锅炉水位控制

WT1(s)?1/?w?w(1/?1)(1?1/TI1) (2一8)

所以等效主调节器仍然是比例积分调节器，等效的比例带为 ?1???L?W?W (2一9)

式中，?L一主调节器PII的比例带。

等效主调节器的积分时间Ti1?就是PIl调节器的积分时间Ti1。 主回路仍按单回路系统的整定方法整定，如通过试验方法求取主回路被

控对象的阶跃响应曲线，并由曲线上求得延迟时间?和响应速度?，在按曲线整定法中给出的公式计算等效主调节器的整定参数为 ???1.1?? (2一10)

TiL??3.3? (2—11) 则P11调节器的参数为

?1??1?/?W?W?1.1??/?W?W (2—12)

Ti1?Ti1??3.3? (2—13)

图2-6串级三冲量给水控制系统的主同路等效图

通过对串机级三冲量给水控制系统的分析，可以看出串级系统的主，副回路的工作可以认为基本上是各自独立的。给水流量W，给水流量反馈装置的传递系数a。虽然也同时对主，副回路的工作产生影响，但它们在系统中的作用却比在单级系统中小得多。在单级三冲量控制系统中，主回路的等效调节器比例带????W?W，可以通过改变?W来调整??，但?W的选择还必须同时兼顾内回路的稳定性。串级三冲量系统中的等效主调节器的比例带?1???1?W?W，可以改变P11调节器的比例带?1来调整?1?，因此，调整?1?并不会影

响到副回路的工作稳定性，从而做到主、副回路互不影响，即副回路的稳定性由改变?W来保证。主回路的稳定性由改变?1来保证。 (3)蒸汽流量前馈装置的传递函数?f的选择

在串级三冲量给水控制系统中，水位偏差完全由主调节器来校证，使静态水位值总是等于给定值。因此，就不要求送到副调节器的蒸汽流量信号Vf等于给水流量信号VW，所以前馈装置的传递函数?f的选择将不受静态特性无差条件的限制。而可根据锅炉“虚假水位”的严重程度来确定，从而改善负荷扰动时控制过程的质量。一般使蒸汽流量信号大于给水流量信号，即 ?f?f?K?W?W K>l (2—14)

如果给水流量变送器和蒸汽流量变送器的斜率相等，则 ?f?K?W K>l (2—15)

由于在负荷扰动时，水位的最大偏差(第一个波幅)往往出现在扰动发生后不久(虚假水位现象造成)，这个水位最大偏差的数值决定于扰动的大小，扰动的速度和锅炉的特性，蒸汽流量信号加强后的控制作用对水位的最大偏差起不了多大作用。加强蒸汽流量信号的作用在于减少控制过程中第一个波幅以后的水位波动幅度和缩短控制时间，因此蒸汽流量信号也不需过分加强(一般可取K=2)。

三、汽包给水控制系统的比较

1、单冲量给水控制系统

单冲量汽包水位控制系统的优点是：系统结构简单，对锅炉汽包容量比较大，汽包水位受到扰动后的反应速度比较慢，“虚假水位”现象不很严重的锅炉，采用单冲量水位控制是能满足生产要求的。单冲量汽包水位控制存在着一些缺点，主要有：

(1)单冲量控制方案只根据水位信号控制给水量，在锅炉负荷变化大，即阶跃扰动很大时，由于锅炉的“虚假水位”现象，例如负荷蒸汽增加时，水位一开始先上升，调节器只根据水位作为控制信号，就去关小阀门减少给水量，这个动作对锅炉流量平衡是错误的，从而在过程一开始就扩大了蒸汽流量和给水流量的波动幅度，扩大了进出流量的不平衡。

(2)从给水扰动下水位变化的动态特性可以看出，由于给水压力变化等原因造成给水量变化时，调节器要等到水位变化后才开始动作，而在调节器动作后又要经过一段滞后时间才能对汽包水位发生影响，因此必将导致汽包水位波动幅度大，过程时间长。由于单冲量控制系统存在这些缺点，对于“虚假水位”现象严重及水位反应速度快的锅炉，为了改善系统品质，满足运行的需要，常采双冲量和三冲量给水控制系统。

2、双冲量给水控制系统

锅炉汽包双冲量液位控制系统是在单冲量液位控制的基础上引入蒸汽流量作为前馈信号，能消除“虚假液位”对调节的不良影响，缩短了过渡过程时问，改善控制系统的静特性，提高了调节质量。所以能在负荷变化较频繁的工况下比较好的完成液位控制任务，在给水压力比较平稳时，用于小型低压锅炉较好。但是也存在着缺点，即调节作用不能及时反映给水侧的扰动。当给水量扰动时，控制系统等于单冲量控制，因此当给水母管压力经常有波动，给水调节阀前后压差不易保持正常时，不宜采用双冲量控制。

3、三冲量给水控制系统

锅炉的给水量在生产运行中经常会有自发性变化，当几台锅炉并列运行时，还可能发生几台锅炉的汽包水位控制互相干扰的现象。当一台锅炉负荷和给水量改变时，引起给水母管压力波动，而使其他锅炉的给水量受到扰动。在双冲量水位控制中，对于给水量这种自发性变化不能及时反映出来，要经过一定的延迟时间之后，给水量的扰动才能通过汽包水位的变化而

被发觉，此后存克服扰动时，几台锅炉的水位控制又互相影响，使得控制过程非常复杂。三冲量汽包给水控制系统，采用蒸汽流量信号对给水流量进行前馈控制，当蒸汽负荷突然发生变化，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向移动，即蒸汽流量增加，给水调节阀开大，抵消了由于“虚假水位”引起的反向动作，因而减小了水位和给水流量的波动幅度。当水压干扰使给水流量改变时，调节器能迅速消除干扰。如给水流量减少，调节器立即根据给水流量减少的信号，开大给水阀门，使给水量保持不变。另外，给水流量信号也是调节器动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，所以三冲量给水控制系统，调节器动作快，还可避免调节过头，减少波动和失控。这样，汽包水位就很少受到影响。

图3.1单级三冲量给水控制原理结构图

图3.2串级三冲置给水控制原理结构图

串级三冲量给水控制系统(图3-1)与单级三冲量给水控制系统(图3-2)相比较，串级控制系统是由两个调节器组成，主调节器PIl采用比例积分控制规律，以保证水位无静态偏差。主调节器的输出信号和给水流量，蒸汽流量都作用到副调节器P12上。在一般的情况下，副调节器可采用比例调节器，以保证副回路的快速性。串级系统主副调节器的任务不同，副调节器的任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性扰动以及当蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量，以保证给水流量和蒸汽流量的平衡；主调节器的任务是校正水位偏差。这样，当负荷变化时．水位稳定值是靠主调节器PIl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的“静态配比”来进行整定。恰恰相反，在这旱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，从而改变负荷扰动下的水位控制品质。由此可见，串级三冲量系统比单级三冲量的工作更合理，控制品质要好一些。通过对各给水控制系统的分析比较，可确定采用三冲量给水控制系统。

四、小结

本章研究了锅炉给水控制系统。对给水工艺过程进行了简单介绍，分析了给水控制的必要性

和虚假液位的成因。提出了控制的基本要求，并对单冲量、双冲量、单级三冲量和串级三冲量控制系统的原理及具体回路的实现进行了介绍，并分析了他们各自的优缺点，经过分析比较，最终采用三冲量给水控制系统实现锅炉给水的自动控制。