串级三冲量自动化调节

锅炉汽包水位的控制
影响锅炉液位的因素： 影响锅炉液位的因素： 1、加热汽化
2、蒸汽负荷波动
3、给水量波动
锅炉汽包水位的控制
汽包水位的动态特性 影响因素多 主要讨论水流量、蒸汽流量— 主要讨论水流量、蒸汽流量—L 特性 ① 给水流量W—L 给水流量W 阶跃响应H 阶跃响应H曲线 ，相当于积分加纯滞后环节 给水温度越低， 给水温度越低，纯滞后时间越大
锅炉汽包水位的控制
（3）三冲量控制系统 在双冲量基础上，进一步克服给水干扰， 在双冲量基础上，进一步克服给水干扰，引入给水流量信号
蒸汽 蒸汽流量
LC
加法器
液位
I FC I’F 给水流量
锅炉汽包水位的控制
所示的锅炉汽包液位的三冲量调节系统。即在两冲量的 基础上加一个给水流量的冲量 ,使它与液位信号的作用方向 一致,这种调节系统由于引进了液位、给水流量及蒸汽流量 三个参数,叫做三冲量调节系统。 根据三个冲量在调节系统中引入位置不同,三冲量调节系 统有多种方案,下面讨论一种常见的三冲量调节系统:蒸汽流 量和给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量系统。 图中所示的三冲量系统,汽包液位是被控变量,是主冲量信 号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。系统将蒸汽流量和 给水流量前馈到汽包液位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水 流量发生波动,不是等到影响到液位才进行调节,而是在这两 个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行 校正,故大大提高了液位这个被调参数的调节精度。
H2
H H1
锅炉汽包水位的控制
（1）单冲量控制系统 汽包水位的单回路控制， 单冲量” 汽包水位的单回路控制， “单冲量”—汽包水位 适用于负荷小的锅炉
蒸汽 气泡 省 煤 器 给水 LC
三个问题： 三个问题： ① 不能克服虚假水位带来的后果 ② 对蒸汽负荷的变化控制不灵敏 ③ 对给水扰动控制滞后
一旦负荷急剧变化,虚假液位的出现, 一旦负荷急剧变化,虚假液位的出现,调节器就会误以为液位升 高而关小供水阀门。影响了生产甚至造成危险。 高而关小供水阀门。影响了生产甚至造成危险。
锅炉汽包水位的控制 双冲量PID控制系统 （2）双冲量PID控制系统
液位 设定 蒸汽 流量
液位 检测
PID
给水调节阀
在单冲量的基础上,再加一个蒸汽冲量 以克服 虚假液位”。 在单冲量的基础上 再加一个蒸汽冲量,以克服 虚假液位 。其中调节阀为气 再加一个蒸汽冲量 以克服“虚假液位 关阀,液位调节器采用正作用 液位调节器采用正作用,调节器输出信号在加法器内与蒸汽流量信号相 关阀 液位调节器采用正作用 调节器输出信号在加法器内与蒸汽流量信号相 双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系统。 减。双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系统。当负荷突然变化 蒸汽的流量信号通过加法器,使它的作用与水位信号的作用相反 时,蒸汽的流量信号通过加法器 使它的作用与水位信号的作用相反 假液位出 蒸汽的流量信号通过加法器 使它的作用与水位信号的作用相反;假液位出 现时,液位信号 要关小给水阀, 而蒸汽信号b 是开大给水阀,这就能克服 虚 现时 液位信号a 要关小给水阀 而蒸汽信号 是开大给水阀 这就能克服“虚 液位信号 这就能克服 假液位”的影响 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 的影响。 假液位 的影响。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。 水量波动的影响。
锅炉汽包水位的控制 （1）单冲量PID控制系统 单冲量PID控制系统
液位 设定
液位 检测
PID
给水调节阀
锅炉汽包水位的控制 （2）双冲量控制系统
为了克服虚假水位现象，引入蒸汽流量， 双冲量” 为了克服虚假水位现象，引入蒸汽流量，“双冲量”
蒸汽
蒸汽流量
Байду номын сангаас
LC
液位
加法器
给水
前馈（蒸汽流量） 反馈（汽包水位） 前馈（蒸汽流量）—反馈（汽包水位）控制系统
循环气体 二次过热器 减 温 器 一次过热器
干熄焦锅炉 原理框图
汽包 光管蒸发器 鳍片管蒸发器 省煤器 循环气体
锅炉汽包水位的控制 锅炉汽包作用
干熄焦锅炉的汽包是汇集汽水混合物和使汽水分离 的装置，它接受从省煤器来的锅炉给水，并接受蒸发器 和锅炉水冷壁来的汽水混合物，经分离后向过热器输送 饱和蒸汽。因此，锅筒是炉水加热、蒸发和过热这三个 过程的连接枢纽。由于锅筒内部储存一定数量的水，对 于锅炉来说，短时间的供水中 断，不会立即发生事故 。为了增加锅炉的安全性，并同时应对外界负荷的改变 ，锅筒内部储存一定数量的水又能维持锅炉相对的稳定 性。
W t H H1 H
τττ
t
τ
锅炉汽包水位的控制
② 蒸汽流量D—L 蒸汽流量D 曲线H1——D突然增加，物料平衡， 曲线H1——D突然增加，物料平衡，水位下降 曲线H2——D突然增加，瞬间汽包压力下降，水沸腾加剧， 曲线H2——D突然增加，瞬间汽包压力下降，水沸腾加剧， 气泡增加， 气泡增加，水位上升 曲线H——汽包水位 开始上升，然后再下降， 曲线 H——汽包水位， 开始上升， 然后再下降，“ 虚假 汽包水位， 水位” 水位”现象
锅炉汽包水位的控制 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。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。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 给水流量两个辅助冲量,起到了“超前信号”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,并缩短了过渡过 程时间。
锅炉汽包水位的控制
锅炉干熄焦系统中重要组成部分。 锅炉干熄焦系统中重要组成部分。整个干熄焦系统就 相当于一台锅炉， 相当于一台锅炉，干熄焦锅炉的运行状况决定了干熄焦能 否正常运行，汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数, 否正常运行，汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数, 它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系， 它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系，对干熄焦锅炉的稳 定运行起非常重要的作用。 定运行起非常重要的作用。 水位过高——影响汽水分离效果 导致饱和蒸汽带水过多， 水位过高——影响汽水分离效果，导致饱和蒸汽带水过多， 影响汽水分离效果， 使过热蒸汽温度下降，并且影响过热器的运行。 使过热蒸汽温度下降，并且影响过热器的运行。 水位过低——可能全部汽化 甚至爆炸产生危险。 水位过低——可能全部汽化，甚至爆炸产生危险。 可能全部汽化， 这就要求汽包液位在合理范围内,适应各种工况的运行。 这就要求汽包液位在合理范围内,适应各种工况的运行。
锅炉汽包水位的控制
（3）三冲量PID控制系统 三冲量PID控制系统
液位 设定
蒸汽 流量
液位 检测
PID
PID
给水调节阀
给水 流量
锅炉汽包水位的控制
从上面分析可以看出三冲量调节系统能及时克服 负荷(蒸汽量) 和给水流量的干扰作用,调节精度高,适用 于汽包容积较小、负荷和给水干扰较大的场合。单冲 量适合在汽包容积较大、负荷变化比较小的场合。双 冲量调节适合于锅炉容积较小,给水压力波动不大的场 合。
锅炉汽包水位的控制
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。