水位信號形成的閉合回路是給水控制系統(tǒng)的主回路。無論內(nèi)擾還是外擾使汽包水位偏離給定的主回路。無論內(nèi)擾還是外擾使汽包水位偏離給定值時，改變給水流量，使水位朝著減小和消除被調(diào)值時，改變給水流量，使水位朝著減小和消除被調(diào)量偏差的方向變化，并最終使汽包水位等于給定值量偏差的方向變化，并最終使汽包水位等于給定值與單沖量控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)引入了用于克服虛與單沖量控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)引入了用于克服虛假水位的蒸汽流量信號假水位的

17、蒸汽流量信號IDID（前饋信號）和用于抑制（前饋信號）和用于抑制給水內(nèi)擾的給水流量信號給水內(nèi)擾的給水流量信號IWIW（局部反饋信號），所（局部反饋信號），所以稱為三沖量系統(tǒng)。當蒸汽流量改變時，通過前饋以稱為三沖量系統(tǒng)。當蒸汽流量改變時，通過前饋控制作用，可及時改變給水流量，力圖維持進出鍋控制作用，可及時改變給水流量，力圖維持進出鍋爐內(nèi)的物質(zhì)平衡，這有利于克服虛假水位現(xiàn)象；當爐內(nèi)的物質(zhì)平衡，這有利于克服虛假水位現(xiàn)象；當給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動時，通過局部反饋控制作給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動時，通過局部反饋控制作用，可抑制這種擾動對給水流量以及汽包水位的影用，可抑制這種擾動對給水流量以及汽包水位的影響，有利于減少汽包水位的波動。因此，三沖量給響，有利于減少汽包水位的波動。因此，三沖量給水控制系統(tǒng)在克服擾動、維持汽包水位穩(wěn)定和提高水控制系統(tǒng)在克服擾動、維持汽包水位穩(wěn)定和提高給水控制質(zhì)量方面優(yōu)于單沖量給水控制系統(tǒng)。給水控制質(zhì)量方面優(yōu)于單沖量給水控制系統(tǒng)。串級三沖量給水控制系統(tǒng)由主、副兩個調(diào)節(jié)器和三串級三沖量給水控制系統(tǒng)由主、副兩個調(diào)節(jié)器和三個沖量（汽包水位、蒸汽流量、給水流量）構成。個沖量（汽包水位、蒸汽流量、給水流量）構成。與單級