锅炉水位控制

《锅炉水位控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锅炉水位控制（15页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、过程控制课程设计进水流量作前馈的锅炉液位控制系统锅炉液位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关 系。维持汽包水位是保持汽机和锅炉安全运行的重要条件。锅炉汽包水位过高，影响汽包内 汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽中水分过多，结果使过热器受热面结垢而导致过热 器烧坏，同时还会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水 位过低，则可能使锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁管供水不足而烧坏。随着锅炉参数的提 高和容量的扩大，对给水控制提出了更高的要求，其主要原因有：(1) 汽包的个数和体积减少，使汽包的蓄水量和蒸发面积减少，从而加快了汽包水位的变化

2、速度；(2) 锅炉容量的增大，显著地提高了锅炉蒸发受热面的热负荷，使锅炉负荷变化对水位的影 响加剧了：(3) 提高了锅炉的工作压力，使进水调节阀和进水管道系统相应复杂，调节阀的流量特性更 不易满足控制系统的要求。 由此可见，随着锅炉朝大容量、高参数发展，进水系统采用自动控制是必不可少的，它可以 大大减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行。对于大容量高参数锅炉，其进水控制 系统将是非常复杂而完善的。一、进水被控对象的动态特性分析被控对象的动态特性是设计和优化控制系统的前提和基础，锅炉内部的工质容积组成可 看作三部分，即蒸汽容积，蒸发面以下的蒸汽容积和水容积。在汽包中有水和蒸汽的两相物 质转换

3、，同时还要进行能量交换，因此可列出两组方程式，即物质平衡方程式和能量平衡方 程式，但主要还是从能量平衡方面进行分析给水被控对象的动态特性。单位时间内汽包内积 蓄的热量等于单位时间内输入的热量减去单位时间内的热量。综合物质平衡和能量平衡两方 面考虑，可以得到汽包压力的十分重要的动态方程式。1.1 汽包水位动态方程式锅炉汽包内部的工质容积组成，可以看作由三部分构成，即蒸汽容积V。蒸发面以下的蒸 汽容积V。和水容积VW。由于在汽包里要进行水和蒸汽两相物质的转换，同时还要进行能量 的交换，因此可列出两组方程式，即物质平衡方程式和热平衡方程式：dpT + KpP 二 K 口 k 口 k 口dt M M

4、D D w w(1-1)式中T时间常数，K 汽包压力放大系数；pK 燃料量放大系数；MKD蒸汽流量放大系数：K 给水流量放大系数。w 在此基础上，可求得汽包水位十分重要的动态方程式：d 2 hdhdudududpT T + T= (Twk卩)(Tm + K 卩)(T+ k卩)(T+ kp)1 2 dt 2 1 dt w dt w w M dt M M D dt D p dt p(1-2)式中T 给水流量项时间常数；wT 燃料量项的时间常数；MT 蒸汽流量项的时间常数；DT 一汽包压力项的时间常数：pK 、 K 、 K 各有关项的放大系数；pDMT 、 T 水位的时间常数。12通过计算和测试可知

5、，式(1-1)和式(1-2)中的时间常数 T 和 T ，的数值相差很大，大致相1差一个数量级，说明汽包对压力的反应比对水位的反应更快。这是汽包炉把给水和汽压控制 分为两个独立控制系统的原因。另外，在不同的工况下，式(1-1)和式(1-2)的时间常数和放 大系数也是不同的，即两式的系数是不一样的。这说明在不同的运行工况下(尤其对滑压运 行机组)被控对象的动态特性随负荷而变化，要求调节器有变参数自适应的能力。将式(1-2) 作拉氏变换，变成如图 1-1 的形式，可以看出汽包水位被控对象的扰动有四个来源：一是给 水方面的扰动，其中包括给水压力的变化和调书阀开度的变化，这个扰动来自给水管道和给 水泵；

6、二是蒸汽负荷的扰动，包括蒸汽管道阻力的变化和主蒸汽调节阀开度的变化，这个扰 动主要来自汽轮发电机组的功率变化；三是燃料量的变化，包括引起燃料发热量变化的种种 因素；四是汽包压力的变化，压力变化对汽包水位的影响是通过汽包内部汽水系统在压力升 高时的“自凝结”过程和压力降低时的“自蒸发”过程起作用的。根据对汽包水位的动态特 性的分析，可知在设计给水自动控制系统时如何考虑这些扰动因素，这便是设计给水自动控 制系统的主要根据。图 1-1 汽包水位各通道的示意图W (s)，W (s) ，W (s)，W ( s )一给水、蒸汽、燃料、汽压扰动对水位的传递函数w D M p1.2 汽包水位的阶跃响应试验曲线

7、从理论上已经分析了对汽包水位产生扰动的四个因素，其中以给水扰动、汽机负荷扰动和锅 炉热负荷扰动较为严重，下面通过实际测试，求出它们的阶跃响应曲线，以分析它们的动态 特性。1、给水量扰动下水位变化的动态特性给水量 w 的扰动是给水自动控制系统中影响汽包水位的主要扰动之一，因为它是来自控制侧 的扰动，又称内扰。在给水量扰动下水位变化的阶跃响应曲线如图 3 所示。图1-2给水扰动时的水位阶跃响应曲线图1-3给水扰动传递函数方框图图中H为不考虑水面下V变化的响应曲线，这个是由于水和汽的物质不平衡引起的。虚线 1sH 为给水过冷度所引起的水位变化曲线(即给水温度低于汽包内饱和水温度)，给水的过冷 2度越

8、大，H的变化幅度越大。H为水位受到给水量阶跃扰动后的实际响应曲线，可以认为2是由H和H的合成的。由H曲线可以清楚地看出给水被控对象内扰的特点是：给水扰动12刚刚加入时，由于给水的过冷度影响，水位 H 的变化很慢，经过一段时间之后其变化速度 才逐渐增加，最后变为按一定速度直线上升，这时就是物质不平衡在起主要作用了，如果给 水量和蒸汽量不能平衡，水位将不能稳定。由给水阶跃响应曲线可求出滞后时间T和响应时 间。延长H曲线的直线段与时间轴的交点A,与纵坐标的交点B,则OA=t、OB= ，t 的大小与省煤器的构造形式及锅炉容量的大小有关。对于沸腾式省煤器t =100 一 200S，对 于非沸腾式省煤器t

9、 =30 一 100S响应时间t =吐A WA HtA W水位在给水扰动情况下的传递函数可表示如下：1-3)H8W (s) = _h W S (1 +T S)给水扰动传递函数方框图如图 1-3所示，可近似认为是一个积分环节和一个惯性环节的并联 或串联的两种形式。2、蒸汽流量扰动下水位变化的动态特性 蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负荷变化，属于外部扰动，这是一个经常发生的扰动。 在蒸汽流量发生扰动的情况下，水位的阶跃响应曲线如图 1-4 所示。图 1-4 蒸汽流量扰动下水位的阶跃响应曲线图 图 1-5 蒸汽流量扰动下水位被控对象方框图H 一只考虑物质不平衡的水位响应曲线：1H 一只考虑蒸发面

10、下蒸汽容积 vs 变化的水位响应曲线；2H + H 一实际水位响应曲线12 当汽机的用汽量突然增加(假定锅炉供热量及时跟上)，锅炉的蒸发量大于给水量，从汽包的水量来看，水位变化应如图中H所示。但是当锅炉的蒸发量突然增加时，由于V的增加而 1s使水位变化曲线如图中的H所示，而实际显示出的水位响应曲线如H所示(H= H + H )。2 1 2 从图上可以看出，当锅炉负荷变化时，汽包水位的动态特性曲线如图1-4中H曲线所示。当 负荷增加时，虽然汽包的进水量小于蒸发量，但在一开始水位不仅不下降，反而迅速上升， 这种现象称为“虚假水位”这是由于负荷增加时水面下汽泡的容积Vs增加得很快。当汽泡 的容积己与

11、负荷相适应而达到稳定后，水位就主要随物质不平衡的关系的变化而下降。应当指出，当负荷突然改变时，Vs的改变而引起水位的改变是很快的，图1-5中H的时间常数2大约只有1020S。虚假水位变化的幅度与锅炉的汽压和蒸发量变化的大小有关，对于一般 100230t/h的中高压锅炉，当突然负荷变化10%时，虚假水位现象可使水位变化30 40mm。蒸汽流量扰动时，水位变化的动态特性的传递函数为式中T 一图5中H特性的时间常数，约为1020S：22K 一 H 特性的放大系数；22 一响应速度图 1-5 为蒸汽流量扰动下的水位被控对象方框图，可视为积分环节与惯性环节并联。图 1-4 所示的蒸汽流量扰动下水位阶跃响

12、应曲线只是定性地表明水位变化的特点，在实际进 行动态试验时是很难造成蒸汽流量的阶跃扰动的。如果只改变负荷设备的用汽量，就会引起 汽压的变化，汽压变化影响 Vs 变化，这时虚假水位现象就会更严重些。3锅炉热负荷扰动（燃料量 M 的扰动） 由前面式（12）分析可知，燃料扰动对于给水被控对象也是一种扰动因素。例如，燃料量 M 突然增加时，锅炉吸收更多的热量，蒸发强度增加。如果汽机的进汽量不加调节，则随着出 口压力的提高，蒸汽输出量亦将增加，此时蒸发量大于给水量，水位应该下降，但是由于汽 水容积中 Vs 体积增大，因此也出现虚假水位现象，水位先开始上升，过后才下降，阶跃响应曲线如图7所示。它和图5有些

13、相似，但水位上升较少，而滞后t较大，这是由于燃料M 增加使发热量增加的同时，汽压 P 也增加，使体积 Vs 增加较少，从而使水位上升较少，另一方面，由于蒸发量随燃料量的增加有惯性和时滞，如图7中虚线所示，这就导致t较大。M 从上述三种扰动下水位变化的动态特性可以看出给水控制的某些特点。当水位偏离给定值后 再调节给水量，则由于给水量改变后有一定的滞后时间（或惯性）才能影响到水位，即从给水 调节机构动作到汽包水位变化存在着一定的滞后，因此水位必然要有较大的变化，尤其是水 位响应速度快的锅炉，水位的偏差更大。在负荷变化时，由于产生“虚假水位”现象，水位 将迅速变化，这个水位暂时变化的幅度是不能靠控制

14、给水量来减少的。对于虚假水位严重的 锅炉，为了在负荷变化时水位不超出允许范围，必须限制负荷的一次突变量和变负荷的速度 （即要求主控制系统或汽轮机功率控制系统进行变负荷速度限制）。此外，由于影响汽包水位 的因素多，并且存在着“虚假水位”，如果只根据水位控制给水量，那么在负荷变化的开始 阶段“虚假水位”增加，给水量的变化将与负荷变化的方向相反，因而扩大了锅炉进出工质 的不平衡，这种情况在设计给水自动控制系统时是必须加以考虑的。图 1-6 燃料阶跃扰动 F 的水位响应曲线 应该指出，前述四种扰动在锅炉运行中都可能经常发生，但是由于控制通道在给水侧，故蒸 汽流量D、燃料量M和汽压P的扰动，习惯上都称为

15、外部扰动，它们只影响水位波动的幅度。 而给水量 w 是调节机构所改变的调节变量，给水量扰动在控制系统的闭合回路里产生，习惯 上称为内部扰动。因此汽包水位对于给水量扰动的动态参数(、t )是给水控制系统调节器 参数整定的依据，在选择调节器参数时，要根据和t来决定。另外由于蒸汽流量D和燃料 量 M 的变化也是经常产生的外部扰动，且是产生“虚假水位”的根源，所以在给水控制系统 罩常常引入D、M信号作为前馈信号，以改善外部扰动时的控制品质，这也就是目前大型锅 炉给水控制系统采用三冲量或多冲量的根本原因。二、给水控制系统2.1 基本思想 根据汽包锅炉给水控制对象动态特性的特点，可以提出给水控制系统的一些

16、基本思想：(1) 由于对象的内扰动态特性存在一定的延迟和惯性，所以给水控制系统若采用以水为被调 量的单回路系统，则控制过程中水位将出现较大的动态偏差，给水流量波动较大。因此，对 给水内扰动态特性延迟和惯性大的锅炉应采用串级或其它控制方案。(2) 由于对象在蒸汽负荷扰动(外扰)时，有“虚假液位”现象。因此给水控制采用以水位为 被调量的单回路系统，则在扰动的初始阶段。调节器将使给水流量向与负荷变化方向相反的 方向变化，从而扩大了锅炉进出流量的不平衡。所以在设计给水控制系统时，应考虑采用以 蒸汽流量为前馈信号的前馈控制，以改善给水控制系统的品质。2.2 单冲量、双冲量控制系统原理及分析1、单冲量控制

17、系统 单冲量水位控制系统是以汽包水位测量信号为唯一的控制信号，即水位测量信号经变送器送 到水位调节器，调节器根据汽包水位测量值与给定值的偏差去控制给水调节阀，改变给水量 以保持汽包水位在允许的范围内。单冲量水位控制系统是汽包水位自动控制系统中最简单、 最基本的一种形式。2、双冲量控制系统 双冲量控制系统是采用互补原理对假液位现象进行控制的。当出口蒸汽流量突然增大时，它 将使液位上升（假液位）。此时控制系统根据变化量大小，使给水量也增大一定数值，由于当 给水量突然增大时，将使汽包液位下降（假液位），这样经过叠加作用，将使汽包液位基本维 持不变，从而达到克服假液位的目的。锅炉汽包双冲量液位控制系统

18、是在单冲量液位控制的 基础上引入蒸汽流量作为前馈信号，能消除“虚假液位”对调节的不良影响，缩短了过渡过 程时间，改善控制系统的静特性，提高了调节质量。所以能在负荷变化较频繁的工况下比较 好的完成液位控制任务，在给水压力比较平稳时，用于小型低压锅炉较好。但是也存在着缺 点，即调节作用不能及时反映给水侧的扰动。当给水量扰动时，控制系统等于单冲量控制， 因此当给水母管压力经常有波动，给水调节阀前后压差不易保持萨常时，不宜采用双冲量控 制。2.3 三冲量控制系统原理及分析1、原理分析锅炉汽包三冲量液位控制系统是在双冲量液位控制基础上引入了给水流量信号，由水位、蒸 汽流量和给水流量组成了三冲量液控制系统

19、，在这个系统中，汽包水位是被控变量是主冲量 信号；蒸汽流量、给水流量是两个辅助冲量信号，实质上三冲量控制系统是前馈加反馈控制 系统，可分为单级和串级两种控制系统。当蒸汽流量增加时，调节器立即动作，相应地增加 给水流量，能有效地减小虚假液位所引起的调节器误动作。因为调节器输出的控制信号与蒸 汽流量信号的变化方向相同，所以主蒸汽流量信号为正极性。当给水流量发生自发性扰动时 （例如给水压力波动引起给水流量的波动），调节器也能立即动作，控制给水流量使给水流量 迅速恢复到原来的数值，从而使汽包水位基本不变。可见给水流量信号作为反馈信号，其主 要作用是快速消除来自给水侧的内部扰动，因此在调节器入口处，给水

20、流量信号为负极性。 当汽包水位增加时，为了维持水位，调节器的正确操作应使给水流量减小，反之亦然，即调 节器操作给水流量的方向与水位信号的变化方向相反，因此调节器入口处水位信号应定义为 负极性。但由于汽包锅炉的水位测量装置一平衡器本身已具有反 号的特性，所以进入调节器的水位变送器信号应为正。2、单级三冲量给水控制系统的分析和整定 单级三冲量给水控制系统自控原理框图如单级三冲量给水控制系统自控原理框图 2-1所示， 从方框图的结构中可以看出，这个系统由两个闭合的反馈回路及前馈部分组成：由 PI 调节器、执行机构（Kz）、调节阀（KU）、给水流量测量装置（丫）和分流器& ）组成的内回路（或ww称副回

21、路）：由调节对象G（s）、水位测量装置（丫 ）和内回路组成的外回路（或称主回HW H路）；由蒸汽流量信号D及蒸汽流量测量装置（丫八）、分流系数a构成的前馈调节部分。DD图 2-1 单级三冲量给水自动控制原理框图W 一给水流量扰动：1W 一调节阀对给水量的调节作用；2W 一给水流量；D 一蒸汽流量；W (s) 一蒸汽流量扰动下的水位变化的传递函数；HDW (s) 一给水流量扰动下的水位变化的传递函数；HWY Y Y 水位、给水流量、蒸汽流量测量变送器的斜率；H w Da a 一蒸汽流量信号和给水流量信号的灵敏度：Dwk 一执行器的比例系数；zk 一调节阀的放大系数。(1) 内回路的分析和整定内回

22、路方框图如图 2-2所示，可以把内回路作为一般的单回路系统进行分析。应将副回路处 理为具有近似比例特性的快速随动系统，以使副回路具有快速消除内扰及快速跟踪蒸汽流量 的能力。如果把调节器以外的环节等效地看作被控对象，那么被控对象动态特性近似为比例 环节。(因为执行器，调节阀，变送设备和给水流量反馈装置都可以近似认为是比例环节)。因此调节器的比例带S和积分时间T可以取的很小。S和T的数值可以用试探的方法决定ii以保证内回路不振荡为原则，一般T100s。在试探时，给水流量反馈装置的传递系数(给i水流量信号的灵敏度)a可任意设定一个数值，得到满意的值5，如果以后a有必要改ww变，则相应地改变值5，使a

23、 /5保持试探时的值，以保证内回路的开环放大倍数不变，w保证内回路的稳定性。图2-2单级三冲量给水系统的内回路方框图(2) 主回路的分析和整定在内回路经过正确整定之后，其控制过程是非常快的。这主要因为调节器为比例积分特性，5和T又设置的非常小，所以它能迅速动作。当外来控制信号V改变时。调节器几乎立即i成比例地改变给水流量w,使V= V，即V= a y或w / v=l / a y，因此主回路等效图w w w w w如图2-3图 2-3 单级三冲量给水控制系统的主回路等效图根据以上的分析，在接定主回路时，应用试验方法求得到对象的阶跃响应曲线。对象的输入信号为给水流量变化W,输出信号为水位测量变送单

24、元的输出5 ，从阶跃响应曲线上求得H延迟时间T和响应速度，据响应曲线法可得下述计算公式：5 = T(2-1 )则a y = ex(2-2)ww或a = ex;y(2-3)由此可见，当变送器的斜率已经确定后，增大给水量的灵敏度a，等于增加主回路调节器w 的比例带，因而使给水流量动作缓慢，增加主回路的稳定性(减小主回路的振荡)。但是对内 回路来说，增加a就增加了内回路的开环放大倍数，因而增加了内回路振荡的倾向，因此w由于提高主回路的稳定性而增加时a，必须相应地增加调节器的比例带6，以保证内回路w的稳定性。(3) 前馈通道的分析和整定对于图 2-1所示的单级三冲量给水控制系统，当反馈回路经过正确整定

25、，确定了给水流量反馈装置的传递系数a及调节器参数6和T的数值后，系统的方框图就可以图2-4来表示。wi蒸汽流量前馈(y ，a )不在控制系统反馈回路之内，因此，它们的动态特性及取值大小DD不会影响控制系统的稳定性，故可以根据蒸汽流量D扰动时水位H不发生变化的原则来确定 前馈环节的参数。由a X(1/y a )W (s) + W (s) =0(24)DW WOWOD得a (s) = -y a /y X( W (s) / W (s) (2-5)DW W DODOW由此可见，前馈环节不是一个简单的比例环节，而是一个复杂的动态环节，要从物理上实现 式(25)所表征的动态特性在技术上也是困难的。但是由于

26、控制系统中已有了反馈控制，而 且容许汽包水位在一定范围内变化，因此蒸汽流量前馈环节的传递函数可以取比较简单的近 似形式，以便于实现。实践证明，前馈环节只要取用比例特性，就能使在负荷变化时的水位 保持在允许范围内，通常都用蒸汽流量信号和给水流量信号静态配合原则选择a。DW图 2-4 简化的三冲量给水控制系统方框图 如果要求在不同负荷时，水位的稳定值不变，则：a y =y y(26)D D W W一般蒸汽流量变送设备的斜率y等于给水流量变送设备的斜率y ，则(2 7)DWa =aDW即蒸汽流量前馈装置的传递系数(蒸汽流量信号的灵敏度) a 等于给水流量反馈装置的传D递系数a 。W3、串级三冲量给水

27、控制系统的分析和整定串级三冲量给水控制系统的控制原理如图 2-5所示，整个系统由两个闭和回路和前馈部分组成的：由给水流量W，给水流量变送器丫 。给水流量反馈装置a 。副调节器P12,执行 ww器k和调节阀k组成副回路；由被控对象W (s)，水位测量变送器y ，主调节器PI12卩omH和副回路组成主回路；由蒸汽流量信号D，以及蒸汽流量变送器y及蒸汽流量前馈装置aDD构成前馈控制部分。图 2-5 串级三冲量给水控制系统自控原理框图(1) 副回路的分析和整定根据串级控制系统的分析整定方法，应将副回路处理为具有近似比例特性快速随动系统，以 使副回路具有快速消除内扰及快速跟踪蒸汽流量的能力。图2-5中所

28、示副回路与图2-2所示的内回路完全相似，其分析整定原则完全相同。即用试探的方法选择副调节器的比例带8，2以保证内回路不振荡为原则，在试探时，给水流量反馈装置的传递函数a可任意设置一个W数值，得到满意的8值，如果a以后有必要改变，则应相应地改变8值，使a /8保2W2W 2持试探时的值，以保证内回路的稳定性。(2) 主回路的分析和整定 在主回路中，如果把副回路近似看作比例环节，则主回路的等效方框图如图 2-6所示。这时， 主回路的等效为一个单回路控制系统。如果以给水流量w作为被控对象的输入信号，则可以 把 PIl 调节器与副回路两者看作为等效主调节器，它的传递函数为：W (s) = 1/Y a

29、(1/8 )(1 + 1/T )(2 一 8)T1 w w 1 I 1 所以等效主调节器仍然是比例积分调节器，等效的比例带为8* = 8ya(2 一 9)1 L W W式中， 8 一主调节器 PII 的比例带。L等效主调节器的积分时间T *就是PIl调节器的积分时间T。i1i 1主回路仍按单回路系统的整定方法整定，如通过试验方法求取主回路被 控对象的阶跃响应曲线，并由曲线上求得延迟时间T和响应速度 ,在按曲线整定法中给出 的公式计算等效主调节器的整定参数为8 * = 1 .1st (2 一 10)T * = 3.3t (211)iL则 P11 调节器的参数为8 =8 */Y a =1.1t /

30、Y a(212)1 1 W W W WT =T *=3.3t (213)i1i1图 2-6 串级三冲量给水控制系统的主同路等效图 通过对串机级三冲量给水控制系统的分析，可以看出串级系统的主，副回路的工作可以认为 基本上是各自独立的。给水流量W,给水流量反馈装置的传递系数a。虽然也同时对主，副 回路的工作产生影响，但它们在系统中的作用却比在单级系统中小得多。在单级三冲量控制系统中，主回路的等效调节器比例带8 * = Y a ，可以通过改变a来调整8 *，但a的W W W W 选择还必须同时兼顾内回路的稳定性。 串级三冲量系统中的等效主调节器的比例带8 * = 8 Y a ，可以改变 P11 调节

31、器的比例带8 来调整8 * ，因此，调整8 * 并不会影1 1 W W 1 1 1响到副回路的工作稳定性，从而做到主、副回路互不影响，即副回路的稳定性由改变a来W保证。主回路的稳定性由改变8 来保证。1(3) 蒸汽流量前馈装置的传递函数a的选择f在串级三冲量给水控制系统中，水位偏差完全由主调节器来校证，使静态水位值总是等于给 定值。因此，就不要求送到副调节器的蒸汽流量信号V等于给水流量信号V，所以前馈fW装置的传递函数a的选择将不受静态特性无差条件的限制。而可根据锅炉“虚假水位”的 f严重程度来确定，从而改善负荷扰动时控制过程的质量。一般使蒸汽流量信号大于给水流量 信号，即a y = Ky a

32、 Kl（2一14）f f W W如果给水流量变送器和蒸汽流量变送器的斜率相等，则a = KaKl（2一15）fW由于在负荷扰动时，水位的最大偏差（第一个波幅）往往出现在扰动发生后不久（虚假水位现 象造成），这个水位最大偏差的数值决定于扰动的大小，扰动的速度和锅炉的特性，蒸汽流 量信号加强后的控制作用对水位的最大偏差起不了多大作用。加强蒸汽流量信号的作用在于 减少控制过程中第一个波幅以后的水位波动幅度和缩短控制时间，因此蒸汽流量信号也不需 过分加强（一般可取 K=2） 。三、汽包给水控制系统的比较1、单冲量给水控制系统 单冲量汽包水位控制系统的优点是：系统结构简单，对锅炉汽包容量比较大，汽包水位

33、受到 扰动后的反应速度比较慢，“虚假水位”现象不很严重的锅炉，采用单冲量水位控制是能满 足生产要求的。单冲量汽包水位控制存在着一些缺点，主要有：（1）单冲量控制方案只根据水位信号控制给水量，在锅炉负荷变化大，即阶跃扰动很大时， 由于锅炉的“虚假水位”现象，例如负荷蒸汽增加时，水位一开始先上升，调节器只根据水 位作为控制信号，就去关小阀门减少给水量，这个动作对锅炉流量平衡是错误的，从而在过 程一开始就扩大了蒸汽流量和给水流量的波动幅度，扩大了进出流量的不平衡。（2）从给水扰动下水位变化的动态特性可以看出，由于给水压力变化等原因造成给水量变化 时，调节器要等到水位变化后才开始动作，而在调节器动作后

34、又要经过一段滞后时间才能对 汽包水位发生影响，因此必将导致汽包水位波动幅度大，过程时间长。由于单冲量控制系统 存在这些缺点，对于“虚假水位”现象严重及水位反应速度快的锅炉，为了改善系统品质， 满足运行的需要，常采双冲量和三冲量给水控制系统。2、双冲量给水控制系统 锅炉汽包双冲量液位控制系统是在单冲量液位控制的基础上引入蒸汽流量作为前馈信号，能 消除“虚假液位”对调节的不良影响，缩短了过渡过程时问，改善控制系统的静特性，提高 了调节质量。所以能在负荷变化较频繁的工况下比较好的完成液位控制任务，在给水压力比 较平稳时，用于小型低压锅炉较好。但是也存在着缺点，即调节作用不能及时反映给水侧的 扰动。当

35、给水量扰动时，控制系统等于单冲量控制，因此当给水母管压力经常有波动，给水 调节阀前后压差不易保持正常时，不宜采用双冲量控制。3、三冲量给水控制系统 锅炉的给水量在生产运行中经常会有自发性变化，当几台锅炉并列运行时，还可能发生几台 锅炉的汽包水位控制互相干扰的现象。当一台锅炉负荷和给水量改变时，引起给水母管压力 波动，而使其他锅炉的给水量受到扰动。在双冲量水位控制中，对于给水量这种自发性变化 不能及时反映出来，要经过一定的延迟时间之后，给水量的扰动才能通过汽包水位的变化而 被发觉，此后存克服扰动时，几台锅炉的水位控制又互相影响，使得控制过程非常复杂。三 冲量汽包给水控制系统，采用蒸汽流量信号对给

36、水流量进行前馈控制，当蒸汽负荷突然发生 变化，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向移动，即蒸汽流量增加，给水调节阀 开大，抵消了由于“虚假水位”引起的反向动作，因而减小了水位和给水流量的波动幅度。 当水压干扰使给水流量改变时，调节器能迅速消除干扰。如给水流量减少，调节器立即根据 给水流量减少的信号，开大给水阀门，使给水量保持不变。另外，给水流量信号也是调节器 动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，所以三冲量给水控制系统，调节器动 作快，还可避免调节过头，减少波动和失控。这样，汽包水位就很少受到影响。图 3.1 单级三冲量给水控制原理结构图图 3.2 串级三冲置给水控制原理结构图

37、 串级三冲量给水控制系统（图 3-1）与单级三冲量给水控制系统（图 3-2）相比较，串级控制系 统是由两个调节器组成，主调节器PIl采用比例积分控制规律，以保证水位无静态偏差。主 调节器的输出信号和给水流量，蒸汽流量都作用到副调节器P12上。在一般的情况下，副调 节器可采用比例调节器，以保证副回路的快速性。串级系统主副调节器的任务不同，副调节 器的任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性扰动以及当蒸汽负荷改 变时迅速调节给水流量，以保证给水流量和蒸汽流量的平衡；主调节器的任务是校正水位偏 差。这样，当负荷变化时水位稳定值是靠主调节器 PIl 来维持的，并不要求进入副调节器 的蒸汽

38、流量信号的作用强度按所谓的“静态配比”来进行整定。恰恰相反，在这旱可以根据 对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，从而改变负荷扰动 下的水位控制品质。由此可见，串级三冲量系统比单级三冲量的工作更合理，控制品质要好 一些。通过对各给水控制系统的分析比较，可确定采用三冲量给水控制系统。四、小结本章研究了锅炉给水控制系统。对给水工艺过程进行了简单介绍，分析了给水控制的必要性 和虚假液位的成因。提出了控制的基本要求，并对单冲量、双冲量、单级三冲量和串级三冲 量控制系统的原理及具体回路的实现进行了介绍，并分析了他们各自的优缺点，经过分析比 较，最终采用三冲量给水控制系统实现锅炉给水的自动控制。