热工控制系统课程设计说明书
制侧的扰动，又称内扰。在给水流量W的阶跃扰动下，水位H的响应曲线可以用图2-1来说明。若把汽包及水循环系统当做单容水槽，水位的响应曲线应该如图中的直线1。但是在实际情况中，当给水流量突然增加的时候，因为给水温度低于汽包内的饱和水温度，当它进入汽包后吸收了原有的饱和水中的一部分热量，使锅炉的蒸汽产量下降，水面以下的汽泡总体积Vs也就相应减小，导致水位下降。Vs对水位的影响可以用图中的曲线2表示。水位H（即曲线3）的实际响应曲线是曲线1和曲线2的总和。这种分析方法是分别从两个角度进行分析的：1.仅从物质平衡角度来分析；2.仅从热平衡角度来分析。
2.2 负荷扰动对水位的影响
蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负荷变化，属外部扰动。在汽机耗汽量D的阶跃扰动下，水位H的响应过程可以用图2-2来说明。当汽机耗汽量D突然阶跃增加时，如果只从物质平衡的角度来讲，一方面改变了汽包内的物质平衡状态，使得水位下降，如图2-2中的曲线1。但当锅炉蒸发量突然增加时，迫使锅内汽泡的增多，燃料量维持不变，汽包压力pd下降，使水面以下的蒸汽泡膨胀，总体积Vs增大，从而使得汽包水位的上升，如图2-2的曲线2所示。因此汽包水位H的实际响应曲线（图2-2中图3所示）是曲线1与曲线2叠加的结果。只有当汽包体积与负荷适应而不再变化时，水位的变化就仅由物质平衡关系来决定，这时水位就随负荷增大而下降，而这种反常的现象，通常被称为“虚假水位”。“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），但它是一个可测量，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。
2.3 燃料量扰动对水位的影响
当燃料量B扰动时，必然会引起蒸汽量D的变化，燃料量增加会使炉膛热负荷增加，锅炉吸收更多的热量蒸发强度增加，若此时，汽轮机所带负荷不变，那么随着炉膛热负荷的增加，锅炉出口压力pd提高，蒸汽流量就会相应的增加上去，然后蒸汽量的变化就会造
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图2-1 给水扰动下的水位响应曲线
图2-2 汽机耗汽量D阶跃扰动下的水位响应曲线
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成“虚假水位”的现象，即水位先上升，随后再下降，响应曲线如图2-3所示。但是燃料量B的增大只能使D缓慢增大，而且pd还慢慢上升，它将使汽泡体积减小。因而，燃料量扰动下的假水位比负荷扰动下要缓和得多。
由以上分析可知，给水量扰动下水位响应过程具有纯延迟；负荷扰动下水位响应过程具有假水位现象；燃料量扰动也会出现假水位现象。所以在给水控制系统里常常引入D、
B信号作为前馈信号，以改善外部扰动时的控制品质，而这也是目前大型锅炉给水控制系
统采用三冲量或多冲量的根本原因。[3]
B ?Bt
图2-3 燃料量扰动B下的水位响应曲线
2.4 测量信号的自动校正
测量信号自动校正的基本方法时先推导出被测参数随温度,压力变化的模型,然后运用功能组件进行校正运算,便可实现信号自动校正。
2.4.1 汽包水位的校正
由于汽包中饱和水和饱和蒸汽的密度随压力变化，所以影响水位测量的准确性，通常可以采用电气校正回路进行压力校正。即在水位差压变送器后引入校正回路。图2-4表示
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单室平衡容器的测量系统。
从图2-4中可以看出： p1??GH??s(L?H)
p2??aL
?p?p2?p1??aL??GH??sL??sH ?(?a??s)L?(?G??s)H
H?L(?a??s)??P
(?G??s)式中：?P--输入差压变送器的压差（?P?P2?P1） ?G--饱和水的密度 ?s--饱和蒸汽的密度
?a--汽包外平衡容器内凝结水的密度
由上式可见,水位H是压差和汽、水密度的函数。密度?a 与环境温度有关.在锅炉启动过程中,水温略有升高,压力也同时升高,这两方面变化对 ?a 的影响基本上可以抵消,即可以近似认为?a 是恒值。饱和水和饱和蒸汽的密度 ?G,?s 均为汽包压力Pd 的函数即： ?a??s=fa(pb)
?G??s=fb(pb)
fa(pb)L??p
fb(pb)所以可最终改写为： H?据分析在 Pd?19.6MPa 范围内, (?a??s)与 Pd 的关系可近似为线性关系,可用下式表示:
L(?a??s)=K1?K2Pd
式中：Pd—汽包压力， K1,K2—常数。
H L
图2-4 汽包水位测量系统
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这样，水位表达式可以写成： H?K1?K2pd??P
f(pd)上式表明,汽包水位H不仅与取样装置输出的压差 ?P 有关,而且还与汽包压力 Pd 有关。只有当 Pd不变时, H才完全取决于?P；实现上式运算原理的框图如2-5所示：
△
K1∑K2
f
÷Hf图2-5 水位的压力自动校正原理框图
2.4.2 蒸汽流量的校正
大容量高参数锅炉的过热蒸汽流量通常采用标准节流装置进行测量,被测流量与装置输出差压间的关系如式:
D?K?p?g?K10.2?p式中： D---过热蒸汽流量（kg/h） p---过热蒸汽压力（MPa） ?---过热蒸汽温度（℃） ?p---节流件压差（MPa） ?---过热蒸汽密度（kg/m3）
1857p
??166?5.61p当被测工质的压力,温度偏离设计值时,工质的密度变化会造成流量测量误差,所以需要进行压力,温度校正。根据设计的过热蒸汽的压力,温度自动校正回路如图2-6所示：
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