汽包锅炉给水控制系统

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1、汽 包 锅 炉 给 水 控 制 系 统 1 概 述 蒸 汽 流 量 计 http:/ wenku1一 、 给 水 控 制 任 务 使 锅 炉 的 给 水 量 适 应 锅 炉 的 蒸 发 量 ， 以维 持 汽 包 水 位 在 规 定 的 范 围 内 ， 同 时 保 持稳 定 的 给 水 流 量 。 汽 包 水 位 是 一 个 重 要 的 监 控 参 数 ， 反映 了 锅 炉 蒸 汽 负 荷 与 给 水 量 之 间 的 平 衡 关系 。 水 位 高 ： 水 位 过 低 ： 一 、 给 水 流 量 扰 动 下 水 位 的 动 态 特 性 + HW ss1 )1(1)( )()( sssssW sHs

2、GHW 图 2 给 水 流 量 阶 跃 扰 动 下 的 水 位 响 应 曲 线 图 3 给 水 流 量 扰 动 下 汽 包 水 位 的 方 框 图 二 、 蒸 汽 流 量 扰 动 下 的 水 位 动 态 特 性 +_ HD sTK 221 s ssTKsD sHsGHD 221)( )()(图 4 蒸 汽 流 量 阶 跃 扰 动 下 的 水 位 响 应 曲 线 图 5 蒸 汽 流 量 对 水 位 影 响 的 方 框 图 三 、 炉 膛 热 负 荷 扰 动 下 水 位 控 制 对 象 的 动 态 特 性 图 6 燃 料 量 扰 动 下 的 水 位 特 性 2 给 水 流 量 调 节 方 式 一

3、、 节 流 方 式 优 点 ： 简 单 、 可 靠 缺 点 ： 节 流 损 失 大图 7 节 流 调 节 系 统 示 意 图 图 8 节 流 调 节 原 理二 、 给 水 泵 调 速 方 式 调 速 泵 有 ：（ 1） 电 动 调 速 泵 ， 原 动 机 是 定 速 电 动 机 ， 电 动 机 与 水 泵 之 间 的 轴 联 接 采 用 液 力 联 轴器 ， 改 变 液 力 联 轴 器 中 的 油 位 高 度 即 实 现 水 泵 转 速 的 改 变 。（ 2） 汽 动 调 速 泵 ， 动 力 是 小 汽 轮 机 ， 改 变 小 汽 轮 机 的 进 汽 流 量 实 现 给 水 泵 转 速 的 改

4、变 。 小 汽 轮 机 转 速 由 独 立 的 MEH 控 制 。图 9 水 泵 变 速 调 节 系 统 示 意 图 图 10 水 泵 变 速 调 节 原 理三 、 组 合 方 式 300MW及 以 上 机 组 ， 采 用 节 流 调 节 方 式 和 给 水 泵 调 速 方式 相 组 合 的 方 式 调 节 给 水 量 ， 即 由 汽 动 给 水 泵 、 电 动 调 速给 水 泵 及 调 节 阀 三 者 相 结 合 的 方 法 来 调 节 给 水 量 。 在 低 负 荷 阶 段 利 用 电 动 给 水 泵 保 证 泵 出 口 与 汽 包 之 间 的 差压 （ 或 泵 出 口 压 头 ） ， 由

5、 给 水 调 节 阀 （ 或 给 水 旁 路 调 节 阀 ）来 调 节 给 水 流 量 ， 进 而 控 制 汽 包 水 位 ； 在 负 荷 超 过 某 一 值 （ 对 应 的 给 水 流 量 需 求 接 近 调 节 阀 的 最大 通 流 能 力 ） 且 汽 动 给 水 泵 尚 未 启 动 时 ， 由 电 动 调 速 给 水泵 来 调 节 给 水 流 量 ， 进 而 控 制 汽 包 水 位 ； 在 汽 动 给 水 泵 启 动 后 ， 逐 步 由 电 动 调 速 给 水 泵 过 渡 到 汽 动给 水 泵 来 调 节 给 水 流 量 。 电 动 给 水 泵 只 在 机 组 启 动 阶 段 或汽 动

6、给 水 泵 故 障 时 使 用 。3 给 水 控 制 基 本 方 案 一 、 单 冲 量 给 水 控 制 系 统但 存 在 三 个 问 题 ： （ 1） 当 负 荷 变 化 产 生 虚 假 水 位 时 ， 将 使 控 制器 反 向 错 误 动 作 ；（ 2） 对 蒸 汽 流 量 扰 动 不 灵 敏 ；（ 3） 对 给 水 自 发 性 干 扰 不 能 有 效 及 时 克 服 。 图 11 单 冲 量 给 水 控 制 系 统汽 包 水 位PID 水 位 给 定值执 行 机 构二 、 单 级 三 冲 量 给 水 控 制 系 统 图 12 单 级 三 冲 量 给 水 控 制 系 统省煤器汽 包 过 热

7、 器 蒸 汽 流 量 DpDPIDpKzp W给水流量W三 . 串 级 三 冲 量 给 水 控 制 系 统 图 13 串 级 三 冲 量 给 水 控 制 系 统过 热 器省煤器汽 包 蒸 汽 流 量 DpDPID1pKzp WPID2给水流量W WKD WW HH S HG H D(s)D DKZ G H W(s)G c1(s) G c2(s)图 14 串 级 三 冲 量 給 水 控 制 系 统 原 理 框 图 WKWW WKZG c2(s) 图 15 内 回 路 方 框 图 HW G H W(s)H1/WWG c1(s) 图 16 主 回 路 等 效 方 框 图 )11(11)( 111 s

8、TsG iWwc 等 效 主 调 节 器 仍 然 是 比 例 积 分 调 节 器 ， 但 等 效 的 比 例 带 为1*1 WW蒸 汽 流 量 前 馈 系 数 D的 选 择 ：WWDD 4 给 水 全 程 控 制 一 、 全 程 控 制 概 述 全 程 控 制 系 统 是 指 机 组 在 启 停 过 程 和正 常 运 行 时 均 能 实 现 自 动 控 制 的 系 统 。 全程 控 制 包 括 启 停 控 制 和 正 常 运 行 工 况 下 控制 两 方 面 的 内 容 。 二 、 对 给 水 全 程 控 制 系 统 的 要 求 给 水 全 程 自 动 控 制 系 统 有 一 些 特 殊 要

9、求 ： （ 1） 锅 炉 负 荷 变 化 范 围 很 大 ， 须 对 水 位 、 给 水 流 量 和 蒸 汽 流 量 测 量 信号 进 行 压 力 、 温 度 校 正 。 （ 2） 给 水 量 变 化 范 围 很 大 ， 保 证 给 水 泵 工 作 在 安 全 工 作 区 内 。 （ 3） 控 制 系 统 和 调 节 机 构 切 换 时 ， 须 保 证 这 种 切 换 应 是 无 扰 的 。 三 、 信 号 测 量 校 正 1. 汽 包 水 位 测 量 图 17 单 室 平 衡 容 器 水 位 测 量 示 意 图 平 衡 容 器 输 出 差 压 p为 ( ) ( ) ( )a w s a s

10、w sp p p L H L H L H )( )( sw sa pLH )(1 bsa pf )(2 bsw pf )()( 21 bb pf pLpfH 由 于 汽 包 中 心 水 位 线 与 联 通 管 下 部 开 孔 中 心 垂 直 距 离 为 B mm， 因 此 ， 汽 包 中 相 对 于 中 心 水 位 线 的 水 位 为aBHh a为 修 正 值 图 18 密 度 与 汽 包 压 力 关 系 图 19 差 压 汽 包 水 位 测 量 原 理 图 2. 给 水 流 量 测 量 每 台 给 水 泵 入 口 设 有 流 量 孔 板 ， 测 量 单 台 给 水 泵 流 量 。 在 主给

11、水 管 道 上 设 有 给 水 流 量 喷 嘴 ， 测 量 进 入 锅 炉 的 主 给 水 流 量 。W k p 0),( pptkW 只 考 虑 温 度 修 正3. 蒸 汽 流 量 测 量 弗 留 格 流 量 计 算 公 式 是 目 前 应 用 于 蒸 汽 流 量 计 算 中 较 为 普 遍 的 方 法 。（ 1） 在 所 考 虑 的 变 动 工 况 范 围 内 ， 当 级 组 内 的 各 级 隔 板 喷 嘴 和 动 叶 栅中 的 汽 流 均 未 达 到 临 界 状 态 时 ， 且 有 背 压 的 汽 轮 机 组 ， 则101202201 22210 TTpp ppDD 式 中 D0参 考

12、工 况 下 级 组 内 的 蒸 汽 流 量 ， kg h； p01参 考 工 况 下 级 组 前 的 蒸 汽 压 力 ， MPa； T01参 考 工 况 下 级 组 前 的 蒸 汽 温 度 ， K； P02参 考 工 况 下 级 组 后 的 蒸 汽 压 力 ， MPa； D变 动 工 况 下 级 组 内 的 蒸 汽 流 量 ， kg h； P1变 动 工 况 下 级 组 前 的 蒸 汽 压 力 ， MPa； T1变 动 工 况 下 级 组 前 的 蒸 汽 温 度 ， K； P2变 动 工 况 下 级 组 后 的 蒸 汽 压 力 ， MPa。 （ 2） 而 当 在 所 考 虑 的 变 动 工 况

13、 范 围 内 ， 当 级 组 内 始 终 有一 列 或 一 列 以 上 的 喷 嘴 或 动 叶 栅 中 的 汽 流 处 在 临 界 状态 或 超 临 界 状 态 时 ， 由 于 级 组 后 的 蒸 汽 压 力 的 变 化 不可 能 对 级 组 前 的 蒸 汽 压 力 状 态 产 生 影 响 ， 且 背 压 为 真空 的 机 组 ， 这 时 1010110 TTppDD 某 300MW机 组 的 蒸 汽 流 量 计 算 公 式 为 01110100111010 273273 ppttDppTTDD D主 蒸 汽 流 量 ， t h； D0额 定 工 况 下 的 主 蒸 汽 流 量 ， 为 985

14、t h； p1调 速 级 压 力 ， 为 13 16MPa； p01额 定 工 况 下 的 调 速 级 压 力 ， MPa； t1调 速 级 温 度 ， ； t01额 定 工 况 下 的 调 速 级 温 度 , 540 6 ； 以 上 关 系 式 确 定 成 立 的 首 要 前 提 是 ： 汽 机 通 流部 分 的 结 构 特 征 保 持 不 变 。 当 汽 机 通 流 部 分 由 于叶 片 表 面 结 垢 、 破 损 、 变 形 或 动 静 部 分 间 隙 发 生变 化 而 导 致 汽 道 面 积 改 变 时 ， 应 用 上 述 公 式 计 算所 得 的 数 值 中 会 附 带 有 相 应

15、的 误 差 。 所 以 要 以 汽机 运 行 及 其 性 能 试 验 中 实 测 的 数 据 为 准 。 汽 轮 机 第 一 级 压 力 通 常 采 用 三 个 独 立 检 测 回 路（ 三 个 压 力 变 送 器 ） 取 中 值 ， 再 经 主 蒸 汽 温 度 补偿 。 此 外 ， 由 汽 机 调 节 级 压 力 信 号 经 函 数 运 算 形成 主 蒸 汽 流 量 信 号 之 外 ， 还 应 加 上 旁 通 蒸 汽 流 量信 号 。四 、 给 水 泵 运 行 问 题 保 证 泵 的 安 全 工 作 区 是 首 先 要 考 虑 的 问 题 。图 20 给 水 泵 的 安 全 工 作 区 因

16、此 ， 采 用 变 速 泵 构 成 给 水 全 程 控 制 系统 时 ， 一 般 会 有 ： （ 1） 给 水 泵 转 速 控 制 系 统 ： 根 据 锅 炉 负 荷 要 求 ，调 节 给 水 泵 转 速 ， 改 变 给 水 流 量 ；（ 2） 给 水 泵 最 小 流 量 控 制 系 统 ： 低 负 荷 时 ， 通 过水 泵 再 循 环 办 法 来 维 持 水 泵 流 量 不 低 于 设 计 要 求的 最 小 流 量 值 ， 以 保 证 给 水 泵 工 作 点 不 落 在 上 限特 性 曲 线 的 外 边 ；（ 3） 流 量 增 加 闭 锁 回 路 （ 或 给 水 泵 出 口 压 力 控 制系

17、 统 ） ， 保 证 给 水 泵 工 作 点 不 落 在 最 低 压 力 线 下和 下 限 工 作 特 性 曲 线 之 外 。五 、 全 程 给 水 一 般 控 制 方 案 300MW以 上 机 组 通 常 配 置 3台 给 水 泵 ：（ 1） 电 动 给 水 泵 1台 ， 容 量 为 额 定 容 量 的 25 或 30 ， 一般 是 作 为 启 动 泵 和 备 用 泵 ；（ 2） 汽 动 给 水 泵 两 台 ， 容 量 各 为 额 定 容 量 50 ， 正 常 运 行时 用 。 汽 包 锅 炉 给 水 控 制 系 统 包 括 汽 包 水 位 控 制 系 统 和 给 水泵 （ 电 动 和 汽

18、动 给 水 泵 ） 最 小 流 量 控 制 系 统 。 为 适 应 机 组 的 各 种 运 行 方 式 ， 汽 包 水 位 控 制 系 统 设 计为 多 回 路 变 结 构 控 制 系 统 。 1 测 量 系 统 ),( bppfH （ 1） 汽 包 水 位 测 量 （ 2） 主 蒸 汽 流 量 测 量 ),( 1 sTpfD （ 3） 主 给 水 流 量 测 量 ),( WTpfW ni iT WWW 12 汽 包 水 位 控 制 系 统 图 21 汽 包 水 位 全 程 控 制 系 统 原 理 性 功 能 框 图f(x) A汽 包 压 力 pb 汽 包 水 位f(x)给 水 旁 路 调 节

19、 阀蒸 汽 流 量泵 出 口 压 力 Tf(x)电 动 给 水 泵 BALANCERAA 给 水 流 量 Tf(x)汽 动 给 水 泵A Tf(x)汽 动 给 水 泵BAPID1 PID2 PID3 PID4PID5TA A AT2 T1（ 1） 旁 路 阀 单 冲 量 控 制 回 路 在 启 动 和 低 负 荷 时 ， 由 电 动 给 水 泵 向 锅 炉 供 水 ， 给 水 控制 系 统 按 单 冲 量 调 节 方 式 工 作 ， 由 PID1去 改 变 给 水 旁 路阀 的 开 度 ， 调 节 给 水 流 量 以 保 持 汽 包 水 位 。 旁 路 阀 开 度 一般 运 行 在 0 80（

20、 90） 之 间 ， PID2调 节 电 动 给 水 泵 的转 速 来 控 制 给 水 压 力 ， 以 保 证 给 水 泵 出 口 与 汽 包 之 间 的 差压 。（ 2） 电 动 给 水 泵 转 速 单 冲 量 控 制 回 路 当 旁 路 阀 开 度 达 到 某 一 定 值 （ 80 90 ） 时 ， 切 换到 电 动 给 水 泵 转 速 控 制 汽 包 水 位 ， 由 PID3去 改 变 给 水 泵转 速 调 节 给 水 流 量 ； 当 锅 炉 负 荷 达 到 一 定 值 （ 例 如 25 ）时 ， SCS打 开 主 给 水 管 路 上 主 给 水 阀 ， 但 仍 为 单 冲 量 调 节方

21、 式 。（ 3） 给 水 泵 转 速 三 冲 量 控 制 回 路 当 负 荷 升 高 到 电 动 给 水 泵 额 定 负 荷 值 时 ， 启 动 一 台 汽动 给 水 泵 ； 当 负 荷 进 一 步 升 高 到 某 预 先 整 定 值 （ 例 如 35 ）时 ， 切 换 到 串 级 三 冲 量 调 节 方 式 ； 在 正 常 运 行 时 ， 两 台 汽动 给 水 泵 运 行 ， 汽 包 水 位 由 汽 动 给 水 泵 转 速 控 制 ， 为 三 冲量 调 节 方 式 。3. 给 水 泵 最 小 流 量 控 制 系 统 图 11-22 给 水 泵 最 小 流 量 控 制 系 统 原 理 图NTf

22、(x)循 环 回 路 调 节 阀泵 入 口 流 量A PID泵 最 小 流 量给 定 值 Y 100%A 0%T1T2 AA流 量 小 于 某 定 值流 量 大 于 某 定 值 YN 5 给 水 全 程 控 制 实 例一 、 给 水 热 力 系 统 及 调 节 机 构 图 23给 水 热 力 系 统 示 意 图 去 汽 轮 机去 旁 路主 给 水电 动 截 止 阀给 水 旁路调 节 阀高压加热器电 动给 水泵汽 动 给水 泵 B 汽 包省煤器给 水 旁 路电 动 截 止阀汽 动 给水 泵 A 除 氧 器 再循环 过热器给 水 流 量 减 温 水 阀二 、 给 水 控 制 系 统 水 位 差 压

23、 信 号p1K 水 位 差 压 信 号p2K 水 位 差 压 信号p3K f1(x) f2(x)MEDIANSELECT汽 包压 力pb1 汽 包压 力pb2 汽 包压 力pb3MEDIANSELECT汽 包 水 位 H图 24 汽 包 水 位 测 量 回 路 1 2( ( ) ) ( )b bH k f p p f p 图 25 主 蒸 汽 流 量 测 量 回 路+主 汽 温T11 /2 主 汽 温T12 f(x)MEDIANSELECT汽 机 第 一级 压 力 p11主 蒸 汽 流 量 旁 路 蒸 汽 流 量A设 定 温 度 值 汽 机 第 一级 压 力 p12 汽 机 第 一级 压 力

24、p13011 1( ) TD f p T 图 11-26 主 给 水 流 量 测 量 回 路再 热 器减 温 水 流 量 主 给 水 流 量+ +给 水 汽温TWMEDIANSELECT给 水 流 量信 号 p1 过 热 器减 温 水 流 量给 水 流 量信 号 p2 给 水 流 量信 号 p3 f(x)排 污 流 量m ( )WW p f T MEH 转速 设 定值MEH 转速 设 定值MEH遥 控图 27 汽 包 水 位 控 制 系 统 NN YY泵 出 口 压 力PID3 PID6PID1 PID2K K K 水 位 HAA Tf(x)给 水 旁 路 调 节 阀主 蒸 汽 流 量 K 主

25、 给 水 流 量PID4G AIN CH ANG ER & BALANCER K K K K 汽 包 压 力 pbA A电 泵 水 流 量 A汽 泵 A水 流 量 A汽 泵 B水 流 量PID7 PID8A Tf(x)电 动 给 水 泵液 力 耦 合 器 A T汽 动 给 水 泵 AMEH 控 制 汽 动 给 水 泵 BMEH 控 制f(x) f(x)PID5T1 T2 T3 MEH遥 控A TT4负 荷 15%负 荷 30%当 出 现 下 列 情 况 之 一 时 ， 给 水 旁 路 调 节 阀 控制 强 制 切 到 手 动 ：(1) 汽 包 水 位 设 定 值 与 实 际 值 偏 差 大 ；

26、(2) 汽 包 水 位 信 号 故 障 ；(3) 汽 包 压 力 信 号 故 障 ；(4) 给 水 旁 路 调 节 阀 控 制 指 令 与 反 馈 偏 差 大 ；(5) 选 择 电 泵 控 制 水 位 信 号 ；(6) 给 水 旁 路 调 节 阀 前 截 止 阀 关 闭 ；(7) 给 水 旁 路 调 节 阀 后 截 止 阀 关 闭 。 当 出 现 下 列 情 况 之 一 时 ， 电 动 给 水 泵 强 制 切 到手 动 ：(1) 汽 包 水 位 设 定 值 与 实 际 值 偏 差 大 ；(2) 汽 包 水 位 信 号 故 障 ；(3) 电 泵 未 运 行 ；(4) 电 泵 入 口 流 量 信

27、号 故 障 ；(5) 三 冲 量 调 节 时 ， 给 水 流 量 信 号 故 障 ；(6) 三 冲 量 调 节 时 ， 过 热 器 喷 水 流 量 信 号 故 障 ；(7) 三 冲 量 调 节 时 ， 蒸 汽 流 量 信 号 故 障 ；(8) 电 泵 转 速 指 令 与 反 馈 偏 差 大 ；(9) 电 泵 入 口 流 量 指 令 与 反 馈 偏 差 大 。 汽 动 给 水 泵 和 电 动 给 水 泵 切 手 动 条 件 基 本 相 同 ，在 这 不 赘 述 。 N图 28 给 水 泵 最 小 流 量 控 制 系 统循 环 回 路 调 节 阀Tf(x)A泵 最 小 允 许流 量 设 定 值 100% 0%泵 入 口 流 量 1 泵 入 口 流 量 2K 2XMTRA 10%N Y T1T2 A AA流 量 小 于350T/H 流 量 小 于380T/HY