[科普中国]-工业锅炉给水自动控制系统

工业锅炉给水自动控制系统，原则上可从影响被控对象动态特性的给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷等主要因素中，选择一个因素作为调节手段(即调节参数)，将被控变量通过调节器和执行器构成一个闭合回路，组成给水自动控制系统。对锅炉给水自动控制系统来说，蒸汽量及炉膛热负荷都是由外界负荷所决定的，它必须随时满足外界负荷的需要。因此，只有给水量可作为给水自动控制的调节手段(调节参数)。1

简介工业锅炉给水自动控制系统，原则上可从影响被控对象动态特性的给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷等主要因素中，选择一个因素作为调节手段(即调节参数)，将被控变量通过调节器和执行器构成一个闭合回路，组成给水自动控制系统。对锅炉给水自动控制系统来说，蒸汽量及炉膛热负荷都是由外界负荷所决定的，它必须随时满足外界负荷的需要。因此，只有给水量可作为给水自动控制的调节手段(调节参数)。

常用的给水自动控制系统有以水位为唯一调节信号的单参数控制系统、以水位为主要调节信号，又以蒸汽流量作为补充信号的双参数控制系统，又称为双参数给水控制系统、仍以水位为主要调节信号，又以蒸汽流量和给水流量作为补充信号的三参数控制系统，称为三参数给水控制系统。1

单参数给水自动控制系统单参数给水自动控制如图1所示。它是汽包给水自动控制中最简单、最基本的一种形式。它以水位为唯一的控制信号。即调节器只根据水位变化去改变给水调节阀的开启度。这种控制系统由汽包、水位变送器LT、调节器LC与给水调节阀组成。当汽包水位发生变化时，水位变送器发出信号并输入调节器，调节器将水位信号与没定值相比较得出偏差信号，经过运算放大后输出控制信号，然后通过执行机构带动给水调节阀，对给水量进行自动控制，来保持汽包水位在允许的波动范围内。

中小型锅炉的汽包相对负荷的容量较大，水位受扰动后的反映速度较慢，“虚假水位”现象不很严重，对汽包水位控制的要求不高，采用比例积分控制规律，可以实现无差控制，使水位的波动幅度减小，可满足锅炉运行的要求。

单参数给水自动控制系统，在锅炉负荷变化幅度与速率很大时，受锅炉“虚假水位”的影响，势必会使控制质量下降，例如蒸汽负荷增加时，水位一开始先上升，调节器只根据水位作为控制信号，就去关小调节阀而减少给水量，这个动作对锅炉流量平衡是错误的，它在控制过程一开始就扩大了蒸汽流量与给水量的差值，使水位和给水量的波动幅度增大。又例如由于给水总管压力改变等原因所造成的给水量变动时，调节器要等到水位改变后才开始动作，而在调节器动作后又要经过一段滞后时间才能对水位发生影响，因此。水位不可避免地会发生较大的波动变化。由于单参数控制系统存在这些缺点，对于“虚假水位”现象严重及水位反应速度快的锅炉不宜使用。为了改善控制品质，满足运行要求，需采用双参数给水自动控制系统。1

双参数给水自动控制系统在单参数给水控制的基础上，引入蒸汽流量作为前馈信号。构成如图2所示的双参数给水自动控制系统。

双参数给水自动控制系统由汽包水位变送器、蒸汽流量变送器、调节器和执行器组成。这种系统中的调节器接受汽包水位和蒸汽流量两个信号，蒸汽流量信号是为了克服蒸汽流量扰动对 “虚假水位”影响而引入的补偿信号。

这种系统在运行中，当蒸汽量突然减小时，按蒸汽流量信号应该关小给水调节阀，而此时“虚假水位”信号却要开大给水调节阀，这两个信号在调节器中是互相制约的，因此，调节器暂时基本上不会动作。只有当给水流量与蒸汽流量的不平衡引起水位上升时，调节器才发出信号。相应地减小给水流量，由于蒸汽流量信号的超前作用，可以克服“虚假水位”引起的调节器误动作，使控制过程比较平稳。

当给水母管压力或汽包压力波动时，会引起给水调节阀前后压差的变化，使给水量在调节阀开度没有改变的情况下也发生变化，因此，经过一段延迟时间后，汽包水位也发生变化，这个变化过程是比较缓慢的。当水位变化后，调节器才接受水位信号，再改变给水调节阀的开度以恢复原来的给水流量。在这个控制过程中，汽包水位将有较大的动态偏差。

由此可见，双参数单回路给水自动控制系统，由于有蒸汽流量信号的超前作用，可以克服“虚假水位”引起的调节器误动作，改善了在蒸汽流量扰动下的控制品质。但是，这种系统仍不能迅速消除给水流量扰动的影响。1

三参数给水自动控制系统三参数给水自动控制系统由汽包水位、变送器LT、蒸汽流量变送器F1T、给水流量变送器F2T、调节器LC和给水调节阀组成，如图3所示。

在这种控制系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，进入调节器的信号极性标以“+”的表示信号增大时调节器应使调节阀关小。因此，水位信号的极性为“+”。因为水位信号的增大是汽包水位下降的反映，此时调节器应开大给水调节阀。同样，蒸汽流量信号的极性也是“+”，而给水流量信号的极性则为“-”。调节器的内部设定信号即水位定值信号，它与水位信号相平衡，所以水位定值信号的极性应为“-”。

在这种控制系统中，汽包水位信号是主信号，也是校正信号，因为任何扰动引起的汽包水位变化，都会使调节器动作，而改变给水调节阀的开度，使汽包水位恢复到设定值。因此，被控变量水位信号构成的回路能消除各种内、外扰动对水位的影响，保证汽包水位在工艺要求所允许的波动范围内。蒸汽流量信号为前馈信号，当蒸汽流量突然增大时，“虚假水位”现象要使调节器发出关小调节阀的信号，与此同时，外扰信号一蒸汽流量作为前馈信号加到调节器，使调节器发出开大给水调节阀的信号。这两个信号相互制约，减少或抵消了“虚假水位”的影响，从而改善了控制品质。

给水流量信号是反馈信号，它能及时反映给水流量的变化。因为当给水调节阀的开度改变或由于内扰使给水流量变化时，给水流量信号反应很快，迟延很小(约为1～3s)，在被控变量水位还未及变化的情况下，调节器即可消除内扰而使控制过程稳定。因此，给水流量信号局部反馈形成的内回路能迅速消除给水侧的扰动，稳定给水流量。例如给水流量减少，则调节器立即根据给水流量减少的信号开大给水调节阀，使给水流量维持不变，使汽包水位很少受到影响。此外，给水流量信号也是调节器动作后的反馈信号，使调节器及早知道控制的效果。

这种控制系统对三个信号的静态配合有严格的要求，蒸汽流量信号和给水流量信号的大小应当正确选择，通常取两者相等，这样在控制结束后这两个讯号恰好抵消，被控变量水位必然等于设定值。在三参数给水自动控制系统中，由于引入了蒸汽流量与给水流量的控制信号，控制系统动作及时，所以它有较强的抗干扰能力，在较大的扰动时也能有效地控制水位的变化，显著地改善了控制系统的控制品质。

对于现代大、中型锅炉来说、对象控制通道的迟延和飞升速度都比较大，“虚假水位”现象也比较严重，工艺上对控制质量的要求又比较高，因此，普遍采用了具有蒸汽流量前馈信号及给水流量反馈信号和汽包水位主信号的三参数给水自动控制系统。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学