給水系統(tǒng)PID控制課件

1、 給水系統(tǒng)給水系統(tǒng)PIDPID控制控制主講：肖建勇2013年11月28日主要內(nèi)容 1.1自動(dòng)控制的基本知識(shí) 1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 1.3自動(dòng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律 2.1直流鍋爐給水控制系統(tǒng) （一）直流鍋爐給水控制的特點(diǎn)與給水對(duì)象動(dòng)態(tài)特性 （二）超零界鍋爐的控制任務(wù) （三）超零界直流鍋爐給水控制系統(tǒng) （1）給水流量控制系統(tǒng) （2）給水泵轉(zhuǎn)速控制回路 （3）給水泵出口壓力控制系統(tǒng) （4）汽水分離器儲(chǔ)水罐水位控制系統(tǒng) （四）給水控制系統(tǒng)的運(yùn)行1.1自動(dòng)控制的基本知識(shí) 為了理解自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般概念，首先以人工控制鍋爐汽包水位為例，分析完成一個(gè)控制任務(wù)的需要哪些功能，以及這些功能在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是

2、如何實(shí)現(xiàn)的。 鍋爐汽包水位控制示意如圖下頁(yè)所示。下圖是鍋爐汽包水位人工控制示意圖，圖中W為流入鍋爐的給水流量，D為流出鍋爐的蒸汽流量，h為汽包水位。水位是表征鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)。為保證鍋爐的安全運(yùn)行，通常希望將水位保持在某一規(guī)定的數(shù)字附近，這個(gè)數(shù)值就是汽包水位的希望值，稱(chēng)為水位給定值，用h0表示。水位是反映鍋爐流入量與流出量是否平衡的標(biāo)志，當(dāng)實(shí)際水位穩(wěn)定在希望值附近時(shí)，鍋爐的流入量與流出量平衡，不需要調(diào)節(jié)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)汽包水位發(fā)生變化，操作人員必須調(diào)整給水控制閥凱迪來(lái)改變給水流量，使之與蒸汽流量平衡。 為便于分析說(shuō)明上述控制過(guò)程，先介紹自動(dòng)控制理論的幾個(gè)常用術(shù)語(yǔ)。 一. 相關(guān)基本概

3、念 被調(diào)量（被控量）：表征生產(chǎn)過(guò)程是否正常運(yùn)行并需要加以調(diào)節(jié)的物理量汽包水位H。 給定值：按生產(chǎn)要求被調(diào)量必須維持的希望值希望的汽包水位H0。 調(diào)節(jié)對(duì)象（被控對(duì)象）：被調(diào)節(jié)的生產(chǎn)過(guò)程或設(shè)備汽包或鍋爐。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：可用來(lái)改變控制對(duì)象的物質(zhì)或能量的裝置給水調(diào)節(jié)閥。 調(diào)節(jié)量（控制量）：由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變的值用以控制被調(diào)量的變化給水流量。 擾動(dòng)：引起被調(diào)量偏離給定值的各種原因 內(nèi)擾：擾動(dòng)包含在控制回路內(nèi)部。 外擾：擾動(dòng)不包含在控制回路內(nèi)部。 調(diào)節(jié)作用：由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制被調(diào)量 調(diào)節(jié)任務(wù)：操作調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，抵消擾動(dòng)對(duì)被調(diào)量的影響。二.調(diào)節(jié)的基本概念及人工調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)：運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作、使參數(shù)保持為

4、希望的數(shù)調(diào)節(jié)：運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作、使參數(shù)保持為希望的數(shù) 人工調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)任務(wù)由人來(lái)完成人工調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)任務(wù)由人來(lái)完成 自動(dòng)調(diào)節(jié)：用一整套自動(dòng)控制裝置來(lái)代替人工操作自動(dòng)調(diào)節(jié)：用一整套自動(dòng)控制裝置來(lái)代替人工操作 三.自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 自動(dòng)控制系統(tǒng)是由控制對(duì)象和控制設(shè)備組成，自動(dòng)控制 統(tǒng)包括其控制作用的自動(dòng)控制裝置（如變送器，調(diào)節(jié)器，執(zhí)行器等）和在自動(dòng)控制裝置控制下運(yùn)行的生產(chǎn)設(shè)備。自動(dòng)控制系統(tǒng)中的各設(shè)備是通過(guò)信號(hào)的傳遞和轉(zhuǎn)換相互聯(lián)系起來(lái)的。如圖1-1（b）所示的給水自動(dòng)控制系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷變化使蒸汽流量D發(fā)生變化時(shí)，汽包水位h就會(huì)發(fā)生變化，反映水位高低的測(cè)量值ih也隨之變化，ih與其給定值ih0進(jìn)行

5、比較得到偏差信號(hào)e0。在調(diào)解器中按預(yù)定的規(guī)律對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算得到控制信號(hào)i，i在執(zhí)行器中進(jìn)行功率放大后推動(dòng)給水控制閥，改變控制閥開(kāi)度u，從而改變給水流量w，以抵消蒸汽流量變化對(duì)水位的影響。四.自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi) 按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類(lèi) （一）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)（三）復(fù)雜控制系統(tǒng) 按給定值進(jìn)行分類(lèi) 恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng) 程序調(diào)節(jié)系統(tǒng) 隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng) 其他分類(lèi) 依照回路數(shù)目分為單回路和多回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 依照系統(tǒng)性能分為線(xiàn)性系統(tǒng)和非線(xiàn)性系統(tǒng) 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 1.幾個(gè)基本概念 靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）：被調(diào)量不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)。 動(dòng)態(tài)：被調(diào)量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)。 調(diào)節(jié)過(guò)程（過(guò)渡過(guò)程）：控制系統(tǒng)在受到

6、某一擾動(dòng)后，被調(diào)量偏離原來(lái)的穩(wěn)態(tài)值產(chǎn)生偏差，系統(tǒng)的控制作用又使其趨近于原來(lái)的穩(wěn)態(tài)值。 調(diào)節(jié)過(guò)程的本質(zhì)就是在控制設(shè)備的控制作用下，克服擾動(dòng)的影星，從動(dòng)態(tài)重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的過(guò)程。 結(jié)論：調(diào)節(jié)過(guò)程能夠反映調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作品質(zhì)的好壞。2.階躍輸入作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn) 選用比較典型或經(jīng)常出現(xiàn)的擾動(dòng)形式作為輸入，觀察系統(tǒng)的輸出。熱工系統(tǒng)中經(jīng)常使用的是單位階躍函數(shù)來(lái)觀察對(duì)象的輸出，研究對(duì)象的過(guò)渡過(guò)程。 過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)（階躍響應(yīng)曲線(xiàn)）：控制系統(tǒng)在階躍信號(hào)的作用下，將其被調(diào)量隨時(shí)間的變化規(guī)律用一條曲線(xiàn)來(lái)描述。以通過(guò)對(duì)過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)的研究來(lái)評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的品質(zhì)。 (a)- 非周期(inertial)調(diào)節(jié)過(guò)程， (b)- 衰減振

7、蕩(attenuate oscillation)調(diào)節(jié)過(guò)程. (c)- 等幅振蕩(constant oscillation)調(diào)節(jié)過(guò)程。 (d)- 漸擴(kuò)振蕩(divergent oscillation)調(diào)節(jié)過(guò)程3.控制過(guò)程品質(zhì)指標(biāo) （1）、穩(wěn)定性 指標(biāo)-衰減率(decrement) 衰減率定義：131311MMMMM=1 =1 非周期的調(diào)節(jié)過(guò)程非周期的調(diào)節(jié)過(guò)程 =0 =0 等幅振蕩的調(diào)節(jié)程等幅振蕩的調(diào)節(jié)程0 01 1 衰減振蕩的調(diào)節(jié)過(guò)程衰減振蕩的調(diào)節(jié)過(guò)程0 0 漸擴(kuò)振蕩的調(diào)節(jié)過(guò)程漸擴(kuò)振蕩的調(diào)節(jié)過(guò)程越大，系統(tǒng)穩(wěn)定程度越高。越大，系統(tǒng)穩(wěn)定程度越高。（2） 快速性：調(diào)節(jié)過(guò)程持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。 調(diào)節(jié)時(shí)間ts

8、：當(dāng)被調(diào)量進(jìn)入穩(wěn)定值的 +2%或 +5%之間這個(gè)范圍并不再超越出此范圍時(shí)，所經(jīng)歷的時(shí)間為調(diào)節(jié)時(shí)間ts。（3） 準(zhǔn)確性：被調(diào)量偏差的大小。 動(dòng)態(tài)偏差Cm：調(diào)節(jié)過(guò)程中被調(diào)量偏離給定值的最大偏差值。 靜態(tài)偏差C（）：調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后被調(diào)量和給定值之間的偏差。 要求：對(duì)于一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，必須首先保證其穩(wěn)定性，同時(shí)兼顧調(diào)節(jié)的快速性和準(zhǔn)確性。1.2 鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)： 根據(jù)機(jī)組的負(fù)荷要求，向汽輪機(jī)供給足夠的、在規(guī)定壓力和溫度范圍內(nèi)的蒸汽，同時(shí)保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。（單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)級(jí)控制）汽包鍋爐：汽包鍋爐：控制燃燒控制負(fù)荷控制燃燒控制負(fù)荷控制給水控制汽包水位控制給水控制汽包水位噴水減溫控

9、制蒸汽溫度噴水減溫控制蒸汽溫度直流鍋爐：直流鍋爐：給水、汽溫、燃燒控制密切相關(guān)，不能獨(dú)立。給水、汽溫、燃燒控制密切相關(guān)，不能獨(dú)立。1.3 自動(dòng)調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律 1.比例調(diào)節(jié)作用（簡(jiǎn)稱(chēng)P作用）人工調(diào)節(jié)過(guò)程分析：正確的調(diào)節(jié)作用應(yīng)使調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的變化量與偏差e大小成比例。調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)（比例調(diào)節(jié)）：用e表示調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)， 表示調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，則輸入信號(hào)與輸入信號(hào)e成正比，表示為：1pk ee或pk比例系數(shù)比例帶動(dòng)作規(guī)律：根據(jù)偏差的大小進(jìn)行控制。根據(jù)偏差的大小進(jìn)行控制。特點(diǎn)：a.控制及時(shí)，能有效地抑制擾動(dòng)控制及時(shí)，能有效地抑制擾動(dòng)快速調(diào)節(jié)?？焖僬{(diào)節(jié)。 b.控制過(guò)程結(jié)束后有靜態(tài)偏差控制過(guò)程結(jié)束后有靜態(tài)

10、偏差 有差調(diào)節(jié)。有差調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)過(guò)程分析： 輸出信號(hào)與輸入信號(hào)在數(shù)值上存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，輸出信號(hào)迅速無(wú)遲延的反映輸入信號(hào)的變化； 調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，被調(diào)量水位比擾動(dòng)前下降了，沒(méi)有回到初始值，即系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差。2.積分調(diào)節(jié)作用（簡(jiǎn)稱(chēng)I作用） 問(wèn)題引入： 調(diào)節(jié)過(guò)程的后期，操作人員并不再關(guān)心偏差的大小與閥門(mén)開(kāi)度變化量的數(shù)值關(guān)系，而是仔細(xì)地觀察偏差的方向，據(jù)此不斷緩慢地調(diào)整調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度。如果水位高了就稍關(guān)閥門(mén);如果水位低了就稍開(kāi)閥門(mén)，直到偏差為零才停止動(dòng)作。有偏差就根據(jù)偏差的方向緩慢地動(dòng)作，直到偏差消除為止，這個(gè)動(dòng)作規(guī)律就稱(chēng)為積分調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)規(guī)律：把調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度變化量看成是偏差信號(hào)e對(duì)時(shí)間的積分。

11、i1eTdtiT 積分時(shí)間常數(shù) 動(dòng)作規(guī)律：根據(jù)偏差的大小進(jìn)行控制。 特點(diǎn)：a.能實(shí)現(xiàn)無(wú)差控制。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移是偏差e對(duì)時(shí)間的積分，執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止動(dòng)作的必要條件是偏差信號(hào)e為零。 b.會(huì)造成過(guò)調(diào)，引起被控量振蕩。 c.調(diào)節(jié)過(guò)程緩慢。3.微分調(diào)節(jié)作用（簡(jiǎn)稱(chēng)D作用） 問(wèn)題引入： 右圖a、c兩點(diǎn)，偏差大小相同，方向不同，積分作用的作用相同，但亮點(diǎn)所代表的狀態(tài)并不完全相同。 解決方案： 在C點(diǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏差以較快的速度減小時(shí)，可知q1與q2之差已經(jīng)較大，應(yīng)及時(shí)減小q1，及時(shí)關(guān)小調(diào)節(jié)閥門(mén)，以期取得較好的效果。微分調(diào)節(jié)的定義：使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移與偏差信號(hào)e的變化速度成比例。dTddedtT微分時(shí)間常數(shù)動(dòng)作規(guī)律：根

12、據(jù)偏差的變化趨勢(shì)進(jìn)行控制。根據(jù)偏差的變化趨勢(shì)進(jìn)行控制。特點(diǎn)： a.具有具有“超前超前”偏差變化量的作用偏差變化量的作用(有遲延對(duì)象有遲延對(duì)象) 。 b.根據(jù)變化趨勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以有效克服調(diào)節(jié)過(guò)頭現(xiàn)象，根據(jù)變化趨勢(shì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以有效克服調(diào)節(jié)過(guò)頭現(xiàn)象，減小動(dòng)態(tài)偏差，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。減小動(dòng)態(tài)偏差，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。 c.過(guò)程結(jié)束后過(guò)程結(jié)束后 ，故不能，故不能單獨(dú)使用。單獨(dú)使用。比例調(diào)節(jié)過(guò)程1.比例調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律(1)(1)動(dòng)態(tài)方程：1pkee（2）比例帶：當(dāng)控制機(jī)構(gòu)的位置改當(dāng)控制機(jī)構(gòu)的位置改變變100%時(shí)，偏時(shí)，偏差應(yīng)有的改變量。差應(yīng)有的改變量。（3）階躍響應(yīng)曲線(xiàn)杠桿閥門(mén)水箱浮球h0hh-eq12.調(diào)節(jié)

13、過(guò)程分析 杠桿的輸入輸出關(guān)系：0paek ebehh調(diào)節(jié)閥在杠桿的作用下，改變水箱的流入量：t0時(shí)刻負(fù)荷發(fā)生變化，流出量階躍上升q0，即：，即：列出擾動(dòng)和液位的關(guān)系：1qK20qq120dhAqqKqdt 000()ppK k eqK khhq設(shè)設(shè)h0=0，則有：，則有：001pppdhAK k hqdtAdhhqK kdtK k T=1KppAK kK k慣性時(shí)間常數(shù) 系統(tǒng)放大系數(shù) =-求輸出h h（t t） 結(jié)論：調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，被調(diào)量偏離給定值的數(shù)值，系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差。 原因：增加流入量q1是以水位下降、偏離給定值為條件的。 關(guān)系提升：負(fù)荷擾動(dòng)越大，穩(wěn)態(tài)偏差越大；增加比例系數(shù)可以減少穩(wěn)態(tài)

14、偏差；一個(gè)無(wú)自衡的對(duì)象加入比例作用后，能穩(wěn)定下來(lái)，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；比例系數(shù)過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩。000h()(1)(1)httTTppqtKqeeKkqtKk 趨 于 無(wú) 窮 ( )=比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律1.比例積分調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律 （1 1）動(dòng)態(tài)方程 （2 2）階躍響應(yīng) (3)(3)整定參數(shù)： 、Ti 。 積分時(shí)間Ti ：控制器 的輸出為比例作用所造成的 變化加倍所需要的時(shí)間。1()pikeedtT0(1)pitk eT2.比例積分調(diào)節(jié)過(guò)程分析 采用PIPI調(diào)節(jié)時(shí)：011(1)PPIiPIpIk edtTqKKKqq結(jié)論：調(diào)節(jié)過(guò)程的震蕩是積分作用造成的，積分作用越調(diào)節(jié)過(guò)程的震蕩是積分作用造成

15、的，積分作用越強(qiáng)，過(guò)調(diào)越嚴(yán)重，過(guò)程震蕩越強(qiáng)烈。強(qiáng)，過(guò)調(diào)越嚴(yán)重，過(guò)程震蕩越強(qiáng)烈。比例作用是穩(wěn)定因素。比例作用是穩(wěn)定因素。調(diào)節(jié)后期，積分實(shí)現(xiàn)了無(wú)差調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)后期，積分實(shí)現(xiàn)了無(wú)差調(diào)節(jié)。比例積分微分調(diào)節(jié)過(guò)程 1.比例積分微分調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過(guò)程 （1）理想微分的PID動(dòng)態(tài)方程 （2）實(shí)際微分的PID動(dòng)態(tài)方程 （3）階躍響應(yīng)曲線(xiàn)2.比例積分微分調(diào)節(jié)過(guò)程 過(guò)程分析：把流入量看成三個(gè)部分的和。1PIDqqqq特點(diǎn)：微分作用能減小動(dòng)態(tài)偏差，加速調(diào)節(jié)微分作用能減小動(dòng)態(tài)偏差，加速調(diào)節(jié)過(guò)程。過(guò)程。微分作用在一定程度上提高了系統(tǒng)的微分作用在一定程度上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性對(duì)信號(hào)中的高頻干擾敏感，容易造成對(duì)信號(hào)中的高頻干

16、擾敏感，容易造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻繁動(dòng)作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻繁動(dòng)作。3.不同調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)效果的比較2.1 直流鍋爐給水控制系統(tǒng)一、直流鍋爐給水控制的特點(diǎn)與給水對(duì)象動(dòng)態(tài)特性給水控制的主要任務(wù)：以汽水分離器出口溫度作為被調(diào)量，控制給水量以保持燃料量和給水量的適當(dāng)比例，滿(mǎn)足機(jī)組不同負(fù)荷下給水量的需求。直流鍋爐給水控制的特點(diǎn) 濕態(tài)運(yùn)行：水冷壁進(jìn)入汽水分離器的工質(zhì)為汽水混合物 任務(wù)：維持儲(chǔ)水罐正常水位，保持最小安全流量干態(tài)運(yùn)行：給水在水冷壁中全變?yōu)檎羝?任務(wù)：維持分離器干態(tài)運(yùn)行；控制分離器出口蒸汽的過(guò)熱度任務(wù)：維持分離器干態(tài)運(yùn)行；控制分離器出口蒸汽的過(guò)熱度二.超臨界直流爐的靜態(tài)特性熱力學(xué)理論認(rèn)為，在22.125MP

17、a、溫度374.15時(shí)，水的汽化會(huì)在一瞬間完成，即在臨界點(diǎn)時(shí)飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的兩相區(qū)存在，兩者的參數(shù)不再有區(qū)別。由于在臨界參數(shù)下汽水密度相等，因此在臨界壓力下無(wú)法維持自然循環(huán)，只有采用直流爐。超臨界直流爐的汽水形程經(jīng)歷了加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱三個(gè)過(guò)程，如圖2.15 所示。燃水比發(fā)生變化，鍋爐的各個(gè)受熱面的分界就會(huì)發(fā)生移動(dòng)。燃燒增強(qiáng)時(shí)，蒸發(fā)段和過(guò)熱段的分界前移，加熱段、蒸發(fā)段縮短，過(guò)熱段加成，過(guò)熱氣溫升高。給水增強(qiáng)時(shí)，蒸發(fā)段和過(guò)熱段的分界后移，加熱段、蒸發(fā)段伸長(zhǎng)，過(guò)熱段縮短，過(guò)熱氣溫下降?？刂茪鉁氐幕臼侄问强刂瓶刂茪鉁氐幕臼侄问强刂迫妓热妓?。直流鍋爐給水控制必須與燃。直流鍋

18、爐給水控制必須與燃燒率變化相適應(yīng)，這不僅是機(jī)組負(fù)荷控制的需要，也是過(guò)熱汽溫?zé)首兓噙m應(yīng)，這不僅是機(jī)組負(fù)荷控制的需要，也是過(guò)熱汽溫控制的需要?？刂频男枰?。2.2 直流鍋爐給水控制系統(tǒng)直流鍋爐的動(dòng)態(tài)特性多輸入多輸出的復(fù)雜控制對(duì)象。燃燒率給水流量汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度主汽壓力主汽溫度1. 汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度擾動(dòng)（圖 2-16a） 汽機(jī)擾動(dòng)對(duì)鍋爐是一種負(fù)荷擾動(dòng)，對(duì)超臨界機(jī)組的影響具有典型的耦合特性：汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度變化不僅影響了鍋爐出口的壓力，還影響了汽水流程的加熱段，導(dǎo)致了溫度的變化。 1) 主汽流量迅速增加，隨著主汽壓力的下降而逐漸下降直至等于給水流量。 2) 主汽壓力迅速下降，隨著主汽流量和給水流量逐步接近，主汽

19、壓力的下降速度逐漸減直至穩(wěn)定在新的較低壓力。 3) 過(guò)熱汽溫一開(kāi)始由于主汽流量的增加而下降，但由于過(guò)熱器金屬釋放蓄熱的補(bǔ)償作用，汽溫下降的并不多，最終主汽流量等于給水流量，且燃水比未發(fā)生變化，故過(guò)熱汽溫近似不變。 4) 由于蒸汽流量急劇增加，功率也顯著上升，這部分多發(fā)功率來(lái)自鍋爐的蓄熱，由于燃料量沒(méi)有發(fā)生變化，功率有逐漸恢復(fù)到原來(lái)的水平。2. 燃料量擾動(dòng)（圖2-16b） 燃料量擾動(dòng)是指燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量同時(shí)變化的一種擾動(dòng)。 1) 由于給水流量保持不變，因此主汽流量最終仍保持原來(lái)的數(shù)值。但由于燃料量的增加而導(dǎo)致加熱段和蒸發(fā)段縮短，鍋爐中貯水量減少，因此主汽流量在燃料量擾動(dòng)后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲

20、會(huì)有一個(gè)上升的過(guò)程。 2) 主汽壓力在短暫的延遲后逐漸上升，最后穩(wěn)定在較高的水平。最初的上升是由于主汽流量的增大，隨后保持在較高的水平是由于過(guò)熱汽溫的升高，蒸汽容積流量增大，而汽機(jī)調(diào)速閥開(kāi)度不變，流動(dòng)阻力增大所致。 3) 過(guò)熱汽溫一開(kāi)始由于主汽流量的增加而略有下降，然后由于燃料量的增加而穩(wěn)定在較高的水平。 4) 功率最初的上升是由于主汽流量的增加，隨后的上升是由于過(guò)熱汽溫（新汽焓）的增加。3. 給水流量的擾動(dòng)（圖2-16c）1) 隨著給水流量的增加，主汽流量也會(huì)增大。但由于燃料量不變，加熱段和蒸發(fā)段都要延長(zhǎng)。在最初階段，主汽流量只是逐步上升，在最終穩(wěn)定狀態(tài)，主汽流量必將等于給水流量，穩(wěn)定在新的

21、平衡點(diǎn)。2) 主汽壓力開(kāi)始隨著主汽流量的增加而增加，然后由于過(guò)熱溫的下降而有所回落。3) 過(guò)熱汽溫經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間的延遲后單調(diào)下降直至穩(wěn)定在較低的數(shù)值。4) 功率最初由于蒸汽流量的增加而增加，隨后則由于氣溫降低而減少。因?yàn)槿剂狭课醋?，所以最終的功率基本不變，只是由于蒸汽參數(shù)的下降而稍低于原有水平。 直流鍋爐給水控制系統(tǒng)總結(jié)：1.負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，汽壓變化快，幅度大。因?yàn)橹绷鳡t沒(méi)有汽包，蓄熱能力小。給水不變，氣溫變化小。2.單獨(dú)改變?nèi)紵驶蚪o水流量是，汽溫、汽壓、蒸汽流量都要明顯改變，尤其是汽溫，而且汽溫變化的延遲比較大。因此，變負(fù)荷過(guò)程中，給水量必須與燃料量保持適當(dāng)比例協(xié)調(diào)動(dòng)作。3.由于過(guò)熱器出口氣

22、溫延遲過(guò)大，不宜作為燃水比的校正信號(hào)，因此，一般取汽水分離器出口溫度作為中間點(diǎn)溫度，來(lái)校正給水或燃料量。三.超零界鍋爐的控制任務(wù)超臨界直流鍋爐主要輸出量為汽溫、汽壓和蒸汽流量（負(fù)荷），主要輸入量是給水量、燃燒率和汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度如圖2-4 所示。由于是強(qiáng)制循環(huán)且受熱區(qū)段之間無(wú)固定界限，一種輸入量擾動(dòng)則將對(duì)各輸出量產(chǎn)生影響，如單獨(dú)改變給水量或燃料量，不僅影響主汽壓與蒸汽流量，過(guò)熱器出口汽溫也會(huì)產(chǎn)生顯著的變化，所以比值控制（如給水量/蒸汽量、燃料量/給水量及噴水量/給水量等）和變定值、變參數(shù)調(diào)節(jié)是直流鍋爐的控制特點(diǎn)。超臨界機(jī)組的控制任務(wù)：1) 快速、準(zhǔn)確響應(yīng)負(fù)荷并維持主汽壓在一定的范圍內(nèi)，使鍋爐的蒸發(fā)

23、量適應(yīng)負(fù)荷的需求；2) 維持過(guò)熱氣溫和再熱氣溫在一定的范圍內(nèi)；3) 維持燃燒的經(jīng)濟(jì)性；4) 維持爐膛負(fù)壓；鍋爐給水控制系統(tǒng)的主要任務(wù)超臨界發(fā)電機(jī)組沒(méi)有汽包，鍋爐給水控制系統(tǒng)的主要任務(wù)不再是控制汽包水位；而是以汽水分離器出口溫度或焓值作為表征量，保證給水量與燃料量的比例不變，滿(mǎn)足機(jī)組不同負(fù)荷下給水量的需求。當(dāng)給水量或燃料量擾動(dòng)時(shí)，汽水行程中各點(diǎn)工質(zhì)焓值的動(dòng)態(tài)特性相似；在鍋爐的燃水比保持不變時(shí)（工況穩(wěn)定），汽水行程中某點(diǎn)工質(zhì)的焓值保持不變，所以采用微過(guò)熱蒸汽焓代替該點(diǎn)溫度作為燃水比校正是可行的，其優(yōu)點(diǎn)在于：1) 分離器出口焓（中間點(diǎn)焓）值對(duì)燃水比失調(diào)的反應(yīng)快，系統(tǒng)校正迅速。2) 焓值代表了過(guò)熱蒸汽

24、的做功能力，隨工況改變焓給定值不但有利于負(fù)荷控制，而且也能實(shí)現(xiàn)過(guò)熱汽溫（粗）調(diào)整。3) 焓值的物理概念明確，用“焓增”來(lái)分析各受熱面的吸熱分布更為科學(xué)。它不僅受溫度變化影響，還受壓力變化影響，在低負(fù)荷壓力升高時(shí)（分離器出口溫度有可能進(jìn)入飽和區(qū)），焓值的明顯變化有助于判斷，進(jìn)而能及時(shí)采取相應(yīng)措施。因此，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)燃水比值及隨負(fù)荷變化的焓值校正是超臨界直流鍋爐給水系統(tǒng)的主要控制特征。鍋爐給水系統(tǒng)的控制策略給水控制系統(tǒng)原理圖如2-6。在機(jī)組燃燒率低于35%BMCR、鍋爐出處于非直流運(yùn)行方式，分離器處于濕態(tài)運(yùn)行，分離器中的水位由分離器至除氧器以及分離器至擴(kuò)容器的組合控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，給水系統(tǒng)處于循環(huán)工作

25、方式。在機(jī)組燃燒率大于35%BMCR 后，鍋爐逐步進(jìn)入直流運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)的給水控制是燃水比調(diào)節(jié)。1. 汽水分離器水位調(diào)節(jié)分離器水位通過(guò)改變鍋爐給水量來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)生水膨脹時(shí)，由調(diào)節(jié)閥來(lái)輔助控制分離器水位。根據(jù)鍋爐汽水分離器貯水灌得水位，按比例控制鍋爐汽水分離器貯水灌水位調(diào)節(jié)閥開(kāi)度。貯水灌水位在11.3 米以下，貯水灌水位調(diào)節(jié)閥全關(guān)；貯水灌水位達(dá)到15.4 米以上，貯水灌調(diào)節(jié)閥全開(kāi)。下列情況鍋爐汽水分離器貯水灌水位控制強(qiáng)制手動(dòng)：貯水灌水位控制閥交流電源失去；貯水灌水位控制閥直流電源失去；控制指令信號(hào)故障；分離器貯水灌壓力信號(hào)故障；分離器注水罐水位信號(hào)故障。圖圖2-6 給水控制系統(tǒng)原理圖給水控制系統(tǒng)

26、原理圖2. 燃水比調(diào)節(jié)1) 一級(jí)減溫器前后溫差如果各受熱面的吸熱比例不變，過(guò)熱器出口焓值為一常數(shù)，那么減溫器后蒸汽焓值也是一個(gè)常數(shù)，與負(fù)荷無(wú)關(guān)，保持減溫器前后溫差為一常數(shù)，也就間接保持了減溫器前蒸汽溫度為一常數(shù)，相當(dāng)于用減溫器前微過(guò)熱汽溫作為校正燃水比信號(hào)。由于在運(yùn)行過(guò)程中上、下排噴燃器的切換以及蒸汽吹灰的投入與否。過(guò)熱器屬于對(duì)流過(guò)熱或熱輻射的吸熱特性等諸多因素，鍋爐受熱面在不同負(fù)荷時(shí)的吸熱比例變化比較大，若要保持微過(guò)熱段汽溫和各級(jí)減溫器出口汽溫為定值，則各級(jí)噴水量變化就比較大。為了克服上述缺點(diǎn)，采用保持減溫器前后溫差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)與直接調(diào)節(jié)微過(guò)熱段汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，其調(diào)節(jié)品質(zhì)有降低，但有改善一級(jí)

27、減溫器工作條件的優(yōu)點(diǎn)。2) 總給水量A 側(cè)一級(jí)減溫水流量、B 側(cè)一級(jí)減溫水流量、A 側(cè)二級(jí)減溫水流量和B 側(cè)二級(jí)減溫水流量經(jīng)平滑處理相加得總噴水流量。三個(gè)主給水流量信號(hào)經(jīng)主動(dòng)給水溫度修正后三取中，得主給水量?？倗娝髁颗c主給水量相加得總給水流量。3) 控制策略A、B 兩側(cè)一級(jí)減溫器前后溫差二取一，與負(fù)荷經(jīng)f(x)形成的要求值進(jìn)行比較，偏差送入溫差PID控制器，其輸出與調(diào)速級(jí)壓力、平均溫度等前饋量相加，作為焓值設(shè)定值與用分離器出口溫度和出口壓力計(jì)算出的焓值比較，偏差送入焓值PID 調(diào)解器，輸出加上燃料偏差作為給水量的要求值，與實(shí)際總水量的偏差送入給水調(diào)解器，產(chǎn)生給水指令。給水指令經(jīng)平衡算法，送入

28、2臺(tái)汽泵和1臺(tái)電泵，去控制給水量。當(dāng)汽泵A、B都自動(dòng)時(shí)，可手動(dòng)給定泵的偏差量，以承擔(dān)不同負(fù)荷要求。當(dāng)A、B有手動(dòng)時(shí)，自動(dòng)生成偏置，實(shí)現(xiàn)兩泵的平衡。而電泵只能手動(dòng)給定泵的偏置量。4) 給水泵轉(zhuǎn)速控制在給水泵控制系統(tǒng)中，給水主控發(fā)出的給水需求指令，被送到給水轉(zhuǎn)速控制器，通過(guò)改變給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)維持給水流量。5) 給水調(diào)節(jié)門(mén)控制給水調(diào)節(jié)門(mén)不直接調(diào)節(jié)給水流量，調(diào)節(jié)門(mén)僅控制給水母管壓力。當(dāng)給水母管壓力發(fā)生偏差時(shí)，通過(guò)給水調(diào)節(jié)門(mén)的調(diào)節(jié)來(lái)維持給水母管壓力，以保證對(duì)過(guò)熱器的噴水壓力。6) 給水泵最小流量控制電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵都設(shè)計(jì)有最小流量控制系統(tǒng)，通過(guò)給水再循環(huán)，保證給水泵出口流量不低于最小流量設(shè)定值，以保

29、證給水泵設(shè)備安全。給水泵最小流量控制系統(tǒng)通常為單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，流量測(cè)量一般采用二取一。給水泵最小流量控制系統(tǒng)僅工作在給水泵啟動(dòng)和低負(fù)荷階段；鍋爐給水量只要大于最小流量定值，給水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥門(mén)就關(guān)閉。最小流量給水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥通常設(shè)計(jì)為反方向動(dòng)作即控制系統(tǒng)輸出為0時(shí)，閥門(mén)全開(kāi)；輸出為100時(shí)，閥門(mén)全關(guān)。這樣在失電或失去氣源時(shí)，閥門(mén)全開(kāi)，可保證設(shè)備的安全。直流鍋爐給水控制系統(tǒng)超臨界直流鍋爐給水控制系統(tǒng)v給水流量控制系統(tǒng)給水流量控制系統(tǒng)v給水泵出口壓力控制給水泵出口壓力控制v給水泵流量再循環(huán)控制給水泵流量再循環(huán)控制v儲(chǔ)水罐水位控制系統(tǒng)儲(chǔ)水罐水位控制系統(tǒng)2.2 直流鍋爐給水控制系統(tǒng)給水流量控制系統(tǒng) 給水流量指令形成回路給水泵轉(zhuǎn)速控制回路副調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器PID2：維持給水流量維持給水流量為給定值，保為給定值，保持合適的燃水持合適的燃水比比主調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器PID1：被調(diào)量為中間被調(diào)量為中間點(diǎn)溫度。輸出點(diǎn)溫度。輸出對(duì)對(duì)PID2的給定的給定值進(jìn)行校正。值進(jìn)行校正。遲延環(huán)節(jié)：目遲延環(huán)節(jié)：目的是當(dāng)?shù)氖钱?dāng)PB增加增加時(shí)，先加燃料，時(shí)，先加燃料，后加水。后加水。f1x：間接：間