锅炉给水控制

现在机组都是给水全程控制系统。所谓给水全程控制系 统，是指在机组启停过程和正常运行时均能实现自动操 作的控制系统。因为随着发电机组容量的增大和参数的 不断提高，机组的控制与运行管理变得越来越复杂和困 难。尤其是当机组承担变动负荷时，不仅用电负荷剧烈 变化，而且机组的启停次数也增加了。机组在启停过程 中，需要监视的参数多，而且操作控制的项目也大大增 加。这时，运行人员更需要各个自动化系统能发挥作用 ，用以减轻运行人员的劳动强度，保证机组的安全运行 。因此，现代大容量单元机组迫切需要在不同负荷和工 况下都能起良好控制作用的自动控制系统，这就产生了 全程控制系统。
与单冲量控制系统相比，该系统引入了用于克服虚 假水位的蒸汽流量信号（前馈信号）和用于抑制给 水内扰的给水流量信号（局部反馈信号），所以称 为三冲量系统。当蒸汽流量改变时，通过前馈控制 作用，可及时改变给水流量，力图维持进出锅炉内 的物质平衡，这有利于克服虚假水位现象；当给水 流量发生自发性扰动时，通过局部反馈控制作用， 可抑制这种扰动对给水流量以及汽包水位的影响， 有利于减少汽包水位的波动。因此，三冲量给水控 制系统在克服扰动、维持汽包水位稳定和提高给水 控制质量方面优于单冲量给水控制系统。
单冲量给水控制系统
D
过热器
H
测量变送器
给定元件
Ih0
-Ih
调节器 省煤器 执行器
G
给水阀
单冲量调节时:汽包水位测量值与汽包水 位设定值的偏差（定值减测量值，以形 成调节器输出的反作用）进入单冲量PID 调节器，PID输出控制单台运行泵的勺管 开度；统存在严重的不足，简述如下：假设 某时刻发生了负荷扰动，蒸汽流量增加，蒸汽流量 大于给水流量，正确的控制作用应及时增加给水量 。但是由于虚假水位的存在使水位不是下降，而是 上升！调节器输入偏差小于0，阀门开度减小，使本 来已有的流量不平衡进一步扩大了。不难想象，虚 假水位后紧接着的是水位急剧下降，这就扩大了动 态偏差，延长了调节过程时间。另一方面，当水位 下降后，在控制作用下增加给水流量时
给水流量信号IW是为了克服给水流量的内扰，及时 反映控制效果，改善调节品质。例如，当某种原因 引起给水流量增加时，由于内扰通道的迟延，水位 不能立即上升，但IW增加了，这就使调节器的输入 偏差变为负值，调节器的输出使阀门开度减小，及 时减少了给水流量，这就大大降低了给水流量内扰 对水位的影响。这个克服给水流量内扰的控制过程 是在给水流量内回路中进行。内回路动作快，可以 迅速消除内扰。
T H ( s) 沸腾式省煤器的延迟时间 W ( s) s 1 T s s (1 T s)
H ( s) s e W ( s) s
为100～200s。
非沸腾式省煤器的延迟时 间为30～100s。
蒸汽流量扰动下水位的动态特性
注意：“虚假水位”现象
原因是由于负荷增加时，在汽水循环回路中的蒸发强度也 将成比例增加，水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃 烧率M还来不及增加，汽包中水的体积增大而水位上升， 如图中曲线H2(t)所示。在开始的一段时间H2(t)的作用大 于H1(t)。当过了一段时间后，即汽泡容积和负荷相适应 而达到稳定后，水位就要反映出物质平衡关系而下降。
内回路是由给水流量变送器、副调节器、执行机构 组成的闭合回路，由于内回路不包括迟延较大的水 位对象，副调节器的比例积分作用可整定的很强。 例如，当某种原因引起给水流量增加时，由于内扰 通道的迟延，水位不能立即上升，但调节器的输入 偏差变为负值，调节器的输出使阀门开度减小，及 时减少了给水流量，这就大大降低了给水流量内扰 对水位的影响。这个克服给水流量内扰的控制过程 是在给水流量内回路中进行。内回路动作快，可以 迅速消除内扰。
§4 汽包锅炉给水控制 给水控制系统任务 给水控制对象的动态特性 给水控制基本方案 锅炉给水全程控制系统实例
锅炉给水控制系统的任务
任务: 使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包的水位 保持在一定范围内，即： （1）维持汽包水位在一定的范围内。
（2）保持稳定的给水量。
汽包水位是汽包锅炉运行中的一个重要的监控参数， 它反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。维持 汽包水位在一定范围内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装 臵的工作，造成出口蒸汽水分过多，使过热器结垢而 烧坏，严重时会导致汽轮机进水；汽包水位过低，会 破坏锅炉的水循环，甚至引起爆管。
蒸汽流量D是为了克服虚假水位引起的调节器误动作 。例如，当蒸汽流量D增加时，由于虚假水位的影响 ，使水位上升，Ih下降，这就是调节器输入偏差变负 ，使给水量减少。但与此同时，加入调节器输入端 的前馈信号ID也增加了。ID的作用是要增加给水流 量。显然，如果ID整定的得当，就可抵消虚假水位 的影响。
由于汽包水位信号形成的闭合回路是给水控制系统 的主回路。无论内扰还是外扰使汽包水位偏离给定 值时，改变给水流量，使水位朝着减小和消除被调 量偏差的方向变化，并最终使汽包水位等于给定值
与单冲量控制系统相比，该系统引入了用于克服虚 假水位的蒸汽流量信号ID（前馈信号）和用于抑制 给水内扰的给水流量信号IW（局部反馈信号），所 以称为三冲量系统。当蒸汽流量改变时，通过前馈 控制作用，可及时改变给水流量，力图维持进出锅 炉内的物质平衡，这有利于克服虚假水位现象；当 给水流量发生自发性扰动时，通过局部反馈控制作 用，可抑制这种扰动对给水流量以及汽包水位的影 响，有利于减少汽包水位的波动。因此，三冲量给 水控制系统在克服扰动、维持汽包水位稳定和提高 给水控制质量方面优于单冲量给水控制系统。
三冲量调节时：汽包水位测量值与汽包水 位设定值的偏差（定值减测量值，形成主 调的反作用）进入三冲量主调节器，其输 出叠加上（由调节级压力经函数校正后得 到的修正后的蒸汽流量，形成副调节器的 设定值。副调的设定值与给水流量的偏差 （定值减测量值，形成副调的反作用）进 入副调节器，输出直接控制单台运行泵的 勺管开度。即在主调输出提前加入蒸汽流 量的变化，提高调节的快速性。
由于给水内扰通道有较大的迟延，调节效果不能及 时反映出来。这就是说，即使给水流量增加大于蒸 发量，被调量水位并不能马上上升，调节器输入偏 差持续大于0。这可能使给水流量反过来远大于蒸汽 流量，加剧了系统的振荡，延长了调节过程时间， 甚至不能满足生产过程的要求。所以，对大、中型 锅炉，不宜采用单冲量控制系统。

H 信号的主要作用：反馈信号, 起校正作用，使汽包水位
为给定值
从图中可以看出，调节器接受三个信号（H、W、D ），其输出通过执行机构去控制给水量W，其中水位 H是主要控制信号，水位高时应减少给水流量，水位 低时应增加给水流量。蒸汽流量D和给水流量W的变 化是引起水位变化的主要原因（扰动信号），它们 分别作为水位控制的前馈信号和反馈信号。当D改变 时，调节器PI动作。适当地改变给水量W，保证D和 W比值不变；而当W自发地改变时，PI也立即动作使 W恢复原来数值，有效地控制水位的变化。
锅炉给水全程控制系统实例
给水全程自动控制
在锅炉给水全过程中都实现自动控制，即能在控制设备正 常的条件下，不需要操作人员的干涉，就能保持汽包水位 在允许的范围内。
给水控制有哪些特殊问题 ？？
给水控制的特殊问题
（1）两段调节。 （2）系统的切换问题。 （3）给水流量测量装臵的切换问题； （4）多种调节机构的无扰切换问题。 调节阀门的切换问题； 调节阀门的切换伴随着有关截止门的切换； 阀门与调速泵间的过渡切换问题。 （5）保证给水泵工作在安全区内。
与单冲量控制系统相比，该系统引入了用于克服虚 假水位的蒸汽流量信号（前馈信号）和用于抑制给 水内扰的给水流量信号（局部反馈信号），所以称 为三冲量系统。当蒸汽流量改变时，通过前馈控制 作用，可及时改变给水流量，力图维持进出锅炉内 的物质平衡，这有利于克服虚假水位现象；例如， 当蒸汽流量D增加时，由于虚假水位的影响，使水位 上升，这就是调节器输入偏差变负，使给水量减少 。但与此同时，加入调节器输入端的前馈信号也增 加了, 增加给水流量。显然，如果整定的得当，就可 抵消虚假水位的影响。
非沸腾式
沸腾式
因为给水温度远低于省煤器的温度，即给水有一定的冷 却度，水进入省煤器后，使一部分汽变成了水，特别是 沸腾式省煤器，给水减轻了省煤器内的沸腾度，省煤器 内的汽泡总容积减少，因此，进入省煤器内的水首先用 来填补省煤器中汽泡破灭容积减少而降低的水位，经过 一段延迟甚至水位下降后，才能因给水量不断从省煤器 进入汽包而使水位上升。在此过程中，负荷还未发生变 化，汽包中水仍然在蒸发，因此水位也有下降趋势。
K3 3 H ( s) M ( s) 1 T3 s s
给水控制基本方案
单冲量（反馈）： 小容量/大型超高压（接近临界压力）锅炉 双冲量（比值）： 1）物质平衡（给水量~耗汽量)：水位开环控制，故 不单独 使用 2）前馈+反馈：未考虑给水量对水位的影响，在中 、小锅 炉用 三冲量 （反馈+比值） （前馈-反馈、反馈）
串级三冲量给水控制系统
主调节器 副调节器 -
串级三冲量给水控制系统由主、副两个调节器和三 个冲量（汽包水位、蒸汽流量、给水流量）构成。 与单级三冲量相比，该系统多采用了一个调节器， 两个调节器分工明确、串联工作。主调节器为水位 调节器，它根据水位偏差产生给水流量给定值。副 调节器为给水流量调节器，它根据给水流量偏差来 控制给水流量，蒸汽流量信号作为前馈信号用来维 持负荷变动时的物质平衡。由此构成一个前馈-反馈 控制系统。
H ( s) k2 D( s) (1 T2 s ) s
炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性
燃烧率增加时，锅炉吸收更多的热量，使蒸发强度增大，如 果不调节蒸汽阀门，由于锅炉出口汽压提高，蒸汽流量也增 大，这时蒸发量大于给水量，水位应下降。但由于在热负荷 增加时蒸发强度的提高，使汽水混合物中的汽泡容积增加， 而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水 位先上升，从而引起“虚假水位”现象。当蒸发量与燃烧量 相适应时，水位便会迅速下降，这种“虚假水位”现象比蒸 汽量扰动要小一些，但其持续时间长。