汽包锅炉给水控制系统
汽包锅炉给水全程控制系统各阶段仿真研究
图 ２ 起 动 阶段 仿 真
３ １ 控 制 原 理 及 仿 真 ．
机 组低 负 荷 阶段 （ ５ ～４ 负 荷 ） 给水 阀 全 ２ ０ 主
图 ２中伺服放 大 器相 当于 一个 Ｐ调节 器 ， 阶段 此
开 ， 过改 变 电动 泵 转 速 来 调节 汽 包 水 位 。 电动 泵 通 通
ｓ—— 拉普 拉斯 算子 ；
ｅ—— 被控 对象 的飞升 速度 ； ｒ —— 被 控对 象 的容 积迟延 。
给水调 节 。在机组 起动 阶段 由给水 旁路 调节 阀控制 汽
包 水位 。
蒸 汽扰 动 时汽包 水位 变化特 性 也是 由一 个积 分 环 节 和 一个惯 性环 节叠 加而 成 ， 传递 函数 为 ： 其
制 系统 之一 ， 其控 制 品质 直 接影 响 电厂 机 组运 行 的经
济性和 安全 性 。 目前 ， 数 电 厂 的汽 包 锅 炉 给水 全 程 多 控 制系统 在机 组起 动和 低负 荷 阶段 ， 自动投 入 率较 低 ，
其 原 因之一是 被 控 对 象可 控 性 较 差 ， 是 控 制方 案 存 二 在缺 陷 。本 文根 据文献 ｒ ］ 出的控制 方案 ， 别对 汽 １提 分 包 锅 炉给水 控制 系统 的启 动 、 负荷 和 高 负荷 各 阶段 低 控制进 行 了全 面细致 的仿 真研究 。 给水 扰动 时汽包 水位 变 化特 性是 由一个 积 分环 节 和一
给 仿 参 控 ［ 关 键 词］ 汽 包锅 炉 ； 水 ； 真 ； 数 整定 ； 制
３ ［ 中图分 类号］ ＴＫ ３２
［ 文献标 识码 ］ Ａ ［ 章 编 号 ］ １０ 文 ０ ２—３ ６ （ ０ ７ ０ ３ ４ ２ ０ ） ２—０ ６ ０ ６—０ ４
给水控制系统分析任务书
一、毕业设计(论文)主要内容汽包水位是汽包锅炉非常重要的运行参数，它是衡量锅炉汽水系统是否平衡的标志，汽包水位控制一直受到很高的重视。
随着锅炉参数的提高和容量的增大，汽包的相对容积减少，负荷变化和其他扰动对水位的影响将相对增大，从而对水位控制系统提出了更高的要求。
给水全程控制可以实现对汽包水位有一个高速度、高稳定性的控制过程,提高系统的调节品质。
这就产生了全程给水控制系统：1. 了解全程给水的概念、任务和要求。
2. 掌握串级PID控制器的原理及设计，掌握串级三冲量给水控制的内外回路和前馈通路的作用。
3. 了解全程给水控制系统方案及控制过程，对给水全程控制系统进行分析及整定。
对给水全程控制系统的单、三冲量系统的切换进行分析，分析三冲量系统与单冲量调节系统之间的切换与跟踪问题。
介绍采用变速泵的给水控制系统，分析给水泵的安全工作区。
4. 设计全程给水控制系统SAMA图，并对机组启动的各阶段进行分析。
分析包括：①25%负荷以前的控制系统设计与分析②25%-30%负荷之间的控制系统分析与设计③30%-x%负荷之间的控制主系统设计与分析④x%-100% 负荷之间的控制主系统设计与分析⑤100%-0%将负荷过程设计与分析⑥调节器之间的无扰切换逻辑设计与分析⑦控制方式的各种切换逻辑的形成⑧各个系统之间的无扰切换逻辑的设计与分析⑨给水RB系统的设计与分析二、基本要求1、针对所研究题目查阅相关文献资料（15篇以上），对论文题目和要求有详细全面的了解，在此基础上完成2000字以上的文献综述。
2、经常向指导老师汇报论文的进展情况，及时与老师沟通，共同探讨论文中遇到的疑难问题。
3、根据任务书中论文主要内容的要求制定论文的整体结构，明确各章节需要完成的主要内容。
按照毕业设计任务书中的进度要求，认真完成任务书中规定的各项任务。
5、查找与论文有关的英文文献，并在规定时间内认真完成文献的翻译，英文文献中的图表需使用绘图软件完成，附在译文中。
给水控制系统逻辑
课程实验总结报告实验名称:给水控制系统逻辑课程名称:专业综合实践：大型火电机组热控系统设计及实现（2）1 前言 21.1 汽包炉和直流炉的区别 (2)1.2 给水控制系统的重要性 (2)2 给水控制系统 (2)2.1 给水流量控制方案 (3)2.1.1 控制方式 (3)2.1.2 控制方案 (4)2.1.3 控制原理 (5)2.2 给水流量计算 (6)2.2.1 相关图纸 (6)2.2.2 逻辑分析 (6)2.3 给水流量设定值控制（给水控制一） (7)2.3.1 相关图纸 (7)2.3.2 控制系统原理 (7)2.3.3 控制系统结构 (7)2.3.4 控制逻辑分析 (8)2.3.4.1 中间点温度（焓值）的设定值校正 (8)2.3.4.2 给水流量设定值计算 (9)2.3.5 小结 (10)2.4 给水泵控制（给水控制二） (11)2.4.1 相关图纸 (11)2.4.2 控制系统原理 (11)2.4.3 控制系统结构 (11)2.4.4 控制逻辑分析 (12)2.4.4.1 电泵控制 (12)2.4.4.2 汽泵与给水旁路阀控制 (14)2.4.5 小结 (16)1 前言1.1 汽包炉和直流炉的区别汽包锅炉和直流锅炉的最大区别在于有无汽包了，而因为有无汽包的关系又决定了他们的另一个不同之处就是：有无循环水泵。
有汽包锅炉为低压锅炉，依靠汽水密度差产生的上升力使从汽包下降的水和汽再回到汽包进行分离，合格的蒸汽进入过热器内加热、控温；而直流锅炉多数应用在压力大于19.2MPa的条件下，在这样高的压力下汽水密度差几近为零，汽水密度差的上升力也就为零，因此需要在下降管中串联循环水泵将工质直接打到过热器中加入，一次性完成预热、汽化和过热，故这种锅炉也称强制循环锅炉。
1.2 给水控制系统的重要性汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位在设定值。
汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。
汽包锅炉串级三冲量给水全程控制系统设计
…
ｒ
ｓ
ｆ Ｉ （ Ｐ ｈ ） ； Ｇ一
－
㈤
￣ｐ
＿
一 （ １ － ２ ）
Ｃ
ｐ Ｄ 所 以上式可以写为 ｈ： Ｚ —（ Ｊ＿ ＿
Ｇ（ ） Ｓ（ ２ ）蒸 汽流量扰动下水位 的动态性
按照上式可以设计出水位压力 自 动校正线路。 ②过热蒸汽流量信 号压力 、温度校正 过热蒸汽流量测量通常采用标准喷嘴。 这种喷嘴基本上是按 定压运 行额定工况参数设计 ， 在该参数下运行时 ， 测量精度是较高的。但在 全
时， 锅炉吸收更多的热量 ， 蒸发强度增 加。 如果汽机的进 汽量不加调节 ，
我厂全程给水控制采用两 台给水泵控制 ， 在一台给水泵故障后 ， 机 组将Ｒ Ｂ ，这就为全程给水控制 系统提 出更高的要求 ， 我们应该充分考 虑一台给水泵停 运后对控制系统 的影响 。同时我厂采用循环流化床锅 炉 ，通过循 环灰 量、风煤配 比等手段来控制床温 ， 实现８ ５ ０～９ ５ ０ ℃左右
（ 二 ）串级三 冲量给水控 制系统参数校正 （ １ ） 测量信号的 自动校正 锅炉从启动到正常运行或是从正常运行到停炉的过程中， 蒸汽参数 和负荷在很大 的范 围内变化 ， 这就使水位 、 给水流量和蒸汽流量测量信 号的准确性受到影响 。 为 了实现全程 自动控制 ， 要求这些测量信号能够
包压力 Ｐ ｂ 的函数 ，即
—
水 位在给水扰动下 的传递 函数可表示为 ：
均为汽
旦 ： 三 一
： 兰
锅炉汽包水位控制系统
摘要锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散.管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。
锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全. 稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质.减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。
锅炉汽包水位髙度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。
因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。
在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。
无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内。
维持汽包水位在给定范围内是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一。
水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。
同时会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。
水位过低，则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。
这些后果都是十分严重的。
随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快，人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切的要求。
汽包水位的控制是锅炉控制的一个难点，目前，对汽包水位控制大多采用常规PID 控制方式，传统的常规PID控制方式是根据控制对象的数学模型建立，由于锅炉水位系统存在非线性.不确定性时滞和负荷干扰.非最小相位特征等，其精确的数学模型往往无法获得而且常规PID控制的参数是固定不变的，难以适应各种扰动及对象变化，其控制效果往往难以满足要求，控制效果不理想。
汽包水位三冲量给水调节系统
汽包水位三冲量给水调节系统1、所谓冲量，是指调节器接受的被调量的信号;2、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成;3、在汽包水位三冲量给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，如图所示。
其中，汽包水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值;蒸汽流量信号qm.S是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量;蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。
当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号qm.w作为介质反馈信号，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。
4、在大、中型火力发电厂锅炉汽包水位的变化速度比较快，“虚假水位”现象较为严重，为了达到生产过程中对汽包水位调节的质量要求，因而广泛采用了三冲量汽包水位调节系统。
5、关于测量信号接入调节器的极性说明:当信号值增大时要求开大调节阀，该信号标以“+”号;反之，当信号值减小时要求关小调节阀，该信号标以“,”号。
在给水调节系统中，当蒸汽流量信号增大时，要求开大调节阀，该信号标以“+”号;给水流量信号增大时，要求关小调节阀，该信号标以“,”号;当汽包水位升高时，差压减小，水位测量信号减小，要求关小调节阀，则该信号标以“+”号。
3.1 汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位在一定的范围内变化。
汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。
维持汽包水位是保持汽机和锅炉安全运行的重要条件。
3.2 汽包水位被控对象的扰动有四个来源，包括给水量方面的扰动为内部扰动;其余的如蒸汽负荷的扰动、燃料量的变化及汽包压力的变化等为外部扰动。
锅炉汽包水位控制系统(过程控制仪表课程设计)
过程控制仪表课程设计题目锅炉汽包水位控制系统指导教师高飞燕班级自动化071学号20074460107学生姓名丁滔滔2011年1月5号附录：仪表配接图 (20)锅炉汽包水位控制系统1.系统简介：控制系统一般由以下几部分组成图1 自动控制系统简易图锅炉水位系统如下图：图2 单冲量控制系统原理图及方框图其单位阶跃响应图如下：图3 蒸汽流量干扰下水位阶跃曲线通过电容式液位计将检测来的液位信号变送给成标准信号，再输送给控制器，调节器再通过执行机构和阀来控制进水量，从而达到自动控制锅炉水位。
2．锅炉控制系统：2.1锅炉：锅炉是火力发电厂中主要设备之一。
它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，井将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。
电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。
2.2过热器和再热器：蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽，并要求在锅炉负荷或其他工况变动时，保证过热气温的波动处在允许范围内。
提高蒸汽初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料耐热性能的限制。
蒸汽初压的提高随可提高循环热效率，但过热蒸汽压力的进一步提高受到汽轮机排气湿度的限制，因此为了提高循环热效率及降低排气湿度，可采用再热器。
通常，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。
过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高烟温区，所以管壁温度较高。
如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计和运行中的重要问题。
在过热器和再热器的设计及运行中，应注意下列问题:⑴运行中应保持汽温的稳定，汽温波动不应超过±（5～10）℃。
⑵过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温。
⑶尽量防止和减少平行管子之间的偏差。
2.3省煤器和空气预热器：省煤器和空气预热器通常布置在锅炉对流烟道的尾部，进入这些受热面的烟气温度已较低，因此常把这两个受热面称为尾部受热面或低温受热面。
火力发电厂汽包锅炉给水自动控制
科 技 圈向导
２ １ 年第 １ 期 ０１ ４
火 力发 电厂汽包锅 炉给水 自动控制
（． 津大 港Biblioteka 发 电厂 １天 中国 天津许 明 明 祝 贺 强 ｚ ３ ０ ７ ； ． 拓 能 工 程 咨 询 公 司 山 东 ０ ２ ２ ２ 山东
济南
２０ １） ５ ０ ２
【 要】 摘 工业锅炉的汽 ＆， ＡＡ￣４ ｅ 的一个重要参数 ， Ｋ －ｅ ； － 维持汽 包水位是 保持 汽轮机和锅 炉安全运行的重要条件 ． 炉汽 包水位过 高会 锅 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ｔ，ｌ ￣ 急剧 变化 ， ＂ Ｉｇ Ｊ 直接影响机 组运行的 经济性和安全
１１串级三 冲量给水控制 系统工作原理 ． 如 图 ４１ ． 所示 ． 串级三冲量给水控 制系统 由主调 节器 Ｐ１控 制器 Ｉｆ １和副 调节器 Ｐ２ 控制器 ２ 串联构 成。主调节器接受水位 信号 Ｈｆ ） Ｉ（ ） 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 外 ． 接 受 给 水 量 信 号 Ｉ 蒸 汽 流 量 信 号 Ｉ。 副 调 节 器 的 作 用 主 要 是 还 和 。 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 副词节器对 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 ：①两个 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 。②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 ． 也 使 整 定 这
锅炉给水调节系统
锅炉给水调节系统汽包锅炉给水自动调节系统第一节给水调节任务与给水调节对象动态特性一、给水调节的任务汽包锅炉给水调节的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内。
汽包水位反映了汽包锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，是锅炉运行中一个非常重要的监控参数，保持汽包水位正常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器的正常工作，造成出口蒸汽湿度过大（蒸汽带水）而使过热器管壁结垢，容易导致过热器烧坏。
同时，汽包出口蒸汽湿度过大（蒸汽带水）也会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性。
汽包水位过低，则可能破坏锅炉水循环，造成水冷壁管烧坏而破裂。
二、给水调节对象动态特性汽包水位是由汽包中的储水量和水面下的气泡容积所决定的，因此凡是引起汽包中储水量变化和水面下的气泡容积变化的各种因素都是给水调节的扰动。
（1）给水流量扰动。
这个扰动来自给水调节门的开度变化、省煤器可动喷嘴开关动作、给水压力变化、给水泵转速波动等引起锅炉给水量改变的一切因素。
（2）蒸汽负荷扰动。
这个扰动是指汽轮机负荷变化而引起的蒸汽流量的改变，它使水位发生变化。
（3）锅炉炉膛热负荷扰动。
这个扰动主要是由锅炉燃烧率的变化改变了蒸发强度而引起的，它影响锅炉的输出蒸汽流量和汽水容积中的气泡体积。
给水调节对象的动态特性是指由上述引起水位变化的扰动与汽包水位间的动态关系。
当给水流量扰动时，水位调节对象的动态特性表现为有惯性的无自平衡能力特征，也就是说，当给水流量改变后水位并不会立即变化。
给水流量增加，一方面使进入锅炉汽包的给水量增加；另一方面使温度较低的给水进入省煤器、汽包及水循环系统，吸收了原有饱和水中的一部分热量，致使水面下气泡体积减小。
当蒸汽流量扰动时，汽包水位将出现“虚假水位” 现象。
原因是在蒸汽负荷突然增加时，虽然锅炉的给水流量小于蒸发量，但开始阶段的水位不仅不下降，反而迅速上升（反之，当负荷突然减少时，水位反而先下降）。
第二章+锅炉自动控制系统
串级三冲量给水控制系统图
燃烧率阶跃扰动下的水位响应曲线
在燃烧率Q阶跃变化时，水位的响应曲线如图2-8所示。水位变化的动态特 性用下列传递函数表示：
GHQ ( s)
——为迟延时间（s）。
H (s) K [ ]e s Q( s ) (1 Ts)2 s
上式与蒸汽流量的扰动影响下的传递函数相类似，但增加了一个纯迟延环节。
(4) 根据运行中汽包“虚假水位”现象的 情况。设定蒸汽流量信号强度系数 D 。如“虚假水位”现象严重，可适当加强蒸 汽流量信号，例如可使蒸汽流量信号强度为 给水流量信号强度的1～3倍。但若因此需要 减小给水流量信号强度，则需要重新修正主、 副调节器的整定参数。 (5) 进行机组负荷扰动试验，要求同单级三 冲量系统。
1） 串级三冲量给水控制系统的组成为： (1) 给水流量W、给水流量变送器 rw 和给水流量反馈装置 aw 、副调节器PI2、 执行机构 K Z 、调节阀 K 组成的内回路（或称副回路）。
(2) 由水位控制对象 W01 s 、水位变送器 rH 、主调节器PI1和内回路组成 的外回路（或称主回路）。 (3) 由蒸汽流量信号D及蒸汽流量测量装置 rD 、蒸汽流量前馈装置
本章主要学习模拟量控制系统中锅炉部分的各主要子控制系统：给水控制系统、气 温控制系统和燃烧控制系统。
一、 模拟量闭环控制系统（MCS）
主要包括以下子系统： 1．锅炉给水控制系统 锅炉给水控制系统是调节锅炉的给水量以适应机组负荷（蒸汽量）的变化， 保持汽包水位稳定（对于汽包锅炉）或保持在不同锅炉负荷下的最佳燃水 比（对于直流锅炉） 2．汽温控制系统 汽温控制的质量直接影响到机组的安全与经济运行。它包括主蒸汽温度控制和 再热蒸汽温度控制 （过热气温调节：喷减温水；再热气温调节：烟气挡板位置）
锅炉汽包水位调整与控制
二、汽包水位调节原则
4、正常运行中两台汽动给水泵运行、电泵备用；两 台汽动给水泵转速应尽可能一致，负荷平衡。正常 情况下汽包水位调节由自动装置完成。运行人员加 强水位监视。 5、汽包水位自动调节以差压水位计为基准。 6、正常运行中监视汽包水位以就地双色水位计为准。 正常情况下应清晰可见，且轻微波动。否则应及时 冲洗或联系检修处理。运行中至少有两只指示正确 的低位水位计供监视、调节水位。每班就地对照水 位不少于一次，就地双色水位计指示与其它水位计Fra bibliotek差值≯30mm.
（二）燃烧工况的变化对汽包水位的影响
燃烧工况的改变对水位的影响也很大。在外界负 荷及给水量不变的情况下，当炉内燃料量突然增 加时，炉内放热量增加使锅水吸热量增加，汽泡 增多，体积膨胀，而使水位暂时升高。又由于产 生的蒸汽量不断增加，使汽压上升，饱和温度也 相应地提高了，锅水中汽泡数量又随之减少，又 导致水位下降。此时，对于单元机组，由于汽压 上升使蒸汽做功能力上升，在外界负荷不变的情 况下，汽轮机调节汽门将关小，进汽量减少，而 此时因锅炉的蒸发量减少而给水流量没有变化， 故汽包水位上升。反之，汽包水位变化情况与上 述相反。因此水位波动的大小，取决于燃烧工况 改变的强烈程度以及运行调节的及时性。
1、当电负荷缓慢增加，主蒸汽流量增加，主蒸汽压力下 降、水位降低时，应根据情况适当增加给水流量，使之与 主蒸汽流量相适应，保持水位正常。 2、当电负荷缓慢降低时，主蒸汽流量降低，主蒸汽压力 升高，水位将升高，应根据情况适当减小给水流量。使之 与主蒸汽流量相适应，保持汽包水位正常。 3、当电负荷急剧增加，主蒸汽流量增加，主蒸汽压力下 降，此时汽包水位先上升，但很快会下降，切不可过多减 少给水流量，待水位即将有下降趋势时立即增加给水流量。 使之与主蒸汽流量相适应，保持汽包水位正常 4、当电负荷急剧降低，主蒸汽流量下降，主蒸汽压力升 高，此时汽包水位先降低，但很快会上升，切不可过多增 加给水流量，待水位即将有上升趋势时立即减小给水流量。 使之与主蒸汽流量相适应，保持汽包水位正常。
汽包锅炉给水热力系统图
（一）前馈引入 反馈控制的特点是必须在被调量与给定值的偏差出现后，调
节器才能对其进行调节来补偿干扰对被调量的影响。
可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的 影响克服在被控量偏离设定值之前，从而限制了这类控制系统控 制质量的进一步提高。
考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按 扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就 直接根据检测到的干扰大小和方向按一定规律去进行控制。 称为 “前馈控制”或“扰动补偿”
Z
WDZ(s) +Y
1、引入反馈控制后，前馈控制中的完全补偿条件不变
WF(s)
X
WT(s)
-
+ W(s)
复合控制系统原理方框图
未加反馈作用时完全补偿条件为：
Z
WDZ(s) +Y
WF
s
WDZ s W s
加上反馈后有：
Y
s
1
WT
WT
sW s sW s
X
s
WF sW
1 WT
s WDZ sW s
WDZ
s WT
s W
sK
0
所以,前馈控制器控制规律为：
WT
s
WDZ KW
s s
负号表示控制作用的方向与干 扰作用相反。
K是变送器系数，可作为已知。若W(S)和WDZ(S)可以准确测 出，且其比值满足已知控制器方程表达式。则不论干扰信号是怎 样的形式，前馈控制都能起到完全补偿的作用，从而使被调量因 干扰而引起的动态和稳态偏差均为零。
2、蒸汽流量D扰动下汽包水位变化的动态特性
在蒸汽流量D产生阶跃 D
扰动下，汽包水位 H 变化的
汽包水位三冲量给水调节系统
汽包水位三冲量给水调节系统1、所谓冲量，是指调节器接受的被调量的信号;2、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成;3、在汽包水位三冲量给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，如图所示。
其中，汽包水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值;蒸汽流量信号qm.S是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量;蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。
当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号qm.w作为介质反馈信号，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。
4、在大、中型火力发电厂锅炉汽包水位的变化速度比较快，“虚假水位”现象较为严重，为了达到生产过程中对汽包水位调节的质量要求，因而广泛采用了三冲量汽包水位调节系统。
5、关于测量信号接入调节器的极性说明:当信号值增大时要求开大调节阀，该信号标以“+”号;反之，当信号值减小时要求关小调节阀，该信号标以“,”号。
在给水调节系统中，当蒸汽流量信号增大时，要求开大调节阀，该信号标以“+”号;给水流量信号增大时，要求关小调节阀，该信号标以“,”号;当汽包水位升高时，差压减小，水位测量信号减小，要求关小调节阀，则该信号标以“+”号。
3.1 汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位在一定的范围内变化。
汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。
维持汽包水位是保持汽机和锅炉安全运行的重要条件。
3.2 汽包水位被控对象的扰动有四个来源，包括给水量方面的扰动为内部扰动;其余的如蒸汽负荷的扰动、燃料量的变化及汽包压力的变化等为外部扰动。
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3. 给水泵最小流量控制系统
泵最小流量 给定值 A 泵入口流量
－
△ PID
T 流量小于某定值 N Y
A
T1
流量大于某定值 N T2 f(x) 循环回路调节阀 Y
A A
100% 0%
图11-22 给水泵最小流量控制系统原理图
第五节 600MW机组给水全程控制实例
一、给水热力系统及调节机构
除氧器 再 循 环 给水旁 给水旁路 电动截止 路 阀 调节阀 省 煤 器 过 热 器 去汽轮机 汽动给 水泵A 汽动给 水泵B 电动 给水 泵
A
△ PID1
△ PID2
∑ △ PID5 给水流量
T
A
T2
T1
BALANCER
±
A f(x ) 给水旁路调节阀
∑ T
± A
∑ T
±
A
∑ T
f(x ) 电动给水泵
f(x ) 汽动给水泵 A
f(x ) 汽动给水泵 B
图21 汽包水位全程控制系统原理性功能框图
（1）旁路阀单冲量控制回路
（2）电动给水泵转速单冲量控制回路 （3）给水泵转速三冲量控制回路
H 0
t
图11－6 燃料量扰动下的水位特性
第二节 给水流量调节方式
一、节流调节方式
过热蒸汽 汽包 过热器 H
μV=5％
A n=c
管路性能曲线 M μV
B
μV=100%
泵特性曲线
调节器 省 煤 器 W 给水
WB
定速泵 高压加热器 调节阀 图11－7 节流调节系统示意图
W
WA
图11-8 节流调节原理
二、给水泵调速方式
× K MEDIAN SELECT 汽包水位H
× K
H k ( f1 ( pb ) p) f 2 ( pb )
图24 汽包水位测量回路
主汽温 T11
主汽温 T12
汽机第一 级压力p11
汽机第一 级压力p12
汽机第一 级压力p13
∑/2 设定温度值 ÷ A f(x) MEDIAN SELECT
三、给水泵运行问题
保证泵的安全工作区是首先要考虑的问题。
图20 给水泵的安全工作区
因此，采用变速泵构成给水全程控制系 统时，一般会有：
（1）给水泵转速控制系统：根据锅炉负荷要求， 调节给水泵转速，改变给水流量； （2）给水泵最小流量控制系统：低负荷时，通过 水泵再循环办法来维持水泵流量不低于设计要求 的最小流量值，以保证给水泵工作点不落在上限 特性曲线的外边； （3）流量增加闭锁回路（或给水泵出口压力控制 系统），保证给水泵工作点不落在最低压力线下 和下限工作特性曲线之外。
图19 差压汽包水位测量原理图
2. 给水流量测量
每台给水泵入口设有流量孔板，测量单台给水泵流量。在主 给水管道．上设有给水流量喷嘴，测量进入锅炉的主给水流量。
W k p
只考虑温度 修正
(t , p) p W k 0
3. 蒸汽流量测量
弗留格流量计算公式是目前应用于蒸汽流量计算中较为普遍的方法。 （1）在所考虑的变动工况范围内，当级组内的各级隔板喷嘴和动叶栅 中的汽流均未达到临界状态时，且有背压的汽轮机组，则
D f ( p1 )
T01 T1
× + 旁路蒸汽流量
∑
主蒸汽流量
图25 主蒸汽流量测量回路
给水流量 信号Δp1
给水流量 信号Δp2
给水流量 信号Δp3
给水汽 温 TW f(x)
W pm f (TW )
× × ×
MEDIAN SELECT + ∑ 排污流量 — ∑
过热器 减温水流量
（2）而当在所考虑的变动工况范围内，当级组内始终有
一列或一列以上的喷嘴或动叶栅中的汽流处在临界状 态或超临界状态时，由于级组后的蒸汽压力的变化不 可能对级组前的蒸汽压力状态产生影响，且背压为真 空的机组，这时
T01 p1 D D0 p01 T1
某300MW机组的蒸汽流量计算公式为
D D0 T01 273 t 01 p p 1 D0 1 T1 p01 273 t1 p01
泵入口流量1
泵入口流量2
泵最小允许 流量设定值 A
2XMTR － ＋ △ K ∫
10% A T Y ＞ 流量小于 350T/H N T2 T1 A N A 0% 流量小于 380T/H A
Y
100%
f(x) 循环回路调节阀
图28 给水泵最小流量控制系统
第六 节 给水控制系统运行中的 问题
6-1 基本要求
1．测量系统
（1）汽包水位测量 （2）主蒸汽流量测量 （3）主给水流量测量
H f (p, pb )
D f ( p1 , Ts )
W f (p, TW )
WT W
W
i 1
n
i
2．汽包水位控制系统
汽包压力pb 泵出口压力 汽包水位 蒸汽流量 f(x ) ∑ A △ PID3 A △ PID4
2、蒸汽流量扰动下的水位动态特性
D ΔD 0 H H2
D
t
K2 1 T2 s
+ H _
s
0 t H H1 图11－4 蒸汽流量阶跃扰动下的水位响应曲线
K2 H ( s) G HD ( s) D( s) 1 T2 s s
3、炉膛热负荷扰动下水位动态特性
B D 0 H ΔB t
D D W W
第四节 给水全程控制
一、对给水全程控制系统的要求 （1）对测量信号进行压力、温度校正。 （2）保证给水泵工作在安全工作区内。 （3）保证控制系统切换应是双向无扰的。 （4）需解决好阀门与调速泵间过渡切换问题。 （5）适应机组定压运行和滑压运行工况，必须 适应冷态启动和热态启动情况。
１．检测机构性能检查 （１）汽包水位测量 １）从显示屏查看三重冗余信号之间的偏差 是否在允许范围之内。如果偏差过大，则 检查就地变送器输出、就地到DCS的I/O卡 件电缆接线、I/O卡件4-20mA信号以及DCS 软件组态等环节。 ２）汽包水位DCS显示值与电接点水位计、 就地水位计等其他测量装置指示值的比较， 确保误差在合理范围之内。
PID5
K ∫
PID7
K ∫
N
Y
负荷＜ 15% A
Y
T1 A
T2 T
A T
GAIN CHANGER & BALANCER
T
MEH 遥控 T3
MEH 遥控
MEH转 速设定 值
T4
MEH转 速设定 值
f(x ) 给水旁路调节阀
f(x )
f(x ) 汽动给水泵A MEH控制
f(x )
电动给水泵 液力耦合器
二、信号测量校正
• 1. 汽包水位测量
图17 单室平衡容器水位测量示意图 平衡容器输出差压Δp为
p p p a L w H s ( L H ) ( a s ) L ( w s ) H
H
( a s ) L p ( w s )
三个主要扰动因素： 给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷扰动
1、给水流量扰动下水位的动态特性
W ΔW 0 1 H 2 t
W
s
1 s
+
H
－
α 0 ΔH B τ A ετ 3
t
G HW ( s)
H ( s) W ( s) s 1 s s(1 s)
图11－2给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线
汽包锅炉给水控制系统
第一节 概述
一、给水控制任务
使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包 水位在规定的范围内，同时保持稳定的给水流量。 汽包水位反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平 衡关系。
二、对象特性
汽包 过热器 过热蒸汽
省 煤 器 给水
水 循 环 管 路
给水调节阀
图11－1 给水调节对象结构示意图
汽动给水泵B MEH控制
图27 汽包水位控制系统
当出现下列情况之一时，给水旁路调节阀控 制强制切到手动： (1) 汽包水位设定值与实际值偏差大； (2) 汽包水位信号故障； (3) 汽包压力信号故障； (4) 给水旁路调节阀控制指令与反馈偏差大； (5) 选择电泵控制水位信号； (6) 给水旁路调节阀前截止阀关闭； (7) 给水旁路调节阀后截止阀关闭。
主给水 电动截止阀 高 压 加 热 器
汽包
去旁路 给水流量 减温水阀
图23给水热力系统示意图
二、给水控制系统
水位差压信号 Δp1 水位差压信号 Δp2 水位差压信 号 Δp3 汽包 汽包 汽包 压力 压力 压力 pb1 pb2 pb3 MEDIAN SELECT
f1(x) ∑ ∑ ∑
f2(x)
× K
第三节 给水控制基本方案
一 、单冲量给水控制系统
汽包水位
水位给定值
△ PID
调节机构 图11－11 单冲量给水控制系统
二. 串级三冲量给水控制系统
αD γD D GHD(s)
HS＋
－
Gc1(s)
＋ ＋ －
Gc2(s) αW
KZ γW γH
Kμ
W
H GHW(s)
图11-14 串级三冲量給水控制系统原理框图
D D0
2 p12 p 2 2 2 p 01 p 02
T01 T1
式中D0——参考工况下级组内的蒸汽流量，kg／h； p01——参考工况下级组前的蒸汽压力，MPa； T01——参考工况下级组前的蒸汽温度，K； P02——参考工况下级组后的蒸汽压力，MPa； D——变动工况下级组内的蒸汽流量，kg／h； P1——变动工况下级组前的蒸汽压力，MPa； T1——变动工况下级组前的蒸汽温度，K； P2——变动工况下级组后的蒸汽压力，MPa。