汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)

1、汽包鍋爐給水控制系統(tǒng) 概述 一、給水控制任務(wù)給水控制任務(wù) 使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，同時保持維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，同時保持穩(wěn)定的給水流量。穩(wěn)定的給水流量。 汽包水位是一個重要的監(jiān)控參數(shù)，反汽包水位是一個重要的監(jiān)控參數(shù)，反映了鍋爐蒸汽負荷與給水量之間的平衡關(guān)映了鍋爐蒸汽負荷與給水量之間的平衡關(guān)系。系。 水位高：水位高： 水位過低水位過低 ： 給水省煤器汽包給水調(diào)節(jié)閥過熱器過熱蒸汽水循環(huán)管路二、對象特性二、對象特性 圖1 給水調(diào)節(jié)對象結(jié)構(gòu)示意圖 三個主要擾動因素：三個主要擾動因素：給水流量、蒸汽流量和爐膛熱負荷擾動給水流量

2、、蒸汽流量和爐膛熱負荷擾動 一、給水流量擾動下水位的動態(tài)特性一、給水流量擾動下水位的動態(tài)特性 +HWss1)1 (1)()()(sssssWsHsGHW圖2 給水流量階躍擾動下的水位響應(yīng)曲線 圖3 給水流量擾動下汽包水位的方框圖 二、蒸汽流量擾動下的水位動態(tài)特性二、蒸汽流量擾動下的水位動態(tài)特性 +_HDsTK221 sssTKsDsHsGHD221)()()(圖4 蒸汽流量階躍擾動下的水位響應(yīng)曲線 圖5 蒸汽流量對水位影響的方框圖 三、爐膛熱負荷擾動下水位控制對象的動態(tài)特性三、爐膛熱負荷擾動下水位控制對象的動態(tài)特性 圖6 燃料量擾動下的水位特性 2 給水流量調(diào)節(jié)方式給水流量調(diào)節(jié)方式 一、節(jié)流方

3、式一、節(jié)流方式 優(yōu)點：簡單、可靠 缺點：節(jié)流損失大圖7 節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖圖8 節(jié)流調(diào)節(jié)原理二、二、給水泵調(diào)速方式給水泵調(diào)速方式 調(diào)速泵有：調(diào)速泵有：（1）電動調(diào)速泵，原動機是定速電動機，電動機與水泵之間的軸聯(lián)接采用液力聯(lián)軸）電動調(diào)速泵，原動機是定速電動機，電動機與水泵之間的軸聯(lián)接采用液力聯(lián)軸器，改變液力聯(lián)軸器中的油位高度即實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速的改變。器，改變液力聯(lián)軸器中的油位高度即實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速的改變。（2）汽動調(diào)速泵，動力是小汽輪機，改變小汽輪機的進汽流量實現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的改）汽動調(diào)速泵，動力是小汽輪機，改變小汽輪機的進汽流量實現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的改變。小汽輪機轉(zhuǎn)速由獨立的變。小汽輪機轉(zhuǎn)速由獨立的MEH控制

4、?？刂?。圖9 水泵變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖圖 10 水泵變速調(diào)節(jié)原理三、組合方式三、組合方式 300MW及以上機組，采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式和給水泵調(diào)速方及以上機組，采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式和給水泵調(diào)速方式相組合的方式調(diào)節(jié)給水量，即由汽動給水泵、電動調(diào)速式相組合的方式調(diào)節(jié)給水量，即由汽動給水泵、電動調(diào)速給水泵及調(diào)節(jié)閥三者相結(jié)合的方法來調(diào)節(jié)給水量。給水泵及調(diào)節(jié)閥三者相結(jié)合的方法來調(diào)節(jié)給水量。 在低負荷階段利用電動給水泵保證泵出口與汽包之間的差在低負荷階段利用電動給水泵保證泵出口與汽包之間的差壓（或泵出口壓頭），由給水調(diào)節(jié)閥（或給水旁路調(diào)節(jié)閥）壓（或泵出口壓頭），由給水調(diào)節(jié)閥（或給水旁路調(diào)節(jié)閥）來調(diào)節(jié)給水流量，進而控制

5、汽包水位；來調(diào)節(jié)給水流量，進而控制汽包水位； 在負荷超過某一值（對應(yīng)的給水流量需求接近調(diào)節(jié)閥的最在負荷超過某一值（對應(yīng)的給水流量需求接近調(diào)節(jié)閥的最大通流能力）且汽動給水泵尚未啟動時，由電動調(diào)速給水大通流能力）且汽動給水泵尚未啟動時，由電動調(diào)速給水泵來調(diào)節(jié)給水流量，進而控制汽包水位；泵來調(diào)節(jié)給水流量，進而控制汽包水位； 在汽動給水泵啟動后，逐步由電動調(diào)速給水泵過渡到汽動在汽動給水泵啟動后，逐步由電動調(diào)速給水泵過渡到汽動給水泵來調(diào)節(jié)給水流量。電動給水泵只在機組啟動階段或給水泵來調(diào)節(jié)給水流量。電動給水泵只在機組啟動階段或汽動給水泵故障時使用。汽動給水泵故障時使用。3 給水控制基本方案給水控制基本方案

6、 一一 、單沖量給水控制系統(tǒng)、單沖量給水控制系統(tǒng)但存在三個問題：但存在三個問題： （1）當負荷變化產(chǎn)生虛假水位時，將使控制）當負荷變化產(chǎn)生虛假水位時，將使控制器反向錯誤動作器反向錯誤動作；（2）對蒸汽流量擾動不靈敏；）對蒸汽流量擾動不靈敏；（3）對給水自發(fā)性干擾不能有效及時克服。）對給水自發(fā)性干擾不能有效及時克服。 圖11 單沖量給水控制系統(tǒng)汽包水位PID水位給定值執(zhí)行機構(gòu)二、單級三沖量給水控制系統(tǒng)二、單級三沖量給水控制系統(tǒng) 圖圖12 單級三沖量給水控制系統(tǒng)單級三沖量給水控制系統(tǒng)省省煤煤器器汽包汽包過熱器過熱器蒸汽流量蒸汽流量DpDPIDpKzpW給給水水流流量量W三三. 串級三沖量給水控制系

7、統(tǒng)串級三沖量給水控制系統(tǒng) 圖圖13 串級三沖量給水控制系統(tǒng)串級三沖量給水控制系統(tǒng)過熱器過熱器省省煤煤器器汽包汽包蒸汽流量蒸汽流量DpDPID1pKzpWPID2給給水水流流量量WWKDWWHHSHGHD(s)DDKZGHW(s)Gc1(s)Gc2(s)圖圖14 串級三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖串級三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖WKWWWKZGc2(s)圖圖15 內(nèi)回路方框圖內(nèi)回路方框圖HWGHW(s)H1/WWGc1(s)圖圖16 主回路等效方框圖主回路等效方框圖)11 (11)(111sTsGiWwc等效主調(diào)節(jié)器仍然是比例積分調(diào)節(jié)器，但等效的比例帶為等效主調(diào)節(jié)器仍然是比例積分調(diào)節(jié)器，但等效的比例帶

8、為1*1WW蒸汽流量前饋系數(shù)D的選擇：WWDD4 給水全程控制 一、全程控制概述一、全程控制概述 全程控制系統(tǒng)是指機組在啟停過程和全程控制系統(tǒng)是指機組在啟停過程和正常運行時均能實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)。全正常運行時均能實現(xiàn)自動控制的系統(tǒng)。全程控制包括啟?？刂坪驼＿\行工況下控程控制包括啟停控制和正常運行工況下控制兩方面的內(nèi)容。制兩方面的內(nèi)容。 二、對給水全程控制系統(tǒng)的要求二、對給水全程控制系統(tǒng)的要求 給水全程自動控制系統(tǒng)有一些特殊要求：給水全程自動控制系統(tǒng)有一些特殊要求： （1）鍋爐負荷變化范圍很大，須對）鍋爐負荷變化范圍很大，須對水位、給水流量和蒸汽流量水位、給水流量和蒸汽流量測量信測量信號進行壓

9、力、溫度校正。號進行壓力、溫度校正。 （2）給水量變化范圍很大，保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。）給水量變化范圍很大，保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。 （3）控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)機構(gòu)切換時，須保證這種切換應(yīng)是無擾的。）控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)機構(gòu)切換時，須保證這種切換應(yīng)是無擾的。 三、信號測量校正三、信號測量校正 1. 汽包水位測量汽包水位測量 圖17 單室平衡容器水位測量示意圖 平衡容器輸出差壓平衡容器輸出差壓p為為 ()()()awsaswspppLHLHLH )()(swsapLH)(1bsapf)(2bswpf)()(21bbpfpLpfH 由于汽包中心水位線與聯(lián)通管下部開孔中心垂直距離為由于汽包中心水位

10、線與聯(lián)通管下部開孔中心垂直距離為B mm，因此，汽包中相對于中心水位線的水位為，因此，汽包中相對于中心水位線的水位為aBHha為修正值為修正值 圖18 密度與汽包壓力關(guān)系 圖19 差壓汽包水位測量原理圖 2. 給水流量測量 每臺給水泵入口設(shè)有流量孔板，測量單臺給水泵流量。在主每臺給水泵入口設(shè)有流量孔板，測量單臺給水泵流量。在主給水管道上設(shè)有給水流量噴嘴，測量進入鍋爐的主給水流量。給水管道上設(shè)有給水流量噴嘴，測量進入鍋爐的主給水流量。Wkp0),(pptkW只考慮溫度只考慮溫度 修正修正3. 蒸汽流量測量蒸汽流量測量 弗留格流量計算公式是目前應(yīng)用于蒸汽流量計算中較為普遍的方法。弗留格流量計算公式

11、是目前應(yīng)用于蒸汽流量計算中較為普遍的方法。（1）在所考慮的變動工況范圍內(nèi)，當級組內(nèi)的各級隔板噴嘴和動葉柵）在所考慮的變動工況范圍內(nèi)，當級組內(nèi)的各級隔板噴嘴和動葉柵中的汽流均未達到臨界狀態(tài)時，且有背壓的汽輪機組，則中的汽流均未達到臨界狀態(tài)時，且有背壓的汽輪機組，則10120220122210TTppppDD式中式中D0參考工況下級組內(nèi)的蒸汽流量，參考工況下級組內(nèi)的蒸汽流量，kgh； p01參考工況下級組前的蒸汽壓力，參考工況下級組前的蒸汽壓力，MPa； T01參考工況下級組前的蒸汽溫度，參考工況下級組前的蒸汽溫度，K； P02參考工況下級組后的蒸汽壓力，參考工況下級組后的蒸汽壓力，MPa； D變

12、動工況下級組內(nèi)的蒸汽流量，變動工況下級組內(nèi)的蒸汽流量，kgh； P1變動工況下級組前的蒸汽壓力，變動工況下級組前的蒸汽壓力，MPa； T1變動工況下級組前的蒸汽溫度，變動工況下級組前的蒸汽溫度，K； P2變動工況下級組后的蒸汽壓力，變動工況下級組后的蒸汽壓力，MPa。 （2）而當在所考慮的變動工況范圍內(nèi)，當級組內(nèi)始終有）而當在所考慮的變動工況范圍內(nèi)，當級組內(nèi)始終有一列或一列以上的噴嘴或動葉柵中的汽流處在臨界狀一列或一列以上的噴嘴或動葉柵中的汽流處在臨界狀態(tài)或超臨界狀態(tài)時，由于級組后的蒸汽壓力的變化不態(tài)或超臨界狀態(tài)時，由于級組后的蒸汽壓力的變化不可能對級組前的蒸汽壓力狀態(tài)產(chǎn)生影響，且背壓為真可能

13、對級組前的蒸汽壓力狀態(tài)產(chǎn)生影響，且背壓為真空的機組，這時空的機組，這時 1010110TTppDD某某300MW機組的蒸汽流量計算公式為機組的蒸汽流量計算公式為 01110100111010273273ppttDppTTDD D主蒸汽流量，主蒸汽流量，th； D0額定工況下的主蒸汽流量，為額定工況下的主蒸汽流量，為985th； p1調(diào)速級壓力，為調(diào)速級壓力，為1316MPa； p01額定工況下的調(diào)速級壓力，額定工況下的調(diào)速級壓力，MPa； t1調(diào)速級溫度，調(diào)速級溫度，； t01額定工況下的調(diào)速級溫度額定工況下的調(diào)速級溫度, 5406； 以上關(guān)系式確定成立的首要前提是：汽機通流以上關(guān)系式確定成立

14、的首要前提是：汽機通流部分的結(jié)構(gòu)特征保持不變。當汽機通流部分由于部分的結(jié)構(gòu)特征保持不變。當汽機通流部分由于葉片表面結(jié)垢、破損、變形或動靜部分間隙發(fā)生葉片表面結(jié)垢、破損、變形或動靜部分間隙發(fā)生變化而導(dǎo)致汽道面積改變時，應(yīng)用上述公式計算變化而導(dǎo)致汽道面積改變時，應(yīng)用上述公式計算所得的數(shù)值中會附帶有相應(yīng)的誤差。所以要以汽所得的數(shù)值中會附帶有相應(yīng)的誤差。所以要以汽機運行及其性能試驗中實測的數(shù)據(jù)為準。機運行及其性能試驗中實測的數(shù)據(jù)為準。 汽輪機第一級壓力通常采用三個獨立檢測回路汽輪機第一級壓力通常采用三個獨立檢測回路（三個壓力變送器）取中值，再經(jīng)主蒸汽溫度補（三個壓力變送器）取中值，再經(jīng)主蒸汽溫度補償。

15、此外，由汽機調(diào)節(jié)級壓力信號經(jīng)函數(shù)運算形償。此外，由汽機調(diào)節(jié)級壓力信號經(jīng)函數(shù)運算形成主蒸汽流量信號之外，還應(yīng)加上旁通蒸汽流量成主蒸汽流量信號之外，還應(yīng)加上旁通蒸汽流量信號。信號。四、給水泵運行問題四、給水泵運行問題 保證泵的安全工作區(qū)是首先要考慮的問題。保證泵的安全工作區(qū)是首先要考慮的問題。圖20 給水泵的安全工作區(qū) 因此，采用變速泵構(gòu)成給水全程控制系因此，采用變速泵構(gòu)成給水全程控制系統(tǒng)時，一般會有：統(tǒng)時，一般會有： （1）給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)：根據(jù)鍋爐負荷要求，）給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)：根據(jù)鍋爐負荷要求，調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速，改變給水流量；調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速，改變給水流量；（2）給水泵最小流量控制系統(tǒng)：低負荷

16、時，通過）給水泵最小流量控制系統(tǒng)：低負荷時，通過水泵再循環(huán)辦法來維持水泵流量不低于設(shè)計要求水泵再循環(huán)辦法來維持水泵流量不低于設(shè)計要求的最小流量值，以保證給水泵工作點不落在上限的最小流量值，以保證給水泵工作點不落在上限特性曲線的外邊；特性曲線的外邊；（3）流量增加閉鎖回路（或給水泵出口壓力控制）流量增加閉鎖回路（或給水泵出口壓力控制系統(tǒng)），保證給水泵工作點不落在最低壓力線下系統(tǒng)），保證給水泵工作點不落在最低壓力線下和下限工作特性曲線之外。和下限工作特性曲線之外。五、全程給水一般控制方案五、全程給水一般控制方案 300MW以上機組通常配置以上機組通常配置3臺給水泵：臺給水泵：（1）電動給水泵）電動

17、給水泵1臺，容量為額定容量的臺，容量為額定容量的25或或30，一，一般是作為啟動泵和備用泵；般是作為啟動泵和備用泵；（2）汽動給水泵兩臺，容量各為額定容量）汽動給水泵兩臺，容量各為額定容量50，正常運行，正常運行時用。時用。 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)包括汽包水位控制系統(tǒng)和給水汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)包括汽包水位控制系統(tǒng)和給水泵（電動和汽動給水泵）最小流量控制系統(tǒng)。泵（電動和汽動給水泵）最小流量控制系統(tǒng)。 為適應(yīng)機組的各種運行方式，汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計為適應(yīng)機組的各種運行方式，汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計為多回路變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。為多回路變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。 1測量系統(tǒng)測量系統(tǒng) ),(bppfH（1）汽包水位測量）汽

18、包水位測量 （2）主蒸汽流量測量）主蒸汽流量測量 ),(1sTpfD （3）主給水流量測量）主給水流量測量 ),(WTpfWniiTWWW12汽包水位控制系統(tǒng)汽包水位控制系統(tǒng) 圖圖21 汽包水位全程控制系統(tǒng)原理性功能框圖汽包水位全程控制系統(tǒng)原理性功能框圖f(x)A汽包壓力汽包壓力pb汽包水位汽包水位f(x)給水旁路調(diào)節(jié)閥給水旁路調(diào)節(jié)閥蒸汽流量蒸汽流量泵出口壓力泵出口壓力Tf(x)電動給水泵電動給水泵BALANCERAA給水流量給水流量Tf(x)汽動給水泵汽動給水泵ATf(x)汽動給水泵汽動給水泵BAPID1PID2PID3PID4PID5TAAAT2T1（1）旁路閥單沖量控制回路旁路閥單沖量控

19、制回路 在啟動和低負荷時，由電動給水泵向鍋爐供水，給水控在啟動和低負荷時，由電動給水泵向鍋爐供水，給水控制系統(tǒng)按單沖量調(diào)節(jié)方式工作，由制系統(tǒng)按單沖量調(diào)節(jié)方式工作，由PID1去改變給水旁路去改變給水旁路閥的開度，調(diào)節(jié)給水流量以保持汽包水位。旁路閥開度一閥的開度，調(diào)節(jié)給水流量以保持汽包水位。旁路閥開度一般運行在般運行在0 80（90）之間，）之間，PID2調(diào)節(jié)電動給水泵的調(diào)節(jié)電動給水泵的轉(zhuǎn)速來控制給水壓力，以保證給水泵出口與汽包之間的差轉(zhuǎn)速來控制給水壓力，以保證給水泵出口與汽包之間的差壓。壓。（2）電動給水泵轉(zhuǎn)速單沖量控制回路電動給水泵轉(zhuǎn)速單沖量控制回路 當旁路閥開度達到某一定值（當旁路閥開度達到

20、某一定值（80 90）時，切換）時，切換到電動給水泵轉(zhuǎn)速控制汽包水位，由到電動給水泵轉(zhuǎn)速控制汽包水位，由PID3去改變給水泵去改變給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)給水流量；當鍋爐負荷達到一定值（例如轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)給水流量；當鍋爐負荷達到一定值（例如25）時，時，SCS打開主給水管路上主給水閥，但仍為單沖量調(diào)節(jié)打開主給水管路上主給水閥，但仍為單沖量調(diào)節(jié)方式。方式。（3）給水泵轉(zhuǎn)速三沖量控制回路給水泵轉(zhuǎn)速三沖量控制回路 當負荷升高到電動給水泵額定負荷值時，啟動一臺汽當負荷升高到電動給水泵額定負荷值時，啟動一臺汽動給水泵；當負荷進一步升高到某預(yù)先整定值（例如動給水泵；當負荷進一步升高到某預(yù)先整定值（例如35）時，切換到串級

21、三沖量調(diào)節(jié)方式；在正常運行時，兩臺汽時，切換到串級三沖量調(diào)節(jié)方式；在正常運行時，兩臺汽動給水泵運行，汽包水位由汽動給水泵轉(zhuǎn)速控制，為三沖動給水泵運行，汽包水位由汽動給水泵轉(zhuǎn)速控制，為三沖量調(diào)節(jié)方式。量調(diào)節(jié)方式。3. 給水泵最小流量控制系統(tǒng)給水泵最小流量控制系統(tǒng) 圖圖11-22 給水泵最小流量控制系統(tǒng)原理給水泵最小流量控制系統(tǒng)原理圖圖NTf(x)循環(huán)回路調(diào)節(jié)閥循環(huán)回路調(diào)節(jié)閥泵入口流量泵入口流量APID泵最小流量泵最小流量給定值給定值Y100%A0%T1T2AA流量小于某定值流量小于某定值流量大于某定值流量大于某定值YN5 給水全程控制實例給水全程控制實例一、給水熱力系統(tǒng)及調(diào)節(jié)機構(gòu)一、給水熱力系統(tǒng)

22、及調(diào)節(jié)機構(gòu) 圖23給水熱力系統(tǒng)示意圖去汽輪機去旁路主給水電動截止閥給水旁路調(diào)節(jié)閥高壓加熱器電動給水泵汽動給水泵B汽包省煤器給水旁路電動截止閥汽動給水泵A除氧器再循環(huán)過熱器給水流量減溫水閥二、給水控制系統(tǒng)二、給水控制系統(tǒng) 水位差壓信號p1K水位差壓信號p2K水位差壓信號p3Kf1(x)f2(x)MEDIANSELECT汽包壓力pb1汽包壓力pb2汽包壓力pb3MEDIANSELECT汽包水位H圖24 汽包水位測量回路12()()bbHk fpp fp 圖25 主蒸汽流量測量回路+主汽溫T11/2主汽溫T12f(x)MEDIANSELECT汽機第一級壓力p11主蒸汽流量旁路蒸汽流量A設(shè)定溫度值汽機

23、第一級壓力p12汽機第一級壓力p130111()TDf pT圖11-26 主給水流量測量回路再熱器減溫水流量主給水流量+給水汽溫TWMEDIANSELECT給水流量信號p1過熱器減溫水流量給水流量信號p2給水流量信號p3f(x)排污流量m()WWpf TMEH轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速設(shè)定速設(shè)定值值MEH轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速設(shè)定速設(shè)定值值MEH遙控遙控圖圖27 汽包水位控制系統(tǒng)汽包水位控制系統(tǒng)NNYY泵出口壓力泵出口壓力PID3PID6PID1PID2K K K 水位水位HAATf(x)給水旁路調(diào)節(jié)閥給水旁路調(diào)節(jié)閥主蒸汽流量主蒸汽流量K 主給水流量主給水流量PID4GAIN CHANGER & BALANCERK K K K 汽包壓力汽包壓力pbAA電泵水流量電泵水流量A汽泵汽泵A水流量水流量A汽泵汽泵B水流量水流量PID7PID8ATf(x)電動給水泵電動給水泵液力耦合器液力耦合器AT汽動給水泵汽動給水泵AMEH控制控制汽動給水泵汽動給水泵BMEH控制控制f(x)f(x)PID5T1T2T3MEH遙控遙控ATT4負荷負荷15%負荷負荷30%當