第07章 汽包锅炉给水自动调节系统
第07章 汽包锅炉给水自动调节系统
S
1
WT S WD S WT S WD S
xS
WB
S
WT S
1 WT
WD S S WD
WDz
S
S
z
S
可得完全补偿的条件：
WB
S
WDz S WT S WD
S
3、复 合 控 制 时，扰 动 对 输 出 的 影 响 要 比 纯 前 馈 时 小 得 多
为 便 于 比 较 ，设 系 统 为 定 值 控 制， 即X(S)=0， 专 门 讨 论 扰 动Z(S) 对
对于其他未经过补偿的扰动作用也有类似的结果。
4 、前 馈 补 偿 对 于 系 统 的 稳 定 性 没 有 影 响
这 一 点 是 显 而 易 见 的， 因 为 前 馈 无 论 加 在 什 么 位 置，它 都 不 构 成 回 路，系 统 的 输 入－－ 输 出 传 递 函 数 的 分 母 均 保 持 不 变，因 而 不 会 影 响系统的稳定性。
yS
1
WT S WD S WT S WD S
xS
1
WDz S WT S WD
S
zS
由 于 WDZ（S）≠0， 因 此 扰 动 对 系 统 输 出 是 有 影 响 的 。
2、复合控制系统补偿控制的控制规律不仅与对象控制通道 和 干 扰 通 道 有 关 ，还 与 反 馈 调 节 器 的 位 置 有 关 。
有时用汽包水位反应速度ε的倒数Ta，即反应时间作为反映汽 包水位变化的参数，其定义为：当扰动量为100％时，水位变化 100％(跳炉所用的水位如220mm)所经过的时间。
给水流量W扰动下，汽包水位调节对象没有自平衡能力，但 是具有一定的惯性和迟延，即给水流量W改变后不能立即引起汽 包水位 H 的变化。
第7章汽包锅炉给水调节
当给水不稳定时，省煤器中的水温随之周期性变化， 给水量偏小时，水温提高，将使温差降低，导致排烟温度 提高，降低锅炉效率；而且，不稳定的间断给水，对省煤 器等的安全运行也是不利的。
能 源 与 动 力 工 程 学 院
School of Energy & Power Engineering 5 2013-11-29
主 变 压 器
下 降 管
省煤器
水 冷 壁
锅 炉
空气预热器
汽轮机
低 压 加 热 器
喷燃器 高 压 加 热 器 冷灰斗 凝结水泵 给水泵 磨煤机 排粉机
凝汽器
送 风 机
除 尘 器
Hale Waihona Puke 引 风 机冲灰沟能 源 与 动 力 工 程 学 院
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能 源 与 动 力 工 程 学 院
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华中科技大学本科生专业课程
《 热工过 程自动化 》
汽包水位过低，则会破坏锅炉水循环，以致某些水冷 壁管束得不到炉水冷却而烧坏，甚至引起锅炉爆炸事故。 （2）使锅炉的给水连续均匀、相对稳定，从而使锅炉 汽压稳定，省煤器安全，保证锅炉在合适的参数下稳定运行， 且具有较高的运行效率，提高锅炉运行的经济性。 当水位较低时，大量给水会大大降低锅炉的汽压，这 时为保证负荷就得增加燃料和燃烧设备的负担，可能使锅 炉排烟损失和不完全燃烧损失增加。
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汽包锅炉给水自动控制系统概要
VD = VW
三、锅炉给水调节系统
(一) 单冲量给水调节系统
(二) 三冲量给水调节系统
1. 单级三冲量给水调节系统 2. 串级三冲量给水调节系统
串级三冲量给水调节系统
VH
VD
VW
γD,γH ,γW ─D、H、W测量装置的放大系数 主调节器PI 副调节器P
串级三冲量给水调节系统
允许
VH
VD >VW
二、给水调节对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 2. 蒸汽流量扰动下水位的动态特性
二、给水调节对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 2. 蒸汽流量扰动下水位的动态特性
二、给水调节对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 2. 蒸汽流量扰动下水位的动态特性
动 态 特 性
汽包锅炉给水自动控制系统
Drum Boiler Feedwater Automatic Regulation System
过热蒸汽D
导 入 新 课
汽 包
过热器
过热器 水冷壁
给水W
省煤器
燃料B
炉 膛
主 要 内 容
锅炉给水调节系统的任务 给水调节对象的动态特性 锅炉给水调节系统
一、给水控制的任务
1. 使锅炉的给水量适应蒸发量 2. 维持汽包水位在规定的范围内
汽包
被调量:水位
过热器 水冷壁
H—
调节阀 省煤器
二、给水控制对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 H
二、给水调节对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 H1
二、给水调节对象的动态特性
1. 给水流量扰动下水位的动态特性 H2
电厂热工过程自动调节
第一章：自动调节的基本概念1）调节的常用术语：1、被调对象：被调节的生产设备或生产过程2、被调量：通过调节需要维持的物理量3、给定值：根据生产要求，被调量的规定数值4、扰动：引起被调量变化的各种原因5、调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量6、调节机关：在调节作用下，用来改变调节作用量的装置2）按给定值信号的特点分类：1、恒值调节系统2、程序调节系统3、随机调节系统；3）按调节系统的结构分类：1、反馈调节系统2、前馈调节系统3、符合调节系统；4）自动调节的主要性能指标：稳定性、准确性、快速性5）动态偏差：在整个调节过程中被调量偏高给定值的最大偏差值6）静态偏差：指调节过程结束后被调量和给定值之间的偏差值第二章：自动调节系统的数学模型1）传递函数：线性定常系统在零初始条件下，系统输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比2）递函数具有以下性质：1、传递函数是复变量s的有理真分式函数，其分子多项式次数m低于或等于分母多项式次数n，且所有系数均为实数。
2、传递函数是描述动态特性的数学模型，它表征系统（或环节）的固有特性，和输入信号的具体形式、大小无关，且不能具体表打系统（或环节）的物理结构。
3、传递函数只能表示一个输入对一个输出的关系。
4、系统传递函数的分母就是系统的特征方程，从而能方便地判断动态过程的基本特性。
3）自动调节的基本环节：1、比例环节：输出信号能按一定比例、无延迟和无惯性的复现输入信号变化的环节。
微分方程：c(t)=Kr(t)式中：r(t)—输入信号；c(t)输出信号；K—环节的传递系数或比例系数。
传递函数:G(s)=C(s)/R(s)=K2、积分环节：输出信号和输入信号的积分成正比例。
积分环节的微分方程为：式中T1—积分时间。
积分环节的传递函数：G(s)=C(s)/R(s)=1/T1s.积分环节的阶跃响应函数为：:输入信号（阶跃函数）的幅值。
3、惯性环节：惯性环节微分方程：T*dc(t)/dt+c(t)=Kr(t)式中T-惯性环节的时间常数；K—惯性环节的传递函数或静态放大系数，其值为平衡状态时输出信号与输入信号增幅值的比。
锅炉汽包水位自动调节
锅炉汽包水位自动调节锅炉发生爆炸事故的原因之一是由于汽包水位过高或过低所引起的，因此在锅炉中，控制汽包水位是非常关键的。
传统上，锅炉的汽包水位调节是手动完成的，而随着自动控制技术的不断发展，锅炉汽包水位的自动调节也成为了可能。
锅炉汽包水位的自动调节原理在锅炉中，汽包是水蒸气和水的混合物，由于水的密度大于水蒸气的密度，因此汽包水位的高低可以反映出锅炉内部的水位情况。
当汽包水位过高时，容易发生爆炸事故，当汽包水位过低时，会导致锅炉的正常工作受到影响。
因此，对于锅炉汽包水位的自动调节是非常重要的。
锅炉汽包水位的自动调节采用的是反馈控制系统。
该系统包括传感器、控制器和调节器三部分。
传感器主要用于测量锅炉汽包水位的值，控制器则将传感器测量的数据与预设的目标水位进行比较，得出调节量并发送给调节器。
调节器根据控制器发送的调节量来控制水位的上升或下降，从而实现锅炉汽包水位的自动调节。
锅炉汽包水位自动调节系统的优点相比于传统的手动调节方式，锅炉汽包水位自动调节系统具有以下几个优点：1.提高效率：自动化系统可以根据锅炉内部实时数据进行分析，对汽包水位进行精准调节，从而提高了锅炉工作效率。
2.减少人力成本：自动化系统的引入可以减少了锅炉操作员的劳动强度，避免由于人为操作失误所引起的事故风险。
3.提高安全性：自动化系统可以及时检测汽包水位，保持正常水位范围内，提高了锅炉工作的安全性，并可以有效地避免爆炸事故的发生。
4.提高稳定性：自动化系统可以实现连续性的自动控制，保持了稳定的工作状态，避免了频繁人工干预所引起的不稳定因素。
锅炉汽包水位自动调节的发展前景随着自动化技术的不断发展，锅炉汽包水位自动调节系统将会得到更广泛的应用。
未来的自动化系统将会更加精确、智能化，可以通过大数据分析以及人工智能技术对锅炉的运行状态进行实时监测，在锅炉发生问题时能够及时作出反应，提高锅炉的安全性和稳定性。
结论随着自动化技术的不断提高，自动化控制在锅炉行业中已经逐渐成为了趋势。
汽包锅炉给水自动调节系统PPT文档共32页
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
汽包炉给水控制系统参数调整学习
汽包炉给水控制系统参数调整学习在调整每一个自动控制系统的参数时，我们必须了解被控对象的特性以及其调整内容，例如汽包炉给水自动，它主调节器的设定值是汽包水位，被调量为汽包的实际水位；副调节器的设定值为主调节器的输出，被调量为给水流量；前馈量是主蒸汽流量。
以下是汽包炉给水自动参数调整的步骤和内容，及注意事项：1、调整步骤：（1）初参数的预设；通过扰动给水旁路调门或者是给水泵勺管的开度得到汽包水位、给水流量、主蒸汽流量、主调节器的输出以及副调节器的输出的曲线，然后通过分析曲线预设主、副调节器的初参数以及前馈的强度；（2）初参数的优化；当初参数预设完成后，我们就可以试投给水自动，在投入之前一定要做好需要监视重要变量的曲线，这样我们可以通过分析重要变量的曲线来优化调节参数以及前馈强度；另外，对于串级控制回路，先整定副调节器的参数然后再整定主调节器的参数；（3）扰动试验；通过修改汽包水位设定值来测试当前的调节器参数是否可以满足变工况以及调节品质的要求。
2、调整内容：（1）汽包水位：是整个控制系统的主被调量，同时也是闭环控制回路的反馈变量，用于校正水位的最终偏差，任何导致水位变化的扰动都会使调节器动作；（2）给水流量：是副调节器的被调量，因为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前馈信号的变化作出反应，消除内扰，使调节过程比较稳定，保证了调节系统的稳定运行。
（3）蒸汽流量：是系统的前馈信号，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；3、注意事项：（1）切除自动条件、逻辑闭锁的设置以及无扰切换的实现；（2）在修改前馈的强度时必须将自动切到手动，然后再进行修改；（3）对于自己预设的初参数没有把握时，可以将输出指令进行限制在一个合理的范围内，以防系统投入自动后输出指令大幅度波动导致其他系统波动或者是机组跳闸，因为汽包水位是触发MFT的一个条件。
汽包锅炉给水自动控制系统
第五章汽包锅炉给水自动控制系统5-1 前馈--反馈调节系统一.前馈--反馈调节原理反馈调节系统特点：事后控制，反馈校正。
调节过程中被调量的动态偏差较大,且调节过程也较长。
前馈调节系统特点：直接根据扰动进行调节,减小动态偏差。
()yxW s()oxW s()bxW sxu y1.定义直接根据造成被调量偏差的原因进行调节的系统,称为前馈调节系统。
2.前馈的类型及整定前馈调节的类型：很多,因而()b SW的规律不同。
不变性原理：设计前馈补偿器,使被调量y与扰动无关。
(a)扰动有单独通道()()()()0()()yxyx b o boW sW s W s W s W sW s+=⇒=-(b) 扰动作用在对象之前补偿作用在调节器之前。
例如:喷水压力改变时对温度的影响。
()()()()()10()()1()()()o b a o b a o a W s W s W s W s Y s W s X s W s W s W s +==⇒=-+(c) 扰动有单独通道,补偿作用在调节器之后()()()()()0()()1()()()yx b o yx b a o W s W s W s W s Y s W s X s W s W s Wo s +==⇒=-+(d) 扰动有单独通道,补偿在调节之前()()()()()()0()()1()()()()yx a b o yx b a o a W s W s W s W s W s Y s W s X s W s W s W s Wo s +==⇒=-+前馈一般不能做到完全补偿。
常用静态前馈或者一些特定形式的动态前馈。
(a) 静态前馈即根据不变性原理求出()b S W ,用其静态放大系数作为补偿装置,它是一个比例环节: ()0|b b S s k W →=(b) 动态前馈直接根据不变性原理求得。
在热工过程控制中常用:211()1b bT s W s k T s +=+-----超前—滞后环节()0|b b S s k W →=当21T T >时 ,超前补偿(PD 作用) 当12T T >时,滞后补偿(PI 作用)21T T >tktk 12211(0)lim ()lim ()b b S S T y SY S SW S k S T →∞→∞===01()lim ()b b S y SW S k S→∞==3. 存在缺点:(1) 只能针对一种或者几种典型扰动设计()b W s ,然而生产过程中扰动因素很多,因而调节效果受到限制. (2) 对不可测量的扰动,无法实现补偿. (3) 不能做到完全补偿,实现复杂,采用b k 或者2111bT sk T s++近似补偿. 前馈—反馈调节系统：必须将前馈和反馈结合起来进行调节,利用前馈来减小扰动对被调量的影响,而反馈作用保障被调量等于给定值.二.前馈—反馈调节系统. 1.概念r y前馈控制:作用是有效抑制主要扰动,开环控制。
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第二节 给水调节系统的类型
一,单级三冲量给水自动调节系统 (Single Stage Three-Element Feedwater Control System)
说明: 说明: 1. 单级 三个冲量: , , 2. 三个冲量:W,D,H
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方框图为: 方框图为:
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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 内回路 整定 2.外回路(outer loop)整定 外回路 整定
3. 调节机构的切换. 调节机构的切换.
低负荷运行时通常采用改变调节阀门的开度改变给水流 高负荷运行时采用改变给水泵转速改变给水流量. 量;高负荷运行时采用改变给水泵转速改变给水流量.
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三.调节系统实例
是某电厂300MW汽轮发电机组中的给水全程自动调 图7-19是某电厂 是某电厂 汽轮发电机组中的给水全程自动调 节系统简图. 节系统简图.
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调节系统采用了一台额定出力为100%的汽动变速泵和 的汽动变速泵和 调节系统采用了一台额定出力为 一台额定出力为50%的电动变速泵. 的电动变速泵. 一台额定出力为 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 调节系统接受三个测量信号: 汽包水位, 轮机调节级后压力.其中, 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. 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, 图中含有串级三冲量给水调节系统,1#调节器是主调 节器, 调节器是副调节器,分别控制电动泵, 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, 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, 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 调节器控制汽动泵. 控制组件实现的, 控制组件实现的,
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在给水量W扰动下,被调对象具有迟延, 在给水量W扰动下,被调对象具有迟延,惯性和无自平 衡 能力特性. 能力特性.
ε G 01(s) = s(τs + 1)
式中: 式中:τ——迟延时间 s; 迟延时间 ;
ε——飞升速度 飞升速度
;
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ρ
ε——飞升速度 飞升速度
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结论: 结论:
1 . 蒸汽量扰动主要取决于汽轮机的运行工况,属于外部扰动, 蒸汽量扰动主要取决于汽轮机的运行工况, 属于外部扰动, 锅炉燃烧率扰动其实也是一种间接的外部扰动.很显 然这两种物理量是不可能作为调节汽包水位的调节手段的, 然这两种物理量是不可能作为调节汽包水位的调节手段的,调 节作用量只能选择给水量. 节作用量只能选择给水量.
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在蒸汽量D阶跃扰动下,汽包水位的实际变化曲线. 在蒸汽量D阶跃扰动下,汽包水位的实际变化曲线.
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动态特性的数学描述为: 动态特性的数学描述为:
k ε G02(s)= Ts+1 s
式中: 式中: k——比例系数 , k = 比例系数 T——时间常数 时间常数
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4.
蒸汽流量侧 α D 的选择
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要使静态偏差为零,静态时必须满足I 要使静态偏差为零 ,静态时必须满足 D=IW,即: 即
Dγ Dα D = W γ wα w
在正常运行时,可认为 在正常运行时,可认为D=W,γD=γW,则有 则有 αD=αW 因此,为了克服静态偏差, 因此,为了克服静态偏差,蒸汽流量侧分流器的分流系 必须等于给水流量侧分流器的分流系数α 数αD必须等于给水流量侧分流器的分流系数 W.
上述三个任务分别由三个给水调节子系统实现. 上述三个任务分别由三个给水调节子系统实现.
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第三节
给水调节系统实例
一.给水全程调节的基本概念
给水全程自动调节就是在机组运行的 全过程(包括起停过程和低负荷运行) 全过程(包括起停过程和低负荷运行)都 能实现自动的调节. 能实现自动的调节.
3.蒸汽流量侧αD的选择
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四.采用变速泵的给水调节系统 1.变速泵的类型
变速泵有两种类型: 变速泵有两种类型: (1) 电动调速泵 ) (2) ) 汽动调速泵. 汽动调速泵.
2.变速泵的特性 3.采用变速泵的调节系统任务
(1)通过改变给水泵的转速改变给水流量,维持汽 通过改变给水泵的转速改变给水流量, 包水位在允许范围; 包水位在允许范围;
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. 动调节系统的前提.
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给水自动调节系统被调对象的示意图: 给水自动调节系统被调对象的示意图:
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被调量H变化的主要原因: 被调量H变化的主要原因: (1)给水量W; 给水量W; (2)蒸汽量D; 蒸汽量D; (3)锅炉燃烧率. 锅炉燃烧率.
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3.
双回路: 双回路:内,外
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整定的具体步骤和稳定性分析如下: 整定的具体步骤和稳定性分析如下:
1.内回路(inner loop)的分析与整定 内回路 的分析与整定
第七章 汽包锅炉给水自动调节系统 The Feedwater Control System
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
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第一节 被调对象的动态特性 The Dynamic Characteristics of Controlled Object
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二.蒸汽量D扰动时的动态特性 蒸汽量D
蒸汽量D扰动时,汽包水位H的变化过程同样可以从两个角 蒸汽量D扰动时,汽包水位H 度加以分析. 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. 仅仅从热平衡的角度来分析. 综合上述两种角度分析的结果, 综合上述两种角度分析的结果,得到
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(2)通过改变给水调节阀开度,控制给水泵的出口压 通过改变给水调节阀开度, 力,保证给水泵在安全区内工作; 保证给水泵在安全区内工作; (3)通过控制再循环水阀门的打开和关闭,保证给水 通过控制再循环水阀门的打开和关闭, 泵流量不低于规定的最小流量; 泵流量不低于规定的最小流量;
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�
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三.串级三冲量给水自动调节系统 (Cascade Three-Element Feedwater Control System )
串级系统实现自动调节比单级系统更加灵活,克服静 串级系统实现自动调节比单级系统更加灵活, 差完全由主调节器实现,分流系数α 态偏 差完全由主调节器实现,分流系数 D取值不必考虑 静态偏差的问题, 值可取得大一些, 静态偏差的问题,αD值可取得大一些,以利于更好地改 善调节过程的调节品质.分流系数α 善调节过程的调节品质.分流系数 W取值影响内回路的 稳定性,在外回路中,可通过主调节器的δ和 稳定性,在外回路中,可通过主调节器的 和Ti来整 的影响并不大,从而使内,外回路互不影响. 定,αW的影响并不大,从而使内,外回路互不影响.
现象主要是来自于蒸汽量的变化, 2."虚假水位" (level swell)现象主要是来自于蒸汽量的变化, 虚假水位" 现象主要是来自于蒸汽量的变化 显然蒸汽量是一个不可调节的量(对调节系统而言) 显然蒸汽量是一个不可调节的量(对调节系统而言),但它是 一个可测量, 一个可测量,所以在系统中引入这些扰动信息来改善调节品质 是非常必要的. 是非常必要的.
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二.全程调节要解决的主要问题
从常规的调节过渡到全程调节会遇到许多新的技 术问题,主要有: 术问题,主要有:
1.测量信号的准确性. 测量信号的准确性.
解决的思路:找出汽包水位, 解决的思路:找出汽包水位,给水流量和蒸汽流量的 测量准确性受影响的原因, 测量准确性受影响的原因,即:哪些物理量影响测量信号 的准确性,并找出它们之间的函数关系, 的准确性,并找出它们之间的函数关系,在设计调节系统 时引入这些物理量,根据函数关系在调节系统加以校正. 时引入这些物理量,根据函数关系在调节系统加以校正.