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T2 响应曲线H 2 的时间常数。
3.1.4 燃料量扰动下汽包水位的动态特性
汽包水位在燃料量B 扰动下的响应曲线如图3.4所示, 当燃料量增加时, 锅炉的吸热量增加,蒸发强度增大。如果气轮机侧的用汽量不加调节, 则随着汽包压力的增高, 汽包输出蒸汽量也将增加, 于是蒸发量大于给水量, 暂时产生了汽包进出口工质流量的不平衡。由于水面下的蒸汽容积增大, 此时也会出现虚假水位现象, 但由于燃烧率的增加也将气量D 缓慢增加, 故虚假水位现象要比D 扰动下缓和得多
图3.4 汽包水位在燃烧率扰动下的阶跃响应曲线
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3.1.5水位对象静态特性分析
对于一台固定容量的汽包锅炉, 当设计完成后, 其汽包、蒸发道容量是固定的。汽化及蒸发管道系统中贮藏着蒸汽、水, 贮藏量的多少, 是以汽包水位H 表征的, 其大小受到汽包的流入量(给水量) , 流出量(蒸发量) 之间平衡关系的影响, 同时还受到在给水循环、道中汽水混合物内汽水容积变化的影响。系统输入输出之间的静态 关系式为: H = f (W, D )
式中: H 汽包水位; W 给水流量; D 蒸汽流量。
系统在稳态时, 给水量和蒸发量之间保持平衡,汽水容积也保持不变, 水位H 保持稳定",H = 0。
3.2 锅炉汽包水位控制系统
锅炉汽包水位的自动调节是根据汽包的动态特性来设计的。引起水位变化的因素很多，但主要扰动来自给水量和蒸汽量的阶跃变化，调节器是根据水位信号、蒸汽流量和给水流量的偏差信号进行调节的。
汽包水位调节系统，根据锅炉的容量、负荷变化的速度、调节精度等要求，通常有单冲量自动调节系统、双冲量调节系统、三冲量调节系统。
3.2.1单冲量水位控制
如图3.5所示是单冲量变量水位控制系统。单冲量即汽包水位。这种控制结构简单, 是单回路定制控制系统, 在汽包内水的停留间较长, 负荷又比较稳定的场合下再配上一些锁报警装置就可以安全操作。
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图3.5 单冲量水位控制系统
然而, 在停留时间较短, 负荷变化较大时, 采用单冲量水位控制系统就不能适用。这是由于:( 1)负荷变化时产生的“虚假水位” 将使调节器反向错误动作, 负荷增大时反向关小给水调节阀, 一到闪急汽化平息下来, 将使水位严重下降, 波动厉害, 动态品质很差。( 2)负荷变化时, 控制作用缓慢。即使“虚假水位” 现象不严重, 从负荷变化到水位下降要有一个过程, 再有水位变化到阀动作已滞后一段时间。如果水位过程时间常数很小,偏差必然相当显著。( 3)给水系统出现扰动时,动作缓慢。假定给水泵的压力发生变化, 进水流量立即变化, 然而到水位发生偏差而使调节阀动作, 同样不够及时; 为了克服上述这些矛盾, 可以不仅依据水位, 同时也参考蒸汽流量和给水流量的变化, 则可用双冲量或三冲量控制系统来控制给水调节阀, 能收到很好的效果。 3.2.2 双冲量控制方案
在汽包的水位控制中, 最主要的扰动是负荷的变化。用双冲量控制系统不但可以引用蒸汽量来效正, 而且可以补偿“虚假水位”所引起的误动作, 使给水调节阀的动作及时。其控制系统如图3.6所示。
从本质上看, 双冲量控制系统是一个前馈(蒸汽流量) 加单回路反馈控制系统的复合控制通道在动态上的差异, 需引入动态补偿环节。双冲量控制系统还有两个弱点, 即调节阀的工作特性不一定是线性, 这样要做到静态补偿不是很准; 同时对于给水系统的扰动不
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能直接补偿。为此, 将给水流量信号引入, 构成三冲量控制。
图3.6 双冲量控制系统
3.2.3 三冲量控制系统
图3.7所示是三冲量控制方案。该方案实质上是前馈(蒸汽流量)加反馈控制系统。这种三冲量控制方案结构简单, 只需要一台多通道调节器, 整个系统亦可看作三冲量的综合信号为被控变量的单回路控制系统, 所以投运和整定与单回路一样, 但是如果系统设置不能确保物料平衡,当负荷变化时, 水位将有余差。
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图a 原理图
图b 方框图
图3.7为三冲量控制方案
依据这条原则, 可以确定D和W的比值, 具体是这样设置的, 蒸汽流量的变化量与其变送器(线性)的关系是:
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