锅炉给水控制课件.ppt

4 汽 包 锅 炉 给 水 控 制给 水 控 制 系 统 任 务给 水 控 制 对 象 的 动 态 特 性给 水 控 制 基 本 方 案锅 炉 给 水 全 程 控 制 系 统 实 例 锅 炉 给 水 控 制 系 统 的 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 。 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 。 给 水 控 制 对 象 的 动 态 特 性 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 。)1(1)( )( sTssTTssW sH sessW sH )( )( 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。 q 蒸 汽 流 量 扰 动 下 水 位 的 动 态 特 性 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 。 22( )( ) (1 )H s kD s T s s 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 。 ssTKsM sH 3331)( )( 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 ） -IhIh0 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 ； 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 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 。 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 。 蒸汽流量汽包水位给水流量 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 。 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 。 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 。 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 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 。 主调节器副调节器 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 。 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 。 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 。 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 。 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。 锅 炉 给 水 全 程 控 制 系 统 实 例 水 位 调 节 系 统 采 用 全 程 给 水 控 制 ， 即 传 统 的 三 冲 量调 节 方 式 （ 调 节 系 统 采 用 了 汽 包 水 位 、 蒸 汽 流 量 、给 水 流 量 三 个 信 号 ） 和 单 冲 量 调 节 方 式 （ 调 节 系 统只 接 收 汽 包 水 位 信 号 ） 。 调 节 系 统 改 变 给 水 泵 勺 管执 行 机 构 的 开 度 。 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 ； 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 。