汽包水位的动态特性【相远仪表】

        汽包水位在外界扰动作用下的变化过程与一般液位对象存在明显区别，需要进行特殊的分析。 本篇相远仪表将从为您介绍该方面的内容【相远仪表400-101-2883】

        对汽包水位控制的研究已经经历的很长时间，逐渐形成了一套行之有效的控制方法。之所以对它进行大量的研究，不仅是由于它的重要性，还在于它的对象特性具有很强的特殊性，主要表现在其水位在外界扰动作用下的变化过程与一般液位对象存在明显区别，需要进行特殊的分析。汽包内的水位高低与蒸汽负荷量 D 、补充给水量 W、补充水温 T、汽包蒸汽压力 PD 等参数都有关系，而其中影响作用比较大的主要是蒸汽负荷和给水量。一般而言，通常用给水量来直接影响水位，所以把给水量对水位的影响称为控制通道影响，把蒸汽负荷对水位的影响称为干扰通道影响

1) 干扰通道的动态特性

蒸汽负荷(向外提供的蒸汽流量)对水位的影响主要指在燃料量不变的前提下，蒸汽流量突然变化导致的水位变化情况。假设给水量没有同时变化，如果按照常规的物料平衡原则来考虑，必然是物料流出量大于流入量，水位应该随之下降。但是汽包是一个特殊对象，水位的变化情况远比常规对象来得复杂。由于蒸汽流量突然增加，就使短时间内汽包内饱和蒸汽压力迅速下降，造成汽包内水的沸点突然降低，汽化过程加剧，水面以下气泡不仅数量迅速增加而且体积增大，将水位整体抬高，形成虚假的水位上升现象，与一般对象的水位变化恰恰相反，这种现象被称为假水位现象。

在蒸汽流量扰动下，水位变化的阶跃响应曲线如图 7.3 所示。当蒸汽流量突然增加时，由物料平衡原理得出的水位变化如曲线 H1 所示，而由于假水位导致的水位变化如曲线 H2所示，整体水位 H 的变化则为二者的叠加，即

H = H ₁+ H ₂ 

其变化情况如曲线 H 所示。从图中可以看出，在水位变化的初始阶段水位不仅不会下降，反而先上升，过一段时间后才开始下降(反之，当蒸汽流量突然减少时，则水位先下降，然后上升)。

曲线 H 的传递函数为

假水位变化的大小与锅炉的工作压力和蒸发量等有关，一般蒸发量为 100～300T/h 的中高压锅炉在负荷突然变化 10%时，假水位可达 30mm～40mm。对于这种假水位现象，在设计控制方案时必须加以重视。

2) 控制通道的动态特性

在给水流量作用下，汽包也不能仅仅当作常规单容对象来考虑，其阶跃响应曲线如图所示。对于常规单容无自衡对象而言，水位响应曲线如图 中曲线 H1 所示；但由于给水温度要大大低于比汽包内饱和水的温度，所以给水量增加后，汽包内的水温必然随之下降，导致水中气泡含量减少、体积下降，引起水位下降。因此实际的水位响应曲线如图中曲线 H 所示，即当突然加大给水量后，汽包水位并不立即增加，而要呈现出一段起始惯性段。用传递函数来描述时，它相当于一个积分环节和一个纯滞后环节的串联，可表示为

一般而言，纯滞后时间τ 与给水温度相关，水温越低，滞后时间越长。一般τ 约在 15s～100s 之间。如采用省煤器，则由于省煤器本身的延迟，会使τ 增加到 100s～200s。

3) 其他干扰因素的影响

除了上述两个比较主要的影响之外，给水温度变化、锅炉排污、吹灰等过程也会对汽包水位造成影响。给水温度会影响水面下的气泡数量和体积；锅炉排污则要排出汽包的部分陈水；吹灰时要使用锅炉自身的蒸汽，这些都对是水位有影响，但都属于短时间的扰动，可以很快被抑制下来，无需做特殊处理。

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