汽包锅炉给水控制系统的设计

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摘 要：作为发电厂锅炉安全运行一个特别关键的监控参数，锅炉的汽包水位从侧面显示出了锅炉给水量与蒸汽流量与之间的联系，为使锅炉与汽轮机安全、高效的运行，势必将汽包液位值控制在合理的范围内。在熟悉汽包液位动态特性的、汽包水位控制方式的前提下，采用单级三冲量和双级三冲量两种方法对锅炉汽包水位进行控制。单级三冲量给水控制系统流量信号比水位信号反应速度快很多，而串级三冲量给水控制系统可快速消除内扰，校正水位偏差。

关键词：锅炉；汽包水位；给水控制系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.070

1 锅炉汽包水位的控制方式

（1）单冲量给水控制系统。单冲量汽包给水控制系统指的是将汽包水位测量值作为控制信号，由变送器将水位的测值送到水位调节器，调节器接收到汽包水位的测量值与给定值的偏差信号后调节给水阀，水量的改变使汽包水位维持在合理的范围内[2]。（2）双冲量给水控制系统。双冲量给水控制系统在单冲量控制系统的条件下增加了蒸汽流量信号。双冲量给水系统存在着两个缺点，其一是此系统会受到给水系统的干扰，其二是想要让控制阀的工作特性达到静态补偿是很难实现的。（3）三冲量给水控制系统。为了克服双冲量的两个缺点，将给水流量引入到双冲量给水系统中，构成一个新的系统，也就是三冲量给水系统。给水流量、蒸汽流量以及液位这三个参数控制着三冲量给水系统，主冲量信号是汽包水位，两个辅助冲量信号分别是蒸汽流量和给水流量。两个辅助冲量信号引入到了汽包水位，如若两个辅助冲量任何一个发生波动，就可以及时的通过加法器改变调节阀开度进行校正，水位的调节精度得到提高[3]。

2 给水自动控制系统的主要算法

（1）串级控制系统的设计。主、副回路的设计原则：副回路的作用是要确保主参数保持平稳。选择副回路控制通道短，需选择反应灵敏的值做为副参数；副回路在串级系统中有很强的抗扰动能力，设计时尽量使副回路多一些扰动，从而验证其抗干扰性能。但是副回路也具有反应快、控制通道短的特点，所以在设计应综合考虑，选取合理的方案；串级系统中主、副回路虽然联系紧密但又相互独立。当某种干扰使主参数发生改变，改变后的主参数进到副回路中去，使副回路内增加了参数振幅。而改变后的副参数又会回到主回路，又增大了主参数幅度。反复如此，最总的结果会使主、副调节器长时间大幅度的波动，产生“共振现象“，共振的结果导致系统失控，可能引发生产事故[3]。主、副调节器的选型：副调节器的作用是要尽快消除进到副回路内的扰动，所以首先选取副调节器，通常副调节器选取P调节器。其次选取主调节器，主调节器需符合实际生产方面的要求，所以要保证被调量的精确度。通常情况下，如果控制对象惰性区有较多的容积数目，而且主扰动在副回路以外的情况下，可以采用PID调节器。

（2）单级三冲量给水控制系统。系统中只采用了一个调节器，而调节器有三个输入，这种系统相较双冲量系统而言，多了一个流量反馈信号，一但给水量G发生变化，流量信号比水位信号反应速度快很多。

（3）串级三冲量给水控制系统。串级控制系统有两个闭环构成，在内部的闭环称为内回路（副回路），起粗调的作用，用于快速消除内扰；在外部的闭环称为外回路（主回路），起细调的作用，主要用于校正水位偏差。副回路、主回路和前馈回路构成了串级三冲量给水控制系统[3]。

3 串级给水控制系统的设计

（1）主、副调节器的参数整定。在串级三冲量给水控制系统中，副回路的等效调节器可以当作PI规律调节器，其对象可以近似当作比例环节，通常可以用试探法来整定；整定主回路需要的条件是当副回路看作快速比例环节，然后通过经验公式的方法进行整定；前馈通路中的是根据“虚假水位”情况决定的，其主要目的是为了补偿“虚假水位”的现象。下面将对其具体参数进行整定[3]。

4 结论

通过分析可以得知，串级系统要优于单级系统，例如在给水流量下的扰动仿真曲线能够看出，当发生给水流量扰动时，串级三冲量控制系统比单级三冲量控制系统的稳定时间快，所以其抗干扰性更好。因此在大型汽包锅炉中普遍采用串级三冲量给水控制系统，因为其可以快速消除系统带来的扰动因素，具有较高的调节能力，确保了机组的安全运行[4]。随着科技的不断发展，未来会在自动控制领域出现更先进的技术，从而不断完善锅炉汽包水位控制系统中出现的隐患，同时提高其工作效率，这将为火电厂等领域带来了希望[5]。

参考文献：

[1]高俊.锅炉汽包水位模糊控制的应用研究[J].自动化仪表，2003（03）.

[2]马育锋，吴汉松，郭劲东.锅炉水位系统的计算机控制[J].自动化仪表，1999（04）.

[3]汤兵勇等编著.模糊控制理论与应用技术[M].清华大学出版社， 2002.

[4]张亮明，夏桂娟编.工业锅炉微机控制[M].中国建筑工业出版社，1990.

[5]刘景纯.硫化床锅炉汽包水位控制[J].黑龙江科技信息， 2008（12）.

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