浅谈锅炉汽包水位的三冲量调节(通用方法)
三冲量汽包水位控制原理及应用教程
锅炉汽包水位是锅炉生产过程的主要工艺指标，同时也是保证锅炉安全运行的主要条件之一。
汽包水位过高，使蒸汽产生带液现象，不仅降低蒸汽的产量和质量，而且还会使过热器结垢，或使汽轮机叶片损坏；当汽包水位过低时，轻则影响水汽平衡，重则烧干锅炉，严重时会导致锅炉爆炸事故的发生。
所以锅炉水位是一个极为重要的被控变量。
在具体工艺生产过程中，常常由于蒸汽负荷的波动和给水流量的变化打破汽包内的平衡状态，对汽包水位造成干扰，最终导致假液位。
所谓“冲量”实际就是变量，多冲量控制中的冲量，是指引入系统的测量信号。
在锅炉控制中，主要冲量是水位。
辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量，它们是为了提高控制品质而引入的。
1、三冲量控制的引入目前锅炉汽包水位调节常采用单冲量、双冲量及三冲量等三种调节方案，现分别对它们的基本原理和特性加以讨论。
①单冲量水位调节系统单冲量水位调节系统的原理如图1所示。
由图1可知，这种类型的水位调节系统，是一个典型的单回路调节系统，被调参数是汽包水位，调节参数是锅炉的给水量。
它适用于停留时间较长(亦即蒸发量与汽包的单位面积相比很小)，负荷变化小的小型锅炉(一般为10t/h以下)。
但对于停留时间较短，负荷变化大的系统就不适应了。
图1 单冲量水位调节原理图2 单冲量水位调节系统控制策略从图2可以看出：单冲量水位调节系统控制策略由汽包水位测量差压变送器、PID调节器和调节阀(或变频器)构成。
当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于汽包内蒸汽压力瞬间下降，水的沸腾加剧，汽泡量迅速增加，汽泡不仅出现于水的表面，而且出现于水面以下，由于汽泡的体积比水的体积大许多倍，结果形成汽包内液位升高的现象。
因为这种升高的液位不代表汽包内储液量的真实情况，所以称为“假液位”。
此时PID调节器会错误地认为测量值升高，从而关小给水调节阀，减小给水量。
等到这种暂时汽化现象一旦平稳下来，由于蒸汽量的增加，给水量反而减少，会使水位严重下降，甚至降到液位危险区，造成事故。
锅炉水位三冲量控制及调节
汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上，即三个被控变量对应一个调节器。
工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。
锅炉汽包水位三冲量调节系统是火电厂锅炉核心控制之一。
汽包水位三冲量调节系统的给水调节阀动作频繁，锅炉水位对给水调节阀执行机构的动作比较敏感，稍有不慎就可能出现严重的危险情况，汽包水位三冲量调节系统关系到整个机组的安全运行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过低，会造成锅炉“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。
汽包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统运行要平稳。
目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成熟，但在实际锅炉运行中会各种原因导致水位自动调节系统投入困难，甚至自动不能投入。
这种现象让人对串级三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。
为此云润与大家交流运用心得，对级三冲量调节系统进行定性分析，并对一些异常情况的处理办法进行探讨。
1、水位三冲量调节控制策略汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。
汽包水位作为主调（PID调节器）的输入信号，去抑制水位本身的偏差。
副调（外给定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰动和虚假水位。
各种介绍汽包水位三冲量调节系统的书籍中，都有对传递函数的计算，这些计算对系统设计很重要。
如果用经验调节法对于系统维护，则完全可以抛开理论计算。
在此只对其物理意义进行定性思考和作一番揣测。
1.1 反馈信号反馈信号指给水流量信号，也叫内扰。
水位三冲量调节系统中被调量发生变化的时候，PID 经过运算，去控制执行机构进行合理的动作，执行机构改变给水调节阀的开度，阀门控制介质变化，达到控制给水流量的目的。
论电站锅炉汽包水位的串级三冲量调节
２ 三冲量 串级调节 系统原理
该系统 以汽包水位为主信号 ，任何导致水位变 化的扰动都会使 调节器 动作 ；蒸汽流量是 前馈信
号 ，它的作用是防止 “ 虚假水位”引起 的调节器 的
误动 ，改 善蒸 汽 流量 扰动 时 的调 节质量 ；给水 流量 是介 质反 馈信 号 ，因给水 流量 信 号对 给水 流量 变化 的 响应很 快 ，使 调节 器 能够 在水 位还 没 变化 时就对
维普资讯
２６ ０ 年第４ ０ 期
河 北 煤 炭
７ １
论 电 站锅 炉 汽包 水 位 的 串级 三 冲 量调 节
秦 占强
（ 北 金 牛 能 源 股 份 有 限 公 司 显 德 汪 矿 电 厂 ，河 北 邢 台 河 ０４０ ） ５ １３
摘 要 ：介 绍 了 串级 三冲 量汽 包水 位调 节 系统 的控 制原 理 。并对 该 系统 的整定 方 法进 行 了探 讨 。
在 稳定 状 态下 ，水 位信 号 的测 量值 （ 电流信 号 ）应等 于 内给 定 值 （ ） ，蒸 汽 流 量 （ｒ Ｉ ）和 给 ｅ
水流量 （力 ，）则应达 到一种动态的平衡关 系。即满
足如 下关 系
ｌ Hale Waihona Puke ＋ Ｉ Ｈ— ｌ Ｗ— ｌ ｇ＝０
定 比例带 ，手动操作给水阀门，改变给水流量投入 自动 ，观察给水流量的记录曲线是否能快速达到平 衡 ，经多次实验达到满意为止。
７ ２
河 北 煤 炭
熬汽 Ｄ
２ ６ 第４ ０年 期 ０
３ 三 冲 量 串级 调 节 系统 整 定 方 法
过
省
图 ４ 串级 三 冲 量 水 位 调 节 系 统 方 框 图
浅谈锅炉汽包水位的三冲量调节
管 理 对 象
梯 子
管理责任人
登高作业人员
监 管 部 门
作业单位
监 管 人 员
作业单位负责人
编 号
SNMH—梯． 梯梁与踏板的夹角（锐角）最大不超过87°15′；
2． 踏板防滑；
3． 梯子稳定、无歪斜、无扭曲变形；
4． 梯脚有防滑垫；
5． 平台与梯梁连接牢固；
6． 铰链牢固；
7． 梯脚底部坚实，踏板上下间距为30㎝，无缺档。
管
理
措
施
1． 各单位质检员每月对梯子的完好状况进行检查，有故障及时维修，并做好记录；
2． 登高或高空作业前，作业人员必须对登高使用的梯子进行认真检查，发现不完好立即更换。
水位三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法
水位三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法水位的三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法主要用于水位控制系统中，该方法可以在一定程度上提高系统的控制性能和稳定性。
以下是关于水位的三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法的详细介绍。
一、水位的三冲量调节控制策略在水位控制系统中，三冲量调节控制策略是一种常用的调节方法。
该策略通过对水位控制系统中的三个冲量（比例、积分、微分）进行调整，来实现对水位的稳定控制。
1.比例冲量控制：比例冲量控制是根据水位与设定值之间的偏差，按照一定的比例关系加大或减小输入信号。
比例系数的选择需要根据实际系统的特性进行调整，一般情况下可以通过试探法或经验法进行初步调整，然后再通过试验的方式进行优化。
2.积分冲量控制：积分冲量控制是根据水位偏差的积分值来调节系统的输出。
积分冲量可以减小稳态误差，提高系统的稳定性和鲁棒性。
积分冲量的选择需要结合系统的动态响应特性进行调整，一般情况下需要进行试验和优化。
3.微分冲量控制：微分冲量控制是根据水位变化的速率来调节系统的输出。
微分冲量可以提高系统的响应速度和抗干扰能力，但如果参数选择不当会导致系统的震荡。
微分冲量的选择需要结合系统的动态响应特性进行调整，一般情况下需要进行试验和优化。
串级控制是一种高级的控制方法，通过在系统内部增加一个或多个级联控制环，来进一步提高系统的控制品质。
下面介绍一种常用的串级调节参数整定方法，即Ziegler-Nichols法。
1.首先选择一个合适的比例系数Kp:-将系统设为比例控制模式，调节Kp的值，直到系统发生持续振荡。
-记录下持续振荡的周期Tp。
2.根据振荡周期Tp，计算出比例增益Ku:-Ku=4/(π*Tp)。
3.根据Ku的值，选择合适的控制器类型和相应的参数:-P控制器：Kp=0.5*Ku。
-PI控制器：Kp=0.45*Ku，Ti=Tp/1.2-PID控制器：Kp=0.6*Ku，Ti=Tp/2，Td=Tp/84.将调节器参数输入控制器，并进行参数整定:-根据系统的实际情况，通过试验和仿真的方式进行参数的优化。
汽包锅炉给水三冲量控制
第一节 第二节 第三节 被调对象的动态特性 给水调节系统的类型 给水调节系统实例
第一节 被调对象的动态特性 The Dynamic Characteristics of Controlled Object
? 掌握被调对象的动态特性是设计和整定好自动调节系统的前提。
∙
给水自动调节系统被调对象的示意图:
∙
被调量Ｈ变化的主要原因： （１）给水量Ｗ； （２）蒸汽量Ｄ； （３）锅炉燃烧率。
汽包水位(steam drum level)变化原因示意图
一．给水量Ｗ扰动时的动态特性
? 给水量Ｗ扰动时，汽包水位Ｈ的变化过程可以分别从两个 角度加以分析： 1、仅仅从物质平衡的角度来分析； 2、仅仅从热平衡的角度来分析。
图7-19是某电厂300MW汽轮发电机组中的给水全程自动调 节系统简图。
调节系统采用了一台额定出力为100%的汽动变速泵和 一台额定出力为50%的电动变速泵。
调节系统接受三个测量信号：汽包水位、给水流量和汽 轮机调节级后压力。其中，汽包水位信号的修正和补偿是通 过汽包压力信号来实现的。 图中含有串级三冲量给水调节系统，1#调节器是主调 节器，2#和3#调节器是副调节器，分别控制电动泵、汽动泵 以及旁路阀。图中含有两个单冲量调节系统，也分别控制电 动泵、汽动泵和旁路阀，其中4#调节器控制电动泵与旁路阀， 5#调节器控制汽动泵。单冲量和三冲量之间的切换是由逻辑 控制组件实现的，
方框图为： 方框பைடு நூலகம்为：
串级三冲量给水自动调节系统的整定步骤如下： 串级三冲量给水自动调节系统的整定步骤如下： 1．内回路(inner loop)整定
浅谈锅炉汽包液位的三冲量调节
［文献标识码】ｋ
［文章编号】 １００９－５４８９（２００７）０９－２０７－０１
汽包液位是保证锅炉安全运行的重要条件，“三冲量”调节系统在消除 假水位．克服水鼍波动，从而提高液位调节品质。
一、锅炉汽包液位采用三冲量调节系统的意义
锅炉正常运行中，汽包液位的控制是一个重要的参数。液位过高会影
响汽水分离的效果，产生蒸汽带液现象பைடு நூலகம்液位过低会破坏水循环。严重的会
（目３）
在稳定状态下，液位澍量信号等于给定值，液位调节器的输出。蒸汽沭量 及给水流量等三个信号＇通过加法器得到的输出电流为：１０＝Ｋ１ １１一Ｋ２１２＋ Ｋ３ １３式中．Ｉｌ为液位调节器的输出电流；１２为蒸汽流量变送器的电流：１３ 为给水流量变送器的电流：Ｋｌ、Ｋ２、Ｋ３分别为加法嚣各通道的衰减系数。 设计Ｋ２ １２＝Ｋ３ １３此时ｍ正是调节问处于正常开度时所需要的电流信号
求汽包泣位在一定范围内，适应各种工况的运行。影响汽包液位的因素除
了加热汽化这一正常因素外，还有蒸汽负荷和给水流量的波动。当负荷突
然增大．汽包压力突然降低．水就会急剧汽化，出现大量气泡．形成了“虚假液
位”．
。
如果使用简单的锅炉汽包液位的单冲量控制系统（如图ｌ所示），一旦
负荷急剧变化虐假渡位的出现，调节罂就会误以为液位升高而关小供水坷
了锅炉的三冲量调节系统。
二、锅炉汽包液位的控制方法
锅炉是化工生产中重要的动力设备。汽包液位是锅炉运行中的一个
重要监控参数，它反映了锅炉负荷与给承的平衡关系。汽包液位过高会遣
成蒸汽带水影响过热嚣运行，影响汽水分离效果；水位过低会造成锅炉承循
环的破坏．影响省煤器运行，容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。这就要
【１ｌ王幸东．锅炉汽包永位三冲ｔ调节幕鸵【Ｊ】．新■有色盘■，２瞄．１．
三冲量汽包水位控制原理及应用教程
锅炉汽包水位是锅炉生产过程的主要工艺指标，同时也是保证锅炉安全运行的主要条件之一。
汽包水位过高，使蒸汽产生带液现象，不仅降低蒸汽的产量和质量，而且还会使过热器结垢，或使汽轮机叶片损坏；当汽包水位过低时，轻则影响水汽平衡，重则烧干锅炉，严重时会导致锅炉爆炸事故的发生。
所以锅炉水位是一个极为重要的被控变量。
在具体工艺生产过程中，常常由于蒸汽负荷的波动和给水流量的变化打破汽包内的平衡状态，对汽包水位造成干扰，最终导致假液位。
所谓“冲量”实际就是变量，多冲量控制中的冲量，是指引入系统的测量信号。
在锅炉控制中，主要冲量是水位。
辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量，它们是为了提高控制品质而引入的。
1、三冲量控制的引入目前锅炉汽包水位调节常采用单冲量、双冲量及三冲量等三种调节方案，现分别对它们的基本原理和特性加以讨论。
①单冲量水位调节系统单冲量水位调节系统的原理如图1所示。
由图1可知，这种类型的水位调节系统，是一个典型的单回路调节系统，被调参数是汽包水位，调节参数是锅炉的给水量。
它适用于停留时间较长(亦即蒸发量与汽包的单位面积相比很小)，负荷变化小的小型锅炉(一般为10t/h以下)。
但对于停留时间较短，负荷变化大的系统就不适应了。
图1 单冲量水位调节原理图2 单冲量水位调节系统控制策略从图2可以看出：单冲量水位调节系统控制策略由汽包水位测量差压变送器、PID调节器和调节阀(或变频器)构成。
当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于汽包内蒸汽压力瞬间下降，水的沸腾加剧，汽泡量迅速增加，汽泡不仅出现于水的表面，而且出现于水面以下，由于汽泡的体积比水的体积大许多倍，结果形成汽包内液位升高的现象。
因为这种升高的液位不代表汽包内储液量的真实情况，所以称为“假液位”。
此时PID调节器会错误地认为测量值升高，从而关小给水调节阀，减小给水量。
等到这种暂时汽化现象一旦平稳下来，由于蒸汽量的增加，给水量反而减少，会使水位严重下降，甚至降到液位危险区，造成事故。
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浅谈锅炉汽包水位的三冲量调节（通用方法）
0 引言
锅炉是化工生产中主要的动力设备。
汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数,它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系。
汽包液位过高会造成蒸汽带水影响过热器运行,影响汽水分离效果;水位过低会造成锅炉水循环的破坏,影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。
这就要求汽包液位在一定范围内,适应各种工况的运行。
影响汽包液位的因素除了加热汽化这一正常因素外,还有蒸汽负荷和给水流量的波动。
当负荷突然增大,汽包压力突然降低,水就会急剧汽化,出现大量气泡,形成了“虚假液位”。
如果使用简单的锅炉汽包液位的单冲量控制系统(如图 1 所示) ,一旦负荷急剧变化,虚假液位的出现,调节器就会误以为液位升高而关小供水阀门。
影响了生产甚至造成危险。
为此,图 2 采取了锅炉汽包液位的双冲量控制,它在单冲量的基础上,再加一个蒸汽冲量,以克服“虚假液位”。
其中调节阀为气关阀,液位调节器采用正作用,调节器输出信号在加法器内与蒸汽流量信号相减。
双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系统。
当负荷突然变化时,蒸汽的流量信号通过加法器,使它的作用与水位信号的作用相反;假液位出现时,液位信号a 要关小给水阀, 而蒸汽信号b 是开大给水阀,这就能克服“虚假液位”的影响。
但是如果给水压力本身有波动时,双冲量控制也不能克服给水量波动的影响。
这就要用如图3 所示的锅炉汽包液位的三冲量调节系统。
即再加一个给水流量的冲量c ,使它与液位信号的作用方向一致,这种调节系统由于引进了液位、给水流量及蒸汽流量三个参数,叫做三冲量调节系统。
1 原理
根据三个冲量在调节系统中引入位置不同,三冲量调节系统有多种方案,下面讨论一种常见的三冲量调节系统:蒸汽流量和给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量系统。
图 3 中所示的三冲量系统,汽包液位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。
系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包液位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动,不是等到影响到液位才进行调节,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正,故大大提高了液位这个被调参数的调节精度。
在稳定状态下,液位测量信号等于给定值,液位调节器的输出,蒸汽流量及给水流量等三个信号,通过加法器得到的输出电流为:I0 = K1 I1 - K2 I2 + K3 I3式中, I1 为液位调节器的输出电流; I2 为蒸汽流量变送器的电流; I3 为给水流量变送器的电流; K1 、K2 、K3 分别为加法器各通道的衰减系数。
设计K2 I2 = K3 I3此时I0 正是调节阀处于正常开度时所需要的电流信号(为了安全调节阀必须用气关阀) 。
假定在某一时刻,蒸汽负荷突然增加,蒸汽流量变送器的输出电流I2 相应增加,加法器的输出电流I0 就减少,从而开大给水调节阀。
但是与此同时出现了假液位现象,液位调节器输出电流I1 将增大。
由于进入加法器的两个信号相反, 蒸汽流
量变送器的输出电流I2 会抵消一部分假液位输出电流I1 , 所以, 假液位所带来的影响将局部或全部被克服。
待假液位过去,水位开始下降,液位调节器输出电流I1 开始减小,此时,它与蒸汽流量信号变化的方向相反,因此加法器的输出电流I0 减小,意味着要求增加给水量,以适应新的负荷需要并补充液位的不足。
调节过程进行到液面重新稳定在给定值,给水量和蒸发量达到新的平衡为止。
当蒸汽负荷不变,给水量本身因压力波动而变化时,加法器的输出相应变化,去调节阀门开度,直至给水量恢复到所需的数值为止。
由于引进了蒸汽流量和给水流量两个辅助冲量,起到了“超前信号”的作用,使给水阀一开始就向正确的方向移动, 因而大大减小了液位的波动幅度,抵消了虚假液位的影响,并缩短了过渡过程时间。
图4 为三冲量液位调节方案图, 图5 为三冲量液位调节方框图。
2 应用
从上面分析可以看出三冲量调节系统能及时克服负荷(蒸汽量) 和给水流量的干扰作用,调节精度高,适用于汽包容积较小、负荷和给水干扰较大的场合。
单冲量适合在汽包容积较大、负荷变化比较小的场合。
双冲量调节适合于锅炉容积较小,给水压力波动不大的场合。
锅炉汽包液位三冲量调节系统在我们厂得到了应用,实践证明效果良好。