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1、對(duì)鍋爐汽包水位控制的分析朱李超（上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院上海200072）摘要：鍋爐控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜，龐大，多變量，耦合的系統(tǒng)。通常的設(shè)計(jì)方法是在可能的情況下將系統(tǒng)劃分為幾個(gè)獨(dú)立的控制區(qū)域，并分別對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文主要闡述了鍋爐控制系統(tǒng)中汽包水位控制的結(jié)構(gòu)，原理，特點(diǎn)以及控制方法,并對(duì)控制方法作簡(jiǎn)單的分析。關(guān)鍵詞：汽包水位控制TheanalysisofboilerdrumwaterlevelcontrolZHULi-chao（SchoolofElectricalEngineeringandAutomation,ShanghaiUni
2、versity,Shanghai200072,China）Abstract:Boilercontrolsystemisacomplex,large,multi-variablecoupledsystem.Theusualdesignapproachisdividingthesystemintoseveralindependentcontrolareasinthecaseofpossible,andthendesigneachregionseparately.Thispapermakesabriefintroductionaboutthestructure
3、,principle,characteristicsandcontrolmethodsthatusedinthesystemofdrumboilerwaterlevelcontrolsystem.Italsomakesasimpleanalysisaboutthecontrolmethods.Keywords:Drumwaterlevelcontrol1概述1.1鍋爐系統(tǒng)的簡(jiǎn)介作為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制中的一個(gè)重要的組成部分，鍋爐控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中有著非常廣泛的應(yīng)用，對(duì)鍋爐系統(tǒng)的分析也有著非常實(shí)際的意義。鍋爐系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的被控裝置，其控制過(guò)程是一個(gè)多變量
4、、非線性、帶時(shí)延的復(fù)雜對(duì)象。它有多個(gè)被控變量和調(diào)節(jié)變量，并且相互之間存在耦合。于是，理想的鍋爐控制系統(tǒng)應(yīng)該是多回路的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。因?yàn)橹挥羞@樣，在鍋爐受到某一擾動(dòng)后，系統(tǒng)才能同時(shí)協(xié)調(diào)作用，改變其調(diào)節(jié)量，使被控量達(dá)到一定的要求。但是，這種控制系統(tǒng)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)。所以在進(jìn)行鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，通常將整個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)劃分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制區(qū)域，再針對(duì)各個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)分別進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如可將整個(gè)鍋爐控制系統(tǒng)分為汽包水位控制，蒸汽溫度控制，鍋爐燃燒控制等。本文主要就汽包水位控制的原理和方法作一個(gè)簡(jiǎn)單的分析與比較。1.2汽包水位控制簡(jiǎn)介鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)
5、中的重要設(shè)備，在鍋爐的正常運(yùn)行中，汽包水位是其重要的工藝指標(biāo)，同時(shí)也是鍋爐能夠提供符合質(zhì)量要求的蒸汽的必要條件。如果汽包水位過(guò)低，則汽包內(nèi)的水量較少，在蒸汽復(fù)合很大時(shí)，水的汽化速度和水量變化速度都很快，如果不及時(shí)控制，可能會(huì)導(dǎo)致汽包內(nèi)的水全部汽化，引起鍋爐損壞或是爆炸。相反，如果汽包水位過(guò)高，汽水將較難分離，產(chǎn)生蒸汽帶夜現(xiàn)象，使過(guò)熱器管壁結(jié)構(gòu)而損壞，同時(shí)還可能損壞汽輪機(jī)葉片。因此無(wú)論是汽包水位過(guò)高或是過(guò)低都將對(duì)鍋爐控制的安全性和經(jīng)濟(jì)型構(gòu)成威脅，于是汽包水位必須控制在一個(gè)允許的范圍。2汽包水位控制系統(tǒng)的控制任務(wù)2.1主要控制任務(wù)鍋爐汽包水位控制的主要任務(wù)是
6、使給水量能適應(yīng)蒸汽量的需要，并保持汽包水位在規(guī)定的工藝范圍之內(nèi)。引起汽包水位變化的主要因素是蒸汽用量和給水量。由于蒸汽用量是負(fù)荷，因此可以選擇給水量作為控制參數(shù)，汽包液位是被控參數(shù)，由此可以構(gòu)成一個(gè)鍋爐汽包水位的控制系統(tǒng)。2.2控制過(guò)程出現(xiàn)的難點(diǎn)2.2.1“虛假”水位現(xiàn)象所謂“虛假”水位現(xiàn)象就是在蒸汽負(fù)荷突然增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致汽包內(nèi)的蒸汽壓力下降，使水的沸騰加劇，氣泡迅速增加，由于氣泡的體積比同重量的水的體積大得多，結(jié)果形成了汽包內(nèi)水位升高的假象。相反，當(dāng)蒸汽符合突然減少時(shí)，會(huì)導(dǎo)致汽包內(nèi)的蒸汽壓力上升，沸騰程度下降，氣泡減少，形成水位下降的假象。2.2.2等
7、效純滯后現(xiàn)象所謂等效純之后現(xiàn)象是指在給水量突然增加的時(shí)，由于汽包內(nèi)水溫的突然下降，汽水混合物的汽化程度變化，使在一段時(shí)間內(nèi)由給水引起的水位增高的趨勢(shì)和呦汽化程度引起的水位下降的趨勢(shì)基本相等，造成汽包水位基本不變的狀態(tài)。3汽包水位控制系統(tǒng)的影響因素分析3.1蒸汽負(fù)荷對(duì)水位的影響蒸汽流量對(duì)水位的影響屬于干擾通道的動(dòng)態(tài)特性。在燃料量不變的情況下，蒸汽用量的突然增加或是減少都將引起“虛假”水位現(xiàn)象。在蒸汽流量的突然增加時(shí)，由于假水位的現(xiàn)象，在開(kāi)始階段液位不僅不會(huì)下降，反而先上升，然后下降（反之，當(dāng)蒸汽流量突然減少時(shí)，則水位先下降，然后上升）。假設(shè)實(shí)際水位的變化為
8、，不考慮氣泡容積變化的液位變化為，只考慮氣泡容積變化的液位變化為。那么蒸汽負(fù)荷增
