CN100520171C - 基于温度、压力对汽包水位进行修正的方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于温度、压力对汽包水位进行修正的方法，属于热工控制领域，本方法是按以下步骤进行：先作以下定义，温差ΔT给水流量增量ΔQ之间在很小范围内定义为线性关系，ΔQ＝-kΔT，将此ΔQ作为汽包水位串级控制中主回路的前馈量，消除“虚假水位”对给水控制的不利影响。当负荷升高，控制给水量增加，ΔQ＞0，汽包工况接近稳定时，修正量为0；当负荷降低，控制给水增量降低ΔQ＜0；当水流量增加时，汽包水温T下降，给水增量ΔQ＜0；当给水流量接近稳定时，修正量为0；当给水流量减小时，控制给水量增加，ΔQ＞0。本方法引入汽包压力和汽包水温对汽包水中汽泡影响，对汽包水位控制进行修正，减少超调现象发生，保证锅炉正常稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于热工控制领域，特别涉及到一种基于温度、压力对汽包水位进行修正的方法。
背景技术
汽包是锅炉水汽分离的装置，汽包内部存在大量的汽水混合物。对于锅炉汽包，负荷升高时，蒸汽流量增大，导致汽包内水蒸汽压力降低，水的沸点也相应降低，沸腾加剧，水面下汽泡容积增大，从而导致水位突然升高；另一方面，给水流量增加时，温度较低的给水从原有的饱和汽水混合物中吸取一部分热量，使水面下汽泡容积减少，从而导致水位下降。这种在蒸汽流量或给水流量变化初期，汽包水位沿着相反方向变化的现象人们称之为“虚假水位”。汽包内的实际水位是汽、水混合层，湿度沿高度分布曲线的拐点面。目前云母水位计、电接点水位计和差压水位计都是测量的质量水位，水位控制也是以假想的、实际上不存在的“质量水位”去控制汽包内确实存在实际水位的实时运行。目前，锅炉汽包水位控制大多采用三冲量控制，由于有“虚假水位”现象的存在，给汽包液位的控制带来了不利的影响，会使自动控制系统出现超调而引起振荡的情况，如果处理不当会使汽包出现缺水或者满水事故，影响锅炉的正常稳定运行。考虑到汽包压力和汽包水温对汽包水中汽泡的影响，引入汽包水温和汽包压力对汽包水位控制进行修正。
从控制上来讲，“虚假水位”构成了一个非最小相位的特性。通过对水位控制的运行调试经验和理论分析，发现汽包压力和水温与炉水含汽量有着特定的关系。将此种关系引入汽包水位控制系统，有利于提高水位控制系统的动态品质，减少超调现象的发生。基于汽包压力和汽包水温对汽包水中汽泡的影响，引入汽包水温和汽包压力对汽包水位控制进行修正的一种方法，该方法可以提高水位控制系统的动态品质。
本修正方法引入的汽包水温和汽包压力，其测点都是锅炉控制现有的重要测点，无论模拟量信号或者数字量信号都比较容易引入控制系统，因此在实际应用中是比较容易实现的。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，针对锅炉水位控制中出现的“虚假水位”现象，给汽包液位控制带来不利影响，若处理不当，汽包会出现缺水或满水事故，为了克服这一弊端，就必须对汽包水位控制进行修正。本发明的目的是提供一种基于温度、压力对汽包水位进行修正的方法，这种方法可以提高水位控制系统的动态品质。为实现本发明目的，是采取以下的技术方案来进行的，一种基于温度、压力对汽包水位进行修正的方法，其特征在于，本方法是按以下步骤进行的：①先作以下定义，汽包压力下对应饱和水温Tp与实际水温T的差值作为温差ΔT，它与给水流量增量ΔQ之间存在复杂对应关系，在很小的范围内将其简化定义为线性关系，ΔQ＝-kΔT，k为比例系数；ΔQ作为汽包水位串级控制中主回路的前馈量，消除“虚假水位”对给水控制的不利影响。②当负荷升高，蒸汽流量增大时，产生虚高水位，汽包压力下降，Tp下降，并且比汽包水温下降迅速，Tp<T，ΔT<0，控制给水量增加，ΔQ>0，以此消除虚高水位的不良影响；③汽包工况接近稳定时，ΔT＝0，给水增量ΔQ＝0，修正量为0；④当负荷降低，蒸汽流量减小时，产生虚低水位，汽包压力迅速上升，Tp上升，Tp>T，ΔT>0，控制给水增量降低ΔQ<0，以此消除虚低水位的不良影响；⑤当水流量增加时，汽包水温T下降，汽泡减少，产生虚低水位，Tp基本不变，Tp>T，ΔT>0，给水增量ΔQ<0，以此消除虚低水位的不良影响；⑥当给水流量接近稳定时，汽包压力下降，接近饱和，实际水温T＝Tp，ΔT＝0，给水增量ΔQ＝0，修正量为0；⑦当给水流量减小时，汽包水温T上升，汽泡增多，产生虚高水位，Tp<T，ΔT<0，控制给水量增加，ΔQ>0，以此消除虚高水位的不良影响。
本发明的有益效果为，在锅炉汽包水位控制三冲量控制的基础上，引入汽包压力和汽包水温对汽包水中汽泡的影响，从而对汽包水位控制进行修正，可以有效提高锅炉汽包水位控制的动态品质，减少超调现象的发生，保证锅炉的正常稳定运行。
附图说明
图1为蒸汽扰动时的水位变化；
图2为经过修正的汽包水位控制逻辑框图；
图3为经过修正的汽包水位控制系统原理图。
图4为给水流量变化的流程图
具体实施方式
参照图1，表示蒸汽扰动时的水位变化，在给水不变的情况下，负荷提升，导致蒸汽流量增加如果不考虑其它因素的影响，则汽包水位由于蒸汽流量大于给水流量而直线下降。如图1曲线c所示；蒸汽量增大初期，因水中汽泡容积增大导致水位暂时先上升，由于汽泡容积只能增大到汽包压力水平，故这种上升是有限的，一段时间后，汽包压力就达到稳定，水位也不再上升，如曲线a，曲线b即为两者的综合效果，即汽包水位变化的实际效果。
参照图2，表示经过修正的汽包水位控制逻辑框图，图3为控制系统原理图，图2中符号为，P：汽包压力；T：汽包水温；D：主蒸汽流量；H：汽包水位；W：给水流量TSAT：饱和蒸汽表；Kz：执行机构特性；k：比例系数；PID1：比例积分微分主控制器；PID2：比例积分微分副控制器SP1、PV1、FFW1、FFW2分别为主控制器的设定值、测量值、前馈14和前馈2；SP2、PV2分别为副控制器的设定值和测量值。图3中符号为，W：给水流量；D：蒸汽流量；H：汽包水位测量值；H0：汽包水位设定值；γH、γW、γD、γP、γT：水位、给水流量、蒸汽流量、汽包压力和汽包水温测量变送器的特性；αD、αW：蒸汽流量、给水流量的分流系数；Kz：执行机构特性；Kf：设备特性；WT1(s)：主PID传递函数；WT2(s)：副PID传递函数；Wh(s)：给水流量扰动下水位变化的传递函数 WD(s)：蒸汽流量扰动下水位变化的传递函数
通过对水位控制的运行调试经验和理论分析，我们发现了汽包压力和水温与炉水含汽量有着特定的关系。首先作以下定义：汽包压力下对应的饱和水温度为Tp，汽包水实际温度T，两个温度的差ΔT＝Tp—T。我们认为温度差和给水流量增量ΔQ存在复杂对应关系，但是在锅炉正常运行的情况下，温度的变化较小，在较小范围内我们将其简化为线性关系。于是由温度差而形成的给水流量增量为ΔQ＝-kΔT，k为比例系数，需要在调试过程中由调试确定，负号表示ΔT与ΔQ作用方向相反。
当负荷升高，蒸汽流量增大时，会产生虚高的水位。此时汽包压力下降，相应Tp也下降，而T变化较压力变化慢，因此Tp<T，，ΔT<0，这样由温度差而形成的给水增量ΔQ>0，将此给水增量作为汽包水位串级控制中主回路的前馈量，以此来消除“虚假水位”对给水控制的不利影响。当汽包内工况接近稳定的时候，汽包水实际温度等于汽包压力下饱和水的温度，ΔT＝0，给水增量ΔQ＝0，可见此修正方法只是在工况变化时对“虚假水位”的影响做出修正，而在稳定运行时这种修正作用就消失了。同理，在负荷降低蒸汽流量减少时，会产生虚低的水位。此时汽包压力上升，Tp上升，Tp>T，ΔT>0，由温度差而形成的给水增量ΔQ<0，以此来消除虚低的水位对给水控制带来的不利影响。
当给水流量增加时，汽包水的温度T下降，此时水中的汽泡减少，形成虚低的水位。此时汽包的压力变化不大，Tp基本不变，Tp>T，ΔT>0，由温度差而形成的给水增量ΔQ<0，以此来消除虚低的水位对给水控制带来的不利影响。当汽包内工况接近稳定的时候，汽包压力逐渐下降接近饱和压力，汽包水实际温度等于汽包压力下饱和水的温度，ΔT＝0，给水增量ΔQ＝0，修正作用消失。同理，当给水流量减少时，会有相反的情况发生。
根据以上分析，我们引入汽包压力和汽包水位，可以得出当ΔT>0时，给水增量ΔQ<0；反之，当ΔT<0时，给水增量ΔQ>0。据此可以对汽包水位自动控制逻辑做出修正。
参照图4，表示给水流量变化的流程图，图中ΔW代表给水流量变化，ΔT为温度变化，ΔQ为给水增量。
Claims (1)
1.一种基于温度、压力对汽包水位进行修正的方法，其特征在于，本方法是按以下步骤进行的：①先作以下定义，汽包压力下对应饱和水温Tp与实际水温T的差值作为温差ΔT，它与给水流量增量ΔQ之间所存在的复杂对应关系简化定义为线性关系，ΔQ＝-kΔT，k为比例系数；②当负荷升高，蒸汽流量增大时，产生虚高水位，Tp下降，Tp<T，ΔT<0，控制给水量增加，ΔQ>0，以此消除虚高水位的不良影响；③汽包工况接近稳定时，ΔT＝0，给水增量ΔQ＝0，修正量为0；④当负荷降低，蒸汽流量减小时，产生虚低水位，Tp上升，Tp>T，ΔT>0，控制给水增量降低ΔQ<0，以此消除虚低水位的不良影响；⑤当水流量增加时，汽包水温T下降，汽泡减少，产生虚低水位，Tp基本不变，Tp>T，ΔT>0，给水增量ΔQ<0，以此消除虚低水位的不良影响；⑥当给水流量接近稳定时，汽包压力下降，接近饱和，实际水温T＝Tp，ΔT＝0，给水增量ΔQ＝0，修正量为0；⑦当给水流量减小时，汽包水温T上升，汽泡增多，产生虚高水位，Tp<T，ΔT<0，控制给水量增加，ΔQ>0，以此消除虚高水位的不良影响。
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