汽包锅炉串级三冲量给水控制系统的MATLAB 仿真

摘要: 介绍了火力发电机组大型汽包锅炉串级三冲量给水控制系统的工作原理, 并在MATLAB 仿真环境中进行了模拟。

关键词: 汽包锅炉; 给水控制系统; MATLAB

1 给水控制系统概况

锅炉的汽包水位能够间接反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系, 维持汽包水位正常

是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高, 会影响汽包内汽水分离装置的正常工作, 造成出口蒸汽水分含量过多, 导致过热器管壁结垢而被烧坏, 也使过热蒸汽温度急剧变化, 直接影响机组的稳定运行。汽包水位过低, 可能破坏锅炉水循环, 导致水冷壁管被烧坏。汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量, 维持汽包水位在规定的范围内波动。汽包水位H 是汽包中储水量和水面下汽包容积的综合反映, 不仅受汽包储水量变化的影响, 还受汽水混合物中汽包容积变化的影响。其中主要的扰动为给水流量W、锅炉蒸发量D、汽包压力、炉膛热负荷等, 其对水位的影响各不相同。其中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的2 种主要扰动, 前者来自调节侧, 称为内扰; 后者来自负荷侧, 称为外扰。

2 串级三冲量给水控制系统工作原理

国产300 MW火力发电机组大型汽包锅炉的控制对象具有给水内扰动态特性延迟和惯性大的特点, 且无自平衡能力, 给水控制系统若采用以水位为被调量的单回路系统, 控制过程中水位将出现较大的动态偏差, 给水流量波动较大。因此, 应考虑采用三冲量给水控制系统方案。另外, 控制对象在蒸汽负荷扰动(外扰) 时,存在“虚假水位”现象, 因此在扰动的初始阶段,调节器将使给水流量向与负荷变化相反的方向变化, 加剧了锅炉进、出流量的不平衡。因此应采用以蒸汽流量D 为前馈信号的前馈控制, 从而能够根据对象在外扰下虚假水位的

严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度, 以改善蒸汽负荷扰动下的水位控制品质。采用串级控制系统将具有更好的控制质量, 调试整定也比较方便, 故在大型汽包锅炉上可采用串级三冲量给水控制系统, 如图1 所示。

控制系统由2 个闭合回路及前馈调节部分组成。主回路由调节对象G HW( S) 、水位变送器γH、主调节器PI 和副回路组成; 副回路由给水流量W、给水流量变送器γW、给水流量信号分流系数αW、副调节器P2 、执行器K2 、调节工阀Kμ组成; 前馈部分由蒸汽流量信号D、蒸汽流量变送器γ D 、蒸汽流量信号分流系数α D 构成。给水控制的任务

由2 个调节器来完成, 主调节器采用比例积分控制规律, 保证水位无静态偏差, 其输出信