機(jī)組給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

1、目 錄摘要IABSTRACTII1.緒論11.1 課題研究意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述1 國內(nèi)現(xiàn)狀綜述1 國外現(xiàn)狀綜述21.3 論文的主要工作22 給水全程控制系統(tǒng)42.1 給水調(diào)節(jié)對象的動(dòng)態(tài)特性4 給水?dāng)_動(dòng)對水位的影響4 負(fù)荷擾動(dòng)對水位的影響4 燃料量擾動(dòng)對水位的影響52.2 測量信號的自動(dòng)校正62.2.1 水位信號的壓力校正62.2.2 過熱蒸汽流量信號壓力、溫度校正8 給水流量測量信號的溫度校正92.3 給水泵安全運(yùn)行特性要求103 單元制給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)123.1 單元制機(jī)組給水系統(tǒng)介紹12 汽水循環(huán)過程概述12 主給水系統(tǒng)流程123.2 鍋爐給水全程控制的特點(diǎn)133.3 汽包

2、水位三沖量給水控制系統(tǒng)14 三沖量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理143.3.2 三沖量控制系統(tǒng)的工程整定15 汽包水位的串級控制系統(tǒng)183.4 控制中的跟蹤與切換183.4.1 三沖量與單沖量之間的無擾切換19 閥門與泵的運(yùn)行及切換19 電動(dòng)泵與汽動(dòng)泵間的切換19 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手、自動(dòng)切換204 豐城電廠300MW機(jī)組給水控制系統(tǒng)分析214.1 300MW機(jī)組給水系統(tǒng)簡介214.2 MAX1000給水控制畫面分析224.2.1 MAX1000中CCS畫面基本功能介紹22 給水系統(tǒng)主要操作過程234.3 給水控制系統(tǒng)的邏輯分析24 給水控制系統(tǒng)邏輯簡圖24 給水控制系統(tǒng)邏輯分析25結(jié)論27參考文獻(xiàn)28致謝303

3、00MW機(jī)組給水控制系統(tǒng)分析摘要汽包水位是汽包鍋爐非常重要的運(yùn)行參數(shù)，是衡量汽水系統(tǒng)是否平衡的重要標(biāo)志。維持汽包水位在允許范圍內(nèi)，是保證機(jī)組安全運(yùn)行的必要條件。本文首先介紹給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)被控對象的動(dòng)態(tài)特性、熱工測量信號及其自動(dòng)校正原理、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)特性等基本知識，隨后分析了單元制機(jī)組給水控制系統(tǒng)中三沖量、單沖量控制的結(jié)構(gòu)及工作原理，以及其之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換過程。豐城電廠300MW機(jī)組是典型的汽動(dòng)泵和電動(dòng)泵共同使用的混合型給水系統(tǒng)。文章在深入理解給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及啟動(dòng)過程中給水系統(tǒng)相關(guān)操作的基礎(chǔ)上，結(jié)合MAX1000給水控制操作員站的相關(guān)畫面，對給水控制的具體邏輯圖進(jìn)行了詳細(xì)分析。關(guān)鍵詞：鍋爐；給水全程控制；

4、汽包水位；自動(dòng)調(diào)節(jié)1 緒論1.1 課題研究意義隨著電力需求的增長，以及能源和環(huán)保的要求，我國的火電建設(shè)開始向大容量、高參數(shù)的大型機(jī)組靠攏。但是，火電機(jī)組越大，其設(shè)備結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，自動(dòng)化程度要求也越高。自動(dòng)化裝置已成為大型設(shè)備不可分割的重要組成部分，大型生產(chǎn)過程都是依賴于這樣的配置來運(yùn)行的。我國最近幾年新建的3OOMW、600MW火電機(jī)組基本上都采用國內(nèi)外最先進(jìn)的分散控制系統(tǒng)(DCS)，對全廠各個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視和控制。在單元機(jī)組若干重要參數(shù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及整定中，汽包水位是鍋爐安全運(yùn)行的主要參數(shù)之一，同時(shí)它還是衡量鍋爐汽水系統(tǒng)是否平衡的標(biāo)志。維持汽包水位在一定允許范圍內(nèi)，是保證鍋爐和汽輪機(jī)

5、安全運(yùn)行的必要條件。水位過高會(huì)影響汽水分離器的正常運(yùn)行，蒸汽品質(zhì)變壞，使過熱器管壁和氣輪機(jī)葉片結(jié)垢。嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水，造成汽輪機(jī)水沖擊而損壞設(shè)備。水位過低則會(huì)破壞水循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)將引起水冷壁管道破裂。另一方面，隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的增大，汽包的相對容積減少，負(fù)荷變化和其他擾動(dòng)對水位的影響將相對增大。這必將加大水位控制的難度，從而對水位控制系統(tǒng)提出了更高的要求。但是，由于給水系統(tǒng)的復(fù)雜性，真正能實(shí)現(xiàn)全程給水控制的火電機(jī)組還很少。因此，對全程給水控制進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)給水系統(tǒng)的控制效果和適應(yīng)能力成為迫切需要解決的問題。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述1.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀綜述目前，隨著單元機(jī)組容量的增

6、大和參數(shù)的提高，機(jī)組在啟停過程中需要監(jiān)視和控制的項(xiàng)目越來越多，因此，為了機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須實(shí)現(xiàn)鍋爐給水從機(jī)組的啟動(dòng)到正常運(yùn)行，又到停爐冷卻全部過程均能實(shí)現(xiàn)。我國大型火電機(jī)組的給水控制基本上還是采用經(jīng)典的PID控制算法。不同的控制公司在給水控制策略的設(shè)計(jì)上雖然各有特點(diǎn)差異，但基本上還是遵循了單沖量和三沖量控制相結(jié)合的控制模式，采用的也基本上是調(diào)閥和調(diào)泵相結(jié)合的控制方法。雖然從理論上講，現(xiàn)有的控制方法應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的全程給水自動(dòng)。但是，實(shí)際上由于給水系統(tǒng)和機(jī)組運(yùn)行的復(fù)雜性，機(jī)組在啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)往往投不上自動(dòng)。另外，機(jī)組在高負(fù)荷時(shí)，雖然可以實(shí)現(xiàn)三沖量給水自動(dòng)且正常情況時(shí)效果也不錯(cuò)。但其控制

7、系統(tǒng)的魯棒性較差，適應(yīng)異常工況的能力和出現(xiàn)設(shè)備故障的情況時(shí)的自調(diào)整能力也較差。因此，如何真正實(shí)現(xiàn)全程給水控制是現(xiàn)今控制工程人員急于解決的一個(gè)課題。鍋爐全程給水控制系統(tǒng)通常采用以下兩種控制方案：一是兩段式全程給水控制, 采用變速給水泵控制給水母管壓力,采用給水調(diào)節(jié)閥控制汽包水位,這一方案從熱力系統(tǒng)上將給水控制系統(tǒng)和汽包水位控制系統(tǒng)分段,一定程度上克服了兩系統(tǒng)之間的相互影響,但不利于機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和給水泵的安全運(yùn)行,特別是不能適應(yīng)較大的負(fù)荷變化。二是一段式給水控制,采用變速給水泵控制汽包水位,采用給水調(diào)節(jié)閥控制給水母管壓力,這一方案將給水控制系統(tǒng)和汽包水位控制系統(tǒng)作為一個(gè)整體來考慮,這樣更有利于機(jī)

8、組效率的提高和給水泵的安全、高效運(yùn)行,但必須克服兩系統(tǒng)之間的相互影響?？偟膩碚f，國內(nèi)機(jī)組實(shí)現(xiàn)全程給水控制考慮的方案一般是在低負(fù)荷時(shí)，用啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制汽包水位，調(diào)速給水泵維持給水母管壓力，采用單沖量的控制方式；高負(fù)荷時(shí)，使用調(diào)速給水泵控制汽包水位，大旁路調(diào)節(jié)閥維持給水壓力，采用三沖量的控制方式。它由單沖量和三沖量兩個(gè)調(diào)節(jié)回路組成全程給水控制,當(dāng)負(fù)荷大于30%時(shí)為三沖量,當(dāng)負(fù)荷小于30%或三沖量變送器故障時(shí)為單沖量。由于不同容量的機(jī)組其給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不一樣，其控制方式及控制設(shè)備也有區(qū)別，因而實(shí)現(xiàn)給水全程自動(dòng)系統(tǒng)的方案也有不同，這就要求在考慮方案時(shí)，要結(jié)合具體的控制對象進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，同時(shí)參考其它同類

9、型機(jī)組一些成功的設(shè)計(jì)、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，重新完善原汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及組態(tài)，最終選定一種合理且切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案，來實(shí)現(xiàn)鍋爐給水自動(dòng)系統(tǒng)的全程控制。1.2.2 國外現(xiàn)狀綜述以西門子公司設(shè)計(jì)的某350MW機(jī)組全程給水控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)分為給水啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)和給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)兩部分。給水啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)實(shí)際上就是給水壓力控制系統(tǒng)。這是一個(gè)前饋-反饋控制系統(tǒng)。其作用是當(dāng)鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷工況時(shí)，維持給水泵出口母管壓力在安全工作范圍內(nèi)，同時(shí)協(xié)助給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)穩(wěn)定汽包水位。其控制特點(diǎn)是：在三沖量控制系統(tǒng)中引入了汽包壓力的負(fù)微分前饋和蒸汽流量的微分前饋。運(yùn)行過程中，蒸汽流量變動(dòng)(即機(jī)組負(fù)荷調(diào)整)和爐

10、膛熱負(fù)荷干擾都會(huì)引起汽包壓力的變化。若負(fù)荷增加，汽包壓力就會(huì)下降，其負(fù)微分前饋信號要求加大給水流量，蒸汽微分前饋也要求加大給水流量，以克服虛假水位對系統(tǒng)的影響?？傮w來說，國外關(guān)于全程給水控制方案的設(shè)計(jì)及全程給水控制系統(tǒng)的投運(yùn)在熱工自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)已比較成熟。能順利實(shí)現(xiàn)全程給水控制，這一方面得益于其合理、完善的設(shè)計(jì)，另一方面在于其DCS控制系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性，為實(shí)現(xiàn)其控制策略提供了軟、硬件上的保證。1.3 論文的主要工作 本文圍繞單元機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)這一主題，對火電廠給水系統(tǒng)構(gòu)成、給水控制系統(tǒng)的作用、現(xiàn)狀和發(fā)展有一個(gè)基本的認(rèn)識和了解后，針對豐城電廠300MW機(jī)組，結(jié)合仿真實(shí)習(xí)，對給水控制系統(tǒng)

11、邏輯進(jìn)行深入分析。具體要求如下：1) 通過參考資料的查閱，對火電廠給水系統(tǒng)構(gòu)成、給水控制系統(tǒng)的作用、現(xiàn)狀和發(fā)展有一個(gè)基本的認(rèn)識和了解。2) 結(jié)合仿真實(shí)習(xí)，熟悉給水系統(tǒng)構(gòu)成、啟動(dòng)過程中給水系統(tǒng)的主要操作、控制系統(tǒng)基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。3) 對給水系統(tǒng)的控制邏輯進(jìn)行詳細(xì)地分析。4) 通過整個(gè)研究畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握從事工程技術(shù)工作時(shí)分析問題、解決問題的一般思路和基本方法。5) 通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料和撰寫畢業(yè)論文，了解科技論文的基本撰寫模式。2 給水全程控制系統(tǒng)2.1 給水調(diào)節(jié)對象的動(dòng)態(tài)特性2.1.1 給水?dāng)_動(dòng)對水位的影響給水量的擾動(dòng)是給水自動(dòng)控制系統(tǒng)中影響汽包水位的主要擾動(dòng)之一，因?yàn)樗莵碜钥刂苽?cè)的擾動(dòng)，

12、又稱內(nèi)擾。在給水流量W的階躍擾動(dòng)下，水位H的響應(yīng)曲線可以用圖2.1來說明。若把汽包及水循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)做單容水槽，水位的響應(yīng)曲線應(yīng)該如圖中的直線1。但是在實(shí)際情況中，當(dāng)給水流量突然增加的時(shí)候，因?yàn)榻o水溫度低于汽包內(nèi)的飽和水溫度，當(dāng)它進(jìn)入汽包后吸收了原有的飽和水中的一部分熱量，使鍋爐的蒸汽產(chǎn)量下降，水面以下的汽泡總體積也就相應(yīng)減小，導(dǎo)致水位下降。對水位的影響可以用圖中的曲線2表示。水位H（即曲線3）的實(shí)際響應(yīng)曲線是曲線1和曲線2的總和。這種分析方法是分別從兩個(gè)角度進(jìn)行分析的：1.僅從物質(zhì)平衡角度來分析；2.僅從熱平衡角度來分析圖2.1 給水?dāng)_動(dòng)下的水位響應(yīng)曲線2.1.2 負(fù)荷擾動(dòng)對水位的影響蒸汽流量擾

13、動(dòng)主要來自汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷變化，屬外部擾動(dòng)。在汽機(jī)耗汽量D的階躍擾動(dòng)下，水位H的響應(yīng)過程可以用圖2.2來說明。當(dāng)汽機(jī)耗汽量D突然階躍增加時(shí)，如果只從物質(zhì)平衡的角度來講，一方面改變了汽包內(nèi)的物質(zhì)平衡狀態(tài)，使得水位下降，如圖2.2中的曲線1。但當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量突然增加時(shí)，迫使鍋內(nèi)汽泡的增多，燃料量維持不變，汽包壓力下降，使水面以下的蒸汽泡膨脹，總體積增大，從而使得汽包水位的上升，如圖2.2的曲線2所示。因此汽包水位H的實(shí)際響應(yīng)曲線（圖2.2中圖3所示）是曲線1與曲線2疊加的結(jié)果。只有當(dāng)汽包體積與負(fù)荷適應(yīng)而不再變化時(shí)，水位的變化就僅由物質(zhì)平衡關(guān)系來決定，這時(shí)水位就隨負(fù)荷增大而下降，而這種反常的現(xiàn)象，通

14、常被稱為“虛假水位”?！疤摷偎弧?現(xiàn)象主要是來自于蒸汽量的變化，顯然蒸汽量是一個(gè)不可調(diào)節(jié)的量（對調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言），但它是一個(gè)可測量，所以在系統(tǒng)中引入這些擾動(dòng)信息來改善調(diào)節(jié)品質(zhì)是非常必要的。圖2.2汽機(jī)耗汽量D階躍擾動(dòng)下的水位響應(yīng)曲線2.1.3 燃料量擾動(dòng)對水位的影響當(dāng)燃料量B擾動(dòng)時(shí)，必然會(huì)引起蒸汽量D的變化，燃料量增加會(huì)使?fàn)t膛熱負(fù)荷增加，鍋爐吸收更多的熱量蒸發(fā)強(qiáng)度增加，若此時(shí)，汽輪機(jī)所帶負(fù)荷不變，那么隨著爐膛熱負(fù)荷的增加，鍋爐出口壓力提高，蒸汽流量就會(huì)相應(yīng)的增加上去，然后蒸汽量的變化就會(huì)造成“虛假水位”的現(xiàn)象，即水位先上升，隨后再下降，響應(yīng)曲線如圖2.3所示。但是燃料量B的增大只能使D緩慢增大

15、，而且還慢慢上升，它將使汽泡體積減小。因而，燃料量擾動(dòng)下的假水位比負(fù)荷擾動(dòng)下要緩和得多。由以上分析可知，給水量擾動(dòng)下水位響應(yīng)過程具有純延遲；負(fù)荷擾動(dòng)下水位響應(yīng)過程具有假水位現(xiàn)象；燃料量擾動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)假水位現(xiàn)象。所以在給水控制系統(tǒng)里常常引入D、B信號作為前饋信號，以改善外部擾動(dòng)時(shí)的控制品質(zhì)，而這也是目前大型鍋爐給水控制系統(tǒng)采用三沖量或多沖量的根本原因。Bt圖2.3 燃料量擾動(dòng)B下的水位響應(yīng)曲線2.2 測量信號的自動(dòng)校正鍋爐從啟動(dòng)到正常運(yùn)行或是從正常運(yùn)行到停爐的過程中，蒸汽參數(shù)和負(fù)荷在很大的范圍內(nèi)變化，這就使水位、給水流量和蒸汽流量的準(zhǔn)確性受到影響。為了實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制。要求這些測量信號能夠自動(dòng)的進(jìn)

16、行壓力、溫度校正。測量信號自動(dòng)校正的基本方法是：先推導(dǎo)出被測參數(shù)溫度、壓力變化的數(shù)學(xué)模型，然后利用各種元件構(gòu)成運(yùn)算電路進(jìn)行運(yùn)算，便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校正。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，這些補(bǔ)償公式中一些參數(shù)的確定要依據(jù)理論計(jì)算及現(xiàn)場調(diào)試綜合求取，通過動(dòng)態(tài)補(bǔ)償回路確保上述信號在負(fù)荷變化時(shí)的精度。2.2.1 水位信號的壓力校正對汽包鍋爐通常利用差壓原理來測量其水位，鍋爐從啟、停到正常負(fù)荷的整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，汽包壓力變化很大，汽包內(nèi)飽和蒸汽和飽和水密度的變化也很大，這樣就不能直接用差壓信號來代表水位，而必須對其進(jìn)行壓力修正。根據(jù)很多大型機(jī)組運(yùn)行的情況反映，大容量機(jī)組汽包水位的測量不宜采用帶中間抽頭式（即雙室平衡容器）的測量

17、筒，而要采用單室平衡容器取樣裝置。圖2.4表示單容平衡容器的測量系統(tǒng)。設(shè)：汽包壓力（）L汽水連通管之間的垂直距離，即最大的變化范圍（M）h汽包水位高度加在差壓變送器兩側(cè)的壓力（）飽和蒸汽的重度（）飽和水的重度（）汽包外平衡容器內(nèi)水柱的重度（）從圖2.4中可看出：=*h+*(L-h)=*L=- =*L-*h-*(L-h) （2.1）當(dāng)L一定時(shí),水位h時(shí)差壓和汽、水密度的函數(shù)。密度與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取50時(shí)水位的密度。在鍋爐啟動(dòng)過程中，水溫略有增加，但由于同時(shí)壓力也升高，兩種因素對的影響基本上可以抵消，即可近似地認(rèn)為是恒值。而飽和水和飽和蒸汽的重度和均為汽包壓力的函數(shù)，即：-= F()-= f

18、()所以式（2.1）可寫成： h= (2.2)根據(jù)上式即可設(shè)計(jì)出水位壓力的自動(dòng)校正線路。圖2.4 汽包水位單容平衡容器的測量系統(tǒng)2.2.2 過熱蒸汽流量信號壓力、溫度校正大容量高參數(shù)鍋爐的過熱蒸汽流量通常采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置進(jìn)行測量。這種噴嘴基本上是按定壓運(yùn)行額定工況參數(shù)設(shè)計(jì)，在該參數(shù)下運(yùn)行時(shí)，測量精度是較高的。但在全程控制時(shí)，運(yùn)行工況不能基本固定，當(dāng)被測蒸汽壓力和溫度偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，蒸汽度的密度變化很大，這就會(huì)給測量造成誤差，所以要進(jìn)行壓力和溫度的校正。一般按下式進(jìn)行校正：D=K (2.3)式（2.3）中：D-過熱蒸汽流量(Kg/H)；P-過熱蒸汽壓力(MPa)；T-過熱蒸汽溫度()；-節(jié)流件差壓

19、(MPa)；K-流量系數(shù)；：過熱蒸汽重度()。為了避免高溫高壓節(jié)流元件因磨損帶來的誤差，美國Leeds&Northrup公司提出了用汽機(jī)調(diào)節(jié)級壓力P1的溫度補(bǔ)償信號來代替蒸汽流量信號，如圖2.5。TBWTBWTBY蒸汽流量主蒸汽溫度t汽機(jī)調(diào)速級壓力P圖2.5 用P1代替蒸汽量測量校正線路2.2.3 給水流量測量信號的溫度校正計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)給水溫度為100不變，壓力在0.19619.6MPa范圍內(nèi)變化時(shí)，給水流量的測量誤差為0.47%；若給水壓力位19.6MPa不變，給水溫度在100290范圍內(nèi)變化時(shí)，給水流量的測量誤差為13%。所以，對給水流量測量信號可以只采用溫度校正，其校正回路如

20、圖2.6所示。若給水溫度變化不大，則不必對給水流量測量信號進(jìn)行校正。TBWTBY蒸汽流量給水溫度t給水流量信號圖2.6給水流量信號溫度校正線路2.3 給水泵安全運(yùn)行特性要求為了提高大型火電廠機(jī)組的熱效率，節(jié)約廠用電及提高經(jīng)濟(jì)效益，采用小型汽輪機(jī)代替電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鍋爐給水泵是有效的措施之一。汽動(dòng)給水泵具有較高的經(jīng)濟(jì)性。而電動(dòng)給水泵具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、啟動(dòng)迅速、可靠性高等優(yōu)勢，所以大容量機(jī)組的給水系統(tǒng)泵組的設(shè)計(jì)是由電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵共同構(gòu)成，充分利用兩種泵的優(yōu)勢，使在正常工況下機(jī)組具有較高的經(jīng)濟(jì)性，又能在啟停和異常事故工況下使機(jī)組具備良好的適應(yīng)性和快速響應(yīng)功能。但是無論使用哪種方案，在給水系統(tǒng)全過程

21、運(yùn)行中，保證給水泵總是工作在安全工作區(qū)內(nèi)，始終是一個(gè)重要問題。給水泵的安全工作區(qū)如圖2.7所示，圖中陰影區(qū)由泵的上、下限特性(、)、最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速、最高壓力（泵出口）和最低壓力所圍成，給水泵不允許在安全工作區(qū)以外工作。為了滿足上限特性要求，在鍋爐負(fù)荷很低的時(shí)候，須打開再循環(huán)門，以增加通過泵的流量，這樣在所需的相同泵出口壓力條件下，可使泵進(jìn)入上限特性右邊的安全區(qū)工作，如圖2.7中，泵的工作點(diǎn)由a1點(diǎn)移到b1點(diǎn)。由于給水泵有最低轉(zhuǎn)速的要求，這樣在給水泵已接近時(shí)就不能以繼續(xù)降低轉(zhuǎn)速方式來調(diào)節(jié)給水量，這就需要用改變上水通道阻力（即設(shè)置給水調(diào)節(jié)閥）的方式，使泵工作在安全區(qū)內(nèi)。由于兼用改變泵轉(zhuǎn)速和上水

22、通道阻力兩種方式調(diào)節(jié)給水量，增加了全程給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。在鍋爐負(fù)荷開到一定程度的時(shí)候，即泵流量較大時(shí)，為了不使在下限特性右邊區(qū)域工作，也須適當(dāng)提高上水通道阻力，以使泵出口壓力提高，這樣給水調(diào)節(jié)門又起到保證泵在下限特性左邊安全工作的作用。如圖中泵工作點(diǎn)由a2移至b2點(diǎn)。圖2.7 給水泵安全工作示意圖為了防止泵的工作點(diǎn)落入上限特性之外，目前采取的辦法是在泵出口至除氧器之間安裝再循環(huán)管道，當(dāng)泵的流量低于設(shè)定的最小流量時(shí)，再循環(huán)門自動(dòng)開啟，增加泵體內(nèi)的流量，讓一部分水回到除氧器中，從而使低負(fù)荷階段的給水泵工作點(diǎn)也在上限特性曲線之內(nèi)，隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，給水流量也增大，當(dāng)泵的流量高于設(shè)定的最大流

23、量時(shí)，再循環(huán)門將自動(dòng)關(guān)閉。3 單元制給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)目前，大型火電單元機(jī)組都采用機(jī)、爐聯(lián)合啟動(dòng)的方式，鍋爐、汽輪機(jī)按照啟動(dòng)曲線要求進(jìn)行滑參數(shù)啟動(dòng)。具有中間再熱的單元機(jī)組多采用定壓法進(jìn)行滑參數(shù)啟動(dòng)。隨著機(jī)組容量的增大、參數(shù)的提高，在啟動(dòng)和停機(jī)過程中需要監(jiān)視和操作的項(xiàng)目增多，操作的頻率也增高，采用人工調(diào)節(jié)已不適應(yīng)生產(chǎn)要求，而在啟、停過程中也實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。常規(guī)的串級三沖量給水控制系統(tǒng)往往只是在機(jī)組負(fù)荷達(dá)到30%以上才能投入運(yùn)行，而機(jī)組的頻繁的操作項(xiàng)目又幾乎都集中在機(jī)組啟動(dòng)，停機(jī)，停爐過程中，特別是隨著機(jī)組容量的不斷增大，運(yùn)行參數(shù)的不斷提高，運(yùn)行人員在啟動(dòng)停止過程中的操作量越來越繁重，為了保證機(jī)組

24、安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，要求有更合理、更先進(jìn)、調(diào)節(jié)范圍更寬的控制系統(tǒng)，也就是所謂的全程控制系統(tǒng)。所謂給水全程控制系統(tǒng)是指鍋爐在啟停過程和正常運(yùn)行時(shí)均能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作的控制系統(tǒng),也是單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的主要子系統(tǒng)之一,是由單沖量和三沖量控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合所構(gòu)成的給水控制系統(tǒng)。給水全程自動(dòng)控制的任務(wù)是：在上述過程中，控制鍋爐的進(jìn)水量，以保持汽包水位在允許范圍內(nèi)變化。同時(shí)對鍋爐的水循環(huán)和省煤器要有保護(hù)作用。一個(gè)常規(guī)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)只適合于鍋爐正常運(yùn)行狀態(tài)，遠(yuǎn)不能完成全程控制的任務(wù)。要完成這樣的任務(wù)，必須采用更加復(fù)雜的全程控制系統(tǒng)。3.1 單元制機(jī)組給水系統(tǒng)介紹3.1.1 汽水循環(huán)過程概述根據(jù)生產(chǎn)流程，可以把

25、鍋爐分成燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)。在汽水系統(tǒng)中，鍋爐的給水由給水泵打出，先經(jīng)過高壓加熱器，再經(jīng)過省煤器回收一部分煙氣中的余熱后進(jìn)入汽包。汽包中的水在水冷壁中進(jìn)行自然或強(qiáng)制循環(huán)，不斷吸收爐膛輻射熱量，由此產(chǎn)生的飽和蒸汽由汽包頂部流出，再經(jīng)過多級過熱器進(jìn)一步加熱成過熱蒸汽。這個(gè)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(jī)組的熱效率。高壓汽輪機(jī)接受從鍋爐供給的過熱蒸汽，其轉(zhuǎn)子被蒸汽推動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電能。從高壓汽輪機(jī)排出的蒸汽，其溫度、壓力都降低了，為了提高熱效率，需要把這部分蒸汽送回鍋爐，在再熱器中再次加熱，然后再進(jìn)入中、低壓汽輪機(jī)做工，最后成為乏汽從低壓汽輪機(jī)尾

26、部排入冷凝器冷凝為凝結(jié)水。凝結(jié)水與補(bǔ)充水一起經(jīng)過凝結(jié)水泵先達(dá)到低壓加熱器，然后進(jìn)入除氧器，除氧后進(jìn)入給水泵，至此完成了汽水系統(tǒng)的一次循環(huán)。3.1.2 主給水系統(tǒng)流程圖3.1 給水系統(tǒng)圖 由3.1圖可知，給水泵包括兩臺電動(dòng)泵，一臺汽泵。每臺電動(dòng)泵容量為50%MCR(最大額定流量)，汽動(dòng)泵容量為100%MCR。 經(jīng)除氧器后的給水，先到一臺汽動(dòng)泵和兩臺電動(dòng)泵，在啟動(dòng)和低負(fù)荷工況下電動(dòng)泵運(yùn)行，正常工況下汽動(dòng)泵運(yùn)行，兩臺電動(dòng)泵的另一個(gè)功能是作為汽動(dòng)泵的備用。每臺泵都有再循環(huán)管路，當(dāng)系統(tǒng)工作在低負(fù)荷時(shí)再循環(huán)管路的閥門能自動(dòng)打開，保證泵出口有足夠流量，防止汽蝕。給水泵排出的水，經(jīng)高壓加熱器換熱后到給水站。小

27、負(fù)荷運(yùn)行時(shí)旁路閥工作，調(diào)節(jié)鍋爐給水量，控制水位，同時(shí)電動(dòng)泵維持在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，保證泵的安全特性此時(shí)為兩段調(diào)節(jié)；高負(fù)荷時(shí)，閥門開到最大，為減小阻力主給水電動(dòng)門也打開，通過調(diào)節(jié)給水轉(zhuǎn)速直接控制給水流量，為一段調(diào)節(jié)。給水站出來的水經(jīng)省煤器送入人汽包。3.2 鍋爐給水全程控制的特點(diǎn)鍋爐給水全程控制系統(tǒng)可以不需要運(yùn)行人員參與而自動(dòng)完成鍋爐啟、停和正常運(yùn)行工況下對給水熱力系統(tǒng)中全部設(shè)備的自動(dòng)控制，以保持汽包水位在設(shè)定的允許范圍以內(nèi)，其控制過程具有以下主要特點(diǎn)：1) 鍋爐從啟動(dòng)到正常運(yùn)行的過程中，汽水參數(shù)和負(fù)荷在很大范圍內(nèi)變化，因此需要對水位、流量等測量信號自動(dòng)進(jìn)行壓力和溫度的校正。2) 在給水全程控制系統(tǒng)

28、中不僅要滿足給水量控制的要求，同時(shí)還要保證變速給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。3) 由于鍋爐給水調(diào)節(jié)對象的動(dòng)態(tài)特性與負(fù)荷有關(guān)，在低負(fù)荷時(shí)可以采用以汽包水位為反饋信號的單回路控制系統(tǒng)；在高負(fù)荷時(shí)為克服“虛假水位”需要采用三沖量控制系統(tǒng)，因此在鍋爐負(fù)荷變化時(shí)要保證兩種控制系統(tǒng)之間的雙向無擾切換。4) 在低負(fù)荷時(shí)采用改變閥門開度來保持水位，高負(fù)荷時(shí)用改變給水泵的轉(zhuǎn)速保持水位，因此產(chǎn)生了閥門與給水泵間的過渡切換問題。5) 給水全程控制系統(tǒng)要適應(yīng)機(jī)組定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行工況，以及機(jī)組的冷態(tài)啟動(dòng)和熱態(tài)啟動(dòng)工況。3.3 汽包水位三沖量給水控制系統(tǒng)3.3.1 三沖量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如果從物質(zhì)平衡的觀點(diǎn)出發(fā)，理論上只要

29、保證給水量永遠(yuǎn)等于蒸發(fā)量，就可以保證汽包水位大致不變。因此采用比值控制系統(tǒng)，如圖3.2所示，其中流量調(diào)節(jié)器是PI調(diào)節(jié)器，并用汽機(jī)的耗汽量D作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)定值，使給水量W跟蹤蒸汽量D。變送器蒸汽量流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)變送器給水量圖3.2 比值控制系統(tǒng)方框圖從圖中可看到，比值控制系統(tǒng)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，蒸汽量與給水量之間并非總是確定的比值，那整個(gè)系統(tǒng)就無法達(dá)到汽水平衡，也就不能不能保持汽包的水位。從而引入汽包水位的三沖量控制。如圖3.32所示為汽包水位三沖量控制的系統(tǒng)圖。圖3.3 三沖量給水控制系統(tǒng)圖 所謂三沖量，指的是引入了三

30、個(gè)測量信號：汽包水位、給水流量、蒸汽流量。這個(gè)系統(tǒng)對上述兩種方案取長補(bǔ)短，極大地提高了水位控制質(zhì)量。例如，當(dāng)耗汽量D突然階躍增大時(shí)，一方面由于假水位現(xiàn)象水位會(huì)暫時(shí)升高，它使調(diào)節(jié)器錯(cuò)誤地指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)減小給水量；另一方面，D的增大又通過比值控制作用指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)增加給水量。實(shí)際給水量是增大還是減小，取決于系統(tǒng)參數(shù)的整定。當(dāng)假水位現(xiàn)象消失后，水位和蒸汽信號都能正確地指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。只要參數(shù)整定合適，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)以后，給水流量必然等于蒸汽流量，水位H也就會(huì)維持在設(shè)定值。給水控制是串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器接受水位信號，對水位起校正作用，是細(xì)調(diào)；其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的被調(diào)量是給水流量，

31、目的是快速消除來自水側(cè)的擾動(dòng)。 但必須指出，引入蒸汽流量信號只是削弱了假水位期間調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作，但并不能消除假水位現(xiàn)象，并且由于水位H對負(fù)荷（蒸汽量）擾動(dòng)D的響應(yīng)速度要比對基本擾動(dòng)W的響應(yīng)速度快得多，因此，在外部擾動(dòng)下被調(diào)量的變化幅度還是比較大，必須對負(fù)荷變化的幅度加以限制。3.3.2 三沖量控制系統(tǒng)的工程整定1.整定參數(shù)的一般原則1) 兩個(gè)調(diào)節(jié)器任務(wù)不同，主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是當(dāng)給水流量擾動(dòng)時(shí)，迅速動(dòng)作使給水量保持不變；當(dāng)蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，迅速改變給水量，保持給水和蒸汽量的平衡。兩個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定可以相對獨(dú)立，內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)速度要快?？煽紤]副調(diào)節(jié)器為純比例調(diào)節(jié)，比例系數(shù)K2應(yīng)

32、取得較大些。2) 給水流量信號靈敏度會(huì)影響主、副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。比如當(dāng)保證內(nèi)回路不發(fā)生振蕩而使減小時(shí)，應(yīng)相應(yīng)地減少主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)K1，以保證主回路的穩(wěn)定性。3) 蒸汽流量信號不一定與給水流量信號進(jìn)行嚴(yán)格的配合，可依據(jù)鍋爐的“虛假水位”情況而定，適當(dāng)調(diào)整蒸汽流量信號的作用強(qiáng)度。比如蒸汽流量信號取1，給水流量信號可視情況取0.51。12.整定參數(shù)的過程1) 內(nèi)回路的整定在內(nèi)回路中，圖3.4所示的內(nèi)回路原理方框圖中，可以把調(diào)節(jié)器以外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)閥、變送器和分流器作為廣義調(diào)節(jié)對象處理，則其動(dòng)態(tài)特性近似為比例環(huán)節(jié)，因此PI調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時(shí)間Ti 可以取較小值，通過試驗(yàn)法進(jìn)行整定。當(dāng)給水流

33、量分流系數(shù)改變后，只需相應(yīng)改變PI調(diào)節(jié)器的比例帶使保持不變，以保證內(nèi)回路開環(huán)放大倍數(shù)不變。圖3.4 內(nèi)回路原理方框圖2) 主回路的整定在主回路中可以把內(nèi)回路看作快速隨動(dòng)系統(tǒng)處理，即輸入信號I 改變時(shí)調(diào)節(jié)器可以迅速改變給水流量W，使輸入信號I 與反饋信號保持平衡，即：=W 從而推導(dǎo)出 =因此內(nèi)回路可以簡化為：在此基礎(chǔ)上可得主回路簡化方框圖：根據(jù)主回路簡化方框圖，主回路的等效調(diào)節(jié)器可以看作比例調(diào)節(jié)器，其等效比例帶為：= 整定主回路時(shí)，以給水流量W作為輸入信號，汽包水位反饋信號作為輸出信號，做階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，在階躍響應(yīng)曲線上求得調(diào)節(jié)對象(s)的遲延時(shí)間和反應(yīng)速度 ，建議采用以下公式計(jì)算主回路參數(shù)：增大

34、給水流量分流系數(shù)，相當(dāng)于增加主回路等效比例調(diào)節(jié)器的比例帶，使調(diào)節(jié)動(dòng)作減慢，穩(wěn)定性提高；但對于內(nèi)回路，相當(dāng)于增加了內(nèi)回路開環(huán)放大系數(shù)，使內(nèi)回路穩(wěn)定性下降。因此當(dāng)增大給水流量分流系數(shù) 以提高主回路穩(wěn)定性時(shí)，必須相應(yīng)增加內(nèi)回路PI調(diào)節(jié)器的比例帶，以保持內(nèi)回路的穩(wěn)定。3) 前饋通道的分析整定內(nèi)回路和主回路的整定后，三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)簡化方框圖如圖3.5: 圖3.5三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖蒸汽流量前饋通道不在控制系統(tǒng)的閉環(huán)回路以內(nèi)，因此不會(huì)影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。可以根據(jù)蒸汽流量D擾動(dòng)時(shí)使汽包水位H不發(fā)生變化的原則確定蒸汽流量分流系數(shù).根據(jù)以上原則可得到：因此可得蒸汽流量分流系數(shù)：此時(shí)蒸汽流量分

35、流系數(shù)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，在工程中很難實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明只要滿足比例特性，就可以保證在蒸汽流量D變化時(shí)使汽包水位 H 穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。通常采用蒸汽流量信號與給水流量信號靜態(tài)配合的原則確定，即： （3.1）從而推導(dǎo)出： （3.2）3.3.3 汽包水位的串級控制系統(tǒng)通過三沖量水位控制系統(tǒng)的整定可以看到，為了保證系統(tǒng)有良好的靜特性，各輸入信號之間有嚴(yán)格的靜態(tài)配合關(guān)系，并且動(dòng)態(tài)整定過程也比較復(fù)雜，給系統(tǒng)的整定帶來了一定的困難。所以，采用水位串級控制系統(tǒng)。1.整定參數(shù)的一般原則4) 兩個(gè)調(diào)節(jié)器任務(wù)不同，主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是當(dāng)給水流量擾動(dòng)時(shí)，迅速動(dòng)作使給水量保持不變；當(dāng)蒸汽流量擾動(dòng)

36、時(shí)，迅速改變給水量，保持給水和蒸汽量的平衡。兩個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定可以相對獨(dú)立，內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)速度要快?？煽紤]副調(diào)節(jié)器為純比例調(diào)節(jié)，比例系數(shù)K2應(yīng)取得較大些。5) 給水流量信號靈敏度會(huì)影響主、副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。比如當(dāng)保證內(nèi)回路不發(fā)生振蕩而使減小時(shí)，應(yīng)相應(yīng)地減少主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)K1，以保證主回路的穩(wěn)定性。6) 蒸汽流量信號不一定與給水流量信號進(jìn)行嚴(yán)格的配合，可依據(jù)鍋爐的“虛假水位”情況而定，適當(dāng)調(diào)整蒸汽流量信號的作用強(qiáng)度。比如蒸汽流量信號取1，給水流量信號可視情況取0.51。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如3.6。主回路用于直接控制水位，主調(diào)節(jié)器一般都采用比例積分動(dòng)作，維持穩(wěn)態(tài)水位不變。副回路是流量系統(tǒng)，副調(diào)節(jié)器可以用

37、比例或比例積分動(dòng)作。引入蒸汽流量作為靜態(tài)前饋信號，所以是一個(gè)帶有靜態(tài)前饋的串級控制系統(tǒng)。為了保證給水系統(tǒng)的汽水平衡，應(yīng)有,而其它的部分的整定則與一般串級系統(tǒng)完全相同。圖3.6 水位串級控制系統(tǒng)原理圖串級系統(tǒng)比三沖量系統(tǒng)多用了一個(gè)調(diào)節(jié)器，這是缺點(diǎn)，但是它卻使得對信號的靜態(tài)配合要求不那么嚴(yán)格了，也不需要估計(jì)因蒸汽壓力變化或鍋爐排污量變化而引起配比關(guān)系的改變，這是因?yàn)橹髡{(diào)節(jié)器能自動(dòng)校正信號配合不準(zhǔn)所引起的誤差。3.4 控制中的跟蹤與切換圖3.7 給水全程控制系統(tǒng)原理圖3.4.1 三沖量與單沖量之間的無擾切換 鍋爐在不同負(fù)荷和參數(shù)時(shí)，其給水被控對象的動(dòng)態(tài)特性是不同的。低負(fù)荷時(shí)由于蒸汽參數(shù)低，負(fù)荷變化下

38、，假水位現(xiàn)象不太嚴(yán)重，對維持水位恒定的要求又不高，所以允許采用單沖量給水控制系統(tǒng)。在低負(fù)荷時(shí)如果采用各種自動(dòng)校正措施，則會(huì)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整定困難，同時(shí)仍然存在誤差。于是出現(xiàn)了低負(fù)荷時(shí)采用單沖量，高負(fù)荷時(shí)采用三沖量的給水全程控制系統(tǒng)。圖3.7中PI1是低負(fù)荷時(shí)的單沖量給水調(diào)節(jié)器，它只接受經(jīng)過自動(dòng)校正后的水位信號。高負(fù)荷時(shí)采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)，其中PI2為主調(diào)節(jié)器，接受水位信號；PI3為副調(diào)節(jié)器，除接受主調(diào)節(jié)器校正信號外，還接受蒸汽流量信號及給水流量信號G。兩套控制系統(tǒng)的切換時(shí)根據(jù)鍋爐負(fù)荷（蒸汽流量）大小進(jìn)行的。1) 單沖量控制系統(tǒng)到三沖量控制系統(tǒng)的切換：此時(shí)三沖量主調(diào)節(jié)器PI1的輸出跟蹤

39、（D-W）信號，同時(shí)電動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器PI3的輸出通過 f1(x)和T2跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器PI4的輸出。2) 三沖量控制系統(tǒng)到單沖量控制系統(tǒng)的切換：此時(shí)單沖量調(diào)節(jié)器PI4的輸出通過T1跟蹤電動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器PI3的輸出。3.4.2 閥門與泵的運(yùn)行及切換 低負(fù)荷時(shí)采用旁路閥門控制給水流量，高負(fù)荷時(shí)采用改變泵的轉(zhuǎn)速控制給水流量。兩者間的無擾切換通過f1(x)、T2和電動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器PI3的跟蹤而實(shí)現(xiàn)。3.4.3 電動(dòng)泵與汽動(dòng)泵間的切換 以電動(dòng)泵切換到汽動(dòng)泵為例：把汽動(dòng)泵調(diào)至最低轉(zhuǎn)速時(shí)啟動(dòng)汽動(dòng)泵，然后慢慢升速。電動(dòng)泵在控制系統(tǒng)的控制下自動(dòng)降速，當(dāng)兩泵出口流量相同時(shí)，汽動(dòng)泵投自動(dòng)，電動(dòng)泵切手動(dòng)，

40、并逐漸把電動(dòng)泵降至最低轉(zhuǎn)速后停泵。三泵間設(shè)計(jì)有平衡回路，并具有各自的軟、硬手操器，在軟手操器上可以進(jìn)行偏置設(shè)定，在上級具有一個(gè)給水總操。3.4.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手、自動(dòng)切換1) 旁路閥門的手、自動(dòng)切換：此時(shí)T1切換到NO，單沖量調(diào)節(jié)器PI4通過 f4(x) 跟蹤小閥操作器3AM的輸出。2) 汽動(dòng)泵的手、自動(dòng)切換：此時(shí)汽動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器PI2的輸出跟蹤汽動(dòng)泵操作器1AM的輸出，如果此時(shí)電動(dòng)泵也處于手動(dòng)，則三沖量主調(diào)節(jié)器PI1的輸出跟蹤（D-W）信號。3) 電動(dòng)泵的手、自動(dòng)切換：a) 當(dāng)D<30時(shí)電動(dòng)泵處于手動(dòng)狀態(tài)，T2切至NO，電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器PI3的輸出跟蹤電動(dòng)泵操作器2AM的輸出，同時(shí)T

41、1的NC點(diǎn)接通，單沖量調(diào)節(jié)器PI4通過 f3(x)跟蹤PI3的輸出。當(dāng)切回自動(dòng)時(shí)PI3繼續(xù)通過 f1(x)和T2的NC點(diǎn)跟蹤PI4的輸出。b) 當(dāng)D>30時(shí),采用三沖量系統(tǒng)，T2切至NO，電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器PI3的輸出跟蹤電動(dòng)泵操作器2AM的輸出，如果此時(shí)汽泵也處于手動(dòng)，則PI1跟蹤（ D-W ）信號。4 豐城電廠300MW機(jī)組給水控制系統(tǒng)分析4.1 300MW機(jī)組給水系統(tǒng)簡介4.1 給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4.1所示，本機(jī)給水系統(tǒng)設(shè)置2臺50%容量、帶前置泵的汽動(dòng)給水泵組和一臺50%額定容量帶前置泵的電動(dòng)調(diào)速給水泵組。兩臺汽動(dòng)泵為正常運(yùn)行，電動(dòng)泵用于機(jī)組啟動(dòng)初期給水和正常運(yùn)行事故備用。各給水泵出

42、口均設(shè)置獨(dú)立的再循環(huán)裝置。其作用是保證給水泵有一定的工作流量以免發(fā)生汽蝕。水泵的最小流量一般是泵設(shè)計(jì)流量的1/51/3，當(dāng)泵的工作流量小于或等于最小流量時(shí)，就應(yīng)該開啟再循環(huán)閥門，使給水返回到除氧器給水箱，保證給水泵正常工作。每條再循環(huán)管路上裝設(shè)一套最小流量調(diào)節(jié)裝置，其調(diào)節(jié)信號取自前置泵和給水泵之間管路上的文丘里流量計(jì)。從三臺給水主泵的中間抽頭各引出一根支管，每根管上裝一個(gè)止回閥和一個(gè)閘閥，三根管子最后匯合成一根133×10的總管通往再熱器減溫器。三臺給水泵的出口管均為298.5×36，在電動(dòng)閘閥后合并成一根406.4×55的給水總管接往高加。高加前的給水總管上引出

43、兩根133×16管道，一根向汽機(jī)高壓旁路閥提供減溫水，管道設(shè)有電動(dòng)閘閥和氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥；另一根向鍋爐過熱器提供減溫水，管路上設(shè)有流量測量裝置、氣動(dòng)閘閥溫度控制閥和電動(dòng)閘閥。三臺高加采用帶三通閥和快速關(guān)斷閥的大旁路系統(tǒng)。三通閥始終保證一路是暢通的。采用大旁路使系統(tǒng)簡化，但高加任何一臺故障，三臺高加都必須同時(shí)切除。省煤器前設(shè)一容量較大的電動(dòng)閘閥和與其并聯(lián)的15%容量的旁路調(diào)節(jié)閥及前后兩個(gè)閘閥。小旁路在機(jī)組啟動(dòng)初期給鍋爐上水和低負(fù)荷時(shí)用，此時(shí)給水量由旁路調(diào)節(jié)閥開度和電泵轉(zhuǎn)速配合調(diào)節(jié)。當(dāng)給水量大于一定負(fù)荷（20%額定給水量）時(shí)切至給水主路，此時(shí)給水流量僅靠給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。4.2 MAX1000給

44、水控制畫面分析豐城電廠300MW機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）采用的是美國MCS公司的MAX1000產(chǎn)品,圖4.2所示為給水全程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的SAMA圖，結(jié)合該SAMA圖，利用MAX1000系統(tǒng)應(yīng)用處理器提供的系統(tǒng)軟件工具，可完成符合控制策略的組態(tài)工作。它采用電動(dòng)給水泵及調(diào)節(jié)閥相結(jié)合的方式控制汽包水位，根據(jù)負(fù)荷指令（蒸汽流量）控制給水流量，能在不同負(fù)荷下保持汽包水位為給定值。4.2.1 MAX1000中CCS畫面基本功能介紹在主菜單上部或任一畫面的底部點(diǎn)擊CCS菜單按鈕，可進(jìn)入CCS系統(tǒng)主菜單，單擊其中任一菜單按鈕，即可進(jìn)入相應(yīng)CCS閉環(huán)控制畫面。CCS系統(tǒng)畫面由操作器控制面板組成，如圖4.2

45、所示，在各操作面板上，主要有以下顯示操作量：hPV：過程變量，以數(shù)值及棒圖顯示；hSP：設(shè)定值，以數(shù)值及指針顯示；hDMD：操作指令量，以數(shù)值及棒圖顯示；hOUT：控制器輸出，以數(shù)值及棒圖顯示；手動(dòng)狀態(tài)下點(diǎn)擊可彈出一對話框，可使操作員鍵入對控制器輸出的期望值；hDEV：控制器輸出與閥位反饋間的偏差，以指針顯示；hSP、SP Bias：設(shè)定值或設(shè)定值偏置值的組合框顯示，在其內(nèi)以數(shù)值形式顯示設(shè)定值或設(shè)定偏置。在其上點(diǎn)擊，可彈出一對話框，允許操作員鍵入控制器的設(shè)定值或設(shè)定值偏置；h自動(dòng)按鈕：點(diǎn)擊該按鈕進(jìn)行控制器向自動(dòng)方式的切換，當(dāng)控制器為自動(dòng)方式時(shí)，該按鈕以亮色顯示。圖4.2CCS操作器控制面板h手

46、動(dòng)按鈕：點(diǎn)擊該按鈕進(jìn)行控制器向手動(dòng)方式切換，當(dāng)控制器為手動(dòng)方式時(shí)，該按鈕以亮色顯示；hLOC按鈕；點(diǎn)擊該按鈕進(jìn)行控制器向本地方式切換，當(dāng)控制器為本地方式時(shí)，該按鈕顯示“LOC”，此時(shí)只能在盤臺硬手操上操作。h控制器輸出手動(dòng)增減按鈕:當(dāng)控制器在手動(dòng)狀態(tài)下，單擊這兩個(gè)按鈕，可以一定的步距值增減控制器的輸出，當(dāng)閥位反饋為關(guān)到位時(shí)，減按鈕為亮色，開到位時(shí)增按鈕為亮色。h設(shè)定值/偏置值增減按鈕：可以一定的步距值增減控制器的設(shè)定值或偏置值。每個(gè)CCS畫面中都有一組切換畫面區(qū)域，使操作員切換到任一CCS畫面。4.2.2 給水系統(tǒng)主要操作過程1) 鍋爐上水前的準(zhǔn)備開啟高加出口電動(dòng)閥，出口閥全開后開啟進(jìn)口三通閥

47、，高加水側(cè)投入。打開電泵中間抽頭閥。就地開啟電泵再循環(huán)隔離門。CCS將電泵最小流量再循環(huán)調(diào)節(jié)閥投自動(dòng)。開啟電泵輔助油泵，并投入聯(lián)鎖。查除氧器水位正常，水位調(diào)節(jié)正常。開啟電泵前置泵進(jìn)口電動(dòng)門，準(zhǔn)備啟動(dòng)電泵給鍋爐上水。2) 鍋爐點(diǎn)火沖轉(zhuǎn)后，升負(fù)荷負(fù)荷升至60MW時(shí)開啟四抽電動(dòng)總門及逆止門，做汽泵A、B啟動(dòng)前的準(zhǔn)備。就地開啟汽泵最小流量再循環(huán)隔離門。CCS將最小流量再循環(huán)調(diào)節(jié)門投自動(dòng)。打開汽泵前置泵進(jìn)口閥，啟動(dòng)前置泵，檢查前置泵電流及出口壓力正常。如圖4.3，給水控制1畫面。4.3給水控制2的CCS控制畫面負(fù)荷升至120MW時(shí)，當(dāng)給水量20%(約180t/h)時(shí)，關(guān)閉鍋爐省煤器再循環(huán)閥。將鍋爐給水由

48、啟動(dòng)旁路切至主路(打開主給水閥，關(guān)閉啟動(dòng)旁路調(diào)節(jié)閥)。切換過程應(yīng)力求平穩(wěn)，減少對汽包水位的影響。由于主給水閥容量較大，為此切換前應(yīng)適當(dāng)降低電泵轉(zhuǎn)速。切換完成后汽包水位由電泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。給水流量25%時(shí)，給水控制自動(dòng)由單沖量切至三沖量，此時(shí)應(yīng)注意維持汽包水位，可在CCS菜單的給水2畫面中將電泵轉(zhuǎn)速投自動(dòng)。如圖4.4所示。隨后啟動(dòng)一臺汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，調(diào)整好電泵與汽泵并列運(yùn)行的負(fù)荷分配，汽泵啟動(dòng)時(shí)注意維持汽包水位。圖4.4給水控制2的CCS控制畫面負(fù)荷至180MW，啟動(dòng)另一臺汽動(dòng)給水泵，啟動(dòng)步驟同第一臺。當(dāng)兩臺汽泵均交給CCS調(diào)節(jié)后，逐漸均衡增加兩臺汽泵轉(zhuǎn)速，同時(shí)降低電泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)電泵出口壓力小于給水母

49、管壓力后，停電泵并投入備用。汽泵、電泵切換過程注意維持汽包水位，當(dāng)水位穩(wěn)定后，可投入汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)。4.3 給水控制系統(tǒng)的邏輯分析4.3.1 給水控制系統(tǒng)邏輯簡圖如圖4.5所示為給水控制系統(tǒng)的邏輯簡圖。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路為：當(dāng)鍋爐啟動(dòng)或低負(fù)荷時(shí)，由一臺給水泵供水；高負(fù)荷時(shí)由兩臺給水泵供水，另外一臺備用。給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)，采用單沖量水位控制方式,由低負(fù)荷調(diào)節(jié)門給水；高負(fù)荷時(shí)采用給水串級三沖量控制方式，由主給水調(diào)節(jié)門給水。這是因?yàn)榈拓?fù)荷時(shí)用水量很少，水位波動(dòng)較大，如此時(shí)用主給水管道給水，會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，致使汽包水位不穩(wěn)定；高負(fù)荷時(shí)鍋爐用水量大，低負(fù)荷管路給水不能滿足蒸發(fā)量，必須用主給水管道給

50、水。因此，根據(jù)負(fù)荷變化，給水全程控制回路可分為：低負(fù)荷時(shí)單沖量給水控制；高、低負(fù)荷給水切換控制；高負(fù)荷三沖量給水控制三部分。在機(jī)組負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷25%時(shí)，低負(fù)荷調(diào)節(jié)門切換為主給水調(diào)節(jié)門工作，一臺給水泵作定速運(yùn)行，在切換過程中通過流量偏差修正功能保證切換時(shí)給水流量不致產(chǎn)生大的擾動(dòng)。具體的方法是：當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)門狀態(tài)均在手動(dòng)時(shí)，不進(jìn)行流量偏差修正；只有一個(gè)調(diào)節(jié)門狀態(tài)在自動(dòng)時(shí)，才進(jìn)行流量偏差修正；正常使用中不允許兩個(gè)調(diào)節(jié)門都工作在自動(dòng)狀態(tài)。圖4.5給水控制系統(tǒng)邏輯簡4.3.2 給水控制系統(tǒng)邏輯分析1) 啟動(dòng)、沖轉(zhuǎn)、鍋爐點(diǎn)火此階段采用單沖量系統(tǒng)通過控制低負(fù)荷調(diào)節(jié)閥開度來維持汽包水位在給定范圍內(nèi)，一臺電動(dòng)

51、給水泵運(yùn)行,對應(yīng)其操作器工作在手動(dòng)狀態(tài)，開啟給水旁路調(diào)節(jié)閥前后截止閥。鍋爐在啟停及低負(fù)荷（小于額定負(fù)荷30%）運(yùn)行時(shí)，由于蒸汽參數(shù)低，負(fù)荷變化小，虛假水位現(xiàn)象不嚴(yán)重，對水位控制要求不高，而且低負(fù)荷時(shí)蒸汽流量與給水流量測量誤差大。因此，低負(fù)荷時(shí)采用單沖量控制系統(tǒng)。 附錄所附圖中，單沖量調(diào)節(jié)器LD_3L_PID工作,其輸入為水位測量值LD和給定值SET的偏差,其輸出經(jīng)FW_VLV_PID調(diào)節(jié)器對旁路閥進(jìn)行調(diào)節(jié),同時(shí)可進(jìn)行閥位顯示。串級三沖量控制系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器FWF_PID處于自動(dòng)跟蹤狀態(tài),主調(diào)節(jié)器LD_3L_PID的輸出應(yīng)保證加法器的輸出跟蹤給水流量信號。電泵勺管通過其軟操作器的輸出使電動(dòng)泵按要求

52、維持在一定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。軟操作器指令可修改，用于調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速。2) 升負(fù)荷至25%30%MCR此階段仍采用單沖量系統(tǒng)，通過控制主給水調(diào)節(jié)閥來維持汽包水位，為滿足給水量的要求，可通過工作泵勺管軟操作器適當(dāng)提高給水泵轉(zhuǎn)速。在負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷25%時(shí)，低負(fù)荷調(diào)節(jié)閥無擾切換至主給水調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。切換時(shí)，逐漸開大主給水調(diào)節(jié)閥，低負(fù)荷調(diào)節(jié)閥將自動(dòng)逐漸關(guān)小。切換過程中因?yàn)閮煞N閥門流通量不同，通過流量偏差修正處理，保持系統(tǒng)給水流量基本穩(wěn)定，不至于對水位產(chǎn)生大的擾動(dòng)。3) 升至30%MCR，負(fù)荷達(dá)到120MW此階段采用串級三沖量系統(tǒng)控制，啟動(dòng)一臺汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，調(diào)整好電泵與汽泵并列運(yùn)行的負(fù)荷分配，汽泵啟動(dòng)時(shí)注意維

53、持汽包水位，主給水調(diào)節(jié)閥基本處于全開位置不再關(guān)閉，以減少系統(tǒng)不必要的擾動(dòng)。在高負(fù)荷階段（大于額定負(fù)荷30%）時(shí)，由于鍋爐汽包水位虛假水位現(xiàn)象嚴(yán)重，為了取得較好的調(diào)節(jié)效果，采用三沖量串級控制系統(tǒng)。圖中三沖量調(diào)節(jié)器LD_3L_PID及FWF_PID工作，三沖量串級控制系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器FWF_PID不再跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器LD_1L_PID的輸出，而是處于自動(dòng)控制狀態(tài)，其輸出經(jīng)分配塊F(1/n)分配后去工作給水泵勺管軟操作器控制給水泵轉(zhuǎn)速。三沖量主調(diào)節(jié)器LD_3L_PID接受水位測量值LD和給定值SET的偏差,其輸出和蒸汽流量D的前饋信號求和作為副調(diào)節(jié)器FWF_PID的給定信號，同時(shí)FWF_PID還接受給

54、水流量W的反饋信號。4) 升負(fù)荷至滿負(fù)荷此階段仍采用串級三沖量系統(tǒng)，由于負(fù)荷較高，采用控制兩臺給水泵轉(zhuǎn)速方案，這是控制系統(tǒng)的正常工況。根據(jù)泵的特性及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在負(fù)荷增大到180MW時(shí)，啟動(dòng)第二臺泵，啟動(dòng)步驟同第一臺，分擔(dān)前一臺泵的一半負(fù)荷，使泵工作在安全特性區(qū)內(nèi)。此時(shí)汽包水位由兩臺汽泵調(diào)節(jié)。啟動(dòng)第二臺泵后，逐漸開大相應(yīng)勺管，通過分配塊F(1/n)的處理，第一臺泵的勺管將自動(dòng)逐漸關(guān)小，給水泵轉(zhuǎn)速將自動(dòng)減小。以此達(dá)到分擔(dān)前一臺泵的一半負(fù)荷，使泵工作在安全特性區(qū)內(nèi)的目的。當(dāng)兩臺汽泵均交給CCS調(diào)節(jié)后，逐漸均衡增加兩臺汽泵轉(zhuǎn)速，同時(shí)降低電泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)電泵出口壓力小于給水母管壓力后，停電泵并投入備用。汽泵、電泵切換過程注意維持汽包水位，當(dāng)水位穩(wěn)定后，可投入汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)保持給水流量基本