電廠鍋爐給水控制系統(tǒng)2

1、給給 水水 系系 統(tǒng)統(tǒng) 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 班級：班級：12 熱電熱電 姓名：馬春芳姓名：馬春芳 學(xué)號：學(xué)號：121783042 指導(dǎo)老師：李亮指導(dǎo)老師：李亮 日期日期: :二二一三年十二月二十二日一三年十二月二十二日目錄一、摘要 （1）二、概述 （）1 . 鍋爐給水系統(tǒng)介 （）2 . 單元機組的生產(chǎn)過程及其對控制的要求 （）3 . 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及其組成 （）三、給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性 （） 1 . 給水?dāng)_動 （）2 .蒸汽流量擾動 （）3 .燃料量擾動 （）四、給水流量調(diào)節(jié)方式 （）1 .節(jié)流方式 （）2 .給水泵調(diào)速方式 （）3 .組合方式 （）五、控制方案選擇與設(shè)計 （）1

2、.方案選擇 （）2 .前饋-反饋三沖量給水控制系統(tǒng) （） (1) 輸入信號之間的靜態(tài)配合 （） (2) 控制系統(tǒng)的動態(tài)整定 （）六、過程檢測控制儀表的使用 （）1 .流量變送器的選擇 （）2 .液位檢測元件的選用 （）3 .閥門定位器 （）4 .調(diào)節(jié)器 （）5 .執(zhí)行元件的選用 （）6 .調(diào)節(jié)儀表技術(shù)參數(shù) （）七、參考文獻 （）一、摘 要隨著科技的發(fā)展，人們越來越離不開電。大型火力發(fā)電廠地位顯得尤其重要。其機組由鍋爐、汽輪機發(fā)電機組和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。工藝流程復(fù)雜，設(shè)備眾多，管道縱橫交錯，有上千個參數(shù)需要監(jiān)視、操作和控制，這就需要有先進的自動化設(shè)備和控制系統(tǒng)使之正常運行，并且電能生產(chǎn)

3、要求高度的安全可靠和經(jīng)濟性，尤其是大型骨干機組。大型發(fā)電單元機組是一個以鍋爐，高壓和中、低壓汽輪機和發(fā)電機為主體的整體。鍋爐作為電廠中的一個重要設(shè)備，起著重要的作用，根據(jù)生產(chǎn)流程又可以分為燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)。其中，汽包鍋爐給水及水位的調(diào)節(jié)已經(jīng)完全采用自動的方式加以控制。本次課程設(shè)計主要研究發(fā)電廠給水控制系統(tǒng)，即鍋爐汽包水位控制。其要求是提供合格的蒸汽，使鍋爐發(fā)汽量適應(yīng)符合的需要。為此，生產(chǎn)過程的各個主要工藝參數(shù)必須加以嚴(yán)格控制。鍋爐設(shè)備是一個復(fù)雜的控制對象，主要輸入變量是負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)等。主要輸出變量是汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負(fù)壓、過?？諝獾?。關(guān)鍵字：

4、蒸汽流量 汽包水位 安全 發(fā)電廠鍋爐給水控制系統(tǒng)二、概述二、概述大型火力發(fā)電機組由鍋爐、汽輪機發(fā)電機組和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。工藝流程復(fù)雜，設(shè)備眾多，管道縱橫交錯，有上千個參數(shù)需要監(jiān)視、操作和控制，這就需要有先進的自動化設(shè)備和控制系統(tǒng)使之正常運行，并且電能生產(chǎn)要求高度的安全可靠和經(jīng)濟性，尤其是大型骨干機組。大型發(fā)電單元機組是一個以鍋爐，高壓和中、低壓汽輪機和發(fā)電機為主體的整體。鍋爐作為電廠中的一個重要設(shè)備，起著重要的作用，根據(jù)生產(chǎn)流程又可以分為燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)。其中，汽包鍋爐給水及水位的調(diào)節(jié)已經(jīng)完全采用自動的方式加以控制。本次課程設(shè)計主要研究發(fā)電廠給水控制系統(tǒng)，即鍋爐汽包水位控制。鍋爐

5、汽包水位是一種非線性、時變大、強耦合的多變量系統(tǒng)。在鍋爐運行中，水位是一個很重要的參數(shù)。若水位過高，則會影響汽水分離的效果，使用氣設(shè)備發(fā)生故障；而水位過低，則會破壞汽水循環(huán)，嚴(yán)重時導(dǎo)致鍋爐爆炸。同時高性能的鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量很大，而汽包的體積相對來說較小，所以鍋爐水位控制顯得非常重要。鍋爐水位自動控制的任務(wù)，就是控制給水流量，使其與蒸發(fā)量保持平衡，維持汽包內(nèi)水位在允許的范圍內(nèi)變化。本次課程設(shè)計研究發(fā)電廠給水控制系統(tǒng)的控制方式及整定。1.1.鍋爐給水系統(tǒng)簡介鍋爐給水系統(tǒng)簡介給水系統(tǒng)的主要功能是將除氧器水箱中的主凝結(jié)水通過給水泵提高壓力,經(jīng)過高壓加熱器進一步加熱之后,輸送到鍋爐的省煤器入口,作為鍋

6、爐給水。此外，給水系統(tǒng)還向鍋爐加熱器的減溫器、過熱器的一、二級減溫器以及汽輪機高壓旁路裝置的減溫器提供減溫水，用以調(diào)節(jié)上述設(shè)備出口溫度。給水系統(tǒng)的最初注水來自凝結(jié)水系統(tǒng)。給水管道系統(tǒng)包括抵壓和高壓給水管道系統(tǒng)。低壓給水管道系統(tǒng)由從除氧器給水箱下降管入口到給水泵進口之間的管道、閥門和附件組成。高壓給水管道系統(tǒng)由從給水泵出口經(jīng)高壓加熱器到鍋爐省煤器前之間的管道、閥門和附件組成。給水系統(tǒng)由給水泵、高壓加熱器、給水操作臺及相關(guān)的管路構(gòu)成。給水系統(tǒng)的主要流程為；除氧器給水箱前置泵流量測量裝置給水泵3 號高壓加熱器2 號高壓加熱器1 號高壓加熱器流量測量裝置給水操作臺省煤器進口聯(lián)箱。2.2. 單元機組的生

7、產(chǎn)過程及其對控制的要求單元機組的生產(chǎn)過程及其對控制的要求下圖為單元機組流程示意圖。它是以鍋爐以及高壓和中、低壓汽輪機和發(fā)電機為主體設(shè)備的一個整體。根據(jù)生產(chǎn)流程又可以把鍋爐分成燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)。1汽輪機高壓缸；2汽輪機中、低壓缸；3汽包；4爐膛；5煙道；6發(fā)電機；7冷凝器；8補充水；9凝結(jié)水泵；10循環(huán)水泵；11低壓加熱器；12除氧器；13給水泵；14高壓加熱器；15給水調(diào)節(jié)機構(gòu)；16省煤器；17過熱器；18過熱器噴水減溫器；19汽機高壓調(diào)汽門；20再熱器；21再熱器噴水減溫器；22汽機中壓調(diào)汽門；23煤粉倉；24燃料量控制機構(gòu)；25噴燃器；26送風(fēng)機；27空氣預(yù)熱器；28調(diào)風(fēng)門；29水冷壁管

8、；30引風(fēng)機；31煙道擋板。燃燒系統(tǒng)的任務(wù)一方面是將燃料 B 由燃料控制機構(gòu) 24 經(jīng) 噴燃器 25 送入爐膛燃燒，另一方式將助燃的空氣 V 由送風(fēng)機 26 經(jīng)空氣預(yù)熱器 27 預(yù)熱后再經(jīng)調(diào)風(fēng)門 2822按一定比例送入爐膛。空氣和燃料在爐膛內(nèi)燃燒，產(chǎn)生大量熱量傳給蒸發(fā)受熱面（水冷壁）29 中的水。燃燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)型煙道，不斷將熱量傳給過熱器17、再熱器 20、省煤器 16 和空氣預(yù)熱器 27，每經(jīng)過一個設(shè)備煙氣溫度便會降低一次，最后低溫?zé)煔庥梢L(fēng)機 30 吸出，經(jīng)煙囪排入大氣中。在汽水系統(tǒng)中，鍋爐的給水 W 由給水泵 13 打出，先經(jīng)過高溫加熱器 14，再經(jīng)過省煤器 16 吸收一部分煙氣的余

9、熱后進入汽包 3。汽包中的水在水冷壁中進行自然或強制循環(huán)，不斷地吸收爐膛輻射熱量，由此產(chǎn)生的飽和蒸汽由汽包頂部流出，再經(jīng)過多級（34 級）過熱器 17 進一步加熱成過熱蒸汽 D。這個具有一定壓力和溫度的過熱蒸汽就是鍋爐的產(chǎn)品。蒸汽的高溫和高壓是為了提高單元機組的熱效率。汽輪機高壓缸 1 接受從鍋爐供給的過熱蒸汽，其轉(zhuǎn)子被蒸汽推動，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生電能 Pe(MW)。從高壓缸汽輪機 1 做功后的蒸汽，其壓力、溫度都降低了。為了提高熱效率，需要把這部分蒸汽送回鍋爐，在再熱器 20 中再次加熱，然后再進入汽輪機中、低壓缸 2 做功，最后成為乏汽從汽輪機低壓缸尾部排入冷凝器 7 冷凝為凝結(jié)水。凝結(jié)

10、水和補充水 8 一起經(jīng)凝結(jié)水泵 9 先打入低壓加熱器 11，然后進入除氧器 12，除氧后進入給水泵，從而形成汽水系統(tǒng)的循環(huán)。高壓加熱器 14 和低壓加熱器 11 是利用汽輪機的中間抽汽來加熱給水和凝結(jié)水，以提高電廠的熱效率的設(shè)備。單元機組自動控制的基本任務(wù)是：當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷變化時，機組能迅速滿足負(fù)荷變化的要求，同時又保證機組主要運行參數(shù)在允許的范圍內(nèi)。大型單元機組是一機一爐的獨立單元，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)間有著密切聯(lián)系。再熱器把機爐連接成不可分割的整體，鍋爐和汽機作為蒸汽供需雙方需保持一定的平衡，否則就破壞了正常的運行，但鍋爐汽機動態(tài)特性上又有很大的差別，因而在設(shè)計自動控制系統(tǒng)時，必須看到這種差異，將汽輪機

11、、鍋爐作為一個整體對象統(tǒng)籌考慮，組織協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。大型單元機組在運行時需要監(jiān)測的參數(shù)很多，如 300MW 機組需要監(jiān)視的參數(shù)達 600 個以上，操作的項目也在 200 個以上。如此眾多的參數(shù)需要檢測和處理，許多主要參數(shù)需要控制，沒有高水平的自動控制是難以正常運轉(zhuǎn)的。不僅如此，隨著機組設(shè)備的大型化，不但要求自動控制能夠保證機組的正常運行，還要求進行所謂“全程控制” ，即在機組啟停、低負(fù)荷、甩負(fù)荷乃至部分事故處理等過程中也能發(fā)揮作用。可見，大型單元機組的發(fā)展對自動化提出了更高的要求，它涉及自動檢測、數(shù)據(jù)處理、事故報警、聯(lián)鎖保護、程序控制和參數(shù)控制等許多方面的內(nèi)容。3.3. 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及其

12、組成單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及其組成隨著大容量機組在電網(wǎng)中比例不斷增大及因用電結(jié)構(gòu)變化引起的峰谷差逐步加大，對大容量機組參與調(diào)峰谷、調(diào)頻的要求日益增加，甚至在機組某些主要輔機出現(xiàn)局部故障的情況下仍然維持機組運行。在單元制運行方式中，鍋爐和汽輪發(fā)電機及要共同保障外不部負(fù)荷要求，也要共同維持內(nèi)部運行參數(shù)（主要是主蒸汽壓力）穩(wěn)定。單元機組輸出的實際電功率與負(fù)荷要求是否一致，反映了機組與外部電網(wǎng)之間能量的供求平衡關(guān)系；而主蒸汽壓力是否穩(wěn)定，則反映了機組內(nèi)部鍋爐和汽輪發(fā)電機之間能量的供求平衡關(guān)系。然而，鍋爐和汽輪發(fā)電機的動態(tài)特性存在著很大差異，即汽輪發(fā)電機對負(fù)荷請求響應(yīng)快，鍋爐對負(fù)荷請求響應(yīng)慢。因而單元機組

13、內(nèi)外兩個能量供應(yīng)平衡關(guān)系相互間受到制約。單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)則是為解決負(fù)荷控制中外部負(fù)荷相應(yīng)性能與內(nèi)部參數(shù)穩(wěn)定之間固有矛盾的一種控制系統(tǒng)。它將鍋爐和汽輪發(fā)電機作為一個整體進行控制，很好地協(xié)調(diào)機爐兩側(cè)控制動作，在保證主汽壓力偏差在允許范圍內(nèi)的前提下，使機組輸出（實發(fā)）電功率很快適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化的需要。為了單元機組安全、經(jīng)濟地運行，必須將生產(chǎn)過程中的主要工藝參數(shù)（如主蒸汽壓力、溫度、再熱蒸汽溫度、鍋爐汽包水位、爐膛氣壓、過?？諝夂瘮?shù)、汽輪機轉(zhuǎn)速等）嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，為此，需設(shè)置相當(dāng)數(shù)量的、最基本的控制系統(tǒng)，它們是：汽輪機的功率轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)、鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)、汽包水位控制系統(tǒng)、蒸汽溫度控制

14、系統(tǒng)等。機、爐兩大部分既有動態(tài)特性差異大的一面，又是一個發(fā)電整體。為此，需要在汽輪機和鍋爐的多個基本控制系統(tǒng)之上設(shè)置一個上位控制系統(tǒng)，以此來實施汽輪機和鍋爐在響應(yīng)負(fù)荷要求時的協(xié)調(diào)動作與配合，這樣單元機組的自動控制系統(tǒng)從總體上看，應(yīng)構(gòu)成一個由上層的協(xié)調(diào)控制級（負(fù)荷控制系統(tǒng)）和下層各基礎(chǔ)控制級兩部分組成的分級型控制系統(tǒng)如下圖所示。協(xié)調(diào)控制級由負(fù)荷管理控制中心和機爐主控制器組成，起著上位控制作用，也即單元機組的負(fù)荷控制系統(tǒng)；而鍋爐、汽機各子控制系統(tǒng)是機組主控制的基礎(chǔ)級，起著最基本、最直接的控制作用。它們的控制質(zhì)量將直接地影響負(fù)荷控制質(zhì)量，只有組織好各子控制系統(tǒng)并保證其具備較高控制質(zhì)量的前提下，才能組

15、織好協(xié)調(diào)控制，達到要求的控制質(zhì)量。負(fù)荷管理控制中心（LMCC）機爐主控制器鍋爐控制系統(tǒng)汽輪機控制系統(tǒng)鍋爐汽輪機運行人員負(fù)荷指令f（電網(wǎng)頻差）電網(wǎng)中心調(diào)度所負(fù)荷指令A(yù)DS（主蒸汽壓力給定值）pT0P0（機組負(fù)荷指令）（實際主蒸汽壓力）pTPe（機組實際電功率）（鍋爐主控制指令）NBNT（汽輪機主控制指令）協(xié)調(diào)控制級基礎(chǔ)控制級單元機組 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成框架三、給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性三、給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性汽包水位是工業(yè)蒸汽鍋爐安全、穩(wěn)定運行的重要指標(biāo)，是鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水間物質(zhì)是否平衡的重要標(biāo)志，維持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機安全運行的必要條件。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的作用是使鍋爐的

16、給水量自動適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定范圍內(nèi)波動。其中給水流量和蒸汽流量是影響汽包水位的兩種主要擾動，前者來自調(diào)節(jié)器，稱為內(nèi)擾，后者來自負(fù)荷側(cè)，稱為外擾。汽包爐給水控制對象的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。影響水位的因素主要有：鍋爐蒸發(fā)量（負(fù)荷D） ，給水量G，爐膛熱負(fù)荷（燃燒率M） ，汽包壓力。bP控制系統(tǒng)的物質(zhì)平衡方程為： （2-1）dtDGDdtGdtdHA)()( 將式（2-1）進一步變換得： （2-2） DGdtdHA)( 令 ，則上式變?yōu)椋?（2-3）()CADGdtdHC 式中 汽包水位，或 汽水分離面積，或HmcmA2m；2cm水的密度， /或/； 蒸汽密度， /或/；t3mkg3

17、cmt3mkg3cm蒸發(fā)量，或； 給水量，或；D/ t h/kg sG/ t h/kg s容量系數(shù)。C 圖 2-1 給水調(diào)節(jié)對象1 1 . .給水?dāng)_動給水?dāng)_動汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性：給水量是鍋爐的輸入量，如果蒸汽負(fù)荷不變，那么給水流量變化時，汽包水位的運動方程式可以表示為： (2-4)WWWWukdtduTdtdhTdthdTT12221可以得到汽包水位在給水流量作用下的傳遞函數(shù)為： (2-5) 1()()(21)(01STSTKSTVSHSGWWSW對于中壓鍋爐，上式中 Tw 的數(shù)值很小，常常可以忽略不計，因此可以進一步改寫為：) 1()()(2)(01STSVSHSGSW (2

18、-6)給水量擾動時水位階躍響應(yīng)曲線如圖 2-2 所示。圖 2-2 給水量擾動時水位階躍響應(yīng)曲線圖2-2中曲線1為沸騰式省煤器情形下水位的動態(tài)特性，曲線2為非沸騰式省煤器情形下水位的動態(tài)特性。從物質(zhì)平衡的觀點來看，加大了給水量G，水位應(yīng)立即上升，但實際上并不是這樣，而是經(jīng)過一段遲延，甚至先下降后再上升。這是因為給水溫度遠低于省煤器的溫度，即給水有一定的過冷度，水進入省煤器后，使一部分汽變成了水，特別是沸騰式省煤器，給水減輕了省煤器內(nèi)的沸騰度，省煤器內(nèi)的汽泡總?cè)莘e減少，因此，進入省煤器內(nèi)的水首先用來填補省煤器中因汽泡破滅容積減少而降低的水位，經(jīng)過一段遲延甚至水位下降后，才能因給水量不斷從省煤器進入

19、汽包而使水位上升。在此過程中，負(fù)荷還未發(fā)生變化，汽包中水仍然在蒸發(fā)，因此水位也有下降趨勢。2.2. 蒸汽流量擾動蒸汽流量擾動汽包水位在蒸汽流量擾動下的動態(tài)特性，可以用下式表示（假定給水量不變） （2-)(12221DDDDukdtduTdtdhTdthdTT7）則 （2-) 1()()(21)(2STSTKSTVSHSGDDSDF8）上式可通過兩個動態(tài)環(huán)節(jié)的并聯(lián)來等效，即 （2-9）11)()(2)(22STKSTVSHSGaSDF式中： 。DaKTT1122/ )(TTTKKDD圖2-3 蒸汽量D擾動下的水位階躍響應(yīng)曲線如果只從物質(zhì)平衡的角度來看，蒸發(fā)量突然增加時，蒸發(fā)量高于給水量，D汽包水

20、位是無自平衡能力的，所以水位應(yīng)該直線下降，如圖2-3中所示那樣，1( )H t但實際水位是先上升，后下降，這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象，如圖中所示。( )H t其原因是由于負(fù)荷增加時，在汽水循環(huán)回路中的蒸發(fā)強度也將成比例增加，水面下汽泡的容積增加得也很快，此時燃料量M還來不及增加，汽包中汽壓下降，汽包bp膨脹，使汽泡體積增大而水位上升。如圖2-3中所示。在開始的一段時間2( )Ht的作用大于。當(dāng)過了一段時間后，當(dāng)汽泡容積和負(fù)荷相適應(yīng)而達到穩(wěn)定2( )Ht1( )H t后，水位就要反映出物質(zhì)平衡關(guān)系而下降。因此，水位的變化應(yīng)是上述兩者之和，即 12( )( )( )H tHtHt3.3. 燃料量

21、擾動燃料量擾動圖 2-4 燃料量擾動下水位階躍響應(yīng)曲線爐膛熱負(fù)荷擾動即是指燃料量 M 的擾動。燃料量增加時，鍋爐吸收更多的熱量，使蒸發(fā)強度增大，如果不調(diào)節(jié)蒸汽閥門，由于鍋爐出口汽壓提高，蒸汽流量也增大，這時蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)下降。但由于在熱負(fù)荷增加時蒸發(fā)強度的提高，使汽水混合物中的汽泡容積增加，而且這種現(xiàn)象必然先于蒸發(fā)量增加之前發(fā)生，從而使汽包水位先上升，從而引起“虛假水位”現(xiàn)象。當(dāng)蒸發(fā)量與燃燒量相適應(yīng)時，水位便會迅速下降，這種“虛假水位”現(xiàn)象比蒸汽量擾動時要小一些，但其持續(xù)時間較長。以上三種擾動在鍋爐運行中都可能經(jīng)常發(fā)生。但是由于控制通道在給水側(cè)，因此蒸汽流量D和燃料量M習(xí)慣上稱為外部

22、擾動，它們只影響水位波動的幅度。而給水量G擾動在控制系統(tǒng)的閉合回路里產(chǎn)生，一般稱為內(nèi)部擾動。因此，汽包水位對于給水?dāng)_動的動態(tài)參數(shù)是給水控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的依據(jù)，此外，由于蒸汽流量D和燃料量M的變化也是經(jīng)常發(fā)生的外部擾動。所以常引入D、M信號作為給水控制系統(tǒng)里的前饋信號，以改善外部擾動時的控制品質(zhì)。影響水位的因素除上述之外，還有給水壓力、汽包壓力、汽輪機調(diào)節(jié)汽門開度、二次風(fēng)分配等。不過這些因素幾乎都可以用 D、M、G 的變化體現(xiàn)出來。為了保證汽壓的穩(wěn)定，燃料量和蒸發(fā)量必須保持平衡，所以這兩者往往是一起變化的，只是先后的差別。四、給水流量調(diào)節(jié)方式四、給水流量調(diào)節(jié)方式1 1 . .節(jié)流方式節(jié)流方

23、式 優(yōu)點：簡單可靠；缺點：節(jié)流損失大。 節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖 節(jié)流調(diào)節(jié)原理2.2.給水泵調(diào)速方式給水泵調(diào)速方式 水泵變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖 水泵變速調(diào)節(jié)原理調(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 MEH 控制。 3.3.組合方式組合方式（1）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。（2）在低負(fù)荷階段利

24、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）來調(diào)節(jié)給水流量，進而控制汽包水位；（3）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，進而控制汽包水位；（4）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。五、控制方案選擇與設(shè)計五、控制方案選擇與設(shè)計 1.1. 方案選擇方案選擇從反饋控制的思想出發(fā)，自然想到一水位信號為被調(diào)量，構(gòu)成單回路控制系統(tǒng)。對于小容量鍋爐來說，它的蓄水量較大，水面以下氣泡的體積不占很大比

25、重，因此給水容積遲延和假水位現(xiàn)象不明顯，可以采用單沖量控制系統(tǒng)。單沖量控制系統(tǒng)即為汽包水位的單回路反饋液位控制系統(tǒng)。單沖量水位控制系統(tǒng)以汽包水位作為唯一的控制信號。單沖量水位控制系統(tǒng)由汽包、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器及調(diào)節(jié)閥等組成，水位測量信號經(jīng)變送送到水位調(diào)節(jié)器，水位調(diào)節(jié)器根據(jù)水位測量值與給定值的偏差去控制給水閥門，改變給水量來保持汽包水位在允許的操作范圍內(nèi)。這種控制系統(tǒng)是典型的單回路定值控制系統(tǒng)。對于水在汽包內(nèi)的停留時間較長，且負(fù)荷又比較穩(wěn)定的情況，“虛假水位”現(xiàn)象不嚴(yán)重采用單沖量控制系統(tǒng)，進行 PID 調(diào)節(jié)一般就能滿足生產(chǎn)要求。單沖量汽包水位調(diào)節(jié)存在著一些缺點，主要是這種調(diào)節(jié)方案只根據(jù)水位調(diào)

26、節(jié)給水量，在負(fù)荷變化時，由于“虛假水位”現(xiàn)象，在調(diào)節(jié)過程一開始，給水量的變化將與負(fù)荷變化的方向相反，擴大了進出流量的不平衡，而且從給水?dāng)_動下水位變化的動態(tài)特性可以估計到，當(dāng)水位已經(jīng)偏離給定值后再調(diào)節(jié)給水量，因給水量改變后要經(jīng)過一定遲延時間才能影響到水位，因此必將導(dǎo)致水位波動幅度大、調(diào)節(jié)時間長。對于大型超高壓鍋爐也可以采用這種控制對象，因為在超高壓下，汽和水的密度相差不大，假水位并不顯著。但是，對于大中型鍋爐來說，這種系統(tǒng)不能滿足要求。因為汽機耗汽量改變所產(chǎn)生的假水位將引起給水調(diào)節(jié)機構(gòu)的的誤動作，致使汽包水位激烈地上下波動，嚴(yán)重影響設(shè)備的壽命和安全。從物質(zhì)平衡的觀點來看，只要保證給水量永遠等于蒸

27、發(fā)量，就可以保證汽包水位大致不變，因此可以采用比值控制系統(tǒng)，用汽機耗汽量 D 作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)定值，使給水量 W 跟蹤耗汽量 D。然而，它對于汽包水位來說只是開環(huán)控制。如果耗汽量和給水量的測量不準(zhǔn)，或者由于有鍋爐排污及管道泄漏等，蒸汽量和給水量并非總是確定的比值，此系統(tǒng)不能達到水汽平衡，因為汽包水位 H 對于（D-W）是一個積分關(guān)系，微小的 D 和 W 之差可以在長時間的積累中形成很大的水位偏差。所以不能單獨使用比值控制系統(tǒng)。所以將兩種方案結(jié)合構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。 “沖量”即為變量，三沖量鍋爐汽包給水自動控制系統(tǒng)是以汽包水位為主控制信號，蒸汽流量為前饋控制信號，給水流量為反饋控制信號組成的控制

28、系統(tǒng)。三沖量水位控制系統(tǒng)有兩個閉合回路：一個是由給水流量、給水變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥組成的內(nèi)回路；另一個是由汽包水位對象和內(nèi)回路構(gòu)成的主回路。所以三沖量控制的實質(zhì)是前饋加反饋的控制系統(tǒng)。 2.2.前饋前饋- -反饋三沖量給水控制系統(tǒng)反饋三沖量給水控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)的方框圖如圖 3-1 所示。 當(dāng)負(fù)荷(蒸汽流量)突然發(fā)生變化，蒸汽流量信號能使給水調(diào)節(jié)閥一開始就向正確方向移動，即當(dāng)蒸汽流量增加時，給水調(diào)節(jié)閥開大，抵消了由于“虛假水位”引起的反向誤動作。當(dāng)水壓變化使給水流量改變時，調(diào)節(jié)器能迅速消除干擾。如給水流量減少，調(diào)節(jié)器立即根據(jù)給水流量減少的信號開大給水閥，從而使給水量保持不變。另外給水流量

29、信號也是調(diào)節(jié)器動作后的反饋信號，能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果，所以使用三沖量控制系統(tǒng)能使調(diào)節(jié)器動作加快，還可以避免調(diào)節(jié)過量，減少水位波動，防止失控。 （1 1） 輸入信號之間的靜態(tài)配合輸入信號之間的靜態(tài)配合參照圖3-2，設(shè)調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律，靜態(tài)時，輸入增量為0，輸出為定值，即有如下關(guān)系： （3-1）0rHDWIIII上式可變?yōu)椋?（3-2）rrHHWWDDK Hn K Hn K Wn K D考慮到給水系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，給水量等于蒸汽量，即W=D,所以有圖 3-1 三沖量控制系統(tǒng)框圖調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥變送器變送器汽 包變送器0H+_蒸汽量H （3-3）)(rrHHWWDDK Hn K Hn Kn

30、KD轉(zhuǎn)動定值器旋鈕，可以改變，使, ,代入式（3-3）可得： rK0DD rHH （3-4）0)(rrHHWWDDK Hn K Hn Kn KD式（3-3）與式（3-4）相減得： （3-5） 0()WWDDrHHKn Kn KnHHDD依據(jù)上式可有以下三個結(jié)論： 時，為無差調(diào)節(jié)，如圖3-3所示曲線1；WWDDnn KrHH 時，D越大，H與Hr的負(fù)差值越大。這是一根向下的特性曲線，WWDDnn K如圖3-3所示曲線2； 時，D越大，H與Hr的正差值越大。這是一根向上的特性曲線，WWDDnn K如圖3-3所示曲線3。 H 2 1 3 D 圖3-3 三沖量給水控制系統(tǒng)水位靜態(tài)特性（2 ）控制系統(tǒng)的

31、動態(tài)整定對于三沖量控制系統(tǒng)來說，需要進行整定的參數(shù)有 5 個，分別為分流系數(shù),Wn ,和調(diào)節(jié)器的比例帶及積分時間常數(shù)。HnDnIT內(nèi)回路是一個流量自穩(wěn)定系統(tǒng)，由于流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)很快，有 （3-6） *WWWIIn K W (3-7)*1( )cWWWGsIn K是一個近似比例環(huán)節(jié)，因此調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時間都可以取得很小，它們的具體值可以通過試探法來決定，以保證內(nèi)回路不振蕩為目的。一般取積分時間，試探過程中，可以任意設(shè)置值，得到一個滿意的比例帶值后，再次10iTsWn改變值，改變時須使保持不變，即保證內(nèi)回路的開環(huán)放大倍數(shù)不變。Wn/Wn在試探時可將外回路開路，切除水位信號，使 Vg=0，

32、設(shè)置 Ti和的值，手/Wn動操作給水閥門，使給水量產(chǎn)生一個階躍變化后立即投入自動，觀察給水量過渡過程曲線形狀，能快速穩(wěn)定即可。圖中為快速副回路的等效環(huán)節(jié)，把 WD1(s)和看作一個等效調(diào)節(jié)器所控1/GGnHn制的對象，則： （3-8）*1( )( )HHDDVWsn WsG外而內(nèi)則是一個常數(shù)，這是一個等效比例調(diào)節(jié)器，其比例帶外W( )1/()GGsn另外，WD1(s) 的對象特性可用試驗方法測得，它實際上就是在水位 G 擾動下，GGnVH的變化曲線，從曲線上可求出飛升速度，遲延時間。在遲延時間較大的情況下，可按下列近似公式整定：外 （3-9）又因為外=外，故有：WWn K （3-10）WWnK

33、從內(nèi)、外回路的比例帶來看，給水流量的分壓系數(shù)對內(nèi)外回路影響正好是相Gn反的，若增大，主回路穩(wěn)定性增強，副回路則減弱，反之則情況相反。因此在整Wn定外回路時若要改變，應(yīng)相應(yīng)改變 PI 調(diào)節(jié)器的比例帶，使兩者的比值不變，Wn以保證內(nèi)回路穩(wěn)定性。我們知道，前饋部分對系統(tǒng)穩(wěn)定性沒有影響，因此在整定前饋通路時可以獨立考慮， （3-11）WWDDn KnK 六六、過程檢測控制儀表的使用過程檢測控制儀表的使用1 1 . .流量變送器的選擇流量變送器的選擇根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求選擇變送器的型號和精度等級。要根據(jù)控制對象要求的控制范圍，允許誤差等。選用所匹配的類型的型變送器來實現(xiàn)水流量的測量和變送。2 2 . .液

34、位檢測元件的選用液位檢測元件的選用通過液位的測量可以知道容器里的水位，以便調(diào)節(jié)容器中流入流出物料的平衡，保證生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)所需的物料或進行經(jīng)濟核算；另外，通過液位的測量，可以了解設(shè)備是否正常工作，以便及時監(jiān)視或控制容器的液位，保證安全生產(chǎn)。液位計有很多種。 浮力式液位計是根據(jù)阿基米德原理工作的，即液體對一個物體浮力的大小，等于物體所排開液體的重量。分為兩種：一種為恒浮力式液位計，在整個測量過程中其浮力維持不變，在工作時浮標(biāo)隨液位高低而變化；另一種為變浮力式液位計，它根據(jù)浮筒在液體內(nèi)浸沒的深度不同而所受浮力不同來測量液位。 靜壓式液位計對于不可壓縮的液體，液位高度與液體的靜壓力成正比，所以，測

35、出液體的靜壓力，即可知道液位的高度。 在平行板電容器之間充以不同介質(zhì)時，其電容量的大小是不同的。所以，可以用測量電容量的變化來檢測液位或兩種不同介質(zhì)的液位分界面。在實際應(yīng)用中，電極的尺寸、形狀已定，介電常數(shù)亦是基本不變的。所以，測量電容量的變化就可以知道液位的高低。 激光式液位計因為激光光能集中，強度高，而且不易受外來光線干擾，甚至在1500度左右的高溫下也能正常工作。另外，激光光束擴散很小，在定點控制液位時，具有較高的精度。 液位檢測儀表的選用，根據(jù)檢測精度、工作條件、測量范圍，結(jié)合課程設(shè)計任務(wù)書，可以選用浮力式液位計。3 3 . .閥門定位器閥門定位器閥門定位器是氣動執(zhí)行器的主要附件，與氣

36、動執(zhí)行器配套使用可組成閉環(huán)回路，利用負(fù)反饋原理來改善調(diào)節(jié)閥的定位精度和提高靈敏度，從而使調(diào)節(jié)閥能按調(diào)節(jié)器來的控制信號實現(xiàn)準(zhǔn)確定位。閥門定位器的主要功能：（1）實現(xiàn)準(zhǔn)確定位。使用閥門定位器可以克服閥桿的摩擦和消除提阿姐發(fā)不平衡力的影響，保證法門位置按調(diào)節(jié)器輸出信號正確定位。 （2）改善調(diào)節(jié)閥的動態(tài)性能。利用閥門定位器，可以有效的客服氣壓信號的傳遞滯后，改變原來調(diào)節(jié)閥的一階滯后特性，使之成為比例特性。 （3）改變調(diào)節(jié)閥的流量特性。通過改變閥門定位器對反饋凸輪的幾何形狀可以改變調(diào)節(jié)閥的流量特性，即可使調(diào)節(jié)閥的直線流量特性、對數(shù)流量特性互換。 （4）實現(xiàn)分程控制。當(dāng)用一個調(diào)節(jié)器的輸出信號分段分別控制兩只啟動執(zhí)行器工作室，可用兩個閥門定位器，使它們分別在信號的某一區(qū)段完成全行程動作從而實現(xiàn)分程控制。4 4 . .調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器根據(jù)過程特性與工藝要求，達到無靜差調(diào)節(jié)可選用 PI 控制規(guī)律。根據(jù)構(gòu)成系統(tǒng)負(fù)反饋的原則，確定調(diào)節(jié)器的正、反作用方向。調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇，主要是從工藝生產(chǎn)的安全來考慮：當(dāng)氣源一旦中斷時，閥門處于全開還是全關(guān)狀態(tài)，在生產(chǎn)上要能保證設(shè)備和人身的安全。本系統(tǒng)的閥門是控制給水流量的，應(yīng)該選擇氣開式，當(dāng)氣源中斷時，仍有