第07章 汽包锅炉给水自动调节系统

能力特性。
G01(s)
ε s(τs 1)
式中：τ──迟延时间 s；
ε──飞升速度
；
或给水流量W产生阶跃扰动下，汽包水位H 变化的动态特性 可用传递函数表示为：
W0W
s
H W
s s
s
1
n
s
n
式中：τ——迟延时间；
ε——汽包水位反应速度，即给水量产生单位变化时汽包
水位的变化速度；
n ——汽包锅炉给水调节对象的阶次。
yS
1
WT S WD S WT S WD S
xS
1
WDz S WT S WD
S
zS
由 于 WDZ（S）≠0， 因 此 扰 动 对 系 统 输 出 是 有 影 响 的 。
2、复合控制系统补偿控制的控制规律不仅与对象控制通道 和 干 扰 通 道 有 关 ，还 与 反 馈 调 节 器 的 位 置 有 关 。
2
3
5
D
4
蒸汽
1
给水 W
汽包锅炉给水系统结构图 1—给水泵；2—高加；3—省煤器；4—汽包；5—过热器
第一节 被调对象的动态特性 The Dynamic Characteristics of
Controlled Object
∙掌握被调对象的动态特性是设计和整 定好自动调节系统的前提。
∙ 给水自动调节系统被调对象的示意图:
第七章 汽包锅炉给水自动调节系统 The Feedwater Control System
第一节 被调对象的动态特性 第二节 给水调节系统的类型 第三节 给水调节系统实例
一.汽包水位测量的重要性
蒸汽带水、含盐量增加
锅炉
过热器
过热器结垢
形成水冲击 汽轮机
水 冷 壁 燃料 空气 灰斗
再热器
汽包
水位过高 省煤器
∙ 被调量Ｈ变化的主要原因： （１）给水量Ｗ； （２）蒸汽量Ｄ； （３）锅炉燃烧率。
汽包水位(steam drum level)变化原因示意图
汽包锅炉给水调节对象的动态特性是指
各种引起汽包水位变化的原因与汽包水位 变化之间的动态关系。下面重点分析给水
流量W和蒸汽流量D两种扰动下汽包水位 H
变化的动态特性：
爆管
行，导致水去冷烟壁囱 多处爆管，大面
空气过热损坏，初步估计直接经济损失
约312给万水泵元，构成重大事故。
图1 火电厂生产流程
高
度
高
度
△h
水位
h h0
0
0
二. 给水自动控制的基本任务
汽包锅炉给水自动控制的基本任务是使给水量适应锅炉蒸发 量的变化，并且保证汽包水位处于设定的安全范围以内。汽包锅 炉给水系统的结构图如下图所示：
7-3
前 馈－－ 反 馈 复 合 控 制 系 统 既 能 发 挥 前 馈 调 节 控 制 及 时 的 优 点，又能保持反馈控制对各种扰动因素都有抑制作用的长处， 因此得到了广泛的应用。 复合控制系统具有以下几个特点。
1 、引 入 反 馈 控 制 后，前 馈 控 制 中 的 完 全 补 偿 条 件 不 变。
1
WT S WD S WT S WD S
xS
WB SWD S WDz S 1 WT S WD S
zS
7-3
上 式 中，X(S) = 0，Z(S) ≠ 0， 应 用 不 变 性 原 理 有：
即：
WB S
WDz S WD S
WB SWD S WDz S 1 WT S WD S
0
而 如 果 不 加 前 馈 作 用， 即 若 WB（S）= 0， 显 然 ：
图7－1 为 前 馈 －－反 馈 复 合 控 制 系 统 的 原 理 方 框 图：WB（S） NhomakorabeaZ
X
WT（S）
-
WDZ（S）
+ WD（S）
+
Y
图7-1 复合控制系统原理方框图
由 图 可 得，没 有 加 入 反 馈 作 用 时 完 全 补 偿 的 条 件 为：
加上反馈后有：
WB
S
WDz S WD S
yS
k
1
T──时间常数
ε──飞升速度
在蒸汽流量D扰动下，汽包水位调节
对象在调节过程中出现“虚假水位”现象，
即蒸汽流量D 增大后汽包水位 H 由于汽包
压力突然下降先暂时上升，然后逐渐下降。
因此，汽包锅炉给水调节对象的动态
特性可总结为：有惯性有迟延，无自平衡
能力，并且具有虚假水位现象。
∙ 结论：
1．蒸汽量扰动主要取决于汽轮机的运行工况，属于外部扰动， 锅炉燃烧率扰动其实也是一种间接的外部扰动。很显 然这两种物理量是不可能作为调节汽包水位的调节手段的，调 节作用量只能选择给水量。
一．给水量Ｗ扰动时的动态特性
∙ 给水量Ｗ扰动时，汽包水位Ｈ的变化过程可以分别从两个 角度加以分析： 1、仅仅从物质平衡的角度来分析；
2、仅仅从热平衡的角度来分析。
综合上述两种角度分析的结果，对曲线１和曲线２进行线性叠 加，得到在给水量Ｗ阶跃扰动下，汽包水位Ｈ的实际变化曲线：
∙ 在给水量Ｗ扰动下，被调对象具有迟延、惯性和无自平 衡
2．“虚假水位” (level swell)现象主要是来自于蒸汽量的变化， 显然蒸汽量是一个不可调节的量（对调节系统而言），但它是 一个可测量，所以在系统中引入这些扰动信息来改善调节品质 是非常必要的。
复合控制系统特性分析
工 程 实 际 中，为 克 服 反 馈 控制的局限性从而提高控制 质 量，对 一 两 个 主 要 扰 动 采 取 前 馈 补 偿，而 对 其 它 对 被 调 参 数变化的干扰采用反馈控制 来 克 服 。以 这 种 形 式 组 成 的 系 统 称 为 前 馈－－ 反 馈 复 合控 制系统
凝汽器 空预器
空气
空气
去烟囱 给水泵
图1 火电厂生产流程
发电机 ～
汽包水位测量的重要性
锅炉
过热器
水位过低
水 水冷壁超 冷 温被烧坏 壁
燃料 空气
灰斗
空气
再热器 汽包
汽轮机
发电机
～
锅炉水循环
效果变差省煤器秦皇岛热电厂锅炉断水事故
1997年12月凝汽1器6日，秦皇岛热电
厂4号锅炉空较预器长时间在断水状态下
有时用汽包水位反应速度ε的倒数Ta，即反应时间作为反映汽 包水位变化的参数，其定义为：当扰动量为100％时，水位变化 100％(跳炉所用的水位如220mm)所经过的时间。
给水流量W扰动下，汽包水位调节对象没有自平衡能力，但 是具有一定的惯性和迟延，即给水流量W改变后不能立即引起汽 包水位 H 的变化。
二．蒸汽量Ｄ扰动时的动态特性
∙ 蒸汽量Ｄ扰动时，汽包水位Ｈ的变化过程同样可以从两个角 度加以分析。 1．仅仅从物质平衡的角度来分析
2．仅仅从热平衡的角度来分析。
综合上述两种角度分析的结果，得到
在蒸汽量Ｄ阶跃扰动下，汽包水位的实际变化曲线3。
动态特性的数学描述为：
G02(s)
k Ts
1
ε s
式中： k──比例系数 ，