【正文】 信號的前饋控制，以改善給水控制系統(tǒng)的品質(zhì)。因此，對給水內(nèi)擾動動態(tài)特性遲延和慣性大的鍋爐應(yīng)考慮采用串級或其他控制方案。調(diào)節(jié)閥的切換與截門的切換應(yīng)密切配合，截門應(yīng)在調(diào)節(jié)閥投入工作之前打開。由于兩個閥門的流通量是不同的，所以兩個閥門的開關(guān)速度應(yīng)該是不同的（如圖 所示） ，而流量應(yīng)該保持相等，這可以通過比例系數(shù)和偏置值進(jìn)行調(diào)整。與此同時，加法器的輸出信號，即小閥門回路中的 信號如圖中所示，為一個由大小到小的斜坡信號。這是因?yàn)?KJ 斷開，限速組件≮的輸出信號 b 為0，則大閥回路中的乘法器輸出= = =0大Ucab小 01當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增加，給水流量增大到一定值時，絕對值報(bào)警組件 H/ L 動作，使繼電組件 KJ 激勵，接點(diǎn) KJ 閉合。a 信號即為調(diào)節(jié)器的輸出信號，所以小閥回路中的控制信號即為調(diào)節(jié)器輸出信號，小閥處于工作狀態(tài)。圖 給水流量信號運(yùn)算回路（a）運(yùn)算回路；（b）可變系數(shù) k 的變化曲線從圖 中可以看出，在低負(fù)荷時，繼電器接點(diǎn) KJ 斷開，定值組件 GH 發(fā)出 l0V 的階躍信號，經(jīng)過加法器，直接送到小閥回路中的乘法器，即 =l0V。在負(fù)荷變化時，大小閥門就需要進(jìn)行無擾切換。由上式可見，當(dāng) k=l 時， W = 2當(dāng) k=0 時， W =W1，這樣就實(shí)現(xiàn)了在低負(fù)荷時用旁路管路上的孔板 2 測量給水流量，高負(fù)荷時用主給水管路上的孔板 1 測量給水量的要求，從而提高了測量精度。當(dāng)流量達(dá)到 30%時 k=0，這時旁路給水流量信號消失，轉(zhuǎn)入主給水管路的給水流量測量。在比較器?1 中，主給水流量信號 W1 減去旁路給水流量信號 2，此差使信號在另一乘法器中乘可變系數(shù) k，乘法器的輸出為 k（W W 2） ，k 值由比例偏置器 調(diào)整。對于這種采用兩個測量元件的給水流量測量系統(tǒng)，需要用一個流量信號運(yùn)算回路，如圖 所示。為此，給水系統(tǒng)中安裝了 2 兩個孔板。圖中 ＃ ＃ ＃ 3 為截止閥， ＃ ＃ ＃ 6 為調(diào)節(jié)閥， ＃ 7 為總截止閥。一般，大型單元機(jī)組的給水管路系統(tǒng)如圖 所示。通過控制給水調(diào)節(jié)閥的開度來維持給水泵的出口壓力，保證給水泵工作點(diǎn)不落在最低壓力 Pmin 線下和下限特性工作曲線之外。低負(fù)荷時，通過增大水泵再循環(huán)流量的辦法來維持水泵流量不低于設(shè)計(jì)要求的最小流量值，以保證給水泵工作點(diǎn)不落在上限圖 給水泵出口壓力調(diào)整時的工況特性曲線的外面。根據(jù)鍋爐負(fù)荷要求，控制給水泵轉(zhuǎn)速，改變給水流量。由于兼用改變轉(zhuǎn)速和上水通道阻力兩種方式調(diào)節(jié)給水涼，增加了全程給水自動控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。解決問題的辦法是關(guān)小給水調(diào)節(jié)閥門，使泵的出口壓力升高，同時使水泵轉(zhuǎn)速由 n1 增至 n2，當(dāng)給水流量達(dá)到負(fù)荷要求數(shù)值時，工作點(diǎn)將由a 點(diǎn)移到 b 點(diǎn)，不會滑到安全工作區(qū)以外，保證了給水泵的安全運(yùn)行?；瑝哼\(yùn)行時，設(shè)給水泵工作點(diǎn)在 a 點(diǎn)外，甭轉(zhuǎn)速為 n1,甭出口壓力為 p1，給水流量為 W1。目前采用的方法是提高上水管道的阻力，即關(guān)小泵出口流量調(diào)節(jié)閥門，以提高泵的出口壓力，使工作點(diǎn)重新移入安全區(qū)內(nèi)。變速泵下限特性決定了不同壓力下水泵的最大負(fù)荷能力。目前采用的方法是在泵出口至除氧器水箱之間安裝再循環(huán)管道，當(dāng)泵的流量低于某一設(shè)定的最小流量時，再循環(huán)門自動開啟，增加泵體內(nèi)的流量，從而使低負(fù)荷階段給水泵的工作點(diǎn)也在上限特性曲線之內(nèi)。在鍋爐啟動、停爐或低負(fù)荷運(yùn)行時，泵的工作點(diǎn)有可能落入上限特性之外。此外，變速泵的運(yùn)行還必須滿足鍋爐安全運(yùn)行的要求，即泵出口壓力（給水壓力）不得高于鍋爐運(yùn)行的最高給水壓力 Pmax 且不得低于最低給水壓力 Pmin。變速泵的安全工作區(qū)由六條曲線構(gòu)成：泵的上、下限特性、最高轉(zhuǎn)速 nmax 和最低轉(zhuǎn)速 nmin，泵出口最高壓力 Pmax 和最低壓力 Pmin。無論哪種類型的變速泵，保證泵的安全工作區(qū)是首先要考慮的問題。300MW 以下的單元機(jī)組多用電動變速泵做主給水泵，通過調(diào)整液力連軸器的勺管位置來調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速。 給水泵安全特性要求在給水系統(tǒng)全過程運(yùn)行中，保證給水泵總是工作在安全工作區(qū)內(nèi)，是一個重要問題。所以，對給水流量測量信號可以只采用溫度校正，其校正回路如圖 所示。圖 過熱蒸汽流量信號的壓力、溫度自動校正線路圖 給水流量信號的溫度校正計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)給水溫度為 100℃不變，壓力在 ～ 范圍內(nèi)變化時，給水流量的測量誤差為 %。為了避免高溫高壓節(jié)流元件因磨損帶來的誤差，可用汽機(jī)調(diào)速級壓力 P1 代替蒸汽流量信號。可以按下列公式進(jìn)行校正 (35). PTPkD??????式中 D——熱蒸汽流量；P——過熱蒸汽壓力；T——過熱蒸汽溫度；?P——節(jié)流件差壓；?——過熱蒸汽密度； k——流量系數(shù)。但在全程控制時，運(yùn)行工況不能基本固定。 過熱蒸汽流量信號的壓力、溫度校正 過熱蒸汽流量測量通常采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴。（2）采用具有雙室平衡容器的水位取樣裝置進(jìn)行水位校正，這種裝置本身基本上可以補(bǔ)償啟動或停止過程中的水位測量誤差，校正原理如圖 所示。39。239。計(jì)算和試驗(yàn)表明，密度與汽包壓力之間的函數(shù)曲線如圖 所示。圖 中函數(shù)組圖 汽包水位測量系統(tǒng)Pb—汽包壓力；H—汽水連通管之間的垂直距離，即最大變化范圍；h—汽包水位高度；P P 2—加在差壓變送器兩側(cè)的壓力；—飽和蒸汽的密度； —飽和水的密度； —汽包外平衡容器內(nèi)凝sgGgag結(jié) 水的密度。在鍋爐啟動過程中，水溫略有增加，但由于同時壓力也升高，兩種因素對 的影響基本上可抵消，即可近似地認(rèn)為 是恒值。從圖 中可以看出： = +1PG?h?sacbH24)(????= H2a hssGa?????1= hssa)()(?? (31)sGPHh?當(dāng) H 一定時，水位 h 是差壓和汽、水密度的函數(shù)。采用電氣校正回路進(jìn)行壓力校正。 水位信號的壓力校正由于汽包中飽和水和飽和蒸汽的密度隨壓力變化，所以影響水位測量的準(zhǔn)確性。測量信號自動校正的基本方法是，先推導(dǎo)出被測參數(shù)隨溫度、壓力變化的數(shù)學(xué)模型，然后利用各種元件構(gòu)成運(yùn)算電路進(jìn)行運(yùn)算，便可實(shí)現(xiàn)自動校正。3 全程給水控制系統(tǒng)需解決的關(guān)鍵問題 信號的自動校正鍋爐從啟動到正常運(yùn)行或是從正常運(yùn)行到停爐的過程中，蒸汽參數(shù)和負(fù)荷在很大的范圍內(nèi)變化，這就使水位、給水流量和蒸汽流量測量信號的準(zhǔn)確性受到影響。蒸汽流量 D和燃料量B的變化是產(chǎn)生“虛假水位”的根源。上述四種擾動在鍋爐運(yùn)行中都可能經(jīng)常發(fā)生，給水流量擾動作為內(nèi)部擾動，汽包水位對其響應(yīng)的動態(tài)參數(shù)（τ、ε）是給水控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的依據(jù)。另外，由于蒸發(fā)量隨燃料量的增加有慣性和時滯， 虛線所示，這就導(dǎo)致遲延時間τ較長。但是蒸發(fā)強(qiáng)度增大同樣也使水面下汽泡容積增大，因此也會出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象。若此時汽輪機(jī)負(fù)荷未增加，則汽輪機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)閥開度不變。虛假水2 2位現(xiàn)象與鍋爐參數(shù)及蒸汽負(fù)荷變化大小有關(guān)，對于 100～670t/h 中、高壓鍋爐，當(dāng)負(fù)荷階躍變化 10%時，虛假水位可達(dá) 30～40mm。只有當(dāng)汽泡體積與負(fù)荷適應(yīng)而不再變化時，水位的變化就僅由物質(zhì)平衡關(guān)系來決定，這時水位就隨負(fù)荷增大而下降，呈無自平衡特性。，當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化時，汽包水位的變化具有特殊的形式：在負(fù)荷突然增加時，雖然鍋爐的給水流量小于蒸發(fā)量，但開始階段的水位不僅不下降，反而迅速上升（反之，在負(fù)荷突然減少時，水位反而先下降） ，這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象。但當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量突然增加時，汽包水下面的汽泡容積也迅速增大，即鍋爐的蒸發(fā)強(qiáng)度增加，從而使水位升高，因蒸發(fā)強(qiáng)度的增加是有一定限度的，故汽泡容積增大而引起的水位變化可用慣性環(huán)節(jié)特性來描述，如圖 中 H2 曲線所示。在蒸汽流量D 擾動下水位變化的階躍響應(yīng)曲線如圖 所示。但按鍋爐容量的增大來計(jì)算響應(yīng)速度，則得到的相對響應(yīng)速度逐漸增大，說明隨著鍋爐容量和參數(shù)的提高，對水位H控制的要求也越高。對于蒸發(fā)量為 410t/h，參數(shù)為 10MPa、540℃的高壓爐，τ=10s，ε= . ；對于容量為 670t/h，參數(shù)為 14MPa、540℃的超1?τ)1( )??SWHw高壓爐，τ=5～10s ，ε= ～ . 。這種特性可由下列近似傳遞函數(shù)表示：式中： ε水位響應(yīng)速度，即單位給水量擾動時，水位的變化速度， . ；1?τ 遲延時間，s。當(dāng)給水流量突然增加后，給水流量雖然大于蒸汽流量，但由于給水溫度低于汽包內(nèi)飽和水的溫度，給水吸收了原有飽和水中的部分熱量使水面下汽泡容積減少，實(shí)際水位響應(yīng)曲線可視為由H1 和H2 兩條曲線疊加而成，所以擾動初期水位不會立即升高。圖 給水流量階躍擾動下水位響應(yīng)曲線當(dāng)給水流量階躍增加ΔW后，水位H的變化如圖中曲線H 所示。 給水流量擾動下水位的動態(tài)特性給水流量是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所改變的控制量，給水流量擾動是來自控制側(cè)的擾動，又稱內(nèi)擾。汽包水位動態(tài)特性較為復(fù)雜，一是對汽包水位擾動有四個來源，二是“虛假水位”問題的存在，特別是后一個問題使得人們設(shè)計(jì)出“三沖量”給水控制系統(tǒng)。其中主要的擾動有：給水流量W、鍋爐蒸發(fā)量D、汽包壓力Pb、爐膛熱負(fù)荷等。以給水控制系統(tǒng)為例，常規(guī)串級三沖量給水系統(tǒng)只能在負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷 70%時，才能投入自動，在此以前全部為手動操作，而全程給水系統(tǒng)從鍋爐點(diǎn)火啟動開始便可以投入自動。全程控制是相對常規(guī)控制系統(tǒng)而言的，全程控制包括啟停控制和正常運(yùn)行工況下控制兩方面的內(nèi)容。隨著機(jī)組容量的增大、參數(shù)的提高，在啟動和停機(jī)過程中需要監(jiān)視和操作的項(xiàng)目增多，操作的頻率也增高，采用人工調(diào)節(jié)已不適應(yīng)生產(chǎn)要求，而必須在啟、停過程中也實(shí)現(xiàn)自動控制。2 給水被控對象的動態(tài)特性 全程控制的概念目前，大型火電單元機(jī)組都采用機(jī)、爐聯(lián)合啟動的方式，鍋爐、汽輪機(jī)按照啟動曲線要求進(jìn)行滑參數(shù)啟動。(3