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1、汽 包 鍋 爐 給 水 控 制 系 統(tǒng) 一 、 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 。 汽 包 水 位 是 一 個 重 要 的 監(jiān) 控 參 數(shù) ， 反映 了 鍋 爐 蒸 汽 負(fù) 荷 與 給 水 量 之 間 的 平 衡 關(guān)系 。 水 位 高 ： 水 位 過 低 ： 一 、 給 水 流 量 擾 動 下 水 位 的 動 態(tài) 特 性 + HW ss1 )1(1)( )()( sssssW sHsG HW 圖 2 給 水 流 量 階 躍 擾 動 下 的

2、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 +_ HD sTK 221 s ssTKsD sHsG HD 221)( )()(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(fù) 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 一 、 節(jié) 流 方 式 優(yōu) 點 ： 簡 單 、 可 靠 缺

3、 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 、 給 水 泵 調(diào) 速 方 式 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(jìn) 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

4、MEH 控 制 。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 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 。 在 低 負(fù) 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

5、調(diào) 節(jié) 閥 ）來 調(diào) 節(jié) 給 水 流 量 ， 進(jìn) 而 控 制 汽 包 水 位 ； 在 負(fù) 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 水泵 來 調(diào) 節(jié) 給 水 流 量 ， 進(jìn) 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 。 3 給 水

6、 控 制 基 本 方 案 一 、 單 沖 量 給 水 控 制 系 統(tǒng)但 存 在 三 個 問 題 ： （ 1） 當(dāng) 負(fù) 荷 變 化 產(chǎn) 生 虛 假 水 位 時 ， 將 使 控 制器 反 向 錯 誤 動 作 ；（ 2） 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 。 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) 圖 12 單 級 三 沖 量 給 水 控 制 系 統(tǒng)省煤器 汽 包 過 熱 器 蒸 汽 流 量 DpDPIDp K

7、zp W給水流量W 三 . 串 級 三 沖 量 給 水 控 制 系 統(tǒng) 圖 13 串 級 三 沖 量 給 水 控 制 系 統(tǒng) 過 熱 器省煤器汽 包 蒸 汽 流 量 DpDPID1p Kzp WPID2給水流量W WK D WW HH S H G H D(s)D DKZ G H W(s)G c1(s) G c2(s)圖 14 串 級 三 沖 量 給 水 控 制 系 統(tǒng) 原 理 框 圖 WKWW WKZG c2(s) 圖 15 內(nèi) 回 路 方 框 圖 HW G H W(s) H1/WWG c1(s) 圖 16 主 回 路 等 效 方 框 圖 )11(11)( 111 sTsG iWwc 等 效

8、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1*1 WW 蒸 汽 流 量 前 饋 系 數(shù) D的 選 擇 ：WWDD 4 給 水 全 程 控 制 一 、 全 程 控 制 概 述 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 。 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 ： （ 1） 鍋 爐

9、 負(fù) 荷 變 化 范 圍 很 大 ， 須 對 水 位 、 給 水 流 量 和 蒸 汽 流 量 測 量 信號 進(jìn) 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) 。 （ 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 。 三 、 信 號 測 量 校 正 1. 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 p為 ( ) ( ) ( )a w s a s w sp p p L H

10、 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 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 aBHh a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 主給 水 管 道 上 設(shè) 有

11、 給 水 流 量 噴 嘴 ， 測 量 進(jìn) 入 鍋 爐 的 主 給 水 流 量 。W k p 0),( pptkW 只 考 慮 溫 度 修 正 3. 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 。（ 1） 在 所 考 慮 的 變 動 工 況 范 圍 內(nèi) ， 當(dāng) 級 組 內(nèi) 的 各 級 隔 板 噴 嘴 和 動 葉 柵中 的 汽 流 均 未 達(dá) 到 臨 界 狀 態(tài) 時 ， 且 有 背 壓 的 汽 輪 機 組 ， 則1012 02201 22210 TTpp ppDD 式 中 D0參 考 工 況 下 級 組

12、 內(nèi) 的 蒸 汽 流 量 ， kg h； p01參 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 ， K； P02參 考 工 況 下 級 組 后 的 蒸 汽 壓 力 ， MPa； D變 動 工 況 下 級 組 內(nèi) 的 蒸 汽 流 量 ， kg h； P1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 ， K； P2 變 動 工 況 下 級 組 后 的 蒸 汽 壓 力 ， MPa。 （ 2） 而 當(dāng) 在 所 考 慮 的 變 動 工 況 范 圍 內(nèi) ，

13、 當(dāng) 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 真空 的 機 組 ， 這 時 1010110 TTppDD 某 300MW機 組 的 蒸 汽 流 量 計 算 公 式 為 01110100111010 273273 ppttDppTTDD D主 蒸 汽 流 量 ， t h； D0額 定 工 況 下 的 主 蒸 汽 流 量 ， 為 985t h； p1調(diào)

14、 速 級 壓 力 ， 為 13 16MPa； p01額 定 工 況 下 的 調(diào) 速 級 壓 力 ， MPa； t 1調(diào) 速 級 溫 度 ， ； t01 額 定 工 況 下 的 調(diào) 速 級 溫 度 , 540 6 ； 以 上 關(guān) 系 式 確 定 成 立 的 首 要 前 提 是 ： 汽 機 通 流部 分 的 結(jié) 構(gòu) 特 征 保 持 不 變 。 當(dāng) 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

15、。 所 以 要 以 汽機 運 行 及 其 性 能 試 驗 中 實 測 的 數(shù) 據(jù) 為 準(zhǔn) 。 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 量信 號 。 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 。 圖 20 給 水 泵 的 安 全 工 作 區(qū) 因 此 ，

16、采 用 變 速 泵 構(gòu) 成 給 水 全 程 控 制 系統(tǒng) 時 ， 一 般 會 有 ： （ 1） 給 水 泵 轉(zhuǎn) 速 控 制 系 統(tǒng) ： 根 據(jù) 鍋 爐 負(fù) 荷 要 求 ，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(fù) 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 ；（ 3） 流 量 增 加 閉 鎖 回 路 （ 或 給 水 泵 出 口 壓 力 控 制系 統(tǒng) ）

17、 ， 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 。 五 、 全 程 給 水 一 般 控 制 方 案 300MW以 上 機 組 通 常 配 置 3臺 給 水 泵 ：（ 1） 電 動 給 水 泵 1臺 ， 容 量 為 額 定 容 量 的 25 或 30 ， 一般 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 50 ， 正 常 運 行時 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 水泵 （ 電 動 和 汽 動 給

18、 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 多 回 路 變 結(jié) 構(gòu) 控 制 系 統(tǒng) 。 1 測 量 系 統(tǒng) ),( bppfH （ 1） 汽 包 水 位 測 量 （ 2） 主 蒸 汽 流 量 測 量 ),( 1 sTpfD （ 3） 主 給 水 流 量 測 量 ),( WTpfW ni iT WWW 1 2 汽 包 水 位 控 制 系 統(tǒng) 圖 21 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 pb 汽 包 水 位 f(x)給 水 旁 路 調(diào) 節(jié)

19、 閥 蒸 汽 流 量泵 出 口 壓 力 Tf(x)電 動 給 水 泵 BALANCERA A 給 水 流 量 Tf(x)汽 動 給 水 泵A Tf(x)汽 動 給 水 泵BA PID1 PID2 PID3 PID4PID5T A A AT2 T1 （ 1） 旁 路 閥 單 沖 量 控 制 回 路 在 啟 動 和 低 負(fù) 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 PID1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 一般 運 行 在

20、0 80（ 90） 之 間 ， PID2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 差壓 。（ 2） 電 動 給 水 泵 轉(zhuǎn) 速 單 沖 量 控 制 回 路 當(dāng) 旁 路 閥 開 度 達(dá) 到 某 一 定 值 （ 80 90 ） 時 ， 切 換到 電 動 給 水 泵 轉(zhuǎn) 速 控 制 汽 包 水 位 ， 由 PID3去 改 變 給 水 泵轉(zhuǎn) 速 調(diào) 節(jié) 給 水 流 量 ； 當(dāng) 鍋 爐 負(fù) 荷 達(dá) 到 一 定 值 （ 例 如 25 ）時 ， SCS打 開 主 給 水 管 路 上 主 給 水 閥 ， 但 仍 為 單 沖 量

21、 調(diào) 節(jié)方 式 。（ 3） 給 水 泵 轉(zhuǎn) 速 三 沖 量 控 制 回 路 當(dāng) 負(fù) 荷 升 高 到 電 動 給 水 泵 額 定 負(fù) 荷 值 時 ， 啟 動 一 臺 汽動 給 水 泵 ； 當(dāng) 負(fù) 荷 進(jìn) 一 步 升 高 到 某 預(yù) 先 整 定 值 （ 例 如 35 ）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 量 調(diào) 節(jié) 方 式 。 3. 給 水 泵 最 小 流 量 控 制 系 統(tǒng) 圖 11-22 給 水 泵 最 小 流 量 控 制 系 統(tǒng) 原

22、 理 圖NTf(x)循 環(huán) 回 路 調(diào) 節(jié) 閥 泵 入 口 流 量A PID泵 最 小 流 量給 定 值 Y 100%A 0%T1T2 AA流 量 小 于 某 定 值流 量 大 于 某 定 值 YN 5 給 水 全 程 控 制 實 例一 、 給 水 熱 力 系 統(tǒng) 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

23、 統(tǒng) 水 位 差 壓 信 號p1 K 水 位 差 壓 信 號p2K 水 位 差 壓 信號p3K f1(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 1 2( ( ) ) ( )b bH k f p p f p 圖 25 主 蒸 汽 流 量 測 量 回 路+ 主 汽 溫T11 /2 主 汽 溫T12 f(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 第 一級 壓 力 p12

24、 汽 機 第 一級 壓 力 p13011 1( ) TD f p T 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TWMEDIAN SELECT 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 p3 f(x) 排 污 流 量m ( )WW p f T MEH 轉(zhuǎn)速 設(shè) 定值MEH 轉(zhuǎn)速 設(shè) 定值MEH遙 控圖 27 汽 包 水 位 控 制 系 統(tǒng) NN YY 泵 出 口 壓 力PID3 PID6PID1 PID2K K K 水 位 HAA T f(x)給 水 旁

25、 路 調(diào) 節(jié) 閥 主 蒸 汽 流 量 K 主 給 水 流 量PID4G AIN CH ANG ER & BALANCER K K K K 汽 包 壓 力 pbA A電 泵 水 流 量 A汽 泵 A水 流 量 A汽 泵 B水 流 量PID7 PID8A T f(x)電 動 給 水 泵液 力 耦 合 器 A T汽 動 給 水 泵 AMEH 控 制 汽 動 給 水 泵 BMEH 控 制f(x) f(x) PID5T1 T2 T3 MEH遙 控A TT4負(fù) 荷 15%負(fù) 荷 30% 當(dāng) 出 現(xiàn) 下 列 情 況 之 一 時 ， 給 水 旁 路 調(diào) 節(jié) 閥 控制 強 制 切 到 手 動 ：(1) 汽 包

26、水 位 設(shè) 定 值 與 實 際 值 偏 差 大 ；(2) 汽 包 水 位 信 號 故 障 ；(3) 汽 包 壓 力 信 號 故 障 ；(4) 給 水 旁 路 調(diào) 節(jié) 閥 控 制 指 令 與 反 饋 偏 差 大 ；(5) 選 擇 電 泵 控 制 水 位 信 號 ；(6) 給 水 旁 路 調(diào) 節(jié) 閥 前 截 止 閥 關(guān) 閉 ；(7) 給 水 旁 路 調(diào) 節(jié) 閥 后 截 止 閥 關(guān) 閉 。 當(dāng) 出 現(xiàn) 下 列 情 況 之 一 時 ， 電 動 給 水 泵 強 制 切 到手 動 ：(1) 汽 包 水 位 設(shè) 定 值 與 實 際 值 偏 差 大 ；(2) 汽 包 水 位 信 號 故 障 ；(3) 電 泵

27、未 運 行 ；(4) 電 泵 入 口 流 量 信 號 故 障 ；(5) 三 沖 量 調(diào) 節(jié) 時 ， 給 水 流 量 信 號 故 障 ；(6) 三 沖 量 調(diào) 節(jié) 時 ， 過 熱 器 噴 水 流 量 信 號 故 障 ；(7) 三 沖 量 調(diào) 節(jié) 時 ， 蒸 汽 流 量 信 號 故 障 ；(8) 電 泵 轉(zhuǎn) 速 指 令 與 反 饋 偏 差 大 ；(9) 電 泵 入 口 流 量 指 令 與 反 饋 偏 差 大 。 汽 動 給 水 泵 和 電 動 給 水 泵 切 手 動 條 件 基 本 相 同 ，在 這 不 贅 述 。 N圖 28 給 水 泵 最 小 流 量 控 制 系 統(tǒng)循 環(huán) 回 路 調(diào) 節(jié) 閥Tf(x)A泵 最 小 允 許流 量 設(shè) 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