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浅谈给水自动控制系统在220t/h循环流化床锅炉中的应用（鹤岗立达矸石热电有限公司王贵毓）摘要：结合鹤岗立达矸石热电有限公司三台220t/h循环流化床锅炉所采用的串级给水控制系统，提出了控制的基本思想，分析了串级三冲量控制系统的原理及具体实现，得出给水控制的必要性和虚假液位的成因，经分析比较推荐采用串级三冲量给水控制系统实现锅炉给水的自动控制方案。关键词：循环流化床锅炉；汽包水位；三冲量调节；给水串级控制1、概述汽包水位是锅炉运行中一个重要的监控参数，它反映了锅炉负荷与给水量之间的平衡关系，保持汽包水位正常是保证锅炉机组安全运行的必要条件。随着锅炉容量和参数的提高，汽包的容积相对减小，锅炉蒸发受热面的热负荷显著提高，加快了锅炉负荷变化时水位的变化速度。本文以鹤岗立达矸石热电有限公司三台220t/h循环流化床锅炉的给水自动调节系统为例来分析汽包水位三冲量调节的整定与实现过程。2、基本思想根据给水控制对象动态特性的特点，结合鹤岗立达矸石热电有限公司三台220t/h循环流化床锅炉实际情况，提出如下的给水控制系统的一些基本思想：（1）、由于对象的内扰动态特性存在一定的延迟和惯性，以给水为被调量的单回路系统，控制过程中水位将出现较大的动态偏差，故对给水内扰动态特性延迟和惯性大的锅炉应采用串级或其它控制方案。（2）、由于对象在蒸汽负荷扰动外扰时，有“虚假液位”现象。因此给水控制采用以水位为被调量的单回路系统。在设计给水控制系统时，应考虑采用以蒸汽流量为前馈信号的前馈控制，以改善给水控制系统的稳定性。3、三冲量控制系统原理分析3.1原理分析锅炉汽包三冲量液位控制系统是在双冲量液位控制基础上引入了给水流量信号，由水位、蒸汽流量和给水流量组成了三冲量液位控制系统，汽包水位是被控变量，是主冲量信号；蒸汽流量、给水流量是两个辅助冲量信号，实质上三冲量控制系统是前馈加反馈控制系统，可分为单级和串级两种控制系统。当蒸汽流量增加时，调节器立即动作，相应地增加给水流量，能有效地减小虚假液位所引起的调节器误动作，当给水流量发生自发性扰动时水压力波动引起给水流量的波动，调节器也能立即动作，控制给水流量使给水流量迅速恢复到原来的数值，从而使汽包水位基本不变。可见给水流量信号作为反馈信号，其主要作用是快速消除来自给水侧的内部扰动。当汽包水位增加时为了维持水位，调节器的正确操作应使给水流量减小反之亦然，即调节器操作给水流量的方向与水位信号的变化方向相反，因此调节器入口处水位信号定义为负极性。但由于汽包锅炉的水位测量装置——平衡器本身已具有反号的特性，所以进入调节器的水位变送信号应为正。3.2串级三冲量给水控制系统的分析（1）控制原理串级三冲量给水控制系统的控制原理图：串级三冲量给水控制系统的控制原理图整个系统由两个闭合回路和前馈部分组成的，系统组成如下：(1)给水流量W，给水流量变送器γ，给水流量反馈装置αw副调节器PI2，执行器kz和调节阀kμ组成副回路。(2)由被控对象Wow（s）水位测量变送器γH主调节器PI1和副回路组成主回路。(3)由蒸汽流量信号D，以及蒸汽流量变送器γD及蒸汽流量前馈装置α构成前馈控制部分。（2）副调节器的分析与整定根据串级控制系统的分析整定方法，应将副回路处理为具有近似比例特性快速随动系统，以使副回路具有快速消除内扰及快速跟踪蒸汽流量的能力。以保证内回路的稳定性。（3）主回路的分析与整定在主回路中，如果把副回路近似看作比例环节，则主回路等效方框图如图6所示。这时，主回路等效为一个单回路控制系统。如果以给水流量W作为被控对象的输入信号，则可以把PI1调节器与副回路两者看作为等效主调节器，它的传递函数为：WT1(S)=1/αWγW(1/δ1)(1+1/TI1)所以等效主调节器仍然是比例积分调节器，等效的比例带为：δ1*=δ1αWγW式中δ1—主调节器PI1的比例带。等效主调节器的积分时间TI1就是PI1调节器的积分时间TI1主回路仍按单回路系统的整定方法整定，如通过试验方法求取主回路被控对象的阶跃响应曲线，并由曲线上求得延迟时间τ和响应速度ε，在按曲线整定法中给出的公式计算等效主调节器的整定参数为：δ*=1.1ετTI1*=33τ则PI1调节器的参数为δ1=δ1*/αWγW=1.1ετ/αWγWTI1=TI*=3.3τ串级三冲量给水控制系统的主回路等效图通过对串级三冲量给水控制系统的分析，可以看出串级系统的主、副回路的工作可以认为基本上是各自独立的。给水流量W，给水流量反馈装置的传递系数αW虽然也同时对主、副回路的工作产生影响，但它们在系统中的作用却比在单级系统中小得多。在单级三冲量控制系统中，主回路的等效调节器比例带δ1*=αWγW可以通过改变αW来调整δ*，但αW的选择还必须同时兼顾内回路的稳定性。串级三冲量系统中的等效主调节器的比例带δ1*=δ1αWγW可以改变PI1调节器的比例带δ1来调整δ1*。因此，调整δ1*并不会影响到副回路的工作稳定性，从而做到主、副回路互不影响，即副回路的稳定性由改变αW来保证，主回路的稳定性由δ1来保证。4、给水自动控制系统在我公司的实际应用锅炉给水系统采用母管制，经给水门一次分成两路，一路直接经省煤器预热后进入汽包，另一路进减温器调节主汽温度热交换后进入汽包。主蒸汽从汽包出来后经高温过热器、减温器、低温过热器换热后成为成品蒸汽去汽轮机。汽包水位控制是保证锅炉正常运行和蒸汽品质的重要措施之。水位过低，容易使水全部汽化而烧坏锅炉甚至爆炸，水位过高则影响汽水分离效果使蒸汽带水降低蒸汽品质。影响汽包水位的因素很多，主要有燃料燃烧加热汽包水汽化、给水流量、蒸汽负荷流量等。特别是负荷突然增大时极易产生“虚假水位”现象，测量出错误水位造成干锅损坏锅炉，因此汽包水位一般采用传统的三冲量控制系统，能达到一定的控制效果。但是经过我们不断摸索，集众家自动控制原理之所长，我们成功地采用了以三冲量为基础的串级控制系统，并参考人工控制大量的经验数据，根据负荷大小、水位偏差大小及方向在流程图上实时修改PID参数——变PID三冲量控制系统。冲量分别为：汽包水位、主汽流量、给水流量；水位信号作为主调被调量，在PID反作用原理下，当水位升高，PID发出关小主给水调节门的指令，反之，则开大；主汽流量作为主调前馈量，在水位保持不变的情况下，当主汽流量增大时，PID开大主给水调节门的指令，增加给水量，反之，则减小给水量，这样能起到当负荷发生变化，及时调整给水量，而不引起水位发生大的波动；给水流量作为副调被调量，与汽泡水位和主汽流量经运算得出的值作为副调的设定值进行比较，来调节给水调节门的开度，实现给水自动调节的闭环控制；另外，为了能够保证锅炉的安全运行，我们又对给水自动调节设定了手动/自动的无扰切换和自动解除自动控制条件：1）、控制指令与阀位反馈变差大于10%。2）、三点汽包水位任意两点为坏值3）、三点汽包水位均不是坏值且任意两点之间的偏差大于60mm4）、当主调节器|PV-SP|大于50mm或副调节器|PV-SP|大于50t5）、当三点主汽流量或三点给水流量全部为坏值时6）、锅炉MFT保护动作时样在很大程度上保证了锅炉给水自动调节的安全性，通过我公司两年来的实践证明也达到了比较理想的控制效果。5、小结本文以鹤岗立达矸石热电厂三台220t/h循环流化床锅炉给水控制系统为例，对给水系统提出了控制的基本思想，并对串级三冲量控制系统的原理及具体回路的实现进行了介绍，采用串级三冲量给水控制系统实现锅炉给水的自动控制。经过鹤岗立达矸石热电厂3年的锅炉运行实践效果良好。能够满足锅炉的实际运行工况。参考文献1、孙伟循环流化床锅炉过程控制。中国矿业大学出版社，2002112、李遵基热工自动控制系统。中国电力出版社，199713、周小林过程控制仪表。大连理工大学出版社，1998124、鹤岗立达矸石热电厂锅炉运行规程。5、魏克新自动控制综合应用技术。机械工业出版社，200866、朱北恒火电厂热工自动化系统试验。中国电力出版社，20071