鍋爐汽包水位串級三沖量控制系統的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 的偏差也大；在負荷變化時，由于“虛假水位”現象，水位將迅速變化，這種變化幅度不可能用調節給水量來減小。為維持水位在允許的范圍內，必須限制負荷的一次改變量和負荷變化速度；在負荷變化后的開山東大學本科畢業論文 6 始階段，給水流量和負荷的變化方向相反，如果忽視“虛假水位”現象的存在，盲目根據“水位”來調節給水量，將會擴大鍋爐進出流量的不平衡，使水位波動加劇，實際工作中應當防止和避免。 山東大學本科畢業論文 7 第三章 串級三沖量給水控制系統的設計 鍋爐給水設備及管路連接 典型的鍋爐給水母管連接如圖 31 所示。 圖 31 母管制鍋爐給水系統 示意圖 在圖 31 中， 1 門是主給水調節閥， 2 門是備用主給水調節閥，這兩個閥門允許通過 100%負荷的給水量； 3 門是旁路給水調節閥，允許通過 25%~30%左右負荷的給水量。為了防止調節閥全閉時漏流，各條管路上都安裝了電動截止門 4， 5 和 6。為了檢修方便，在主給水管路上又安裝了總的電動截門 7。此外還裝有鍋爐點火時省煤器用再循環門和事故放水電動截止門 8 和 9。 串級三沖量給水控制系統 給水控制系統概況 鍋爐的汽包水位能夠間接反映鍋爐蒸汽負荷與給水量之間的平衡關系，維持汽包水位正常 是保證鍋爐和汽輪機安全運行的必要條件。汽包水位過高，會山東大學本科畢業論文 8 影響汽包內汽水分離裝置的正常工作，造成出口的蒸汽水分含量過多，導致過熱器管壁結垢而被燒壞，也使過熱蒸汽溫度急劇變化，直接影響機組的穩定運行。汽包水位過低，可能破壞鍋爐水循環，導致水冷壁管被燒壞。 汽包鍋爐給水控制系統地作用是使鍋爐的給水量自動適應鍋爐的蒸發量，維持汽包水位在規定的范圍內波動。 汽包水位 H 是汽包中儲水量和水面下汽包容積的綜合體現，不僅受汽包儲水量變化的影響，還受汽水混合物中汽包容積變化的影響。其中主要的擾動為給水流量 W、鍋爐蒸發量 D、汽包壓 力、爐膛熱負荷等，其對水位的影響各不相同。其中給水流量和蒸汽流量是影響汽包水位的 2 種主要擾動，前者來自調節側，稱為內擾，后者來自負荷側，稱為外擾。 串級三沖量給水控制系統的工作原理 國產 300MW 火力發電機組大型汽包鍋爐的控制對象具有給水內擾動態特性延遲和慣性大的特點，且無自平衡能力，給水流量波動較大，因此，應采用三沖量給水控制系統方案。 另外，控制對象在蒸汽負荷擾動（外擾）時，存在“虛假水位”現象，應此在擾動的初始階段，調節器將使給水流量向與負荷變化相反的方向變化，加劇了鍋爐的進、出流量的不 平衡。因此應采用以蒸汽流量 D 為前饋信號的前饋控制，從而能夠根據對象在外擾下虛假水位的嚴重程度來適當加強蒸汽流量信號的作用強度，以改善蒸汽負荷擾動下的水位控制品質。 串級三沖量給水控制系統的原理圖如圖 32 和所示。 圖 32 串級三沖量給水控制系統原理方框圖 山東大學本科畢業論文 9 這個系統有三個回路，Ⅰ為副回路，包括給水量 W、副調節器 )(2 sWT 、執行器放大系數 ZK 、 閥門系數 fK 、給水 流量變送器斜率 G? 和給水流量分壓系數 Gn ；Ⅱ為主回路，包括水位被控對象 )(1 sWD 、水位變送器斜率 H? 、主調節器 )(1 sWT 和副回路；Ⅲ位前饋通路，包括蒸汽流量變送器斜率 D? 和蒸汽流量分壓系數 Dn 、副回路和被控對象 )(2 sWD 。 這個系統中使用了兩個調節器，構成串級控制系統。為保證被調量無靜差，主調節器采用 PI 控制規律，副調節器采用 PI 或 P 控制規律，副調節器接受三個輸入信號，信號之間有靜態配合問題，但系統的靜態特性由主調節器決定，因此蒸汽流量信號并不要求與給水流量信號相等。 副回路的作用主要為快速消除內擾，主回路用于校正水位偏差，而前饋通路則用于補償外擾，主要用于克服虛假水位現象。 串級三沖量給水控制系統的 SAMA 圖 下圖為串級三沖量給水控制系統的 SAMA 圖： 圖 43 串級三沖量給水控制系統的 SAMA 圖 山東大學本科畢業論文 10 調節器的選擇 調節規律是指調節器輸出信號與其輸入信號之間的動態關系，從理論上說可有各種形式的函數關系，也就是比例調節規律、積分調節規律、微分調節規律。 比例調節規律的特點是控制及時，控制作用貫穿整個調節過程，因此它是基本的調節作用。然而比例調節不能保證系統無差。積分作用可以實現無差調節，只要偏差存在，積分控制作用一直增加；換言之，只有偏差為零時，積分作用才停止變化，這表明系統達到再次穩定狀態時，被調量的偏差必然為零 .微分調節規律是調節器輸出的控制作用與其偏差輸入信號的變化速度成正比。微分 調節作用的大小僅與偏差信號的變化速度有關，而與偏差值大小無關。 比例調節作用是最基本的調節作用，而積分和微分作用為輔助調節作用。比例作用貫徹于整個調節過程之中，積分作用則體現在調節過程的后期，用于消除靜態偏差，微分調節作用則體現在調節過程的初期。 主、副回路調節器調節規律的選擇原則： （ 1）主參數控制質量要求不十分嚴格，同時在對副參數的要求也不高的情況下，為使兩者兼顧而采用串級控制方式時，主、副調節器均可采用比例控制。 （ 2）要求主參數波動范圍很小，且不允許有余差（穩態誤差），此時副調節器可采用比例控制，主 調節器采用比例積分控制。 （ 3）主參數要求高，副參數亦有一定的要求，這時主、副調節器均采用比例積分形式。 串級三沖量給水控制系統的參數整定 主、副調節器的參數整定 在串級三沖量給水控制系統中，副回路是一個 PI 調節器 2()TWs，一般用試探法整定副回路的 2/ Gn? 和 2iT 。主回路參數整定是把副回路等效 成一個比例環節，然后用經驗公式進行整定；前饋通路的 Dn 選擇是基于“虛假水位”而定的。它主要是為了補償“虛假水位”現象。下面分別對它們進行參數整定。 副回路可看作一個隨動系統，如圖 34所示。 山東大學本科畢業論文 11 圖 34 副回路等效圖 把調節閥和普通管道系統作為被調對象，則作為 fK 以外的環節都作為等效調節器。 )()( )()( 22 sWKnsG ssW TZGGT ?? ??? 若 )(2 sWT 采用型如 )11(122 sTi??的調節規律，則 )11()( )()( 222 sTKnsG ssW iZGGT ???? ??? （ 31） 式中 2? 副調節器比例帶； 2iT 副調節器積分時間。 調節器的比例帶 2? 和積分時間 2iT 都應該取得很小，給水流量信號和蒸汽流量信號的分壓系數 Gn 、 Dn 一般均取為 1。當給水被控對象“虛假水位”嚴重時，需加大蒸汽流量信號的作用強度，以改善控制過程品質，此時可取 1?Dn ，并通過試驗來減小Gn， Dn / Gn 最好為整數（一般為 2，即 Gn =）。由于內回路快速隨動，故副調節 器也可用純比例型調節器。 式（ 31）表明，副回路的等效調節器也可看作一個 PI 規律的調節器。 2222iiZGGTTKn??????? （ 32） 副回路的對象為 fK ，可近似為比例環節，所以調節器的比例帶和積分時間都可以整定得很小，實際應用中， ZK 、 G? 可通過試驗獲得；因此副回路也是整山東大學本科畢業論文 12 定 Gn