鍋爐給水調節(jié)系統

1、汽包鍋爐給水自動調節(jié)系統第一節(jié) 給水調節(jié)任務與給水調節(jié)對象動態(tài)特性一、 給 水調節(jié)的任務汽包鍋爐給水調節(jié)的任務是使鍋爐的給水量適應鍋爐的蒸發(fā)量， 維持汽包水位在規(guī)定的 范圍內。汽包水位反映了汽包鍋爐蒸汽負荷與給水量之間的平衡關系， 是鍋爐運行中一個非常重 要的監(jiān)控參數， 保持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機平安運行的必要條件。 汽包水位過高， 會影響汽包內汽水別離器的正常工作， 造成出口蒸汽濕度過大 蒸汽帶水 而使過熱器管壁 結垢，容易導致過熱器燒壞。同時，汽包出口蒸汽濕度過大蒸汽帶水也會使過熱汽溫產 生急劇變化， 直接影響機組運行的經濟性和平安性。 汽包水位過低， 那么可能破壞鍋爐水循環(huán)， 造

2、成水冷壁管燒壞而破裂。二、 給 水調節(jié)對象動態(tài)特性汽包水位是由汽包中的儲水量和水面下的氣泡容積所決定的， 因此但凡引起汽包中儲水 量變化和水面下的氣泡容積變化的各種因素都是給水調節(jié)的擾動。1給水流量擾動。這個擾動來自給水調節(jié)門的開度變化、省煤器可動噴嘴開關動作、給水壓力變化、給水泵轉速波動等引起鍋爐給水量改變的一切因素。2蒸汽負荷擾動。這個擾動是指汽輪機負荷變化而引起的蒸汽流量的改變，它使水位發(fā)生變化。3鍋爐爐膛熱負荷擾動。 這個擾動主要是由鍋爐燃燒率的變化改變了蒸發(fā)強度而引起的， 它影響鍋爐的輸出蒸汽流量和汽水容積中的氣泡體積。給水調節(jié)對象的動態(tài)特性是指由上述引起水位變化的擾動與汽包水位間的

3、動態(tài)關系。 當 給水流量擾動時，水位調節(jié)對象的動態(tài)特性表現為有慣性的無自平衡能力特征，也就是說， 當給水流量改變后水位并不會立即變化。 給水流量增加， 一方面使進入鍋爐汽包的給水量增 加；另一方面使溫度較低的給水進入省煤器、 汽包及水循環(huán)系統， 吸收了原有飽和水中的一 局部熱量，致使水面下氣泡體積減小。當蒸汽流量擾動時， 汽包水位將出現 “虛假水位 現象。原因是在蒸汽負荷突然增加時， 雖然鍋爐的給水流量小于蒸發(fā)量，但開始階段的水位不僅不下降， 反而迅速上升反之，當 負荷突然減少時，水位反而先下降 。因為在負荷變化的初始階段，水面下的氣泡體積變化 很快， 對水位變化起著主要影響作用。 同時， 改

4、變汽輪機的用汽量引起的蒸汽流量的階躍擾 動，必定引起汽壓的變化， 汽壓變化也會影響到水面下氣泡的體積變化， 所以實際的虛假水 位現象會更嚴重些。當燃料量擾動時， 例如燃料量增加使爐膛熱負荷增強， 這時鍋爐蒸發(fā)強度增大而使汽壓 升高，即使蒸汽流量調節(jié)設備汽輪機調門不動，蒸汽流量也會有所增加。這樣，蒸汽流 量大于給水流量， 水位應該下降。 但蒸發(fā)強度增大同樣也使水面下氣泡體積增大， 因此也會 出現虛假水位現象。一般， 給水流量變化作為維持水位的調節(jié)手段， 稱在給水流量擾動下的對象動態(tài)特性為 內擾特性。對蒸汽負荷和爐膛熱負荷擾動下的對象動態(tài)特性那么稱為對象的外擾特性。給水調節(jié)系統中，一般考慮采用以主

5、要擾動蒸汽流量 為前饋信號的前饋調節(jié)， 以改 善給水調節(jié)系統的調節(jié)質量。負荷變化時出現的“虛假水位 現象，是鍋爐運行中的必然現象， 是無法通過調節(jié)給水 流量來克服的。 如果在負荷擾動中， 汽包虛假水位變化過大而超出了運行允許范圍， 那么只有 通過限制負荷的一次突變量和變負荷速度來減小。第二節(jié) 給水自動主調節(jié)方案串級三沖量給水調節(jié)系統給水調節(jié)器根據汽包水位、 蒸汽流量和給水流量三個信號去調節(jié)給水流量。 其中水位是 主信號，水位升高時減少給水流量，水位降低時增加給水流量。蒸汽流量 D 和給水流量 W 是引起水位變化的原因擾動信號 ，把它們作為水位調節(jié)的前饋信號。當蒸汽流量D 改變時，調節(jié)器立即動作

6、適當地改變給水流量， 而當給水流量自發(fā)地變化時， 調節(jié)器也能立即動 作使給水流量恢復到原來的數值， 這樣無疑會有效地控制水位的變化。 在水位 H 變化和蒸汽 流量D變化而引起調節(jié)器動作時， 給水流量信號 W又是調節(jié)器動作的反應信號。由于采用了蒸汽流量信號D,當負荷改變時就有一個使給水量與負荷同方向變化的信號，從而減少或抵 消了由于“虛假水位現象而使給水量向與負荷相反方向變化的趨勢。參見MCS1-圖SH157。汽包水位H簡圖：串級給水調節(jié)系統方框圖主調節(jié)器采用PI調節(jié)規(guī)律，以保證汽包水位無靜態(tài)偏差，主調節(jié)器的輸出信號和給水、 蒸汽流量信號都作用到副調節(jié)器上。一般串級調節(jié)系統的副調節(jié)器可采用比例調

7、節(jié)器，以保證副回路的快速性。主要是因為副回路是具有近似比例特性的快速隨動系統，以使副回路具有快速消除內擾及快速跟蹤蒸汽流量的能力。這樣，串級系統主、副調節(jié)器的任務不同，副調節(jié)器的任務是用以消除因給水壓力波動等因素引起的給水流量的自發(fā)擾動以及當蒸汽負荷改變時迅速調節(jié)給水流量，以保證給水流量和蒸汽流量平衡。主調節(jié)器的任務是校正汽包水位偏差。單沖量調節(jié)就是調節(jié)器僅僅根據汽包水位信號H去調節(jié)給水量。這個時候要特別注意 鍋爐水位“虛假水位現象。只有電動給水泵具有單沖量自動調節(jié)功能，汽動給泵不具備條件。 在三沖量條件不成立時，汽動給泵控制強制手動方式。第三節(jié)給水全程調節(jié)系統1/2U給水系統有三臺給水泵，兩

8、臺容量為50%的汽動給泵由小機轉速變化調節(jié)給水量和一臺容量為 25%的電動給泵用給水調節(jié)閥調節(jié)給水量。在給水泵的出口有再循環(huán)管，給水泵的出水可以通過此管路打回除氧器，以保證在低負荷時泵的最小流量。簡圖鍋爐給水系統對給水調節(jié)系統，要求在鍋爐啟、停過程、正常運行及事故處理中均能控制鍋爐的進水 量，保持汽包水位在允許范圍內，實現全程自動調節(jié)。在鍋爐正常運行階段給水調節(jié)采用三沖量調節(jié)方式，通過改變汽動給水泵轉速來調節(jié)給水量；在鍋爐起動、低負荷階段或FCB等事故情況下，給水調節(jié)為單沖量方式。 在使用電動給水泵時調節(jié)電動泵出口給水調節(jié)閥開度來調節(jié)給水流量。鍋爐起動時的單沖量給水調節(jié)系統，一直工作到鍋爐負荷

9、升到 20%額定負荷根據主蒸汽量信號，汽動給泵投入并通過轉速變化來調節(jié)給水量，給水調節(jié)系統即切換為三沖量方 式。當汽動給泵投入可靠后，并且給泵的流量控制手/自動開關已置于自動側后，電動泵給水調節(jié)閥逐漸關閉，起動作用的電動給泵停運。低負荷時的單沖量控制方式和正常負荷范圍時的三沖量控制方式的切換是自動進行的。一、信號的校正鍋爐從啟動到正常運行的過程中，蒸汽參數和負荷在很大范圍內變化，這就使水位、給水流量和蒸汽流量的測量準確性受到影響。為了實現全程調節(jié)，首先必須保證在各種工況下都能得到正確的水位信號、 蒸汽流量信號和給水流量信號，所以需要對這些測量信號進行壓力、溫度變化的自動校正。1汽包水位的校正參

10、見 MCS-1圖SH154、155。對汽包鍋爐通常利用壓差原理來測 量其水位。鍋爐從啟、停到正常負荷的整個運行范圍內，汽包壓力變化很大，汽包內飽和蒸汽和飽和水密度的變化也很大，這樣就不能直接用壓差信號來代表水位，對大容量鍋爐這個誤差尤其嚴重，故必須根據汽包壓力對所測量到的水位差信號進行修正，才能得到反映真實水位的信號。水位H是差壓和汽、水密度的函數。H= Ki-K2Pd-A P/f Pd2蒸汽流量的校正參見 MCS-1圖SH6。過熱蒸汽流量通常采用標準節(jié)流裝置進行測量，測量流量與裝置輸出差壓間的關系表達：D=K A Pg，沒有采用修正。3給水流量的校正。對給水流量的測量只需采取溫度校正。假設給

11、水溫度變化也不大 的話，那么可不必對給水流量進行校正。系統沒有采用。二、給水單沖量調節(jié)方式在啟、停及低負荷階段采用單沖量、高負荷時采用三沖量的結構。1、概述在正常工況下，給水調節(jié)采用三沖量調節(jié)方式，但在鍋爐啟停階段， 或者在機組發(fā)生局部事故需要轉入低負荷運行時，給水流量和蒸汽流量的測量精確度很差，另外在機組啟動過程中，由于暖管操作需要消耗一局部蒸汽，此時給水流量和蒸汽流量測量值已不能反映汽包輸入與輸出之間的物質平衡關系。因此，在這些情況下都采用單沖量調節(jié)方式。2、電泵給水調節(jié)閥門切換在以控制電動泵出口閥門開度來調節(jié)汽包水位的單沖量調節(jié)系統中，為了得到平滑的流量控制，所以在電動給泵出口設置了2只

12、并聯的調節(jié)閥主閥和付閥。起動時，調節(jié)器控制通流能力較小的付閥， 當給水量增大到一定值時， 系統自動切換到通流能力較大的主閥 的控制。圖 5 - 4- 52由于王閥即使是微小的開度也會有相當的流 量通過，為使調節(jié)門切換時流量平穩(wěn)，所以主閥與 副閥切換時考慮有一定的重疊度調節(jié)裕度上述主閥與付閥的切換順序是通過邏輯電路 圖5-4-53自動實現的：增加時： 付閥開度在 90%以下時，一直處于自動調節(jié) 狀態(tài)； 付閥開度在 70%以下時，主閥處于強制關閉 狀態(tài)； 當付閥開度70%時，主閥開始強制開后， 并保持20%助開度; 當付閥開度90%寸，保持此開度不變，主閥投入自動調節(jié)狀態(tài)。減小時： 付閥保持90%

13、開度，主閥自動調節(jié)； 主閥開度V 20%付閥開度V 90%寸，增加指令由主閥接受，減小指令由付閥接受; 付閥開度V 90%主閥保持20%f度，付閥參予自動調節(jié)； 付閥開度V 20%主閥強制全關，付閥自動調節(jié) 。3、汽包壓力對調節(jié)器參數的校正參見MCS-1圖SH160在單沖量給水調節(jié)系統中還考慮了汽壓變化時調節(jié)器參數校正的功能。因為通過給水閥的流量W不僅與開度有關，且與閥門兩端壓力有關，在同樣的閥門開度時， 汽包壓力不同,給水流量就會不同。 所以需要考慮壓力修正。 壓力修正是通過改變調節(jié)器的比例增益來實現 的。當汽包壓力降低時，為了保持住某一給水量W，閥門開度應相應減??；汽包壓力升高時，為了保持

14、住某一給水量 W，閥門開度應該相應增大。圖汽包壓力對調節(jié)器參數的校正4、電泵給水調節(jié)強制手動條件參見MCS-1圖SH163主閥全關副閥全關 電泵停止 電泵給水調節(jié)強制手動汽包水位信號異常 汽包水位設定值與實際偏差大 主閥指令與反應偏差大副閥指令與反應偏差大一三、三沖量給水調節(jié)方式鍋爐負荷增加到 20%額定負荷根據主蒸汽流量信號時，給水調節(jié)系統自動地從單 沖量方式切換為三沖量方式。這是一個串級調節(jié)系統。汽包水位是調節(jié)主信號， 主蒸汽流量作為先行信號，代表與負荷相應的給水需求量，總給水量作為反應信號，總給水流量W是進入鍋爐的給水量和進入過熱器減溫的噴水流量相加而成。水位信號加到給水調節(jié)器、它的輸出

15、與蒸汽流量信號D、給水流量信號 W疊加成為給水主指令，通過平衡模塊分配后，分別加到三個平行的流量調節(jié)回路，調節(jié)各臺給泵的流量。1、流量調節(jié)回路參見 MCS-1圖SH158、159、160流量調節(jié)回路是具體實現給水流量調節(jié)的控制回路，它使給水量與主調節(jié)器輸出的給水主指令相適應。三個流量調節(jié)回路的結構是相似的，下面以A泵汽動給泵為例說明之。A泵流量調節(jié)回路接受平衡模塊輸出的給水主指令，再附加給水偏置流量信號，再循環(huán)流量校正信號，經過函數器 f(x)轉換后，通過邏輯執(zhí)行回路，作用到脈沖馬達 已無脈沖馬達，去控制汽動泵的轉速。設置函數器f(x)是因為汽動給泵輸出流量與流量調節(jié)器的控制信號之間的關系是非

16、線性的，為使控制信號和給泵的流量關系線性化，所以設置了函數器。2、再循環(huán)流量修正參見 MCS-1圖SH158、159、160在負荷較低時，為防止給水泵在低流量運行發(fā)生過熱現象，為此在給泵的出口到除氧器之間設置再循環(huán)管。流量小于一定值應為143T/H丨時，再循環(huán)管上自動隔絕閥聯鎖自動翻開。為消除該閥動作時對給泵流量控制的影響，在流量調節(jié)器回路中設置了再循環(huán)流量補償回路。它由信號發(fā)生器、切換開關和慣性延遲器LAG超前/滯后環(huán)節(jié)組成。當再循環(huán)門翻開時，就有一個與再循環(huán)水流量相當的流量信號由信號發(fā)生器予先整定好的信號通過切換開關直接加到流量調節(jié)器上，使給水泵流量指令增大，以保持給泵出口真正進入鍋爐的給

17、水量仍與給水主指令相符合實際進入鍋爐的給水量=前置泵流量一再循環(huán)流量。如果沒有補償回路。當再循環(huán)門翻開時，給泵實際向鍋爐提供的水量就減少了，這雖可以通過總給水量信號減小值反映出來，但在流量控制回路上增加了上述補償回路，就能更快地消除這類擾動。電動給泵再循環(huán)流量修正只有在三沖量調節(jié)方式下才起作用，單沖量調節(jié)方式下僅跟據汽包水位來調節(jié)。3、偏置信號參見 MCS-1圖SH157在兩臺汽動給泵和一臺電動給泵流量控制回路的輸入指令中，還參加了由設定器設置的偏置信號，目的是實現在泵并列運行時，可以由運行人員根據具體運行情況改變給泵之間 的流量分配。四、單沖量/三沖量給水調節(jié)方式切換參見 MCS-1圖SH1

18、63鍋爐起動、低負荷時的單沖量調節(jié)方式與正常運行時的切換是通過邏輯控制回路自動 地進行的。主蒸汽流量與給水流量偏差正常 給水流量信號正常 主蒸汽流量信號正常 三沖量條件無FCB動作信號 主蒸汽流量20%額定當系統滿足三沖量條件時， 投入汽動給泵的 MCS自動方式，可以使汽動給泵接受 MCS 控制指令，否那么也是不行的。當系統三沖量條件不成立時，小機強制MCS手動方式。雖然在正常情況下，用電泵給水調節(jié)門調節(jié)給水量僅用于起動及低負荷階段，但考慮到汽動給泵故障及其它故障狀態(tài)下，電動給泵仍能參與給水泵調節(jié)工作，所以在給水自動調節(jié)系統中考慮了三臺泵不管如何組合均能投入自動的可能。因此無論系統是處于三沖量

19、方式還是處于單沖量方式時，電動給泵的出口給水調節(jié)門均能接受調節(jié)器的指令調節(jié)汽包水位。當電動泵給水流量控制由單沖量 三沖量切換時，為了實現無擾動，設置了 跟蹤回路。五、事故狀態(tài)下給水控制系統的功能1、RB發(fā)生時參見 MCS-1圖SH163RB的發(fā)生，說明鍋爐主要輔機出現嚴重故障，為了確保運行平安，應將能運行的給泵都投入自動方式，給水調節(jié)系統通過A B C三臺泵流量調節(jié)的控制邏輯回路實現了這種功能。只要RB信號一出現，給水調節(jié)系統通過其邏輯回路把原來不處于自動方式的給泵切 到三沖量強制自動方式包括電泵給水調節(jié)強制自動。2、FCB 發(fā)生時參見 MCS-1 圖 SH158、159、164FCB發(fā)生時，鍋爐應快速減負荷至30%，由于負荷很低，汽動給泵不能參與給水調節(jié)強制手動方式，所以需要退出調節(jié)，而處于保持最低轉速運行維持再循環(huán)流量的準 備狀態(tài)，電動給水泵自動起動，FCB時的給水自動調節(jié)主要靠調節(jié)容量較小的電動泵出口給水調節(jié)閥進行。所以FCB發(fā)生時： 汽動泵A、B退出