汽包水位控制.ppt

汽包锅炉给水控制给水控制系统任务给水控制系统任务给水控制对象的动态特性给水控制对象的动态特性给水控制基本方案给水控制基本方案锅炉给水全程控制系统实例锅炉给水全程控制系统实例1锅炉给水控制系统的任务 任务任务任务任务:使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包的水位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：保持在一定范围内，即：（1 1）维持汽包水位在一定的范围内。）维持汽包水位在一定的范围内。（2 2）保持稳定的给水量。）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，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的必要条件。汽包水位过高会影响汽包内汽水分离装置的工作，造成出口蒸汽水分过多，使过热器结垢而置的工作，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。破坏锅炉的水循环，甚至引起爆管。2现在机组都是给水全程控制系统。所谓给水全程控制系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，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。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。程控制系统。3给水控制对象的动态特性一、对象结构一、对象结构一、对象结构一、对象结构:4二、影响因素：二、影响因素：二、影响因素：二、影响因素：影响水位的因素主要有影响水位的因素主要有影响水位的因素主要有影响水位的因素主要有:锅炉蒸发量（负荷锅炉蒸发量（负荷锅炉蒸发量（负荷锅炉蒸发量（负荷D D D D）给水量给水量给水量给水量W W W W 炉膛热负荷（燃烧率炉膛热负荷（燃烧率炉膛热负荷（燃烧率炉膛热负荷（燃烧率M M M M）汽包压力汽包压力汽包压力汽包压力P P P Pb b b b需要研究需要研究给水量扰动下水位变化的动态特性给水量扰动下水位变化的动态特性给水量扰动下水位变化的动态特性给水量扰动下水位变化的动态特性蒸汽流量扰动下水位的动态特性蒸汽流量扰动下水位的动态特性蒸汽流量扰动下水位的动态特性蒸汽流量扰动下水位的动态特性炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性5qq 给水量扰动下水位变化的动态特性给水量扰动下水位变化的动态特性非沸腾式非沸腾式非沸腾式非沸腾式沸腾式沸腾式沸腾式沸腾式6因为给水温度远低于省煤器的温度，即给水有一定的冷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。化，汽包中水仍然在蒸发，因此水位也有下降趋势。沸腾式省煤器的延迟时间为100200s。非沸腾式省煤器的延迟时间为30100s。7q蒸汽流量扰动下水位的动态特性8注意：注意：“虚假水位虚假水位虚假水位虚假水位”现象现象现象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，此时燃烧率烧率M M还来不及增加，汽包中水的体积增大而水位上升，还来不及增加，汽包中水的体积增大而水位上升，如图中曲线如图中曲线H H2 2(t t)所示。在开始的一段时间所示。在开始的一段时间H H2 2(t t)的作用大的作用大于于H H1 1(t t)。当过了一段时间后，即汽泡容积和负荷相适应当过了一段时间后，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。而达到稳定后，水位就要反映出物质平衡关系而下降。9qq 炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性10燃烧率增加时，锅炉吸收更多的热量，使蒸发强度增大，如燃烧率增加时，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，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，从而引起位先上升，从而引起“虚假水位虚假水位”现象。当蒸发量与燃烧量现象。当蒸发量与燃烧量相适应时，水位便会迅速下降，这种相适应时，水位便会迅速下降，这种“虚假水位虚假水位”现象比蒸现象比蒸汽量扰动要小一些，但其持续时间长。汽量扰动要小一些，但其持续时间长。11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）12FF单冲量给水控制系统单冲量给水控制系统单冲量给水控制系统单冲量给水控制系统-Ih-IhIh0Ih013单冲量调节时单冲量调节时:汽包水位测量值与汽包水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）进入单冲量成调节器输出的反作用）进入单冲量PIDPID调节器，调节器，PIDPID输出控制单台运行泵的阀门输出控制单台运行泵的阀门开度；开度；14但是，内扰迟延大和外扰时但是，内扰迟延大和外扰时“虚假水位虚假水位”明显的水明显的水位对象，该系统存在严重的不足，简述如下：假设位对象，该系统存在严重的不足，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。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升！调节器输入偏差小于0 0，阀门开度减小，使本来，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降后，在控制作用下增加给水流量时15由于给水内扰通道有较大的迟延，调节效果不能及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差持续大于0 0。这可能使给水流量反过来远大于蒸汽。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，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。锅炉，不宜采用单冲量控制系统。16单冲量控制系统结构简单，可用于内扰迟延小，外单冲量控制系统结构简单，可用于内扰迟延小，外扰时虚假水位不严重的小锅炉，也可用于大型机组扰时虚假水位不严重的小锅炉，也可用于大型机组的低负荷阶段的给水控制中。这是因为在低负荷阶的低负荷阶段的给水控制中。这是因为在低负荷阶段由于锅炉的疏水和排污等因素的影响，使给水流段由于锅炉的疏水和排污等因素的影响，使给水流量和蒸汽流量存在着严重的不平衡，且流量太小，量和蒸汽流量存在着严重的不平衡，且流量太小，测量误差较大。测量误差较大。171 1 1 1工作原理工作原理工作原理工作原理:PIDPIDPIDPID控制器接受三个信号：控制器接受三个信号：控制器接受三个信号：控制器接受三个信号：H,H,H,H,D,WD,W D D信号主要作用信号主要作用信号主要作用信号主要作用：前馈信号前馈信号前馈信号前馈信号，直接克服虚假水位的影响。，直接克服虚假水位的影响。，直接克服虚假水位的影响。，直接克服虚假水位的影响。W W 信号主要作用信号主要作用信号主要作用信号主要作用：是反馈信号是反馈信号是反馈信号是反馈信号 克服因给水阀自发扰动对克服因给水阀自发扰动对克服因给水阀自发扰动对克服因给水阀自发扰动对 H(t)H(t)H(t)H(t)的影响，并保持的影响，并保持的影响，并保持的影响，并保持WW稳定稳定稳定稳定 可以增强调节过程的稳定性（使阀门动作不过调）可以增强调节过程的稳定性（使阀门动作不过调）可以增强调节过程的稳定性（使阀门动作不过调）可以增强调节过程的稳定性（使阀门动作不过调）H H H H 信号的主要作用：信号的主要作用：信号的主要作用：信号的主要作用：反馈信号反馈信号反馈信号反馈信号,起校正作用，使汽包水位起校正作用，使汽包水位起校正作用，使汽包水位起校正作用，使汽包水位 为给定值为给定值为给定值为给定值18从图中可以看出，调节器接受三个信号（从图中可以看出，调节器接受三个信号（H H、WW、D D），其输出通过执行机构去控制给水量），其输出通过执行机构去控制给水量WW，其中，其中水水位位H H是主要控制信号，水位高时应减少给水流量，水是主要控制信号，水位高时应减少给水流量，水位低时应增加给水流量。位低时应增加给水流量。蒸汽流量蒸汽流量D D和和给水流量给水流量WW的的变化是引起水位变化的主要原因（扰动信号），它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。当们分别作为水位控制的前馈信号和反馈信号。当D D改改变时，调节器变时，调节器PIPI动作。适当地改变给水量动作。适当地改变给水量WW，保证，保证D D和和WW比值不变；而当比值不变；而当WW自发地改变时，自发地改变时，PIPI也立即动作也立即动作使使WW恢复原来数值，有效地控制水位的变化。恢复原来数值，有效地控制水位的变化。19蒸汽流量蒸汽流量D D是为了克服虚假水位引起的调节器误动作。是为了克服虚假水位引起的调节器误动作。例如，当蒸汽流量例如，当蒸汽流量D D增加时，由于虚假水位的影响，增加时，由于虚假水位的影响，使水位上升，使水位上升，IhIh下降，这就是调节器输入偏差变负，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使给水量减少。但与此同时，加入调节器输入端的前馈信号前馈信号IDID也增加了。也增加了。IDID的作用是要增加给水流量。的作用是要增加给水流量。显然，如果显然，如果IDID整定的得当，就可抵消虚假水位的影整定的得当，就可抵消虚假水位的影响。响。20给水流量信号给水流量信号IWIW是为了克服给水流量的内扰，及时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，但不能立即上升，但IWIW增加了，这就使调节器的输入增加了，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。迅速消除内扰。21由于汽包水位信号形成的闭合回路是给水控制系统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量偏差的方向变化，并最终使汽包水位等于给定值22与单冲量控制系统相比，该系统引入了用于克服虚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假水位的蒸汽流量信号IDID（前馈信号）和用于抑制（前馈信号）和用于抑制给水内扰的给水流量信号给水内扰的给水流量信号IWIW（局部反馈信号），所（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。给水控制质量方面优于单冲量给水控制系统。2324串级三冲量给水控制系统由主、副两个调节器和三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。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，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。两个调节器分工明确、串联工作。主调节器为水位主调节器为水位调节器调节器，它根据水位偏差，产生给水流量给定值。，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副调节器为给水流量调节器，它根据给水流量偏差，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。由此构成一个前馈维持负荷变动时的物质平衡。由此构成一个前馈-反反馈控制系统。馈控制系统。25完谢谢26