汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的設計

張明

摘 要：作為發(fā)電廠鍋爐安全運行一個特別關(guān)鍵的監(jiān)控參數(shù)，鍋爐的汽包水位從側(cè)面顯示出了鍋爐給水量與蒸汽流量與之間的聯(lián)系，為使鍋爐與汽輪機安全、高效的運行，勢必將汽包液位值控制在合理的范圍內(nèi)。在熟悉汽包液位動態(tài)特性的、汽包水位控制方式的前提下，采用單級三沖量和雙級三沖量兩種方法對鍋爐汽包水位進行控制。單級三沖量給水控制系統(tǒng)流量信號比水位信號反應速度快很多，而串級三沖量給水控制系統(tǒng)可快速消除內(nèi)擾，校正水位偏差。

關(guān)鍵詞：鍋爐；汽包水位；給水控制系統(tǒng)

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

1 鍋爐汽包水位的控制方式

（1）單沖量給水控制系統(tǒng)。單沖量汽包給水控制系統(tǒng)指的是將汽包水位測量值作為控制信號，由變送器將水位的測值送到水位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器接收到汽包水位的測量值與給定值的偏差信號后調(diào)節(jié)給水閥，水量的改變使汽包水位維持在合理的范圍內(nèi)[2]。（2）雙沖量給水控制系統(tǒng)。雙沖量給水控制系統(tǒng)在單沖量控制系統(tǒng)的條件下增加了蒸汽流量信號。雙沖量給水系統(tǒng)存在著兩個缺點，其一是此系統(tǒng)會受到給水系統(tǒng)的干擾，其二是想要讓控制閥的工作特性達到靜態(tài)補償是很難實現(xiàn)的。（3）三沖量給水控制系統(tǒng)。為了克服雙沖量的兩個缺點，將給水流量引入到雙沖量給水系統(tǒng)中，構(gòu)成一個新的系統(tǒng)，也就是三沖量給水系統(tǒng)。給水流量、蒸汽流量以及液位這三個參數(shù)控制著三沖量給水系統(tǒng)，主沖量信號是汽包水位，兩個輔助沖量信號分別是蒸汽流量和給水流量。兩個輔助沖量信號引入到了汽包水位，如若兩個輔助沖量任何一個發(fā)生波動，就可以及時的通過加法器改變調(diào)節(jié)閥開度進行校正，水位的調(diào)節(jié)精度得到提高[3]。

2 給水自動控制系統(tǒng)的主要算法

（1）串級控制系統(tǒng)的設計。主、副回路的設計原則：副回路的作用是要確保主參數(shù)保持平穩(wěn)。選擇副回路控制通道短，需選擇反應靈敏的值做為副參數(shù)；副回路在串級系統(tǒng)中有很強的抗擾動能力，設計時盡量使副回路多一些擾動，從而驗證其抗干擾性能。但是副回路也具有反應快、控制通道短的特點，所以在設計應綜合考慮，選取合理的方案；串級系統(tǒng)中主、副回路雖然聯(lián)系緊密但又相互獨立。當某種干擾使主參數(shù)發(fā)生改變，改變后的主參數(shù)進到副回路中去，使副回路內(nèi)增加了參數(shù)振幅。而改變后的副參數(shù)又會回到主回路，又增大了主參數(shù)幅度。反復如此，最總的結(jié)果會使主、副調(diào)節(jié)器長時間大幅度的波動，產(chǎn)生“共振現(xiàn)象“，共振的結(jié)果導致系統(tǒng)失控，可能引發(fā)生產(chǎn)事故[3]。主、副調(diào)節(jié)器的選型：副調(diào)節(jié)器的作用是要盡快消除進到副回路內(nèi)的擾動，所以首先選取副調(diào)節(jié)器，通常副調(diào)節(jié)器選取P調(diào)節(jié)器。其次選取主調(diào)節(jié)器，主調(diào)節(jié)器需符合實際生產(chǎn)方面的要求，所以要保證被調(diào)量的精確度。通常情況下，如果控制對象惰性區(qū)有較多的容積數(shù)目，而且主擾動在副回路以外的情況下，可以采用PID調(diào)節(jié)器。

（2）單級三沖量給水控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中只采用了一個調(diào)節(jié)器，而調(diào)節(jié)器有三個輸入，這種系統(tǒng)相較雙沖量系統(tǒng)而言，多了一個流量反饋信號，一但給水量G發(fā)生變化，流量信號比水位信號反應速度快很多。

（3）串級三沖量給水控制系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)有兩個閉環(huán)構(gòu)成，在內(nèi)部的閉環(huán)稱為內(nèi)回路（副回路），起粗調(diào)的作用，用于快速消除內(nèi)擾；在外部的閉環(huán)稱為外回路（主回路），起細調(diào)的作用，主要用于校正水位偏差。副回路、主回路和前饋回路構(gòu)成了串級三沖量給水控制系統(tǒng)[3]。

3 串級給水控制系統(tǒng)的設計

（1）主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。在串級三沖量給水控制系統(tǒng)中，副回路的等效調(diào)節(jié)器可以當作PI規(guī)律調(diào)節(jié)器，其對象可以近似當作比例環(huán)節(jié)，通?？梢杂迷囂椒▉碚ǎ徽ㄖ骰芈沸枰臈l件是當副回路看作快速比例環(huán)節(jié)，然后通過經(jīng)驗公式的方法進行整定；前饋通路中的是根據(jù)“虛假水位”情況決定的，其主要目的是為了補償“虛假水位”的現(xiàn)象。下面將對其具體參數(shù)進行整定[3]。

4 結(jié)論

通過分析可以得知，串級系統(tǒng)要優(yōu)于單級系統(tǒng)，例如在給水流量下的擾動仿真曲線能夠看出，當發(fā)生給水流量擾動時，串級三沖量控制系統(tǒng)比單級三沖量控制系統(tǒng)的穩(wěn)定時間快，所以其抗干擾性更好。因此在大型汽包鍋爐中普遍采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)，因為其可以快速消除系統(tǒng)帶來的擾動因素，具有較高的調(diào)節(jié)能力，確保了機組的安全運行[4]。隨著科技的不斷發(fā)展，未來會在自動控制領(lǐng)域出現(xiàn)更先進的技術(shù)，從而不斷完善鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的隱患，同時提高其工作效率，這將為火電廠等領(lǐng)域帶來了希望[5]。

參考文獻：

[1]高俊.鍋爐汽包水位模糊控制的應用研究[J].自動化儀表，2003（03）.

[2]馬育鋒，吳漢松，郭勁東.鍋爐水位系統(tǒng)的計算機控制[J].自動化儀表，1999（04）.

[3]湯兵勇等編著.模糊控制理論與應用技術(shù)[M].清華大學出版社， 2002.

[4]張亮明，夏桂娟編.工業(yè)鍋爐微機控制[M].中國建筑工業(yè)出版社，1990.

[5]劉景純.硫化床鍋爐汽包水位控制[J].黑龍江科技信息， 2008（12）.