【文章內(nèi)容簡介】 ( ) 1H s H s k kHsD s D s D s s T s? ? ? ? ? ?其中， 為蒸汽流量作單位流量變化時水位的變化速度， 為僅考慮水面下汽泡容積變化引起的水位 變化的增益， 為 的時間常數(shù)。 1k 2k2h 2h2T 虛假水位變化的幅度與鍋爐工作壓力和蒸發(fā)量有關(guān)，對 100～ 200 t/h 中高壓鍋爐，負荷變化 10％時，虛假水位可達 30～ 40 mm。該現(xiàn)象的出現(xiàn)，本質(zhì)上屬對象的反向特性，給控制系統(tǒng)設計增加了一定的難度。 （ 2）當給水增加時，即操作量作用時，考察汽包水位變化情況。一定溫度的水進入汽包后，由于進水溫度低于汽包內(nèi)水溫，需要吸熱，使得汽包水位不立即上升。經(jīng)加熱至蒸發(fā)，然后輸出給負載，才能影響汽包水位的變化，這個過程比較慢。另外，當給水 W 突然增加時，給水需要經(jīng)過省煤器和管道等路徑才能進入汽包。所以，可將其視為一個帶有純時延的單容無自平衡能力過程。其水位 h 變化如圖 105 所示，具體可用下列傳遞函數(shù)來描述： 0() e() skHsW s s ???其中， 為給水流量作用下，汽包水位曲線的飛升速度， 為純時延時間。實驗證實，給水水溫 0k ?越低， 越大，一般在 15～ 100s 之間，如果給水經(jīng)省煤器到汽包，它將增加到 100～ 200s。 ? 2. 單沖量水位控制系統(tǒng) 這里的沖量不是作用在物體上的力與力的作用時間的乘積，而是指變量，單沖量就是單變量，這里為汽包水位。單沖量水位控制系統(tǒng)實際上就是一個單回路水位控制系統(tǒng)，被控（測）量為汽包水位，其結(jié)構(gòu)如圖 106 所示，相應的控制方框圖見圖 107。其中 LT 為水位檢測器，LC 為水位控制器。 L C蒸 汽給 水汽 包省 煤 器L T水 位控 制 器進 水調(diào) 節(jié) 閥汽 包水 位檢 測 器汽 包水 位汽 包 水位 設 定 圖 107 單沖量水位控制方框圖 圖 106 單沖量水位控制系統(tǒng) 對于小型的鍋爐，由于給水在汽包中停留時間較長，加上負荷比較穩(wěn)定，再配以連鎖報警裝置，該控制系統(tǒng)基本上可保證安全，滿足生產(chǎn)需要。但是對于中大型鍋爐，特別是負荷大幅波動的鍋爐，由于假水位現(xiàn)象，使得問題表現(xiàn)得較為嚴重。具體情況是，當蒸汽負荷突然大幅增加時，在燃料量不變的情況下，汽包內(nèi)蒸汽壓力瞬時下降，汽包內(nèi)液體大量汽化，沸騰突然加劇，水中氣泡迅速增多，將水位抬高，形成虛假水位上升。即該水位的上升， 并不是汽包內(nèi) 貯水量的真實增加。由于假水位的出現(xiàn)，控制器不僅不開大調(diào)節(jié)閥，引入較多給水，反而減小調(diào)節(jié)閥開度，使汽包水位進一步降低，嚴重時會使汽包內(nèi)水位降到危險的程度，并引發(fā)事故。所以，對負荷波動大、給水在汽包中停留時間較短的情況，這類單沖量水位控制系統(tǒng)不能滿足需要。 3. 雙沖量水位控制系統(tǒng) 鑒于單沖量水位控制中，最主要的干擾是蒸汽流量變化，所以有必要針對該干擾實施相應的措施，這里用到前面談到的前饋 反饋復合控制系統(tǒng)。利用蒸汽流量檢測器，對鍋爐負荷進行監(jiān)測，并將其結(jié)果從前饋通道引入前向通道，具體如圖 108 所示，系統(tǒng)控制方框圖見圖 109。其中 FT為蒸汽流量檢測器， ∑為加法器。 L C蒸 汽給 水汽 包省 煤 器L TF T?1u 2uu0c u蒸 汽 流 量 檢 測 器控 制 器 調(diào) 節(jié) 閥 汽 包水 位 檢 測 器蒸 汽 通 道1u2u汽包水位水 位設 定蒸 汽 流 量D2ch 圖 108 雙沖量水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 圖 109 雙沖量水位控制系統(tǒng)方框圖 與單沖量水位控制系統(tǒng)相比，雙沖量水位控制能有效解決汽包中假水位的問題：通過引入蒸汽流量信號，來影響進水閥的開度。具體說，如果負荷增大，雖然有假水位出現(xiàn)，即水位檢測器出現(xiàn)水位升高假象，欲使進水量減小，但是蒸汽流量會增大，該檢測信號經(jīng)前饋通道，進入反饋回路，并與水位控制器輸出信號相疊加，通過恰當選擇進水調(diào)節(jié)閥氣開或氣閉的方式，使得進水量增大，從而克服由假水位造成不良后果的毛病。 相疊加實際上可用一個加法器來實現(xiàn)，調(diào)節(jié)閥接受到的信號算式為 1 2 2 0u u c u c? ? ? （ 101） 其中， 為水位控制器輸出信號； 為蒸汽流量變送器輸出信號（通常需經(jīng)開方器）； 為加法器系數(shù)，它取正或負，與調(diào)節(jié)閥的氣開 /氣閉方式有關(guān)，而調(diào)節(jié)閥的氣開 /氣閉方式需要從安全生產(chǎn)的角度老考慮， 為初始偏置， u為加法器輸出信號。 1u 2u 2c0c 由此看來，雙沖量水位控制系統(tǒng)對負荷變化有較好的抵御能力。但是，它對于給水擾動，如水壓變化，卻難以抵抗。 4. 三沖量水位控制系統(tǒng) 為了有效地克服給水水壓變化引起的汽包水位波動，在雙沖量水位控制的基礎上，將給水水流量（或水壓力）作為副參數(shù)引入系統(tǒng)，形成三沖量水位控制系統(tǒng)，如圖 1010 所示，其控制方框圖如圖 1011。其中， 為蒸汽流量檢測器， 為給水流量檢測器， FC 為水流量控制器。 1FT 2FT 實際上，三沖量水位控制系統(tǒng)就是前饋 串級控制系統(tǒng)，它是在原前饋 反饋控 制系統(tǒng)的基 礎上，在反饋回路內(nèi)增加了一個副回路。這種控制形式在前面的控制類型中，我們已經(jīng)討論過（見圖 84 ）。主被控量，也稱主沖量，仍為汽包水位，副被控量為給水流量，給水流量與蒸汽流量均為輔助沖量。 水 位 控 制 器 水 流 量 控 制 器進 水調(diào) 節(jié) 閥水 流管 道汽 包水 流 量 檢 測 器水 位 檢 測 器蒸 汽 流 量 檢 測 器蒸 汽 通 道水 位設 定 值蒸 汽 流 量汽包水位1u 2u3u u 進 水流 量4u 2chD圖 1011 三沖量水位控制系統(tǒng)方框圖 這里給水流量控制器的給定值 實際上是前面前饋 反饋控制系統(tǒng)中的 u，給水流量的變化通過給水流量檢測器的輸出反映出來，并經(jīng)副回路可及時進行控制。蒸汽流量的變化作為主要干擾，通過前饋 反饋方式進行補償。這里的主控制器是水位控制器，可選 PI 或 PID 控制算法，副控制器為給水流量控制器，可選 P 控制算法。 3u 以上采用了三個檢測器：汽包水位檢測器、給水流量檢測器和蒸汽流量檢測器，兩個控制器：汽包水位控制器和給水流量控制器，其結(jié)構(gòu)分明，控制思路清晰。三種檢測信號與控制器、加法器以及調(diào)節(jié)閥的連接如圖 1012 所示。 L CF C?進 水 調(diào) 節(jié) 閥水位信號蒸汽流量信號給水流量信號1u2u4u3uL C ?進 水 調(diào) 節(jié) 閥水位檢測信號蒸汽流量信號給水流量信號uL C進 水 調(diào) 節(jié) 閥?水位檢測信號 蒸汽流量信號 給水流量信號u 圖 1012 三沖量信號連接圖 圖 1013 兩種三沖量信號簡化連接圖 值得一提的是，在有些場合，有人為了簡化這種控制結(jié)構(gòu)，采用了簡便的控制方式：保留汽包水位控制器，省去給水流量控制器，其連接方法如圖 1013 所示的兩種。圖左邊為汽包水位控制器在加法器之前，右邊為汽包水位控制器在加法器之后。但是這兩種方法 在性能上不如