【正文】 ，在給水和燃料量未及時調(diào)整之前，會使水位先升高，最終則降低。鍋爐負荷變動速度越快，水位的波動也就越大。 (2)汽包壓力變化速度 鐵嶺電廠 3機組 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 13 汽包壓力發(fā)生擾動時，壓力降低則水位上升，壓力升高則水位下降，汽包壓力變化速度越快，對水位的影響也就越大。在外界負荷及給水量不變的情況下，當燃燒量突然增多時，水位暫時升高而后下降；當燃燒量突然減少時，情況則相反。因此，水位波動的大小，也與燃燒工況改變的強烈程度以及運行調(diào)節(jié)的及時性有關(guān)。在其他條件不變時其影響是：給水壓力高時，給水量增大，水位升高；給水壓力低時，給水量減小，水位下將。 汽包水位的測量 如 下 圖所示 ， 單式平衡容器的水位測量公式為 ΔH=［ L(ρaρs)gΔP］ /［ ρωρs)g］ H0， () 式中 ΔH為水位儀的顯示值 ； ΔP為差壓信號 ； L 為正、負壓取出管間的距離 ； H0為汽包零水位線到負壓管的距離 ； ρω為飽和水的密度 ， ρω=f(P)， P 為汽包壓力 ； ρs 為飽和蒸汽的密度 ， ρs=g(P)， P 為汽包壓力 ； ρa為正壓側(cè)導壓管中水的密度 ， ρa=h(p,ta)， p 為汽包壓力 ， ta為 Pt100 鉑電阻測量的溫度值 (Pt100 安裝位置可上下移動 ， 以消除偏差 ,A,B,C 表示鉑電阻是三線制接法 )。另外，考慮到汽包沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 水位的重要性，我們對汽包水位測量采取“三選一”的冗余方式，取中間值后再進行壓力計算。測量信號校正的基本方法是：先推導出被測參數(shù)隨溫度、壓力變化的數(shù)學模型，然后利用各種元件構(gòu)成運算電路進行運算，便可實現(xiàn)自動校正。此系統(tǒng)采用電氣校正回路進行壓力校正，即在水位差壓變送器后引入校正回路。從圖 中可以看出 )( )( sG sa PLH ???? ? ???? （ ） 當 L 一定時，水位 H 是差壓和汽、水密度的函數(shù)。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ρ a 的影響基本上可抵消，即可近似地認為ρ a是恒值。 過熱蒸汽流量信號的壓力、溫度校正 圖 35 過熱蒸汽流量信號的壓力、溫度自動校正線路圖 過熱蒸汽流量測量通常采用標準噴嘴，這種噴嘴基本上是按定壓運行額定工況參數(shù)設(shè)計，在該參數(shù)下運行時，測量精度是較高的。當被測過熱蒸汽的壓力和溫度偏離設(shè)計值時，蒸汽的密度變化很大，這就會給流量測量造成誤差，所以進行壓力和溫度的校正。 所以對給水流量測量信號可以只采用溫度校正，若給水溫度變化不大，則不必對給水流量測量信號進行校正。 要實現(xiàn)水位全程自動 ,首先保證給水泵的工作點始終落在安全工作區(qū)內(nèi) ,才能使泵組安全可靠工作 ,保證汽包水位穩(wěn)定運行 ,而泵的工作安全區(qū)由上、下限特性，最大、小壓力，四條線所包圍的區(qū)域，如下圖所示： 圖 泵組特性圖 控制回路 SAMA 圖分析 給水控制系統(tǒng) 采用兩臺汽泵和一臺電動泵供水。每臺泵都有再循環(huán)管路，當系統(tǒng)工作在低負荷時再循環(huán)管路的閥門能自動打開，保證泵出口有足夠流量，防止汽蝕。在圖 中增加了壓力補償環(huán)節(jié)，根據(jù)汽、水密度與沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 汽包壓力的函數(shù)關(guān)系，得到水位校正系統(tǒng)的運算公式為： 12()()bbf p L pH fp??? （ ） 圖 水位信號測量 線路圖 小負荷給水控制，小負荷時單沖量控制給水調(diào)節(jié)門給水，汽包中取 A、 B、 C 三個水位測量點，測量值經(jīng)過放大模塊得到放大信號與汽包壓力修正信號求得偏差經(jīng)過除法器和放大器得到 3 路汽包水位信號，經(jīng)過邏輯選擇信號送到 PID 調(diào)節(jié)器的 P 端，與設(shè)定值通過運算得到給水旁路的輸出量。 壓力補償信號是汽包中的左、中、右三個測量點測量的信號經(jīng)過 選擇邏輯通道 作用后信號分別送到飽和水和飽和汽的函數(shù)發(fā)生器中，汽包壓力信號分別進入到切換開關(guān)的 N、Y 兩端，它的控制條件是汽包壓力的高值監(jiān)視信號，當發(fā)生高值報警是輸出 Y 端的 輸入信號，反之輸出 N 端的輸入信號。 由 兩個流量變送器的測量 給水流量 信號與測溫元件測量到并且經(jīng)過一系列變化后的給水溫度信號一起經(jīng)過乘法器， 兩路測量信號經(jīng)過二選一選擇器作用后得到給水流量平均值信號 與 過熱器 Ⅰ 、 Ⅱ 級噴水減溫器的減溫水流量測量值 求得偏鐵嶺電廠 3機組 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 19 差得到總 給水流量信號 。 圖 給水流量線路圖 圖 主蒸汽流量測量線路圖 沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 (3)主蒸汽流量信號 圖 為主蒸汽流量測量線路圖。 旁路給水控制 小負荷時單沖量控制旁路給水旁路閥整門水，控制回路，汽包水位測量經(jīng)過汽包壓力補償后，汽包水位設(shè)定值偏差，通過 PID 運算去控制旁路給水門，維持汽包水位。最后到達顯示部分來控制給水旁路單沖量。 給水旁路的手 /自動切換，當發(fā)出切換手動指令的時候，調(diào)節(jié)器接收實際汽包水位，為了切換到自動的時候?qū)崿F(xiàn)無饒切換。再經(jīng)過主調(diào)節(jié)閥，和主蒸汽流量 D 相加。當機組負荷達到一定的情況，把電動泵的給水由單沖量控制轉(zhuǎn)換為三沖量控制。當機組越限位信號，將發(fā)出報警信號。在手動狀態(tài)下，調(diào)節(jié)器輸出跟蹤實際水位。 圖 電動泵制線路圖 沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 汽動泵的控制 小負荷時，系統(tǒng)采用單沖量控制。 汽動泵的輸出經(jīng)一定變化后分別與 小汽機 A、 B 位置變送器信號求和得到偏差然后送到轉(zhuǎn)換器的 N 端。當運行到一定負荷下，切換到遠端自動控制，轉(zhuǎn)換器輸出 N 端信號。在機組運行期間同樣有監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視是否正常運行。 圖 汽動泵控制線路圖 鐵嶺電廠 3機組 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 23 單沖量 /三沖量轉(zhuǎn)換 單沖量控制系統(tǒng)是一個只采用汽包水位信號和一個 PI 調(diào)節(jié)器的反饋控制系統(tǒng) 。調(diào)節(jié)原理見圖 圖 單沖量調(diào)節(jié)原理方框圖 串級三沖量控制系統(tǒng)由主、副兩個 PI 調(diào)節(jié)器和三個沖量（汽包水位、蒸汽流量、給水流量）構(gòu)成。可見，串級三沖量控制系統(tǒng)比單級三沖量控制系統(tǒng)的工作更合理，控制品質(zhì)要好，是現(xiàn)場廣泛采用的給水控制系統(tǒng)。低負荷時，由于蒸汽參數(shù)低，負荷變化小，虛假水位現(xiàn)象不太嚴重，對維持水位恒定的要求又不高，所以允許采用單沖量給水控制系統(tǒng)。于是出現(xiàn)了低負荷時采用 單沖量，高負荷時采用三沖量給水控制系統(tǒng)，如圖 所示。高負荷時采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)，其中 PI2 為主調(diào)節(jié)器，接受水位信號。兩套控制系統(tǒng)的切換是根據(jù)鍋爐負荷（蒸汽流量）的大小進行的。當單沖量系統(tǒng)運行時， 1C 閉合， 3C 斷開。系統(tǒng)的切換在 25%負荷左右進行。 鐵嶺電廠 3機組 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 25 5 鐵嶺電廠 3 機組全程給水控制過程分析 在給水全程控制中，負荷低于 30%位小負荷 ，大于 30%為大負荷。降負荷切換時，增加了切換惰性回路，當負荷小于 25%時才切換至旁路給水。 (1)啟動、沖轉(zhuǎn)及帶 25%負荷 此階段采用單沖量系統(tǒng)通過控制給水旁路閥門開度來維持汽包水位在給定范圍內(nèi)，電動給水泵維持在最低轉(zhuǎn)速，汽動給水泵手 /自動操作器強迫為手動狀態(tài)，主給水電動門也關(guān)閉，給水旁路閥從 0— 100%控制。當汽包水位測量值與調(diào)節(jié)器的設(shè)定值取偏差，當偏差大時，給水旁路門切手動。相反也有高限監(jiān)視。 當水位測量值高時，高信號監(jiān)視，當汽包水位高三值時，通過 ASSIGN 送到送到 BMS。 當汽包水位不高不低時，汽包水位正常。對給水進行高限監(jiān)視，給水旁路門在最大位置； 低限監(jiān)視，給水旁路門在最小。三沖量電動泵的副調(diào)節(jié)器（ PID4）也處于自動跟蹤狀態(tài)，通過切換開關(guān)使 PID4 的輸出跟蹤函數(shù)發(fā)生器的輸出，再通過手 /自動操作器使電動泵維持在最低轉(zhuǎn)速 運行。此時三沖量系統(tǒng)尚不能使用，給水旁路門已全開，只能提高給水泵轉(zhuǎn)速來滿足給水量的增加，通過切換開關(guān)使函數(shù)發(fā)生器的輸出值隨控制信號（ PID1 的輸出）變化。由于單沖量調(diào)閥系統(tǒng)與單沖量調(diào)泵系統(tǒng)對象特性不同，且調(diào)節(jié)器整定參數(shù)不同，所以 PID1 為變參數(shù)調(diào)節(jié)器。給水旁路閥鎖定在全開位置不再關(guān)閉，以減少系統(tǒng)不必要的擾動。此時泵的轉(zhuǎn)速已提高，當主給水沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 電門打開以后，管道阻力突然減少，控制系統(tǒng)使泵轉(zhuǎn)速自動下降一些時，泵轉(zhuǎn)速已有可能下降。 30%～ A%負荷階段采用電動泵控制給水量。 PID4 不再跟蹤 PID1 的輸出，而是處于自動控制狀態(tài)，通過手 /自動操作器控制電動泵轉(zhuǎn)速同時進行顯示電動給水泵勺管位置。電動給水泵勺管信號和電動電動給水泵勺管位置反饋信號作和進行高、低限監(jiān)視，電動給水泵勺管位置偏差大時，電泵切手動。此時，汽動泵主調(diào)節(jié)器（ PID3）接受水位及其給定值的偏差，其輸出和蒸汽流量 D 的前饋信號求和作為副調(diào)節(jié)器（ PID5）的給定信號，同時副調(diào)節(jié)器還接受給水流量 W 的反饋信號汽動泵副調(diào)節(jié)器處于自動控制狀態(tài)。汽泵 A 副調(diào)節(jié)器輸出信號與小汽機 A 的反饋信號作和，通過通過手 /自動操作器控制汽動泵轉(zhuǎn)速，同時可進行轉(zhuǎn)速顯示。 當汽泵 A 跳閘或小汽機 A 不在遙控方式時，小汽機 A 就地。同理，氣泵 B 與氣泵 A控制方式相同。 (4)減負荷過程 在減負荷過程中控制順序與上述相反，同時各負荷的切換點考慮了 2%的不靈敏區(qū)，避免由于負荷波動系統(tǒng)在切 換點處來回切換 [7]。因為函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生連續(xù)函數(shù)，而電動泵的副調(diào)節(jié)器通過切換開關(guān)跟蹤函數(shù)發(fā)生器的輸出，且當閥門開足時才開始調(diào)泵的轉(zhuǎn)速，所以從調(diào)閥到調(diào)泵的切換是無擾的。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是當給水 擾動時，迅速動作使給水量不變；當蒸汽流量擾動時，副調(diào)節(jié)器迅速改變給水量，保持給水量和蒸汽量平衡。 (2)在負荷變化時，水位靜態(tài)值是靠主調(diào)節(jié)器 1PI 來維持的，并不要求進入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號的作用強度按所謂“靜態(tài)配合”來進行整定。對于虛假水位較嚴重的被控對象，這一點就顯得更有意義。 (4)串級系統(tǒng)還可以接入其他沖量信號（如燃料信號等）形成多參數(shù)的串級系統(tǒng)。 串級三沖量汽包水位控制系統(tǒng) 汽包水位控制系統(tǒng)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(guān)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。汽包水位過低，可能破壞鍋爐水循環(huán)，導致水冷壁管被燒壞。 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(xiàn)，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(diào)節(jié)側(cè)，稱為內(nèi)擾，后者來自負荷側(cè)，稱為外擾。 另外，控制對象在蒸汽負荷擾動（外擾）時，存在“虛假水位”現(xiàn)象，應(yīng)此在擾動的初始階段，調(diào)節(jié)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、出流量沈陽工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 的不平衡。 采用串級控制系統(tǒng)將具有更好的控制品質(zhì)，調(diào)試整定也比較方便，故在大型汽包爐上可采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)。 圖 串級三沖量給水控制系統(tǒng)原理方框圖 這個系統(tǒng)有三個回路，Ⅰ為副回路，包括給水量 W、副調(diào)節(jié)器 )(2 sWT 、執(zhí)行器放大系數(shù) ZK 、 閥門系數(shù) fK 、給水 流量變送器斜率 G? 和給水流量分壓系數(shù) 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(diào)節(jié)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(shù) Dn 、副回路和被控對象 )(2 sWD 。為保證被調(diào)量無靜差，主調(diào)節(jié)器采用 PI控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器采用 PI或 P控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器接受三個輸入信號，信號之間有靜態(tài)配合問題，但系統(tǒng)的靜態(tài)特性由主調(diào)節(jié)器決定，因此蒸汽流量信號并不要求與給水流量信號相等。 調(diào)節(jié)器的選擇 調(diào)節(jié)規(guī)律是指調(diào)節(jié)器輸出信號與其輸入信號之間的動態(tài)關(guān)系，從理論上說可有各種形式的函數(shù)關(guān)系，然而在實踐中總結(jié)出三種基本調(diào)節(jié)關(guān)系，廣為采用。三種調(diào)節(jié)規(guī)律的組合可設(shè)計出多種調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器，如比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、比例積分微分調(diào)節(jié)器等。 鐵嶺電廠 3機組 汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計 29 比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點是控制及時，控制作用貫穿整個調(diào)節(jié)過程，因此它是基本的調(diào)節(jié)作用。積分 作用可以實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，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(tǒng)達到再次穩(wěn)定狀態(tài)時，被調(diào)量的偏差必然為零。但是，具有積分調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器不能完全消除偏差。因此工程中很少采用純積分調(diào)節(jié)器，廣泛采用的是比例積分調(diào)節(jié)器。因此與采用純