锅炉汽包给水控制系统.docx

引言
锅炉作为电厂中的一个重要设备，起着重要的作用。其中，锅炉汽包给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制。影响水位的因素主要有锅炉蒸发量、给水量、炉膛热负荷及汽包压力，除此之外，还有给水压力、汽轮机调节汽门开度、二次风分配等等。汽包锅炉给水控制系统的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包水位保持在一定的范围内。保证水位控制在给定的范围内，对提高蒸汽品质、减少设备损耗、运行损耗和确保整个网络安全运行都具有重要意义。因此，汽包水位是影响整个机组安全经济运行的重要因素，需要有一整套较好的控制方案，来实现汽包锅炉水位的自动控制。
目前已经出现了很多种控制方案，有工业锅炉汽包水位智能控制器方式、基于模糊理论的PLC锅炉水位控制器控制方式、锅炉汽包水位BP神经网络预测控制方式等。尽管以上研究方法取得了一定成果，但多数方法还停留在理论层面，在实际系统中不能得到较好的应用。
综上所述，对传统PID控制方式的深入研究具有理论指导意义和参考价值。
1给水控制系统概况
锅炉的汽包水位能够间接反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系,维持汽包水位正常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置的正常工作,造成出口蒸汽水分含量过多,导致过热器管壁结垢而被烧坏,也使过热蒸汽温度急剧变化,直接影响机组的稳定运行。汽包水位过低,可能破坏锅炉水循环,导致水冷壁管被烧坏。
锅炉汽包给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在规定的范围内波动。
汽包水位H是汽包中储水量和水面下汽包容积的综合反映，不仅受汽包储水量变化的影响，受汽水混合物中汽包容积变化的影响。其中主要的扰动为给水流量W、锅炉蒸发量D、汽包压力、炉膛热负荷等，其对水位的影响各不相同，中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的2种主要扰动,前者来自调节侧，称为内扰；后者来自负荷侧,称为外扰。汽包给水系统工艺流程如图1所示。
图1汽包给水系统工艺流程图
2汽水位的动态特性
2.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性
图2所示是给水流量W用下,水位的阶跃响应曲线。如将给水看作单容量无自衡过程,水位阶跃响应曲线如图中1曲线所示。
实际水位曲线如图中2线所示，因为当突然加大给水量后（这时假定蒸汽量不变），给水量大于蒸汽量，但汽包水位开始并不立即增加，而呈现出一段起始惯性段，这时因为温度较低的更多的给水进入水循环系统，它从原有的饱和汽水中吸取一部分热量，汽包和汽水管路中由于热量的“损失”，汽包体积减少。经省煤器进入汽包的给水，首先必须填补由于汽水管路中汽包减少所让出的空间。这时，虽然给水量增加，但水位基本不变。当水面下汽包容积变化过程逐渐平静时，汽包水位才由于出水量的增加而逐渐上升。当水下面下汽包容积不再变化，完全稳定下来时，水位变化就随着储水量的增加而直线上升。

图2给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线
2.2汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性
在蒸汽流量扰动作用下，水位的阶跃响应曲线如图3所示。当蒸汽流量突然增加时，从锅炉的水位平衡关系来看，蒸汽量大于给水量，水位应下降，如图中曲线所示。但实际情况并非如此，汽包内水的沸腾突然加剧，水中汽泡迅速增加，由于汽泡容积增加而使水位变化的曲线如图中所示。而实际显示的水位响应曲线为+。
从图上可以看出，当蒸汽负荷增加时，虽然锅炉的给水量小于蒸发量，但在一开始时，水位不仅不下降反而上升，然后再下降(反之，亦然)，这种现象称之为“虚假液位”。应当指出的是：当负荷突然变化时，水位下汽泡容积变化而引起水位的变化速度是很快的，一般为10～20秒。变化幅度与蒸发量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，这给控制带来一定困难，在设计控制方案时，必须加以注意。

图3蒸汽流量阶跃扰动下的水位响应曲线
2.3汽包水位在炉膛热负荷作用下的动态特性
当燃料量突然增加时，传给锅炉水的热量也增多，上升管的蒸发强度增大，使蒸发面下的汽泡膨胀，液位上升，随之蒸汽流量及汽包压力增加，但是给水流量并没增加，因而这种液位变化也属于“虚假液位”。当热量和水量在炉内重新达到平衡时，液位才慢慢回降。然而这种由于燃料量的突然变化引起的虚假液位比较小，而且热负荷可由蒸汽压力调节系统来保证，因而这种扰动的因素是次要的。
3锅炉汽包水位的控制方案
3.1单冲量控制系统
单单冲量水位控制系统是典型的单回路调节系统,由被控对象、测量变送单元、调节器和执行器组成,通过给水流量调节气包液位,这里指的单冲量即气包液位。其控制方案如图所示。
该控制方案系统结构简单,投资少,易实现。但它不能克服“虚假液位”的影响,且不能及时反映给水量的扰动,控制作用迟缓,因此,只适用于小型低压锅炉。
3.2双冲量水位控制系统
双冲量水位控制系统是在单冲量水位控制的基础上,将蒸汽流量作为前馈信号引人