锅炉设备的控制
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用比例积分作用时 ISP C1Ic C2IF IO
液位测量值是液位与蒸汽信号之差 稳态时，测量与设定相等，故液位有余差 2．加法器输入信号时液位与蒸汽流量的微分 特点： 未引入蒸汽流量信号，稳态时无余差
仅在蒸汽量变化时，才有微分的超前输出
6.2 锅炉汽包水位控制
三冲量水位控制系统
三冲量：汽包的液位、蒸汽量和给水量 三冲量控制系统：以蒸汽量为前馈信号，液位为主 被控变量，给水量为副被控变量的串级—前馈控制系统
6.2 锅炉汽包水位控制
扰动分析
影响气包水位的因素 •汽包（包括循环水管）中的储水量 •水位下的气泡容积
影响水位下的气泡容积的因素： •锅炉的负荷 •蒸汽压力 •炉膛热负荷等
主要扰动：锅炉蒸发量（蒸汽流量D）和给水流量W
6.2 锅炉汽包水位控制
单冲量水位控制系统 1 控制方案:单回路控制，液位控制给水量 大型电站中，锅炉产气量达，称变量为冲量 单冲量即单变量，指汽包的水位 2 特点： 结构简单，但调节不够及时 存在虚假液位，并且时滞大，因此，控制作用不能太大，否则 控制品质变差 汽包容量较大，水位受扰动后响应速度慢 常用于虚假液位不严重，负荷较稳定的场合
6.2 锅炉汽包水位控制
双冲量水位控制系统
1 控制方案：双冲量指汽包水位H和蒸汽量D 蒸汽量静态前馈的液位前馈—反馈控制系统 2 特点： 引入前馈，补偿了虚假液位对控制的不良影响 前馈改善系统的静态特性，提高了控制品质 对给水量或给水压力的扰动，与单冲量系统相当 对控制阀等非线性，静态补偿较困难
6.2 锅炉汽包水位控制
6.1 锅炉设备及基本控制要求
1.锅炉设备的主要控制要求
汽包的液位蒸汽的压力：保持在一定范围内，适应用户负荷的变化 过热蒸汽温度：保持在一定范围内 炉膛负压：保持在一定范围内 燃烧完全：根据经济性和环保的要求 运行安全：液位、炉膛负压、过热度、蒸汽压力等在安全运行范围内
6.1 锅炉设备及基本控制要求
源自文库
6.2 锅炉汽包水位控制
锅炉汽包水位的动态特性 影响汽包水位的因素有 : 汽包
(包括循环水管)中储水量和水 位下气泡容积 • 水位下气泡容积与锅炉的负荷、 蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。 • 锅炉汽包水位主要受到锅炉蒸 发量(蒸汽流量D)和给水流量W 的影响。
锅炉汽包水位系统
6.2 锅炉汽包水位控制
被控变量：过热蒸汽温度 操纵变量：喷水量
6.2 锅炉汽包水位控制
保持锅炉汽包水位在一定范围内是锅炉稳定安全运行的主要指标
设置水位自动控制的必要性
水位稳定是安全运行的必要条件： 水位高：汽包内水气分离差，蒸汽带水，造成：
过热蒸汽的温度下降 损坏蒸汽透平叶轮片 过热器管壁结垢，传热效率下降 水位低：在用户负荷大时，会全部汽化造成 设备损坏; 在急冷时，引发锅炉的爆炸
锅炉汽包水位的动态特性 1、 给水量W对汽包水位H的动态特性： 初始段，进入的冷水吸收水位以下饱和汽水中的热量，减少了饱和 汽水中的气泡容积，补充气泡的空间，水位上升缓慢。 当水位以下气泡容积不再变化时，水位呈线性升高
6.2 锅炉汽包水位控制
2．蒸汽流量D对汽包水位H的动态特性： 蒸汽用量D增大，如给水量W不变，水位线性下降 蒸汽用量D增大，汽包内气压下降，水呈沸腾状，水位下气包增加 ，水位以一阶惯性特性上升，在一定气压下达到饱和汽水状态 合成特性是反相特性，汽包水位呈虚假液位，使控制困难
3.前馈控制器控制规律的确定
1) C2符号的选择：
I C1Ic C2IF IO
与控制阀的气开、气关特性有关
对象的Kp>0，扰动的Kf<0 从保护锅炉的后续设备考虑：阀选气开
C2选正，使C2KvKp为正，与Kf相加后可抵消 从保护锅炉本身考虑，阀选气关，C2为负
2)C2的调整：
它是静态前馈补偿器的放大系数 按前馈控制的参数调整方
kO es s
GfD (s) GO (s)
O
[
k
f
；G
(k2
fkDo()ss)]esTO 2
kO T2s 1
k2 s
1
kf s
设
；设副环是1：1比例环节
如果 kO k f ；超前无法实现，则 kd k2 / kO
因此，动态前馈可用微分环节实现
引入给水量，因此，前馈偏置可不必设置 液位无余差条件：采用比例积分控制器
锅炉设备的控制
常见锅炉设备的工艺流程如图。 给水经给水泵、给水控制阀、省煤器 进入锅炉的汽包； 燃料与经预热的空气按一定配比混合, 在燃烧室燃烧产生热量； 汽包生成饱和蒸汽,经过热器形成过 热蒸汽,汇集到蒸汽母管； 燃烧过程的废气将饱和蒸汽过热, 并 经省煤器对锅炉的给水和空气预热, 最后烟气经引风机送烟囱排空。
2.锅炉设备的主要控制系统
• 给水自动控制系统：保持物料的平衡（给水和蒸汽）
被控变量：汽包液位
操纵变量：给水量
• 锅炉燃烧的自动控制系统：满足经济性、安全性和环保要求
被控变量：蒸汽压力
操纵变量：燃料量
被控变量：烟气含氧量 操纵变量：送风量
被控变量：炉膛负压
操纵变量：引风量
• 过热系统的自动控制系统：满足过热度、壁温等要求
三冲量控制系统的目的：补偿给水系统的扰动，克 服阀的非线性等
三冲量控制系统的结构：为了减少控制系统的设备 投资，三冲量控制系统有三种实施方案
三冲量水位标准控制方案
整个控制系统是串级加前馈控制系统
主控制器是液位控制器，副控制器是流量控制器 前馈补偿用微分环节时是动态
前馈 设： GP (s)
则：GFF (s)
法，从小到大调整或根据C2=Δu/ΔD计算并调整
3) C1的调整：
C1常与Kc一起考虑，把C1设置为1 4) Io的调整：前馈补偿器的偏置值
设置为正常负荷下的输出电流
6.2 锅炉汽包水位控制
双冲量控制系统变型
I C1Ic C2IF IO
在液位控制器的输入端添加了加法器 采用双通道输入 的控制器可少用一个加法 1．加法器输入信号是液位和蒸汽流量 特点： 用纯比例作用时，与原方案相同
GFF
(s)
1
kd T2 s
s
1
三冲量水位简化控制方案一
整个控制系统是串级加前馈控制系统 主控制器比例度100%（1：1）的纯比例控制器，副控制器是液位控制器 采用静态前馈 引入给水量，因此，前馈偏置可不必设置
W 与 D 的确定：稳态有 D VIF W VIC
液位测量值是液位与蒸汽信号之差 稳态时，测量与设定相等，故液位有余差 2．加法器输入信号时液位与蒸汽流量的微分 特点： 未引入蒸汽流量信号，稳态时无余差
仅在蒸汽量变化时，才有微分的超前输出
6.2 锅炉汽包水位控制
三冲量水位控制系统
三冲量：汽包的液位、蒸汽量和给水量 三冲量控制系统：以蒸汽量为前馈信号，液位为主 被控变量，给水量为副被控变量的串级—前馈控制系统
6.2 锅炉汽包水位控制
扰动分析
影响气包水位的因素 •汽包（包括循环水管）中的储水量 •水位下的气泡容积
影响水位下的气泡容积的因素： •锅炉的负荷 •蒸汽压力 •炉膛热负荷等
主要扰动：锅炉蒸发量（蒸汽流量D）和给水流量W
6.2 锅炉汽包水位控制
单冲量水位控制系统 1 控制方案:单回路控制，液位控制给水量 大型电站中，锅炉产气量达，称变量为冲量 单冲量即单变量，指汽包的水位 2 特点： 结构简单，但调节不够及时 存在虚假液位，并且时滞大，因此，控制作用不能太大，否则 控制品质变差 汽包容量较大，水位受扰动后响应速度慢 常用于虚假液位不严重，负荷较稳定的场合
6.2 锅炉汽包水位控制
双冲量水位控制系统
1 控制方案：双冲量指汽包水位H和蒸汽量D 蒸汽量静态前馈的液位前馈—反馈控制系统 2 特点： 引入前馈，补偿了虚假液位对控制的不良影响 前馈改善系统的静态特性，提高了控制品质 对给水量或给水压力的扰动，与单冲量系统相当 对控制阀等非线性，静态补偿较困难
6.2 锅炉汽包水位控制
6.1 锅炉设备及基本控制要求
1.锅炉设备的主要控制要求
汽包的液位蒸汽的压力：保持在一定范围内，适应用户负荷的变化 过热蒸汽温度：保持在一定范围内 炉膛负压：保持在一定范围内 燃烧完全：根据经济性和环保的要求 运行安全：液位、炉膛负压、过热度、蒸汽压力等在安全运行范围内
6.1 锅炉设备及基本控制要求
源自文库
6.2 锅炉汽包水位控制
锅炉汽包水位的动态特性 影响汽包水位的因素有 : 汽包
(包括循环水管)中储水量和水 位下气泡容积 • 水位下气泡容积与锅炉的负荷、 蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。 • 锅炉汽包水位主要受到锅炉蒸 发量(蒸汽流量D)和给水流量W 的影响。
锅炉汽包水位系统
6.2 锅炉汽包水位控制
被控变量：过热蒸汽温度 操纵变量：喷水量
6.2 锅炉汽包水位控制
保持锅炉汽包水位在一定范围内是锅炉稳定安全运行的主要指标
设置水位自动控制的必要性
水位稳定是安全运行的必要条件： 水位高：汽包内水气分离差，蒸汽带水，造成：
过热蒸汽的温度下降 损坏蒸汽透平叶轮片 过热器管壁结垢，传热效率下降 水位低：在用户负荷大时，会全部汽化造成 设备损坏; 在急冷时，引发锅炉的爆炸
锅炉汽包水位的动态特性 1、 给水量W对汽包水位H的动态特性： 初始段，进入的冷水吸收水位以下饱和汽水中的热量，减少了饱和 汽水中的气泡容积，补充气泡的空间，水位上升缓慢。 当水位以下气泡容积不再变化时，水位呈线性升高
6.2 锅炉汽包水位控制
2．蒸汽流量D对汽包水位H的动态特性： 蒸汽用量D增大，如给水量W不变，水位线性下降 蒸汽用量D增大，汽包内气压下降，水呈沸腾状，水位下气包增加 ，水位以一阶惯性特性上升，在一定气压下达到饱和汽水状态 合成特性是反相特性，汽包水位呈虚假液位，使控制困难
3.前馈控制器控制规律的确定
1) C2符号的选择：
I C1Ic C2IF IO
与控制阀的气开、气关特性有关
对象的Kp>0，扰动的Kf<0 从保护锅炉的后续设备考虑：阀选气开
C2选正，使C2KvKp为正，与Kf相加后可抵消 从保护锅炉本身考虑，阀选气关，C2为负
2)C2的调整：
它是静态前馈补偿器的放大系数 按前馈控制的参数调整方
kO es s
GfD (s) GO (s)
O
[
k
f
；G
(k2
fkDo()ss)]esTO 2
kO T2s 1
k2 s
1
kf s
设
；设副环是1：1比例环节
如果 kO k f ；超前无法实现，则 kd k2 / kO
因此，动态前馈可用微分环节实现
引入给水量，因此，前馈偏置可不必设置 液位无余差条件：采用比例积分控制器
锅炉设备的控制
常见锅炉设备的工艺流程如图。 给水经给水泵、给水控制阀、省煤器 进入锅炉的汽包； 燃料与经预热的空气按一定配比混合, 在燃烧室燃烧产生热量； 汽包生成饱和蒸汽,经过热器形成过 热蒸汽,汇集到蒸汽母管； 燃烧过程的废气将饱和蒸汽过热, 并 经省煤器对锅炉的给水和空气预热, 最后烟气经引风机送烟囱排空。
2.锅炉设备的主要控制系统
• 给水自动控制系统：保持物料的平衡（给水和蒸汽）
被控变量：汽包液位
操纵变量：给水量
• 锅炉燃烧的自动控制系统：满足经济性、安全性和环保要求
被控变量：蒸汽压力
操纵变量：燃料量
被控变量：烟气含氧量 操纵变量：送风量
被控变量：炉膛负压
操纵变量：引风量
• 过热系统的自动控制系统：满足过热度、壁温等要求
三冲量控制系统的目的：补偿给水系统的扰动，克 服阀的非线性等
三冲量控制系统的结构：为了减少控制系统的设备 投资，三冲量控制系统有三种实施方案
三冲量水位标准控制方案
整个控制系统是串级加前馈控制系统
主控制器是液位控制器，副控制器是流量控制器 前馈补偿用微分环节时是动态
前馈 设： GP (s)
则：GFF (s)
法，从小到大调整或根据C2=Δu/ΔD计算并调整
3) C1的调整：
C1常与Kc一起考虑，把C1设置为1 4) Io的调整：前馈补偿器的偏置值
设置为正常负荷下的输出电流
6.2 锅炉汽包水位控制
双冲量控制系统变型
I C1Ic C2IF IO
在液位控制器的输入端添加了加法器 采用双通道输入 的控制器可少用一个加法 1．加法器输入信号是液位和蒸汽流量 特点： 用纯比例作用时，与原方案相同
GFF
(s)
1
kd T2 s
s
1
三冲量水位简化控制方案一
整个控制系统是串级加前馈控制系统 主控制器比例度100%（1：1）的纯比例控制器，副控制器是液位控制器 采用静态前馈 引入给水量，因此，前馈偏置可不必设置
W 与 D 的确定：稳态有 D VIF W VIC