汽包锅炉给水控制系统的设计

### 汽包锅炉给水控制系统的设计 #### 1. 引言 在现代电力行业中，电厂热工自动化水平已成为衡量电厂技术水平和企业现代化的重要标志。锅炉作为电力生产中的核心设备之一，在整个发电过程中扮演着至关重要的角色。汽包锅炉给水及水位的调节已普遍采用自动化控制方式，以实现高效、稳定的运行。汽包锅炉给水控制系统的主要任务是通过自动调整给水量以适应锅炉蒸发量的变化，并将汽包水位控制在一定范围内，从而保证整个发电系统的安全和经济运行。 #### 2. 给水控制系统的动态特性 ##### 2.1 给水量扰动下的水位变化动态特性 当给水量发生变化时，汽包水位的响应存在一定的延迟现象。这一过程受到多种因素的影响，包括给水温度与省煤器温度之间的差异、沸腾式与非沸腾式省煤器的不同等。具体来说： - **沸腾式省煤器**：给水温度远低于省煤器内部温度，导致部分蒸汽凝结为水，减少了省煤器内的气泡总量，进而导致水位先下降后上升。此过程的延迟时间为100~200秒。 - **非沸腾式省煤器**：同样由于给水的过冷效应，使得水位变化存在一定的延迟，大约为30~100秒。 水位对象可以近似看作一个积分环节与一个惯性环节的并联形式。其数学模型可用一阶近似表示，表达式如下： \[ G(s) = \frac{K}{\tau s + 1} \] 其中，\( K \) 代表放大系数，\( \tau \) 表示时间常数。 ##### 2.2 蒸汽流量扰动下的水位动态特性 当蒸汽流量突然增加时，会形成所谓的“虚假水位”现象，即水位先短暂上升然后下降。这是由于负荷增加导致汽水循环回路中的蒸发强度增加，水面下汽泡容积迅速增大，使得汽包水位出现暂时性上升。这一过程的时间常数通常为10~20秒。虚假水位的变化量受负荷变化幅度的影响较大，例如，对于100~230t/h的中高压炉，负荷突然变化10%时，虚假水位的变化可达30~40毫米。 #### 3. 给水自动控制系统的基本结构 实现给水全程控制可以通过改变调节门开度或改变给水泵转速来调整给水量。在现代大型单元机组中，通常采用改变给水泵转速的方式，以减少节流损失和能耗。为了更好地控制给水量并保证给水泵的安全运行，一般采用双调节器系统，即单冲量给水控制系统和三冲量给水控制系统相结合的形式。 - **单冲量给水控制系统**：主要用于处理给水扰动，快速调整给水量保持不变。 - **三冲量给水控制系统**：在蒸汽流量扰动时，快速改变给水量以保持给水和蒸汽量的平衡；此外，还包括一个用于校正水位的主调节器，以维持水位的稳定性。 这种双调节器系统能够更好地应对负荷变化，尤其是在负荷突然变化时，可以通过调整蒸汽流量信号的作用强度来减少虚假水位的影响，进一步提高了系统的稳定性和安全性。 #### 结论 汽包锅炉给水控制系统的合理设计对于确保电力生产的高效、安全至关重要。通过对给水控制系统动态特性的深入分析以及合理的控制系统结构设计，可以有效提高汽包水位控制的精度和响应速度，从而提升整个发电系统的性能和可靠性。