水位控制系統(tǒng).

1、 講師：主要任務(wù) 鍋爐給水控制系統(tǒng)是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的主要 系統(tǒng)之一。鍋爐給水控制的主要任務(wù)是使鍋爐的給水量與鍋爐的蒸發(fā)量保持相對一致，保證鍋爐進(jìn)出的物質(zhì)平衡和正常運(yùn)行所需的工質(zhì)。對于300MW火電機(jī)組普遍采用的汽包鍋爐來說，就是維持汽包水位在允許范圍內(nèi)變化。所以，鍋爐給水控制又稱“鍋爐水位控制”重要性 鍋爐水位反映了鍋內(nèi)物質(zhì)平衡狀況（主要是鍋爐蒸汽流量與給水流量之間的平衡關(guān)系），因此，它是表征鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)之一，也是保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要條件之一。水位高危害 汽包水位過高，會降低汽包內(nèi)汽水分離裝置的汽水分離效果，導(dǎo)致出口蒸汽帶水，并可能會使蒸汽含鹽濃度增大，從而使過熱器受熱面結(jié)垢；也會

2、使汽輪機(jī)葉片也易于結(jié)垢，降低汽輪機(jī)的出力，甚至?xí)蛊啓C(jī)產(chǎn)生水沖擊造成葉片斷裂。水位低危害 汽包水位過低，則會破壞鍋爐的水循環(huán)，使某些水冷壁管束得不到爐水的冷卻而燒壞從而發(fā)生爆管事故。所以汽包水位的合適是火電機(jī)組運(yùn)行的重要因素。水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性1、給水流量擾動水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性 2、蒸汽流量擾動水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性 3、燃煤量擾動水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性 汽包水位調(diào)節(jié)對象屬于無自平衡能力多容對汽包水位調(diào)節(jié)對象屬于無自平衡能力多容對象；在各種擾動下，均有不同程度的象；在各種擾動下，均有不同程度的“虛假虛假水位水位”現(xiàn)象。現(xiàn)象。設(shè)計給水控制系統(tǒng)時應(yīng)考慮的問題設(shè)計給水

3、控制系統(tǒng)時應(yīng)考慮的問題 1、水位被控對象的遲延和慣性問題，引入、水位被控對象的遲延和慣性問題，引入蒸汽流量前饋。蒸汽流量前饋。 2、克服虛假水位問題，由蒸汽流量信號進(jìn)、克服虛假水位問題，由蒸汽流量信號進(jìn)行前饋補(bǔ)償。行前饋補(bǔ)償。 3、克服內(nèi)擾問題，引入給水流量信號消除、克服內(nèi)擾問題，引入給水流量信號消除內(nèi)擾。內(nèi)擾。單沖量給水控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，這種給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但克服給水自發(fā)性擾動和蒸汽流量擾動的能力較差，所以使用單沖量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水位，汽包水位的波動較大，穩(wěn)定性也較低。在大型機(jī)組的給水控制中，這種系統(tǒng)也有應(yīng)用，主要應(yīng)用在低負(fù)荷階段。這是因?yàn)樵诘拓?fù)荷階段由于鍋爐疏水和排污等因素的

4、影響，使得給水流量蒸汽流量存在著嚴(yán)重的不平衡，且給水與蒸汽的流量太小，測量誤差較大，不宜采用三沖量控制。 單級三沖量給水控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，該系統(tǒng)采用一個PI調(diào)節(jié)器，并根據(jù)汽包水位、蒸汽流量和給水流量三個信號的變化去控制給水量。三沖量給水控制系統(tǒng)在克服擾動、維持汽包水位穩(wěn)定、提高給水控制質(zhì)量方面優(yōu)于單沖量給水控制系統(tǒng)。原則上，在負(fù)荷達(dá)到一定值以上、疏水和排污閥逐漸關(guān)閉、汽和水趨于平衡、流量逐漸增大、測量誤差逐漸減小時，可采用三沖量給水控制方式。但單級三沖量控制系統(tǒng)要求蒸汽流量和給水流量的測量值在穩(wěn)態(tài)時必須相等，否則汽包水位將存在靜態(tài)偏差，且單級三沖量控制系統(tǒng)一個調(diào)節(jié)器參數(shù)整定需兼顧較多

5、的因素，所以，在現(xiàn)實(shí)中很少采用單級三沖量給水控制系統(tǒng)。 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，該系統(tǒng)由主、副兩個PI調(diào)節(jié)器和三個沖量（汽包水位、蒸汽流量、給水流量）構(gòu)成。與單級三沖量系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)多采用了一個PI調(diào)節(jié)器，兩個調(diào)節(jié)器分工明確、串聯(lián)工作，主調(diào)節(jié)器PI1為水位調(diào)節(jié)器，它根據(jù)水位偏差產(chǎn)生給水流量給定值，副調(diào)節(jié)器PI2為給水流量調(diào)節(jié)器，它根據(jù)給水流量偏差控制給水流量，并消除給水側(cè)的擾動；蒸汽流量信號作為前饋信號用來維持負(fù)荷變動時的物質(zhì)平衡，由此構(gòu)成的是一個前饋反饋雙回路控制系統(tǒng)。兩個調(diào)節(jié)器分工明確、串聯(lián)工作，主調(diào)節(jié)器PI1為水位調(diào)節(jié)器，它根據(jù)水位偏差產(chǎn)生給水流量給定值蒸汽流量信號作

6、為前饋信號用來維持負(fù)荷變動時的物質(zhì)平衡，由此構(gòu)成的是一個前饋反饋雙回路控制系統(tǒng)l串級三沖量給水控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，該系統(tǒng)由主、副兩個PI調(diào)節(jié)器和三個沖量（汽包水位、蒸汽流量、給水流量）構(gòu)成。副調(diào)節(jié)器PI2為給水流量調(diào)節(jié)器，它根據(jù)給水流量偏差控制給水流量，并消除給水側(cè)的擾動一般來說，每臺300MW機(jī)組配有一臺50%容量的電動調(diào)速給水泵和兩臺各為50%容量的汽動給水泵，作為給水泵的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。在高壓加熱器與省煤器之間裝有一只主給水電動截止閥、一只給水旁路截止閥和一只約15%容量的給水旁路調(diào)節(jié)閥。兩臺汽動給水泵由小汽輪機(jī)驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速的控制由獨(dú)立的小汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)（MEH系統(tǒng)）完成。MEH系

7、統(tǒng)的任務(wù)是控制小汽輪機(jī)從零轉(zhuǎn)速升到一階臨界轉(zhuǎn)速上，當(dāng)達(dá)到某一轉(zhuǎn)速（例如3100r/min）后，轉(zhuǎn)速給定值由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的給水控制系統(tǒng)設(shè)置，此時，MEH只相當(dāng)于給水控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。此外，為了滿足給水泵的最小流量的要求，每套給水泵的管路系統(tǒng)中還設(shè)計了一個給水泵的再循環(huán)管路和一個再循環(huán)閥，并通過對再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的控制，來滿足給水泵的最小流量的要求。 給水控制系統(tǒng)實(shí)例分析 給水控制系統(tǒng)任務(wù)：汽包鍋爐和直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)有各自不同的任務(wù)。汽包鍋爐的給水控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制汽包水位為給定數(shù)值；直流鍋爐給水控制系統(tǒng)不同的設(shè)計有不同的控制任務(wù)，例如有的利用給水流量控制鍋爐負(fù)荷，有的則是利用給水控制過

8、熱器的中間溫度點(diǎn)。1、汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)任務(wù)：利用給水流量控制水位為給定數(shù)值300MW機(jī)組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式：3臺給水泵（1臺容量為額定容量的50%的電動給水泵、兩臺容量為額定負(fù)荷50%的汽動給水泵）；兩個控制回路（汽包水位控制系統(tǒng)和給水泵最小流量控制系統(tǒng)；水位全程控制（負(fù)荷從0%-100%水位全自動進(jìn)行控制）。控制回路特點(diǎn)：高可靠、多回路、變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。制回路、給水泵轉(zhuǎn)速三沖量控量控制回路、電動給水泵轉(zhuǎn)速單沖路、旁路閥單沖量控制回、測量系統(tǒng)汽包水位控制系統(tǒng)組成43211-1、測量系統(tǒng) 1）汽包水位測量：大多采用三個獨(dú)立檢測回路取中值的方案，對每個測量回路使用汽包壓力對其進(jìn)行壓力補(bǔ)償。實(shí)際上

9、水位測量不僅與壓力相關(guān)、也與測量裝置的環(huán)境溫度相關(guān)，不過一般對測量裝置采取一定的保溫措施，使溫度對測量結(jié)果的影響成為常數(shù)、或變化范圍很小可近似為常數(shù)。這樣，可將影響測量結(jié)果看成是汽包壓力和測量裝置輸出的差壓兩者之間關(guān)系。H=f（P，Pb）根據(jù)流體力學(xué)定律：紅線以下液體的溫度和密度相同（兩個管道微小的差壓可以不考慮），作用到壓差測量裝置上的壓強(qiáng)大小相等而相互抵消，兩個管道上的壓差主要由紅線以上的液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)差決定。汽包壓力gH汽包壓力）（汽包壓力飽和水液柱高度汽柱高度ghghH ),(),( bappfpfH 2）主蒸汽流量測量在中小機(jī)組中，蒸汽流量測量往往采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，盡管標(biāo)準(zhǔn)噴

10、嘴壓力損失比較小，對大型機(jī)組由于蒸汽流量較大，能量損失數(shù)量巨大，所以一般采用汽輪機(jī)第一級壓力代表蒸汽流量。實(shí)際上進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽都具有一定的過熱度，而測量希望得到的應(yīng)該是質(zhì)量流量，通常的方法是首先測量體積流量，然后乘以密度變成質(zhì)量流量。所以不僅壓力影響流量測量，蒸汽溫度對流量測量影響也較大。所以流量應(yīng)該是壓力和溫度的函數(shù)。流量測量通常采用三個獨(dú)立檢測回路（三個壓力變送器）取中值，再經(jīng)過壓力和溫度補(bǔ)償后形成蒸汽流量。)(161. 0)(257. 0958. 021bbpfpfPH公式如下：影響可以忽略，其經(jīng)驗(yàn)意保溫后，環(huán)境溫度對汽包水位測量容室注3）主給水流量測量：使用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測量節(jié)流后的差

11、壓，流量于差壓的開方成正比。由于使用開方運(yùn)算，當(dāng)流量很小時，測量和運(yùn)算都存在較大的誤差，所以流量越小時測量結(jié)果可信度越差。niTWWiWWTpfW1),(給水總流量：1-2、旁路閥單沖量控制回路、旁路閥單沖量控制回路 機(jī)組在啟動或地負(fù)荷（機(jī)組在啟動或地負(fù)荷（0到到X范圍）時，由范圍）時，由一臺電動給水泵向鍋爐給水?？刂苹芈诽匾慌_電動給水泵向鍋爐給水?？刂苹芈诽攸c(diǎn)：點(diǎn)： 單回路：之所以沒有選擇三沖量是因?yàn)?，單回路：之所以沒有選擇三沖量是因?yàn)?，小?fù)荷時汽包虛假水位不太嚴(yán)重，另外小小負(fù)荷時汽包虛假水位不太嚴(yán)重，另外小負(fù)荷時流量測量誤差很大。當(dāng)然首先是單負(fù)荷時流量測量誤差很大。當(dāng)然首先是單回路在小負(fù)荷

12、時已經(jīng)能夠很好的控制水位。回路在小負(fù)荷時已經(jīng)能夠很好的控制水位。 旁路閥：旁路閥原本是在開啟大的給水閥旁路閥：旁路閥原本是在開啟大的給水閥門之前開啟的一種小流量閥們，目的是減門之前開啟的一種小流量閥們，目的是減小大閥門兩端的壓差，現(xiàn)在使用主要是為小大閥門兩端的壓差，現(xiàn)在使用主要是為了便于調(diào)節(jié)水位。了便于調(diào)節(jié)水位。汽包水位信號通過汽包壓力補(bǔ)償后形成水位信號和給定的數(shù)值比較后輸入的PID調(diào)節(jié)器，然后控制旁路調(diào)節(jié)閥以改變給水流量，進(jìn)而控制汽包水位。3、電動給水轉(zhuǎn)速單沖量控制回路：當(dāng)旁路閥開度達(dá)到一定數(shù)值（80%-90%）時，控制系統(tǒng)自動切換到電動給水泵的轉(zhuǎn)速控制，例如勺管液位的高低控制給水泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)

13、而控制給水量。主調(diào)節(jié)負(fù)調(diào)節(jié)水位水流量蒸汽量水位給定靜態(tài)配合:當(dāng)蒸汽流量和給水流量靜態(tài)相等時，主調(diào)節(jié)器的輸出決定調(diào)節(jié)閥門開度，類似單回路調(diào)節(jié)。 給水控制對象的結(jié)構(gòu)給水控制對象的結(jié)構(gòu)省煤器省煤器過熱器過熱器采用定速泵給水控制系統(tǒng)擾動因素采用定速泵給水控制系統(tǒng)擾動因素 1、給水量、給水量W擾動擾動 2、蒸汽流量、蒸汽流量D擾動擾動 3、燃燒率、燃燒率Q擾動擾動習(xí)題 1、在給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，在給水流量擾在給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，在給水流量擾動下汽包水位動下汽包水位( A)。 （A）出現(xiàn)）出現(xiàn)“虛假水位虛假水位”；(B)立即變化；立即變化；(C)不是立即變化，而是要遲延一段時間；不是立即變化，而是要遲延一

14、段時間；(D)不會變化不會變化 2、汽包水位調(diào)節(jié)對象屬于、汽包水位調(diào)節(jié)對象屬于( B )對象。對象。 (A)無自平衡能力多容；無自平衡能力多容；(B)有自平衡能力多有自平衡能力多容；無自平衡能力單容；容；無自平衡能力單容；(D)有自平衡能力有自平衡能力單容。單容。 習(xí)題 3、為避免在為避免在“虛假水位虛假水位”作用下調(diào)節(jié)器產(chǎn)作用下調(diào)節(jié)器產(chǎn)生誤動作，在給水控制系統(tǒng)中引入生誤動作，在給水控制系統(tǒng)中引入( )信號信號作為補(bǔ)償信號。作為補(bǔ)償信號。 (A)給水流量；給水流量； (B)蒸汽流量；蒸汽流量； (C)水位；水位； (D)汽包壓力。汽包壓力。 4、在三沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，三沖量在三沖量給水自

15、動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，三沖量是指汽包水位、蒸汽流量和凝結(jié)水流量三是指汽包水位、蒸汽流量和凝結(jié)水流量三個信號。個信號。( X ) 5、在蒸汽流量擾動下，給水調(diào)節(jié)對象出現(xiàn)_虛假水位_現(xiàn)象。在三沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，汽包水位、蒸汽流在三沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，汽包水位、蒸汽流量和給水流量三個信號的作用是什么？量和給水流量三個信號的作用是什么？ 答：在三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器接受汽包水位、蒸汽流量和給水流量三個信號。其中汽包水位H是主信號，在調(diào)節(jié)過程中起校正作用，使在穩(wěn)態(tài)時汽包水位等于其給定值。蒸汽流量信號 D是前饋信號，當(dāng)負(fù)荷變化時，它快于水位偏差信號，起前饋調(diào)節(jié)作用；同時，它能防止由于“虛假水位”而引起的調(diào)節(jié)器的誤動作，改善蒸汽流量擾動