第三章锅炉给水控制系统
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•图. 汽包炉给水控制的结构系统
第三章锅炉给水控制系统
•影响水位的因素主要有： • 锅炉蒸发量（负荷D） • 给水量W • 炉膛热负荷（燃烧率M） • 汽包压力Pb •1、给水量扰动下水位变化的动态特性
•水位在给水扰动下的传递函数可表示为
第三章锅炉给水控制系统
• 左图中曲线 1为沸腾式省煤器 时水位的动态特 性。曲线2则是非 沸腾式省煤器时 的水位动态特性。
体积增大而水位上升。 •传递函 数
第三章锅炉给水控制系统
• 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 关系而下降化的动态特性
•图. 燃料扰动下水位阶跃响应曲线
第三章锅炉给水控制系统
• 炉膛热负荷扰动即是指燃烧率M的扰动。
• 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。
第三章锅炉给水控制系统
• 前一种方法(改变调门开度)节流损失大，给 水泵的消耗功率多，不经济，故在一般单元机组 的大型锅炉中都采用后一种方法(改变给水泵转速)。 • •两段调节: • 在给水全程控制系统中不仅要满足给水量调 节的要求，同时还要保证给水泵工作在安全区。 这往往需要有两套控制系统来完成，即所谓两段 调节。
• 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。
第三章锅炉给水控制系统
•§4-3 给水控制的基
本方案
第三章锅炉给水控制系统
•三、给水控制的基本方案 •1、单级三冲量给水控制系统
•图. 单级三冲量给水控制系统结构图
第三章锅炉给水控制系统
第三章锅炉给水控制系统
•（2）系统的切换问题。由于机组在高、低负荷下 呈现不同的对象特性，要求控制系统能适应这样的 特性。即随着负荷的增加和下降，系统要从单冲量 过渡到三冲量系统，或从三冲量过渡到单冲量系统， 由此产生了系统的切换问题。
第三章锅炉给水控制系统
• （3）由于全程控制系统的工作范围较宽，对各个信 号的准确测量提出了更严格的要求。例如，在高低负荷 不同工况下，给水流量的数值相差很大，必须采用不同 的孔板进行测量，这样就产生了给水流量测量装置的切 换问题；同样，主汽温度和压力在全过程中变化也很大， 需要对主蒸汽流量进行校正。 • （4）给水全程控制还必须适应机组定压运行和滑 压运行工况，必须适应冷态起动和热态起动情况。 • （5）在多种调节机构的复杂切换过程中，给水全 程控制系统都必须保证无干扰。
第三章锅炉给水控制系 统
2020/12/8
第三章锅炉给水控制系统
•§3-1 汽包锅炉给水控
制
第三章锅炉给水控制系统
•一、给水控制任务 • 汽包锅炉给水控制的任务是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：
• （1）维持汽包水位在一定的范围内 • 汽包水位是影响锅炉安全的重要因素。水位过高， 会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带 水增多，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结 垢，甚至使汽轮机发生水冲击而毁坏叶片；水位过低， 则会破坏水循环，引起水冷壁的破裂。 •
第三章锅炉给水控制系统
• 正常运行时水位波动范围：±（30～50）mm • 异常情况: ±200 mm • 事故情况：超出（±350 mm） • （2）保持稳定的给水量 • 稳定工况下，给水量不应该时大时小地剧烈波 动，否则，将对省煤器和给水管道的安全运行不利。
第三章锅炉给水控制系统
•二、给水控制对象的动态特性 • 汽包炉给水控制对象结构如下图:
第三章锅炉给水控制系统
•§3-2 汽包锅炉全程给
水控制系统实例分析
第三章锅炉给水控制系统
•一、给水全程控制定义 • 在锅炉给水全过程中都是自动控制的，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。 •二、给水全程自动控制系统的要求 • （1）实现给水全程控制可以采用改变调门开度即改 变给水管路阻力的方法来改变给水量，也可以采用改变 给水泵转速即改变给水压力的方法来改变给水量。
第三章锅炉给水控制系统
•2、串级三冲量给水控制系统
第三章锅炉给水控制系统
•1、工作原理: • 串级三冲量给水控制系统如左图。 有主 调节器PI1和副调节器PI2。主调节器PI1接受水 位信号作为主控信号去控制副调节器PI2。副调 节器除接受主调节器信号IH外，还接受给水量 反馈信号IW和蒸汽流量信号ID，组成一个三冲 量的串级控制系统，其中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，并快速消除来自给水侧的扰动。
•图. 给水量扰动时水位阶跃响应曲线
第三章锅炉给水控制系统
• 水位对象可近似认为是一个积分环节和一个惯性 环节并联的形式：
•2．蒸汽流量扰动下水位的动态特性 • “虚假水位” ：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
第三章锅炉给水控制系统
• 2、系统特点 • （1）两个调节器任务不同，参数整定相对独立； • （2）在负荷变化时，水位静态值是靠主调节器PI1 来维持的，并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的 作用强度按所谓“静态对比”来进行整定。恰巧相反， 在这时可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来 适当加强蒸汽流量信号的作用强度，以便在负荷变化 时，使蒸汽流量信号能更快地补偿虚假水位的影响， 从而改变蒸汽负荷扰动下的水位控制质量。
•工作原理:
• 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。
第三章锅炉给水控制系统
•影响水位的因素主要有： • 锅炉蒸发量（负荷D） • 给水量W • 炉膛热负荷（燃烧率M） • 汽包压力Pb •1、给水量扰动下水位变化的动态特性
•水位在给水扰动下的传递函数可表示为
第三章锅炉给水控制系统
• 左图中曲线 1为沸腾式省煤器 时水位的动态特 性。曲线2则是非 沸腾式省煤器时 的水位动态特性。
体积增大而水位上升。 •传递函 数
第三章锅炉给水控制系统
• 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 关系而下降化的动态特性
•图. 燃料扰动下水位阶跃响应曲线
第三章锅炉给水控制系统
• 炉膛热负荷扰动即是指燃烧率M的扰动。
• 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。
第三章锅炉给水控制系统
• 前一种方法(改变调门开度)节流损失大，给 水泵的消耗功率多，不经济，故在一般单元机组 的大型锅炉中都采用后一种方法(改变给水泵转速)。 • •两段调节: • 在给水全程控制系统中不仅要满足给水量调 节的要求，同时还要保证给水泵工作在安全区。 这往往需要有两套控制系统来完成，即所谓两段 调节。
• 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。
第三章锅炉给水控制系统
•§4-3 给水控制的基
本方案
第三章锅炉给水控制系统
•三、给水控制的基本方案 •1、单级三冲量给水控制系统
•图. 单级三冲量给水控制系统结构图
第三章锅炉给水控制系统
第三章锅炉给水控制系统
•（2）系统的切换问题。由于机组在高、低负荷下 呈现不同的对象特性，要求控制系统能适应这样的 特性。即随着负荷的增加和下降，系统要从单冲量 过渡到三冲量系统，或从三冲量过渡到单冲量系统， 由此产生了系统的切换问题。
第三章锅炉给水控制系统
• （3）由于全程控制系统的工作范围较宽，对各个信 号的准确测量提出了更严格的要求。例如，在高低负荷 不同工况下，给水流量的数值相差很大，必须采用不同 的孔板进行测量，这样就产生了给水流量测量装置的切 换问题；同样，主汽温度和压力在全过程中变化也很大， 需要对主蒸汽流量进行校正。 • （4）给水全程控制还必须适应机组定压运行和滑 压运行工况，必须适应冷态起动和热态起动情况。 • （5）在多种调节机构的复杂切换过程中，给水全 程控制系统都必须保证无干扰。
第三章锅炉给水控制系 统
2020/12/8
第三章锅炉给水控制系统
•§3-1 汽包锅炉给水控
制
第三章锅炉给水控制系统
•一、给水控制任务 • 汽包锅炉给水控制的任务是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：
• （1）维持汽包水位在一定的范围内 • 汽包水位是影响锅炉安全的重要因素。水位过高， 会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带 水增多，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结 垢，甚至使汽轮机发生水冲击而毁坏叶片；水位过低， 则会破坏水循环，引起水冷壁的破裂。 •
第三章锅炉给水控制系统
• 正常运行时水位波动范围：±（30～50）mm • 异常情况: ±200 mm • 事故情况：超出（±350 mm） • （2）保持稳定的给水量 • 稳定工况下，给水量不应该时大时小地剧烈波 动，否则，将对省煤器和给水管道的安全运行不利。
第三章锅炉给水控制系统
•二、给水控制对象的动态特性 • 汽包炉给水控制对象结构如下图:
第三章锅炉给水控制系统
•§3-2 汽包锅炉全程给
水控制系统实例分析
第三章锅炉给水控制系统
•一、给水全程控制定义 • 在锅炉给水全过程中都是自动控制的，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。 •二、给水全程自动控制系统的要求 • （1）实现给水全程控制可以采用改变调门开度即改 变给水管路阻力的方法来改变给水量，也可以采用改变 给水泵转速即改变给水压力的方法来改变给水量。
第三章锅炉给水控制系统
•2、串级三冲量给水控制系统
第三章锅炉给水控制系统
•1、工作原理: • 串级三冲量给水控制系统如左图。 有主 调节器PI1和副调节器PI2。主调节器PI1接受水 位信号作为主控信号去控制副调节器PI2。副调 节器除接受主调节器信号IH外，还接受给水量 反馈信号IW和蒸汽流量信号ID，组成一个三冲 量的串级控制系统，其中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，并快速消除来自给水侧的扰动。
•图. 给水量扰动时水位阶跃响应曲线
第三章锅炉给水控制系统
• 水位对象可近似认为是一个积分环节和一个惯性 环节并联的形式：
•2．蒸汽流量扰动下水位的动态特性 • “虚假水位” ：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
第三章锅炉给水控制系统
• 2、系统特点 • （1）两个调节器任务不同，参数整定相对独立； • （2）在负荷变化时，水位静态值是靠主调节器PI1 来维持的，并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的 作用强度按所谓“静态对比”来进行整定。恰巧相反， 在这时可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来 适当加强蒸汽流量信号的作用强度，以便在负荷变化 时，使蒸汽流量信号能更快地补偿虚假水位的影响， 从而改变蒸汽负荷扰动下的水位控制质量。
•工作原理:
• 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。