直流锅炉给水调节系统分析（1）

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1、直流锅炉给水调节系统分析(1)文章出处：黑龙江省电力科学研究院发布时间：2006-03-21 0前言直流锅炉给水调节系统的主要任务应是以最快的速度满足汽机所需要的蒸汽量，保持汽水行程某中间点的焓值为给定值，保持蒸汽的参数为给定值，对主蒸汽温度进行粗调，维持锅炉一定的燃水比1。现以俄罗斯500MW超临界机组的给水调节系统为例分析直流锅炉给水调节系统的控制特点。该机组锅炉炉膛为T型结构，具有两个给水流程，对锅炉给水的控制比较复杂，具有一定的代表性。该直流锅炉流程给水流量调节，是通过控制两个汽泵调速汽门或者通过执行机构控制电泵的液力耦合器以及调节给水调节阀来实现的。给水系统结构见图1。图1给水系统结

2、构图直流锅炉给水调节系统包括调节器设定值形成系统、给水流量分配调节系统(该系统在运行工况允许的情况下，最大限度打开给水调节阀，以保证给水流程中最小程度的节流损失)、电动泵、汽动泵效率调节系统、热量信号形成系统、调节器逻辑信号形成系统和温度校正调节系统。1调节器设定值形成系统给水定值信号形成结构见图2，在远程或自动工况下，对积分模块HT1.2的控制来实现对流程给水流量设定值的形成。在自动工况中，积分模块由比例脉冲调节模块1.1控制。在汽动泵调节器、电动泵效率调节器和给水调节器处于手动时，相应的定值器转换到跟踪“自身”流程给水流量的随动工况。微分控制程序：直流锅炉在机组切断高压加热器时，如果锅炉燃

3、料量保持不变，则应减小给水定值。给水温度降低会使直流锅炉汽水分离面前移，汽水行程某中点的焓值降低，应减小给水流量；反之，给水温度升高时，则应增加给水流量。图2流程给水流量定值的形成2给水调节器给水调节器主要包括流量分配控制模块和调节阀位置调节模块。如果汽动泵和电动泵的两个效率调节器都被切除，则系统中流程和流程给水调节模块(2.4、2.8)控制自己的调节阀，按“设定流量”系统独立工作。如果某个效率调节器投入自动，则进行调节系统结构切换，单独流量控制的给水调节模块被切断。代替它们的是最大限度打开给水调节阀门位置调节模块(2.3)和流程水流分配调节模块(3.3)。由于两个给水调节阀门流量特性的差异。

4、流量分配控制模块和调节阀位置调节模块的组态方式将不同。2.1异步(分时)调节方式在两个给水调节阀门流量特性非常相似的情况下，流量分配控制模块和调节阀位置调节模块的组态方式见图3。2.1.1调节阀位置调节器调节阀位置调节模块2.3的定值，是由一个非线性模块形成。模块的输入端接收锅炉给水流量定值的叠加信号(流程定值加流程定值)，模块输出曲线见图4。这个定值信号与开度较大的给水调节阀开度信号比较，保证两个调节阀最大限度打开。同时，此信号也用于修正流程流量控制模块(2.4和2.8)及流量分配控制器的比例系数。如有一个给水调节阀门全开时，将禁止另一个没有全开的调节阀门打开，使两个给水调节阀的开度维持很小

5、的差值。图3异步(分时)调节方框图2.1.2流量分配的控制器流程水量分配调节模块(或称流程给水流量差调节器)3.3的工作由某离散输出信号决定，将调节模块的离散输出信号整定为在模块偏差信号e/2(模块不灵敏区)时，输出为逻辑“1”，即只有在流程水分配调节模块离散信号处于流量差无敏感区内，此调节器不动作时，给水调节阀位置调节模块才能工作。当流程分配调节模块离散输出为逻辑“1”时，流程分配调节模块才能工作。阀门位置调节模块的工作输出，使两个给水调节阀按相同方向动作。两个调节阀开度同时增加或减小，而流程水流分配调节器的工作输出，使两个给水调节阀按相反的方向动作，一个调节阀开度增加，另一个调节阀开度将减

6、小。图4阀门开度定值曲线流程水流量分配调节模块3.3的输入信号有：流程和流程给水流量定值及流程和流程的给水流量，输入偏差的表达式如下：e=(Q1-Q2)+2s-Q1s=(Q2s-Q2)-(Q1s-Q1)=Q2-Q1(1)式中Q1,Q2两个流程的给水流量；Q1s,Q2s两个流程的给水流量定值；Q1,Q2两个流程的给水流量定值偏差。对于每一种脉冲调节模块，当偏差信号e增加时，调节模块将有负脉冲输出；偏差信号减小时，调节模块将有正脉冲输出。流程水量分配调节模块3.3的输出正向控制给水调节阀RL057(流程)，反向控制给水调节阀RL058(流程)，当e-/2时，即流程设定差增大时，调节模块将开大流程的

7、给水调节阀，同时关小流程的给水调节阀，使Q1减小，Q2增加，使偏差信号e/2。当e/2时，调节过程与上述相反。因此，在流程要求增加给水流量时，总的给水流量的增加值完全作用在流程中，使其对流程的影响非常小，在流程要求增加给水流量时，同样对流程的影响也非常小。流程水量分配调节模块的参数设定见表1，信号满量程流量值为800t/h。表1流程水量分配调节模块的参数设定(异步方式)参数码 名称 单位 数值 K6 比例系数 0.9 T1 积分时间 s 12 T3 惯性时间 s 0.62 H3 逻辑转换 % 1.7 H4 转换滞回 % 0.1 H5 不灵敏区 % 1.7根据表1，可有如下计算：模块工作不灵敏区

8、：=8001.7%=13.6t/h模块转换滞回流量：Qa=8000.1%=0.8t/h模块工作转换流量：QT=800/21.7%=6.8t/h从以上计算可得模块的逻辑输出特性，见图5。两个流程的给水流量定值偏差的差值e决定了该调节模块是否参与调节工作，当e6.8t/h时，流程水量分配调节模块的调节输出使e减小；在e6t/h时，流程水量分配调节模块不参与调节。用阀门位置调节模块2.3来控制两个给水调节门RL057和RL058；当6e6.8时，哪一个模块参与调节工作，由流程水量分配调节模块逻辑输出的滞回特性决定。 图5模块3.3逻辑输出特性2.1.3内置阀前水压调节器偏差信号在启动工况中，内置阀前

9、水压调节器工作时给水调节阀门和压力调节阀门相互影响，为了降低这种互相影响，将压力调节器的偏差信号输送到给水调节器。调节器偏差信号可由下式计算：E=(50%+25%Ps-Pv)(K4100%-K5Tc)(2)式中PS内置阀前水压调节器设定值；Pv内置阀前水压测量值；Tc内置阀前温度，Tc的测量范围是0600。偏差信号的第二乘积项在内置阀前温度是96时为100%，Tc=16%;在内置阀前温度是300时为0，Tc=50%。则有如下方程：(3)解得：K4=1.47;K5=2.942.2同步(同时)调节方式在两个给水调节阀门流量特性存在很大差异的情况下，流量分配控制模块和调节阀位置调节模块的组态方式见图

10、6。2.2.1调节阀位置调节器最大限度地打开阀门，位置调节模块2.3的定值曲线见图4。调节阀位置调节器的输出始终控制开度较大的给水调节门按定值曲线变化。2.2.2流量分配控制器流程水量分配调节模块(或称流程给水流量差调节器)3.3的输出始终控制开度较小的给水调节门。在同一时刻两个给水调节门分别由调节阀位置调节器和流量分配控制器来控制，调节器的切换由大值选择模块(CE2.6)和两个转换模块(EP1.8,EP2.7)来完成，大值选择模块的离散输出控制两个转换模块的切换，大值选择模块(CE2.6)的逻辑输出见表2。表2大值选择模块(CE2.6)的逻辑输出表条件 12.1输出逻辑 12.2输出逻辑 R

11、L057开度RL08开度 1 0 RL057开度RL058开度 0 1 RL057开度=RL058开度 图6同步(同时)调节方框图同样，流程水流量分配调节模块3.3的输入偏差的表达式为式(1)。流程水量分配调节模块3.3的输出正向控制给水调节阀RL057(流程)，反向控制给水调节阀RL058(流程)，当e-/2时，即流程设定差增大时，如果模块在控制调节门RL057(RL058开度较大)，那么调节模块将开大流程的给水调节阀，使Q1减小，Q2增加，使偏差信号e/2。当e/2时，调节过程与上述相反；如果模块在控制调节门RL058(RL057开度较大)，那么调节模块将关小流程的给水调节阀，使Q2增加，

12、Q1减小，使偏差信号e/2。当e/2时，调节过程与上述相反。同步(同时)调节方式下的流量分配调节器主要利用改变一个调节门的流量，由于给水母管压力的变化引起另一个调节门的流量也发生变化的工作特性来完成调节任务，克服了两个调节门流量特性不一样而造成系统工作不稳定的问题。流程水量分配调节模块的参数设定见表3。表3流程水量分配调节模块的参数设定(同步方式)参数码 名称 单位 数值 K6 比例系数 0.7 T1 积分时间 s 30 T3 慢性时间 s 0.42 H5 不灵敏区 % 1.03给水效率调节系统 电动泵、汽动泵效率调节系统见图7。它包括电动泵效率调节模块及两台汽动泵同步控制调节模块4.3、汽动

13、泵效率调节模块H3.7，两台汽动泵同速有两个选择模块eo4.1(eo4.2)来实现，当增加给水流量时，首先增加出口流量小的汽动泵转速；当减小给水流量时，首先减少出口流量大的汽动泵转速。同时保证每个流程的给水流量不低于最小值。图7给水泵效率调节系统电动泵、汽动泵效率调节模块的定值由加法模块CYM3.3计算求得，其输入信号包括：流程定值、流程定值、流程流量、流程流量、内置阀前水压调节器偏差信号(E1和E2)。调节模块C4.3的参数整定(见表4)。根据表4可有如下计算：模块工作不灵敏区=12501.1%=13.75t/h逻辑转换滞回流量：Qa=12500.2%=2.5t/h逻辑转换流量：QT=125

14、0/21.1%=6.875t/h逻辑转换计算式：Q=RL416Q-RL415Q(4)式中RL415Q号汽动泵出口流量；RL416Q号汽动泵出口流量。由式(4)可知，当RL416Q-RL415Q-0.55%(6.875t/h)时，号汽动泵的转速将停止增加；当RL416Q-RL415Q-0.35%(4.375t/h)时,号汽动泵的转速将停止降低；当-0.55%(6.875t/h)RL416Q-RL415Q-0.35%(4.375t/h)时，两台汽动泵转速变化的停止条件由模块的逻辑转换滞回条件决定，也就是说，号汽动泵出口流量总是略大于号汽动泵出口流量，即有4.375t/hQ6.875t/h。汽动泵同

15、步控制逻辑转换见图8。图8汽泵同步控制逻辑转换图表4调节模块C4.3的参数整定参数码 名称 单位 数值 K6 比例系数 1.5 T1 积分时间 s 30 T3 惯性时间 s 0.42 H3 逻辑转换 % 1.1 H4 转换滞回 % 0.2 H5 不灵敏区 % 0.1为了克服汽动泵调速汽门开度的非线性，汽动泵效率控制模块3.7的比例系数由给水定值进行调整，计算公式2如下： K=K6(1+K413X4100%)(5)式中K4=-0.10K6=3.0则有0.692K3.0在机组负荷增加时，汽动泵效率控制模块H3.7的比例系数减小。汽动泵效率控制模块H3.7的参数整定见表5。可见，电动泵和汽动泵效率调

16、节器控制总的给水流量的变化，以满足流程和流程水流量变化的需求，而两个给水调节器控制给水调节阀RL057、RL058来调节每个流程的给水流量，在保证阀门最大限度打开，使流程节流损失在最小的情况下，正确分配每个流程的水流量。表5汽动泵效率控制模块H3.7参数整定表参数码 名称 单位 数值 K6 比例系数 3.0 T1 积分时间 s 24 T3 惯性时间 s 0.42 H5 不灵敏区 % 1.24给水定值温度校正调节器 每个流程的给水定值温度校正调节器(见图9)，输出信号控制给水调节器的定值器，从而保持级减温器喷水前温度为定值，同时维持级减温器喷水前后的温度差(在级减温喷水调节器投入自动情况下)，实

17、现主蒸汽温度的粗调。在级喷水减温调节器或级喷水减温调节阀完全打开(或关闭)时，给水定值温度校正调节器切换到维持喷水前介质温度的工况，对喷水后的温度变化没有影响。当级喷水调节器投入自动后，调节器工作正常，由于调节模块AC1.2(AC1.4)的死区为30，因此级减温器喷水前后的温度差小于等于30时，给水定值温度校正调节器的输出主要由锅炉热量信号(燃水比)的微分及级减温器喷水前温度的变化来决定；当级减温喷水调节器投入自动后，调节器工作不正常，级减温器喷水前后的温度差大于30时，级减温喷水前后温度差调节器AC1.2的输出影响给水定值温度校正调节器输出值。调节器AC1.2的整定参数见表6。图9温度校正调

18、节器框图调节模块A2.1的工作方式设为静平衡(T4=1999,即设定值跟踪测量值)。模块整定参数见表7。表6调节器AC1.2的整定参数表参数码 名称 单位 数值 K6 比例系数 1.2 T1 积分时间 s 210 H5 不灵敏区 s 5.0 表7调节模块A2.1整定参数表参数码 名称 单位 数值 K6 比例系数 3.0 T1 积分时间 s 480 T3 惯性时间 s 0.42 H5 不灵敏区 % 0.65锅炉热量信号 锅炉热量信号是直流锅炉给水调节系统的一个非常重要的信号，它能快速、准确地反映炉膛热量变化的趋势，使给水调节系统维持锅炉燃水比为一定值。锅炉的燃水比值，是由锅炉上辐射区介质出口流量信号(或者给煤机总转数)和给水流量信号相除产生。6结束语俄罗斯500MW超临界机组的给水调节系统的控制结构比较复杂，需要整定的模块各参数很多，给系统投入带来很大困难，在系统投入的过程中对原设计进行了彻底的修改，修改后的调节系统能够满足机组给水控制的要求，系统投入的过程中需要做许多的扰动试验，以确定模块的调节参数。首先应确保锅炉热量信号工作正常，这样给水定值温度校正调节器的工作才能更加稳定。在锅炉热量信号工作不正常时，可用级减温器喷水前温度的微分信号作临时代用，但调节品质一般。参考文献1张玉铎，王满稼.热工自动控制系统.北京：中国电力出版社，1987，190页