锅炉汽包三冲量
三冲量汽包水位控制原理及应用教程
锅炉汽包水位是锅炉生产过程的主要工艺指标，同时也是保证锅炉安全运行的主要条件之一。
汽包水位过高，使蒸汽产生带液现象，不仅降低蒸汽的产量和质量，而且还会使过热器结垢，或使汽轮机叶片损坏；当汽包水位过低时，轻则影响水汽平衡，重则烧干锅炉，严重时会导致锅炉爆炸事故的发生。
所以锅炉水位是一个极为重要的被控变量。
在具体工艺生产过程中，常常由于蒸汽负荷的波动和给水流量的变化打破汽包内的平衡状态，对汽包水位造成干扰，最终导致假液位。
所谓“冲量”实际就是变量，多冲量控制中的冲量，是指引入系统的测量信号。
在锅炉控制中，主要冲量是水位。
辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量，它们是为了提高控制品质而引入的。
1、三冲量控制的引入目前锅炉汽包水位调节常采用单冲量、双冲量及三冲量等三种调节方案，现分别对它们的基本原理和特性加以讨论。
①单冲量水位调节系统单冲量水位调节系统的原理如图1所示。
由图1可知，这种类型的水位调节系统，是一个典型的单回路调节系统，被调参数是汽包水位，调节参数是锅炉的给水量。
它适用于停留时间较长(亦即蒸发量与汽包的单位面积相比很小)，负荷变化小的小型锅炉(一般为10t/h以下)。
但对于停留时间较短，负荷变化大的系统就不适应了。
图1 单冲量水位调节原理图2 单冲量水位调节系统控制策略从图2可以看出：单冲量水位调节系统控制策略由汽包水位测量差压变送器、PID调节器和调节阀(或变频器)构成。
当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于汽包内蒸汽压力瞬间下降，水的沸腾加剧，汽泡量迅速增加，汽泡不仅出现于水的表面，而且出现于水面以下，由于汽泡的体积比水的体积大许多倍，结果形成汽包内液位升高的现象。
因为这种升高的液位不代表汽包内储液量的真实情况，所以称为“假液位”。
此时PID调节器会错误地认为测量值升高，从而关小给水调节阀，减小给水量。
等到这种暂时汽化现象一旦平稳下来，由于蒸汽量的增加，给水量反而减少，会使水位严重下降，甚至降到液位危险区，造成事故。
锅炉水位三冲量控制及调节
汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上，即三个被控变量对应一个调节器。
工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。
锅炉汽包水位三冲量调节系统是火电厂锅炉核心控制之一。
汽包水位三冲量调节系统的给水调节阀动作频繁，锅炉水位对给水调节阀执行机构的动作比较敏感，稍有不慎就可能出现严重的危险情况，汽包水位三冲量调节系统关系到整个机组的安全运行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过低，会造成锅炉“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。
汽包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统运行要平稳。
目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成熟，但在实际锅炉运行中会各种原因导致水位自动调节系统投入困难，甚至自动不能投入。
这种现象让人对串级三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。
为此云润与大家交流运用心得，对级三冲量调节系统进行定性分析，并对一些异常情况的处理办法进行探讨。
1、水位三冲量调节控制策略汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。
汽包水位作为主调（PID调节器）的输入信号，去抑制水位本身的偏差。
副调（外给定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰动和虚假水位。
各种介绍汽包水位三冲量调节系统的书籍中，都有对传递函数的计算，这些计算对系统设计很重要。
如果用经验调节法对于系统维护，则完全可以抛开理论计算。
在此只对其物理意义进行定性思考和作一番揣测。
1.1 反馈信号反馈信号指给水流量信号，也叫内扰。
水位三冲量调节系统中被调量发生变化的时候，PID 经过运算，去控制执行机构进行合理的动作，执行机构改变给水调节阀的开度，阀门控制介质变化，达到控制给水流量的目的。
汽包锅炉给水三冲量控制
第一节 第二节 第三节 被调对象的动态特性 给水调节系统的类型 给水调节系统实例
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:
∙
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
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。
图7-19是某电厂300MW汽轮发电机组中的给水全程自动调 节系统简图。
调节系统采用了一台额定出力为100%的汽动变速泵和 一台额定出力为50%的电动变速泵。
调节系统接受三个测量信号：汽包水位、给水流量和汽 轮机调节级后压力。其中，汽包水位信号的修正和补偿是通 过汽包压力信号来实现的。 图中含有串级三冲量给水调节系统，1#调节器是主调 节器，2#和3#调节器是副调节器，分别控制电动泵、汽动泵 以及旁路阀。图中含有两个单冲量调节系统，也分别控制电 动泵、汽动泵和旁路阀，其中4#调节器控制电动泵与旁路阀， 5#调节器控制汽动泵。单冲量和三冲量之间的切换是由逻辑 控制组件实现的，
方框图为： 方框பைடு நூலகம்为：
串级三冲量给水自动调节系统的整定步骤如下： 串级三冲量给水自动调节系统的整定步骤如下： 1．内回路(inner loop)整定
三冲量汽包水位控制原理及应用教程
锅炉汽包水位是锅炉生产过程的主要工艺指标，同时也是保证锅炉安全运行的主要条件之一。
汽包水位过高，使蒸汽产生带液现象，不仅降低蒸汽的产量和质量，而且还会使过热器结垢，或使汽轮机叶片损坏；当汽包水位过低时，轻则影响水汽平衡，重则烧干锅炉，严重时会导致锅炉爆炸事故的发生。
所以锅炉水位是一个极为重要的被控变量。
在具体工艺生产过程中，常常由于蒸汽负荷的波动和给水流量的变化打破汽包内的平衡状态，对汽包水位造成干扰，最终导致假液位。
所谓“冲量”实际就是变量，多冲量控制中的冲量，是指引入系统的测量信号。
在锅炉控制中，主要冲量是水位。
辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量，它们是为了提高控制品质而引入的。
1、三冲量控制的引入目前锅炉汽包水位调节常采用单冲量、双冲量及三冲量等三种调节方案，现分别对它们的基本原理和特性加以讨论。
①单冲量水位调节系统单冲量水位调节系统的原理如图1所示。
由图1可知，这种类型的水位调节系统，是一个典型的单回路调节系统，被调参数是汽包水位，调节参数是锅炉的给水量。
它适用于停留时间较长(亦即蒸发量与汽包的单位面积相比很小)，负荷变化小的小型锅炉(一般为10t/h以下)。
但对于停留时间较短，负荷变化大的系统就不适应了。
图1 单冲量水位调节原理图2 单冲量水位调节系统控制策略从图2可以看出：单冲量水位调节系统控制策略由汽包水位测量差压变送器、PID调节器和调节阀(或变频器)构成。
当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于汽包内蒸汽压力瞬间下降，水的沸腾加剧，汽泡量迅速增加，汽泡不仅出现于水的表面，而且出现于水面以下，由于汽泡的体积比水的体积大许多倍，结果形成汽包内液位升高的现象。
因为这种升高的液位不代表汽包内储液量的真实情况，所以称为“假液位”。
此时PID调节器会错误地认为测量值升高，从而关小给水调节阀，减小给水量。
等到这种暂时汽化现象一旦平稳下来，由于蒸汽量的增加，给水量反而减少，会使水位严重下降，甚至降到液位危险区，造成事故。
为什么锅炉汽包液位采用三冲量调节系统
为什么锅炉汽包液位采用三冲量调节系统？
锅炉正常运行中，汽包液位的控制是一个重要的参数。
液位过高会影响汽水分离的效果，产生蒸汽带液现象，液位过低会破坏水循环，严重的会烧坏锅炉。
当蒸汽负荷突然增大时，锅炉会出现暂时的压力下降，水的沸腾加剧。
导致液位上升，这样就产生了虚假液位。
这时本应把给水加大，但是如果采用简单的单参数调节系统，就会根据这个假液位而错误地把锅炉给水调节阀关小，减少给水量，等到汽水达到新的动态平衡时，液位就下降了许多，远离给定值，甚至使锅炉发生危险。
如果负荷减少，它的变化过程和结果与上述相反，从而使汽包液位发生较大的波动。
其他如燃料量变化或蒸发量变化也都可引起虚假液位。
影响锅炉液位的主要因素是锅炉的汽水平衡。
为了克服负荷变化所引起水位的大幅度波动，消除假液位的影响，提前消除蒸汽对液位的干扰，所以除了液位主调节回路以外，还引入蒸汽流量（作前馈信号）和给水流量（作串级副回路为测量信号）两个辅助参数，构成了锅炉的三冲量调节系统。
锅炉汽包的三冲量工作原理
锅炉汽包的三冲量工作原理
锅炉汽包的三冲量工作原理是指利用物理原理对锅炉汽包中的水进行定期的排放和补充，以保持水位稳定。
三冲量的工作原理如下：
1. 第一冲：当锅炉刚启动或停机后，水位较高，需要排放一定量的水，保持水位在正常范围内。
第一冲又称“自排”，是自动进行的，水泵停止工作，排污阀打开，将锅炉内部的杂质和空气排出。
2. 第二冲：在锅炉运行期间，由于蒸汽不断排出，水位会逐渐下降，此时需要进行第二冲。
第二冲是手工操作，打开补水阀，让新水从水箱或给水泵注入锅炉，补充水位。
3. 第三冲：在锅炉运行一段时间后，锅炉内的水质会逐渐变差，此时需要进行第三冲。
第三冲是手工操作，将锅炉底部的污水排出，清洗锅炉内的杂质和沉淀物，保持水质清洁。
以上就是锅炉汽包的三冲量工作原理，通过定期排放和补充水，可以保持锅炉的水位稳定，确保锅炉安全运行。
锅炉汽包水位三冲量控制
三冲量控制在高压汽包中的应用汽包水位是汽包运行的主要指标，水位过高会影响汽包的汽水分离，增加蒸汽携带的水份，汽水品质恶化，导致透平进水，损坏叶片。
水位过低，则由于汽包内的水量较少而负荷却很大，水的汽化速度又快，因而汽包内的水量变化速度很快，破坏汽包与水冷壁间的水循环，如不及时控制就会使汽包内的水全部汽化。
导致汽包破坏或爆炸。
因此，汽包水位的控制是保证汽包安全运行的最重要条件之一。
2汽包水位的动态特性分析2．1蒸汽负荷(蒸汽流量)对水位的影响在传热过程不变的情况下，当出口蒸汽用量突然增加，瞬间必然导致汽包压力下降，汽包内水的沸腾加剧，水中气泡迅速增加，使得汽化量突然增多，将整个水位抬高，形成假上升液位现象。
当蒸汽流量突然增加时，由于假水位现象，在开始阶段水位不仅不会下降，反而先上升，然后下降（反之，当出口蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后上升）。
蒸汽流量突然增加时，实际水位的变化Ｈ，是不考虑水面下气泡容积变化时的水位变化Ｈ1，与只考虑水面下气泡容积变化所引起水位变化H2的叠加，即H＝Ｈ1+H22．2给水流量对水位的影响当给水流量突然增大时，由于在这个时间内烟道气传给汽包的热量不变，给水温度又有比汽包内的饱和水温度低，致使汽包中气泡含量减少，导致水位虚假下降，因此实际水位响应曲线如图1（b）中H线所示，并非H1线。
即当突然加大给水量后，汽包水位一开始不立即增加，而要呈现出一段起始惯性段。
用传递函数来描述时，它相当于一个积分环节和一个纯滞后环节的串联，可表示为3传统控制方案及其缺陷汽包水位的控制手段就是控制给水,传统的单冲量(汽包水位)控制系统和双冲量（汽包水位和蒸汽流量）控制系统其本身都有不可克服的缺陷。
就单冲量控制系统而言，当蒸汽负荷突然增大，由于假水位现象，控制器不但不能开大给水阀增加给水量，而是关小控制阀，减少给水量，等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而减少，将使水位严重下降，波动很厉害，甚至会使汽包水位将到危险程度，以至发生事故。
汽包水位三冲量调节原理
汽包水位三冲量调节原理一、引言汽包水位三冲量调节是一种常见的控制原理，广泛应用于工业生产中。
本文将从原理、工作过程和优缺点等方面介绍汽包水位三冲量调节的基本知识。
二、原理汽包水位三冲量调节是一种通过控制给水量、蒸汽量和排污量来调节汽包水位的方法。
其基本原理是根据汽包水位的变化，通过调节三个冲量的大小，以达到维持汽包水位稳定的目的。
三、工作过程汽包水位三冲量调节的工作过程可以分为以下几个步骤：1. 水位检测：通过水位计等设备对汽包水位进行实时监测，获取水位信号。
2. 控制策略：根据水位信号，控制系统根据预设的控制策略计算出相应的冲量调节量。
3. 冲量调节：根据控制策略计算出的调节量，分别调节给水量、蒸汽量和排污量，以实现对汽包水位的调节。
4. 反馈控制：根据调节后的水位变化，不断进行反馈控制，使得汽包水位保持在设定范围内。
四、优缺点汽包水位三冲量调节具有以下优点：1. 稳定性好：通过控制三个冲量的大小，可以实现对汽包水位的精确调节，保持水位稳定。
2. 响应速度快：冲量调节可以快速响应水位的变化，实现及时的控制。
3. 精度高：通过精确的冲量调节，可以实现对水位的精细控制，满足生产过程对水位的要求。
4. 调节范围广：汽包水位三冲量调节可以适应不同工况下的水位调节需求，具有较大的调节范围。
然而，汽包水位三冲量调节也存在一些缺点：1. 复杂性高：汽包水位三冲量调节需要涉及多个参数的控制和调节，系统较为复杂。
2. 对设备要求高：汽包水位三冲量调节需要依靠精密的控制设备和传感器，对设备的要求较高。
3. 能耗较大：在冲量调节过程中，需要大量的能源供给，对能耗有一定影响。
五、应用领域汽包水位三冲量调节广泛应用于电力、化工、制药等行业的锅炉系统中。
通过精确的水位调节，可以保证锅炉系统的正常运行和生产过程的安全稳定。
六、总结汽包水位三冲量调节是一种常见的控制原理，通过控制给水量、蒸汽量和排污量的大小来调节汽包水位。
它具有稳定性好、响应速度快、精度高和调节范围广等优点，但也存在复杂性高、对设备要求高和能耗较大等缺点。
热电锅炉2号汽包三冲量控制功能描述
热电锅炉2#汽包F101-2液位控制复杂回路描述1、概要热电锅炉2#汽包F101-2液位控制三冲量控制液位的目的是保证蒸汽在波动范围较大的情况下，保证液位稳定；因而要保证汽包的物料平衡，每千克的水产生一千克的蒸汽，小的损失（大概2%的排放）由标准的液位控制进行控制。
热电锅炉2#汽包F101-2的入口流量（BFW）和出口流量（过热蒸汽）都要测量，再减掉喷水降温的锅炉给水（BFW）(FY30102B)，汽包的连排作为常量处理（大概1%），可以忽略，基于这些输入值可以建立三冲量控制。
汽包液位的控制可以是单冲量控制也可以是三冲量控制。
锅炉启动时，只有少量的蒸汽产生，采用单冲量控制，当大量蒸汽产生时，应切换到三冲量控制。
三冲量进水控制系统已很成熟，特别适合负荷变化较大的情况。
2、“大阀-小阀”控制（LV30101B-LV30102B）在控制回路应采用“大阀-小阀”的概念，既可以控制大的流量和压力，也可以很好的控制小的流量变化，本控制方案可以控制锅炉给水从零到最大流量；基本消除或使之达到最少的波动，这种波动在分程控制中经常出现。
“大阀-小阀”控制概念应该应用到单冲量控制和三冲量控制。
2.1 开车模式- HS-30101B在“单冲量控制”液位控制模式-- LIC-30101B液位控制器（小阀）应在手动或自动模式，输出通过HS-30101B选择器接到LC-30102B，到LY-30102B和控制阀LV-30102B（小阀）- FC-30101B 锅炉给水控制器（大阀）应在自动模式，设定点在70%（满量程为0~100%），它代表了LV-30102B 小阀70%的开度。
通过控制器FC-30101B增加BFW的流量，大阀LV-30101B仍然关闭直到小阀LV-30102B的阀门开度超过70%。
超过控制器FC-30101B的设定点（参数设定为低增益，带10%的死区），控制器慢慢的打开LV-30101B。
当LV30101B开始打开，增加BFW的流量，小阀LV-30102B逐渐关闭到70%开度，这种动作持续到整个工厂正常操作。
锅炉汽包液位的三冲量调节
锅炉汽包液位的三冲量调节在谈三冲量调节之前，需要指出的是，根据水位一个信号进行调节的方案，是最基本的方案，结构简单，成本较低，但所实现的的连续给水是不完善的。
水位升高，阀门关小，水位降低，阀门开大，即锅炉高负荷时水位较低，低负荷是水位较高，调节余差较大，当负荷变化时，如蒸汽流量突然增大时，从物质平衡的角度看，水位应下降，阀门应开大，但实际上水位反而上升，这就是所谓的“假水位”现象。
产生这种现象的主要原因是：当负荷增加即蒸发量增加时，锅炉汽包压力要降低，水冷壁管内沸腾的起始点下降，蒸发强度增强，使汽水混合物中的气泡增多，水所能占有的空间减少，使水位上升，这时调节器根据水位信号将阀门关小，可能造成误调节，加大了水位的波动，反之也是一样。
在一般中小型锅炉中“假水位”现象不是十分严重的情况下，这种单冲量调节方式是可以满足要求的，但在大中型锅炉中，由于蒸发量较大，“假水位”现象就很严重，根据物质平衡原理加入给水流量和蒸汽流量这两个干扰因素，共同组成了三冲量调节方式。
在稳定状态下,液位测量信号等于给定值,液位调节器的输出,蒸汽流量及给水流量等三个信号,通过加法器得到的输出电流为:I0＝K1*I1－K2*I2＋K3*I3式中, I1为液位调节器的输出电流；I2为蒸汽流量变送器的电流；I3为给水流量变送器的电流；K1、K2、K3分别为加法器各通道的衰减系数。
设计K2*I2＝K3*I3此时I0正是调节阀处于正常开度时所需要的电流信号(为了安全调节阀必须用气关阀) 。
假定在某一时刻,蒸汽负荷突然增加,蒸汽流量变送器的输出电流I2相应增加,加法器的输出电流I0 就减少,从而开大给水调节阀。
但是与此同时出现了假液位现象,液位调节器输出电流I1 将增大。
由于进入加法器的两个信号相反, 蒸汽流量变送器的输出电流I2 会抵消一部分假液位输出电流I1，所以，假液位所带来的影响将局部或全部被克服。
待假液位过去,水位开始下降,液位调节器输出电流I1 开始减小,此时,它与蒸汽流量信号变化的方向相反,因此加法器的输出电流I0 减小,意味着要求增加给水量,以适应新的负荷需要并补充液位的不足。
锅炉汽包三冲量调节系统的设计
收稿日期:2003-08-29化工设计锅炉汽包三冲量调节系统的设计唐 涛(广西化工规划设计院,广西南宁 530003) 摘 要:对锅炉汽包液位控制进行了全面的分析。
介绍了采用先进仪表实现三冲量控制的方法,可确保锅炉安全、正常运行,提高控制精度,增加经济效益。
关键词:三冲量调节;自动控制;锅炉液位控制 中图分类号:T K 223.7 文献标识码:A 文章编号:1671-9905(2003)06-0047-02 工业锅炉汽包水位高度,关系着汽水分离的速度和生产蒸汽的质量,也是确保安全生产的重要参数。
随着科学技术的飞速发展,现代的锅炉要向蒸发量大,汽包容积相对减小的方向发展。
这样,要使锅炉的蒸发量随时适应负荷设备的需要量,汽包水位的变化速度必然很快,稍不注意就容易造成汽包满水,或者烧成干锅。
即使是缺水事故,也非常危险,因为水位过低,影响自然循环的正常运行,严重时会使个别上升管形成自由水面,产生停滞,致使金属管壁局部过热而爆管。
因此,必须采取自动调节,严格控制汽包水位在规定范围内。
下面就灵川氮肥厂25t ·h -1锅炉房汽包液位自动控制设计进行具体的分析。
1 控制系统的设计1.1 控制方案的选择 方案一:单冲量控制系统。
被调变量为汽包液位,操作变量为锅炉给水量。
当液位下降,开大给水调节阀,通过自动调节,使液位上升,直至平衡为止。
此系统结构简单,投资少,容易实现。
但是,当蒸汽用汽量突然增加,此时汽包中蒸发量大于给水量,液位应下降。
但由于蒸汽流量阶跃增加,汽包中压力减小,汽水循环管路中水的汽化强度增加,蒸发面以下汽泡容积增大,致使液位有虚假上升趋热,引起调节器误动作,本应开大给水调节阀,却关小。
只有经过一段时间,当汽水混合物中汽泡容积与负荷相适应达到稳定后,液位才反应出不平衡而开始下降,液位波动范围很大,可能会超过工艺的允许范围。
为了克服因蒸汽流量变化产生的“虚假液位”引起误动作,产生了控制方案二。
三冲量锅炉汽包水位控制系统设计
前言自动控制技术在工程和科学发展中起着极为重要的作用，其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制，在不需要操作人员干预的情况下，可以很好的完成生产过程中的给水及水位控制，大大提高了生产效率。
汽包锅炉给水控制系统的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中水位保持在一定的范围内。
只有保证汽包水位的波动在允许范围内，才能实现机组安全经济运行。
因此，汽包水位是影响整个机组安全经济运行的重要因素，所以就要有一套较好的控制方案，来实现汽包水位的控制。
从传统的控制方式来看，它们要么系统结构简单成本低，却不能有效的控制锅炉汽包“虚假水位”现象，要么能够在一定程度上控制“虚假现象”，系统却过于复杂，成本投入过大。
目前工业控制急需一种系统简单，并且能够控制“虚假水位”，具有高性价比的控制系统。
汽包锅炉的给水调节系统有三种基本结构：单冲量调节系统结构、双冲量调节系统结构、串级三冲量调节系统结构。
低负荷阶段，由于疏水和锅炉排污等因素的影响，给水和蒸汽流量存在着严重的不平衡，而且流量太小时，测量误差大，故在低负荷阶段，很难采用三冲量调节方式，一般均采用单冲量调节方式。
负荷达到一定值以上时，疏水和排污阀逐渐关闭，汽、水趋于平衡，流量逐渐增大，测量误差逐渐减小，这时原则上可采用三冲量调节方式。
但由于单级三冲量调节系统要求蒸汽流量和给水流量信号在稳态时必须相等，否则汽包水位存在静态偏差，而且由于测量装置及变送器的误差等因素的影响，实际上现场这两个信号在稳态时，经常难以做到完全相等，而且单级三冲量调节系统一个调节器参数整定需兼顾的因素多。
因此单级三冲量事实上一般也难以采用。
串级三冲量调节方式，采用主、副两个调节器。
两调节器任务分工明确，整定相对容易，而且不要求稳态时给水流量信号与蒸汽流量信号完全相等，易于得到较好的调节品质，因此现场多采用此控制方式。
在串级控制系统中，参数的整定也是非常重要的，由于在系统中所设计的对象是确定的，所以只有对调节器进行整定，控制系统的参数整定有理论计算方法和工程整定方法，理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特征，通过理论计算求得调节器的动态参数设定值；而工程整定法，则是源于理论分析，结合实验、工程实际经验等一套工程上的方法，其具体方法将在本设计中体现。
锅炉汽包液位三冲量自动调节控制
锅炉汽包液位三冲量自动调节控制一、概述：现代化工业生产中，工业锅炉是一个重要设备，其运行是为了得到一定质量的蒸汽。
自动化锅炉的基本要求是：按质按量的供应合格的蒸汽，满足生产的需要；安全可靠耐用，延长锅炉的使用寿命；降低操作人员的劳动强度。
锅炉的运行参数包括蒸汽压力、流量、温度等。
锅炉汽包液位是锅炉生产中重要的工艺指标。
汽包液位是影响蒸汽质量的一个关键参数，保持锅炉汽包液位稳定在规定范围内，对于保障锅炉安全运行及蒸汽质量的稳定具有关键的作用。
如果锅炉汽包液位过高，由于汽包容积小，造成汽包上部空间过小，影响汽水分离，容易出现蒸汽带液现象，损坏其它设备。
如过锅炉汽包液位过低，水的汽化速度加快，影响汽水平衡，如不及时调节进水会造成干锅，造成事故。
汽包水位的主要扰动是蒸汽流量的变化。
当蒸汽用量突然减小时，蒸汽压力会急剧上升，沸腾暂时停止，形成水位暂时下降的“假水位”现象。
当蒸汽用量突然增大时，汽包内蒸汽压力突然下降，水的沸腾加剧，气泡量迅速增加，也会使汽包内形成水位升高的“假水位”现象。
如单按简单的水位调节，调节器将依据这一“虚假水位”减少补水量造成事故，所以单量调节无法满足需要，因此老山锅炉房采用了三冲量调节系统控制，以保障锅炉的安全运行。
二、三冲量水位控制方案：（一）根据生产工艺的要求锅炉控制系统增加下列检测项目：1、锅炉汽包水位进行三冲量给水自动控制，提高锅炉的安全。
2、设置过热器出口蒸汽温度高报警。
3、设置汽包水位高低报警。
4、设置蒸汽出口压力高报警。
备注：控制系统采用常规仪表实现，调节器选用新型数字智能调节器。
（二）选用仪表检测设备名称、规格、型号清单：三、锅炉汽包液位三冲量调节系统组成及工艺分析：（一）锅炉三冲量调节系统原理图及系统框图三冲量调节系统原理图三冲量调节系统方框图（二）锅炉汽包水位调节过程：锅炉水位控制系统如图所示，调节对象是锅炉的汽包，被调量是汽包水位，而引起汽包水位变化的干扰量是蒸汽负荷的变化，蒸汽负荷的急剧变化，将导致“虚假水位”出现。
汽包水位三冲量调节原理
汽包水位三冲量调节原理
汽包水位三冲量调节原理是指通过调节汽包内的水位，控制汽包内水的流入和流出，从而实现对锅炉汽水系统的水平补给和水位控制的一种方法。
在锅炉运行时，汽包内的水位会受到很多因素的影响，如锅炉负荷变化、水质变化、鼓风机调节不当等，这些因素都会导致汽包水位波动过大，从而影响锅炉的稳定运行。
因此，汽包水位三冲量调节就显得尤为重要。
汽包水位三冲量调节是通过调节锅炉供水量，控制汽包内水位的方法，将汽包分为三个水位区间，分别是高水位、正常水位和低水位。
当汽包水位过高时，会通过泄水阀将多余的水排出，从而使水位降至正常水位；当汽包水位过低时，会通过给水泵进行补水，使水位回升至正常水位。
这种三冲量调节方法可以有效控制汽包水位，保证锅炉的稳定运行。
汽包水位三冲量调节的核心是调节供水量，实现水平补给和水位控制。
在实际操作中，需要根据锅炉的负荷变化和水质变化来调节供水量，从而保证汽包水位保持在正常水位范围内。
同时，还需要监测汽包水位的变化，及时调整供水量，避免水位波动过大。
总之，汽包水位三冲量调节是一种有效的锅炉水位控制方法，通过调节供水量，控制汽包内水的流入和流出，实现对锅炉汽水系统的水平补给和水位控制，保证锅炉的稳定运行。
- 1 -。
锅炉汽包水位的三冲量控制设计
锅炉汽包水位的三冲量控制设计二重计量技术所郭静摘要热力车间的锅炉测控系统中，蒸汽流量计量系统和汽包水位测控系统是两大核心系统。
如何确保蒸汽流量计量准确可靠在于过热蒸汽密度补偿的准确性。
而确保汽包水位测控系统正常运行则是整个锅炉控制系统的重中之重。
关键词三冲量PID控制反馈控制前馈控制1、引言热力公司锅炉的汽包水位调节现场存在两种控制方式。
其一：水位测量、蒸汽流量、给水流量、三冲量控制仪表，从而实现汽包水位的三冲量调节；其二，测量的三个参数进入DCS系统，三冲量算法由软件编程来实现。
随着企业的发展，软件实现三冲量将成为必然趋势，所以准确的实现三冲量的算法很重要。
2、仪表三冲量与软件三冲量实现的分析2.1仪表三冲量分析热力车间锅炉汽包水位控制原理：差压变送器测量左汽包水位的水位计感受到的汽包液位的高度通过压力，输出4~20mA电流信号，通过DCS系统的模拟量输入模块进入到系统，组态软件trace mode 将测量到的水位信号、给水流量信号、蒸汽流量信号经过三冲量算法输出一个0~100%的信号，经模拟量输出信号来控制给水调节阀门的开度，从而精确控制汽包水位。
测量系统由水位测量、蒸汽温度、给水流量、三冲量控制仪表构成，原理是“【主PID（反馈）】–前馈–【副PID（反馈）】”控制，属于标准的三冲量控制。
其中主PID是水位测量数据，前馈调节因素为蒸汽流量测量数据，副PID是给水流量测量数据。
PID环节就是反馈控制，故存在比例、积分、微分控制；前馈环节包含静态前馈控制和动态前馈控制，经过分析，在锅炉控制中，此前馈控制属于静态前馈控制（原理不在叙述），静态前馈控制仅相当于一个比例控制，在锅炉控制中属于干扰因素，符号为负号（原理不在叙述），即负号比例控制。
蒸汽流量的突然增大和减小，所带来的干扰将会由前馈控制消除到最小。
所以三冲量控制的作用为了消除影响水位调节输出的外部干扰所带来的直接影响，即蒸汽流量的突变带来的影响。
锅炉气包的三冲量调节
锅炉气包的三冲量调节
1.什么是气包的虚假液位？
当气包的负荷突然增大，气包内压力突然下降，这时气包内的水急剧气化，出现大量气泡，形成了虚假液位
2.什么是气包液位双冲量控制
双充量控制是在液位单冲量控制的基础上在加一个蒸汽冲量以克服虚假液位。
调节阀为气关阀，液位调节器为正作用，调节器中液位信号与蒸汽流量信号相减。
当负荷突然增大，蒸汽的流量通过加法器，使他的作用于水位的作用相反，假液位出现时，液位信号要关小给水阀，而蒸汽信号要开大给水阀，通过相减调节阀无动作，就能克服虚假液位的影响。
但当给水压力本身波动时，双冲量也不能克服
3.三冲量控制系统的工作原理
在气包液位、蒸汽双充量调节的基础上在加上一个给水流量的冲量。
使他于液位信号的作用方向一致，这三个信号作用于调节器上，及三个被控变量对应一个调节器
4.V-115气包三冲量控制原理
气包液位作为主信号，水位变化调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值。
液位LIA-101AB，蒸汽流量FI102，锅炉给水FV-101其工作原理是：预热给水液位和炉水液位，两选一，正常操作时选择A，水位变化，给水进料增减，同时，蒸汽产气量有一个前馈信号，也回到调节器，对液位信号进行比较、纠正，防止虚假液位的出现，当有给水压力波动时，给水流量又有
一个反馈信号，返回调节器，可防止蒸汽流量的波动的影响。
三冲量控制
选择三冲量控制的原因 • 三冲量液位调节方框图
F1T 蒸汽 测量变送
LC
加法器
FC
调节阀 V 测量变送
水流量
液位 L
F2T LT 三取一模块 测量变送
三冲量控制是怎样实现的
三冲量控制是怎样实现的
• 在稳定状态下，液位测量信号等于给定值。液 位调节器的输出，蒸汽流量及给水流量等三个 信号，通过加法器和流量控制器后得到的输出 电流为：I0=K1I1-K2I2+K3I3，式中I1为液位 调节器的输出电流；I2为蒸汽流量变送器的电 流；I3为给水流量变送器的电流；K1、K2、K3 分别为加法器各通道的衰减系数。设计 K2I2=K3I3时I0正是调节阀处于正常开度所需 的电流信号。
为什么要进行汽包液位的控制 • 蒸汽流量D和水位L的三种常见现象
L H2 液位设定点 H3 H1
• 曲线H1表示，D突然增加，物料平衡，液位下降。 • 曲线H2表示，D突然增加，瞬间汽包压力下降，水 加剧沸腾，液位上升。发生虚假液位现象。 • 曲线H3表示，D突然增加，汽包液位上升发生虚假 液位，然后汽包平稳后液位下降现象。
• 蒸汽流量信号的引入，及时消除了蒸汽流 量波动对汽包液位的影响，有效防止“假 液位”现象引起控制系统的误操作。 • 给水流量信号的引入，能快速克服给水压 力波动对汽包液位的影响。
• 提高了整个控制系统的精度。
常见故障和处理措施
常见故障和处理措施
• 常见故障一般是出现“虚假液位”，容易烧 干锅炉。此时，仪表人员应该检查汽包液位 的真实性，做好相应处理。 • 如果调节阀线性不好，出现DCS控制室调节 阀的输出信号和现场阀位的开度对不上，仪 表人员应联系好工艺人员，办理作业票，及 时到现场进行校验。
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①
下降管
水 水
下联箱
水
水冷壁
上联箱
汽水混合物
导汽管
汽水混合物
①
饱和蒸汽 过热蒸汽
过热器
汽轮机调节级
Industry
锅炉的工作过程及系统
煤、风、烟系统
冷空气 烟气 烟气 烟气
烟囱
空气预热器
（二次风） 原煤
引风机
除尘器
灰渣沟
细微灰粒
排粉风机
（一次风） 烟气 烟气
给煤机
磨煤机
风、粉
燃烧器
炉膛
水平烟道
Industry
三冲量控制的优点
三冲量控制的优点
• 蒸汽流量信号的引入，及时消除了蒸汽流 量波动对汽包液位的影响，有效防止“假 液位”现象引起控制系统的误操作。 • 给水流量信号的引入，能快速克服给水压 力波动对汽包液位的影响。
• 提高了整个控制系统的精度。
Industry
常见故障和处理措施 常见故障和处理措施
• 常见故障一般是出现“虚假液位”，容易烧 干锅炉。此时，仪表人员应该检查汽包液位 的真实性，做好相应处理。 • 如果调节阀线性不好，出现DCS控制室调节 阀的输出信号和现场阀位的开度对不上，仪 表人员应联系好工艺人员，办理作业票，及 时到现场进行校验。
Industry
常见故障和处理措施
• 若给水流量突然波动，FC来不及进行做相 应的变化，及时按干扰量进行控制，应该 检查FC的PID参数是否设置合适。 • 此外在设计、安装调试或大检修时，应该 检查LC，FC调节器的正、反作用是否合适， 有无更改过等，以及检查调节阀的作用方 式是气关或气开，是否满足工艺安全生产 的要求等。
两冲量组态
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两冲量组态
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两冲量组态
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单冲量组态
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单冲量组态
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为什么要进行汽包液位的控制
• 蒸汽流量D和水位L的三种常见现象
L H2 液位设定点 H3 H1
• 曲线H1表示，D突然增加，物料平衡，液位下降。 • 曲线H2表示，D突然增加，瞬间汽包压力下降，水 加剧沸腾，液位上升。发生虚假液位现象。 • 曲线H3表示，D突然增加，汽包液位上升发生虚假 液位，然后汽包平稳后液位下降现象。
为什么要进行汽包液位的控制
2）当汽包压力突然上升时，则相应的蒸汽 的饱和温度提高，则大部分热量被用于加热 炉水，而用来蒸发炉水的热量则减少，炉水 中汽泡量减少，使汽水混合物的体积收缩， 促使水位很快下降，形成虚假水位。 3）当锅炉内热负荷增加或骤减时，水的比 容将增大或减小，也会形成虚假水位。锅炉 负荷突变、灭火、燃烧不稳时，都会产生虚 假水位。
Industry
三冲量控制是怎样实现的 • 当蒸汽负荷不变，给水量本身因压力波动 而变化时，加法器的输出相应变化，去调 节阀门的开度，直至给水量恢复到所需的 数值为止。 • 由于引进了蒸汽流量和给水流量这两个辅 助冲量，起到了超前控制的作用，使给水 阀一开始就向正确的方向移动，因而大大 减小了液位的波动幅度，抵消了虚假液位 的影响。
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为什么要进行汽包液位的控制 • 虚假液位
虚假液位是锅炉运行时不真实的液位。
• 产生虚假液位的原因
1）当汽包压力突然下降时，炉水的饱和温度 下降到压力较低时的饱和温度，使炉水大量 放出热量来进行蒸发。于是炉水内的汽泡增 加，汽水合物体积膨胀，促使水位很快上 升，形成虚假水位。
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F1T 蒸汽 测量变送
LC
加法器
FC
调节阀 V 测量变送
水流量
液位 L
F2T
LT 三取一模块 测量变送
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三冲量控制是怎样实现的
三冲量控制是怎样实现的
• 在稳定状态下，液位测量信号等于给定值。液 位调节器的输出，蒸汽流量及给水流量等三个 信号，通过加法器和流量控制器后得到的输出 电流为：I0=K1I1-K2I2+K3I3，式中I1为液位 调节器的输出电流；I2为蒸汽流量变送器的电 流；I3为给水流量变送器的电流；K1、K2、K3 分别为加法器各通道的衰减系数。设计 K2I2=K3I3时I0正是调节阀处于正常开度所需 的电流信号。
Industry
三冲量控制是怎样实现的 • 待假液位过去后，水位开始下降，液位调 节器输出电流I0开始减小，此时，它与蒸 汽流量信号变化的方向相反，因此加法器 的输出电流I0减小，此时意味着增加给水 量，以适应新的负荷需要并补充液位的不 足。调节过程进行到液面重新稳定在给定 值，给水量和蒸发量达到新的平衡为止。
Industry
何谓三冲量控制
• 三冲量的控制原理
三冲量控制实质上是前馈控制+串级控 制的系统，通常反馈控制的控制作用是发生 在出现偏差以后，而前馈控制的依据是干扰 的变化，检测的信号是干扰量的大小，可以 瞬间控制，不需要等到出现偏差以后。汽包 液位是主变量，给水流量是副变量，蒸汽流 量是干扰。把蒸汽流量信号作为前馈信号引 入控制，能有效防止“虚假液位”的发生。
汽包液位的控制是锅炉稳定运行的保证。 水位的影响主要分为以下两种情况: 水位过高 影响汽水分离，使饱和蒸汽 带水过多，降低蒸汽的温度。 水位过低 轻则影响水蒸气平衡，重则 烧干锅炉，导致锅炉爆炸，损坏设备。
Industry
为什么要进行汽包液位的控制 • 影响汽包水位的因素
给水流量 水的温度和压力变化会 影响水的流量，而使汽包水位发生变化。 蒸汽流量 蒸汽流量的变化，会使 水位发生波动，甚至产生“虚假液位” 现象。
Industry
POWERPOINT
锅炉汽包三冲量控制系统 The Feedwater Control System
目录
第一节
锅炉流程简述
第二节
汽包液位的三冲量控制
Industry
示意图
Industry
锅炉的工作过程及系统
汽
汽机主凝结水 水
水
系
统
水
汽水混合物
给水泵
化学补充水
省煤器
汽包
汽水分离器
Industry
何谓三冲量控制
何谓三冲量控制
所谓“冲量”实质上就是“变量”，是 指引入控制系统的测量信号。这里的三冲量 是指汽包液位信号、蒸汽流量信号和给水流 量信号。其中汽包液位信号为主要冲量。而 引入蒸汽流量信号和给水流量信号，是为了 及时消除蒸汽流量波动或给水压力波动对汽 包液位的影响，并有效防止“假液位”现象 而引起系统的误操作。
Industry
选择三冲量控制的原因
为什么选择三冲量控制
• 如果选择简单的单冲量控制系统（如图1），一旦负 荷急剧变化，出现“虚假液位”，调节器就会误以为 液位升高而关小供水阀门。影响生产甚至造成危险。
液位变送器LT 汽包 LC 蒸汽
省煤器 气关阀 图1 给水
Industry
选择三冲量控制的原因 • 如果采取双冲量控制（如图2），即在单冲量的基础 上加一个蒸汽冲量，以克服“虚假液位”。但是如果 给水压力本身有波动时，双冲量控制也不能克服给水 量波动的影响。 孔板 蒸汽
Industry
三．调节系统实例
锅炉给水调节实例：
Industry
液位
Industry
液位
Industry
液位
Industry
三冲量组态
Industry
三冲量组态
Industry
三冲量组态
Industry
三冲量组态
Industry
三冲量组态
Industry
两冲量组态
Industry
Industry
三冲量控制是怎样实现的 • 假设在某一时刻，蒸汽负荷突然增加，蒸 汽流量变送器的输出电流I2相应增加，加 法器的输出电流I0就减少，从而开大给水 调节阀。但是如果与此同时出现了虚假液 位，液位调节器输出电流I1将增大。由于 进入加法器的两个信号相反，蒸汽流量变 送器的输出电流I2会抵消一部分虚假液位 输出电流I1。因此，虚假液位带来的影响 将局部或全部被克服。
尾部烟道
原煤
风、粉 未燃煤粒 灰渣
灰渣
灰渣
灰渣沟
未燃煤粒
排渣装置
未燃煤粒
冷灰斗
Industry
汽包液位的三冲量控制
为什么要进行汽包液位控制
何谓三冲量控制
选择三冲量控制的原因
三冲量控制是怎样实现的
三冲量控制的优点
常见故障和处理措施
Industry
为什么要进行汽包液位的控制 为什么要进行汽包液位的控制
LT 汽包 LC FT -b 加法器 a-b 省煤器 气关阀 图2 FC 给水
a
Industry
选择三冲量控制的原因
• 三冲量控制
孔板
蒸汽
F1T LT
汽包 LC a a-b FC 省煤器 气关阀 孔板 给水 -b 加法器
c F2T
Industry
Industry
选择三冲量控制的原因
• 三冲量液位调节方框图
Industry
前言
阀、控制器、运算器符号 阀的开闭形式： 安全角度，保护锅炉，气闭
控制器正反作用： 对象：正，
若气闭阀，LC=正
运算器正负号： C2： 取决于控制阀开闭形式 蒸汽量↑ 给水量应该↑： 气闭：I应该↓C2取“-”
Industry
何谓三冲量控制
• 调节过程
液位控制器LC选反作用，流量控制器FC 为正作用，调节阀为气关阀。当水位由于 扰动而升高时，因LC反作用，它的输出下 降，进入加法器后，使FC给定值减小而测 量值不变，因此输出增加，调节阀的开度 减小，给水流量减小，水位下降，保持在 设定值上；当蒸汽流量增加，FC给定值增 加而输出减小，调节阀的开度增加，给水 流量增加，保持水蒸汽平衡，使水位不发 生大的波动。