汽包鍋爐給水控制系統的設計

張明

摘 要：作為發電廠鍋爐安全運行一個特別關鍵的監控參數，鍋爐的汽包水位從側面顯示出了鍋爐給水量與蒸汽流量與之間的聯系，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。在熟悉汽包液位動態特性的、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可快速消除內擾，校正水位偏差。

關鍵詞：鍋爐；汽包水位；給水控制系統

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。單沖量汽包給水控制系統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節器，調節器接收到汽包水位的測量值與給定值的偏差信號后調節給水閥，水量的改變使汽包水位維持在合理的范圍內[2]。（2）雙沖量給水控制系統。雙沖量給水控制系統在單沖量控制系統的條件下增加了蒸汽流量信號。雙沖量給水系統存在著兩個缺點，其一是此系統會受到給水系統的干擾，其二是想要讓控制閥的工作特性達到靜態補償是很難實現的。（3）三沖量給水控制系統。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中，構成一個新的系統，也就是三沖量給水系統。給水流量、蒸汽流量以及液位這三個參數控制著三沖量給水系統，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生波動，就可以及時的通過加法器改變調節閥開度進行校正，水位的調節精度得到提高[3]。

2 給水自動控制系統的主要算法

（1）串級控制系統的設計。主、副回路的設計原則：副回路的作用是要確保主參數保持平穩。選擇副回路控制通道短，需選擇反應靈敏的值做為副參數；副回路在串級系統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；串級系統中主、副回路雖然聯系緊密但又相互獨立。當某種干擾使主參數發生改變，改變后的主參數進到副回路中去，使副回路內增加了參數振幅。而改變后的副參數又會回到主回路，又增大了主參數幅度。反復如此，最總的結果會使主、副調節器長時間大幅度的波動，產生“共振現象“，共振的結果導致系統失控，可能引發生產事故[3]。主、副調節器的選型：副調節器的作用是要盡快消除進到副回路內的擾動，所以首先選取副調節器，通常副調節器選取P調節器。其次選取主調節器，主調節器需符合實際生產方面的要求，所以要保證被調量的精確度。通常情況下，如果控制對象惰性區有較多的容積數目，而且主擾動在副回路以外的情況下，可以采用PID調節器。

（2）單級三沖量給水控制系統。系統中只采用了一個調節器，而調節器有三個輸入，這種系統相較雙沖量系統而言，多了一個流量反饋信號，一但給水量G發生變化，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。串級控制系統有兩個閉環構成，在內部的閉環稱為內回路（副回路），起粗調的作用，用于快速消除內擾；在外部的閉環稱為外回路（主回路），起細調的作用，主要用于校正水位偏差。副回路、主回路和前饋回路構成了串級三沖量給水控制系統[3]。

3 串級給水控制系統的設計

（1）主、副調節器的參數整定。在串級三沖量給水控制系統中，副回路的等效調節器可以當作PI規律調節器，其對象可以近似當作比例環節，通常可以用試探法來整定；整定主回路需要的條件是當副回路看作快速比例環節，然后通過經驗公式的方法進行整定；前饋通路中的是根據“虛假水位”情況決定的，其主要目的是為了補償“虛假水位”的現象。下面將對其具體參數進行整定[3]。

4 結論

通過分析可以得知，串級系統要優于單級系統，例如在給水流量下的擾動仿真曲線能夠看出，當發生給水流量擾動時，串級三沖量控制系統比單級三沖量控制系統的穩定時間快，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，因為其可以快速消除系統帶來的擾動因素，具有較高的調節能力，確保了機組的安全運行[4]。隨著科技的不斷發展，未來會在自動控制領域出現更先進的技術，從而不斷完善鍋爐汽包水位控制系統中出現的隱患，同時提高其工作效率，這將為火電廠等領域帶來了希望[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[M].清華大學出版社， 2002.

[4]張亮明，夏桂娟編.工業鍋爐微機控制[M].中國建筑工業出版社，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）.