火力发电厂锅炉自动控制系统

火力发电厂锅炉给水自动控制系统

工业锅炉的汽包水位是运行中的一个重要参数，维持汽包水位是保持汽轮机和锅炉安全运行的重要条件，锅炉汽包水位过高会造成汽包出口蒸汽中水分过多，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导致锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁管供水不足而烧坏。

1.串级三冲量给水控制

如今的汽包水位自动控制基本上都是通过分散控制系统（DCS）来实现的，而控制策略基本上已串级三冲量给水控制为主，单回路调节已不能适应大型锅炉汽包水位的控制，如今已很少采用，串级三冲量给水控制由于引入了蒸汽流量和给水流量信号，对快速消除，平衡水位有着明显的效果，因此被广泛采用。

1.1 串级三冲量给水控制系统工作原理

如图 4.1 所示，串级三冲量给水控制系统由主调节器PI1(控制器1)和副调节器PI2（控制器2）串联构成。主调节器接受水位信号H f为主控信号，其输出去控制副调节器。副调节器接受主调节器信号I H外，还接受给水量信号I W和蒸汽流量信号I D。副调节器的作用主要是通过内回路进行蒸汽流量D 和给水流量W 的比值调节，并快速消除水侧和汽侧的扰动。主调节器主要是通过副调节器对水位进行校正，使水位保持在给定值。

串级三冲量给水控制系统有以下特点：两个调节器任务不同，参数整定相对独立。主调节器的任务是校正水位，副调节器的任务是迅速消除给水和蒸汽流量扰动，保持给水和蒸汽量平衡。给各整定值的整定带来很大的便利条件。在负荷变化时，可根据对象在内外扰动下虚假水位的严重程度来适当调整给水流量和蒸汽流量的作用强度，更好的消除虚假水位的影响，改善蒸汽负荷扰动下水位控制的品质。给水流量和蒸汽流量的作用强度之间是相互独立的，这也使整定工作更加方便自由。

1.2 信号的静态配合问题

在副调节器的入口W=I H+I D-I W-I O。但在不少工程中副条的入口并不设计I O偏置信号，即W=I H+I D-I W。在这种情况下若有关参数设置不适当，就会破坏系统正常工作。在静态条件下，W=I H+I D-I W=0，即I H = I W - I D，如果设置αD、αW使得I W = I D，并设置I H的变化范围为0%～100%，就会出现控制信号的单边阻塞问题，既静态时I H=0，这时I H 只有一个方向可以变化，另一个方向上I H失去对副调节器的控制作用。解决这个问题实际上有三种方法：一是增加偏置信号I O，设置其30%～50%；二是将IH 的变化范围设置为±100%；三是设置αD、α 使得I D> I W，比如I D/ I W=2。一般采用第一种方法。控制信号单边堵塞问题是串级三冲量给水自动控制系统的一个特殊问题，在调试工作中要给予特别注意。

1.3 数字信号的百分化处理问题

现场物理量经变送器转化为标准电量信号。在分散控制系统中，从变送器来的电量信号被数字化了，并带有量纲进入各控制系统。在控制系统的调试中，要注意这些数字的百分化，妥当地进行这种标准化处理，保证信号在控制系统中正确的传递和运算。

串级三冲量给水自动控制系统中的主要信号有六个：H g、H f、D f、W f、I H、I Z。前四个信号为有量纲单位：H g、H f量纲为mm，D f、W f量纲为t/ h。后两个信号为无量纲单位：I H、I Z单位为1%。在外回路中，H g、H f可以百分化，也可以不百分化，只要适当地改变比例积分参数，就不会影响运算结果的准确性，比如：H g、H f不百分化时量程为±350mm，主调节器

比例系数若为0.2，H g和H f百分化后量程为0%～100%，主调节器比例系数该为1.4 即可。对于内贿赂，由于主调节器的I H输出百分化了，必

须D f、W f百分化，若不进行百分比则D f、W f的变化率可能会比I H的变化率大10 倍，这样比例积分参数很难设置，会直接影响系统的控制性能和稳定性。虽然H g和H f不百分化也是可以的，但考虑到主条参数整定的方便性，还是先百分化处理为好。