模擬量控制系統(tǒng)(MCS)給水控制系統(tǒng)

1、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）給水控制系統(tǒng)給水控制系統(tǒng)汽包鍋爐給水自動控制的任務 維持汽包水位在設定值 汽包水位是鍋爐運行中的一個重要的監(jiān)控參數(shù)，它間接地表示了鍋爐負荷和給水的平衡關系。維持汽包水位是保證機爐安全運行的重要條件。鍋爐汽包水位過高，影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽中水分過多，結果使過熱器受熱面結垢而導致過熱器燒壞，同時還會使過熱汽溫產(chǎn)生急劇變化，直接影響機組運行的經(jīng)濟性和安全性；汽包水位過低，則可能使鍋爐水循環(huán)工況破壞，造成水冷壁管供水不足而燒壞。圖11-1 鍋爐給水系統(tǒng)工藝流程簡圖1除氧器給水箱；2給水前置泵；3電動調(diào)速給水泵；4電動調(diào)速給水泵(備用)；5液力聯(lián)軸器；6

2、電機；7液力聯(lián)軸器調(diào)節(jié)機構；8主給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥；9備用泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥；10流量測量裝置；11高旁減溫水；121級減溫器減溫水；132級減溫器減溫水；14再熱器減溫水；15鍋爐啟動閥；16主給水電動閥；17,18,19高壓加熱器；20省煤器；21汽包；22下降管；23水冷壁下聯(lián)箱；24省煤器再循環(huán)； 25總給水流量測量裝置11121316151820101010334222188914252123222224A6A7A8MMMMMMM555MMM1719777666給水控制對象的動態(tài)特性給水控制對象的動態(tài)特性（一）給水量擾（一）給水量擾動下的水位特性動下的水位特性給水控制對象在給水量W擾動下

3、的動態(tài)特性是系統(tǒng)調(diào)節(jié)通道的特性。在給水量階躍擾動下汽包對象的特點是有遲延、有慣性、沒有自平衡能力。H為實際水位響應曲線；H1為僅考慮鍋內(nèi)貯水量變化的水位響應特性；H2為僅考慮鍋內(nèi)工質容積變化所引起的水位變化特性 ssWHsWOW1蒸汽流量擾動下的水位特性是負荷外部擾動下的動態(tài)特性。在蒸汽負荷擾動下，汽包有虛假水位現(xiàn)象。（二）蒸汽流量擾動下的水位特性（二）蒸汽流量擾動下的水位特性H為實際水位響應曲線；H1為僅考慮鍋內(nèi)貯水量變化的水位響應特性；H2為僅考慮鍋內(nèi)工質容積變化所引起的水位變化特性 負荷擾動下水位的響應曲線 t DH2H1H0 0 Ht2T2KD ssTKDHsWOD221當鍋爐燃料量發(fā)

4、生擾動(增加)時，爐內(nèi)換熱面的吸熱量增加使汽包內(nèi)蒸發(fā)加強。若此時汽輪機負荷未增加，則汽輪機側調(diào)節(jié)閥開度不變，但由于蒸發(fā)加強，主蒸汽流量實際上有所增加，所以這種擾動下水位特性與蒸汽流量擾動下的特性接近，只是“虛假水位”現(xiàn)象不太嚴重，水位小幅上升，遲延時間較長。 00ttBHBB燃料量擾動下的水位特性（三）燃料量擾動下的水位特性（三）燃料量擾動下的水位特性汽包爐給水控制對象的動態(tài)特性有以下特點：調(diào)節(jié)通道中存在遲延和慣性遲延和慣性，并且無自平衡能力無自平衡能力。遲延和慣性的存在使給水調(diào)節(jié)機構的動作相對水位變化的影響存在滯后，因此調(diào)節(jié)過程中將會出現(xiàn)動態(tài)偏差。無自平衡能力的響應速度越大，水位對擾動反應越

5、敏感，調(diào)節(jié)的難度也相應增大，調(diào)節(jié)過程中水位動態(tài)偏差也將增大。蒸汽負荷擾動(外擾)時，存在“虛假水位虛假水位”現(xiàn)象。虛假水位現(xiàn)象是不能通過閉環(huán)系統(tǒng)用調(diào)節(jié)給水流量的辦法來減小的，這也增大了水位調(diào)節(jié)的難度。顯然由于虛假水位現(xiàn)象的存在，是不能只根據(jù)水位H一個信號進行調(diào)節(jié)的。鑒于以上原因，現(xiàn)代大型汽包爐的給水調(diào)節(jié)多應用三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即以水位水位H作系統(tǒng)的被調(diào)量信號；以蒸汽流量作系統(tǒng)的被調(diào)量信號；以蒸汽流量D作為系統(tǒng)的前饋信號；以作為系統(tǒng)的前饋信號；以給水流量給水流量W構成系統(tǒng)的輔助被調(diào)量，形成三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。構成系統(tǒng)的輔助被調(diào)量，形成三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于給水量調(diào)節(jié)器位于系統(tǒng)的閉環(huán)

6、以內(nèi)，所以給水量W擾動下的水位特性最為重要，是系統(tǒng)整定的主要依據(jù)。 給水全程控制中的一些特殊問題 一、給水全程控制的概念一、給水全程控制的概念 全程控制系統(tǒng)是指機組在啟停、正常運行和負荷變化啟停、正常運行和負荷變化過程中均能進行自動控制的系統(tǒng)。電力生產(chǎn)的“全程”具體包括以下幾個過程： 1.鍋爐點火、升溫升壓； 2.開始帶負荷； 3.帶小負荷； 4.由小負荷到大負荷運行； 5.由大負荷又降到小荷負； 6.鍋爐滅火后冷卻降溫降壓。 給水全程自動控制的任務是在上述過程中，控制鍋爐的進水量，保持汽包水位在正常范圍內(nèi)變化，同時具有對鍋爐的水循環(huán)和省煤器的保護作用，實現(xiàn)水位和給水流量兩個參數(shù)的協(xié)調(diào)。水位是

7、靠調(diào)節(jié)給水流量來保持的，而給水流量變化得過分劇烈，將會對省煤器的安全運行帶來威脅。所以，給水控制的任給水控制的任務實際上包括兩方面的內(nèi)容：即保持水位在工藝允許范圍內(nèi)變化的條件下，盡務實際上包括兩方面的內(nèi)容：即保持水位在工藝允許范圍內(nèi)變化的條件下，盡量保持給水流量穩(wěn)定。量保持給水流量穩(wěn)定。 二、給水全程控制中的特殊問題二、給水全程控制中的特殊問題（一）對給水全程控制系統(tǒng)的要求（一）對給水全程控制系統(tǒng)的要求給水全程控制要求在鍋爐運行的全過程都自動地完成給水調(diào)節(jié)所規(guī)定的兩項任務，它比常規(guī)給水控制復雜得多。給水全程控制存在以下難點及要求：（1）實現(xiàn)給水全程控制可以采用改變給水調(diào)節(jié)閥開度即改變給水管道阻

8、力的方法來改變給采用改變給水調(diào)節(jié)閥開度即改變給水管道阻力的方法來改變給水量水量，也可以采用改變給水泵轉速即改變給水壓力的方法來改變給水量改變給水泵轉速即改變給水壓力的方法來改變給水量。前一種方法節(jié)流損失大，給水泵的消耗功率多，不經(jīng)濟，故在一般單元機組的大型鍋爐中都采用后一種方法。在給水全程控制系統(tǒng)不中僅要滿足給水調(diào)節(jié)的要求，同時要保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)，這就需要有兩兩套控制系統(tǒng)套控制系統(tǒng)來完成。（2）由于機組在不同的負荷下呈現(xiàn)不同的對象特性，要求控制系統(tǒng)能適應這樣的特性。隨著負荷的增高和降低，系統(tǒng)要從單沖量單沖量過渡到三沖量系統(tǒng)三沖量系統(tǒng)，或從三沖量過渡到單沖量系統(tǒng)，由此產(chǎn)生了系統(tǒng)的切換

9、問題，必須有保證兩套系統(tǒng)相互無擾切換保證兩套系統(tǒng)相互無擾切換的控制線路。（3）由于全程控制系統(tǒng)的工作范圍較廣，對各個信號的準確測量提出了更嚴格的要求。例如，在機組啟停過程及高低負荷等不同工況下，給水流量和汽溫、汽壓等參數(shù)都變化很大，所以給水流量、蒸汽流量和汽包水位信號都要進行溫度壓力的補償給水流量、蒸汽流量和汽包水位信號都要進行溫度壓力的補償。（4）在多種調(diào)節(jié)機構的復雜切換中，給水全程控制系統(tǒng)都必須保證無擾。高低負荷需用不同的閥門，調(diào)節(jié)閥門的切換調(diào)節(jié)閥門的切換伴隨著有關截止門的切換。在低負荷時通過改變閥門的開度來保持泵的出口壓力，高負荷時通過改變調(diào)速泵的轉速保持水位，閥門與調(diào)速泵間的切換閥門與

10、調(diào)速泵間的切換都要求安全無擾地進行。（二）測量信號的自動校正（二）測量信號的自動校正 鍋爐從啟動到正常運行或是從正常運行到停爐的過程中，蒸汽參數(shù)和負荷在很大的范圍內(nèi)變化，這就使水位、給水流量和蒸汽流量的測量準確性受到很大影響。為了實現(xiàn)全程自動控制，需要自動地對這些測量信號進行溫度、壓力校正。 測量信號自動校正的基本方法是：先推導出被測參數(shù)隨溫度、壓力變化的數(shù)學關系，然后利用各種運算模塊進行運算，實現(xiàn)自動校正。（三）給水控制中的閥門切換（三）給水控制中的閥門切換 當機組啟動時，機組的負荷較低，稱為低負荷狀態(tài)（負荷低于30%BMCR），由電動變速泵和旁路調(diào)節(jié)閥電動變速泵和旁路調(diào)節(jié)閥共同完成給水控制

11、的任務。此時，主給水電動閥處于關閉位置。 當旁路給水調(diào)節(jié)閥開度大于設定值(如90%開度)時，若汽包水位正常，主燃料系統(tǒng)正常，則主給水電動閥自動打開，隨后過渡到由變速水泵完成給水控制任務。（四）給水控制系統(tǒng)的無擾切換（四）給水控制系統(tǒng)的無擾切換 一般給水全程控制系統(tǒng)在低負荷狀態(tài)采用單沖量控制系統(tǒng)，在高負荷狀態(tài)采用三沖量控制系統(tǒng)，需解決好系統(tǒng)之間的無擾切換問題。（五）給水泵安全運行的特殊（五）給水泵安全運行的特殊要求要求 采用變速泵的給水全程控制系統(tǒng)要求給水泵運行在安全工作區(qū)內(nèi)。電動變速泵的速度控制借助液力齒輪聯(lián)軸器完成，通過改變液力聯(lián)軸器勺管位置的高低，控制工作油量的多少以達到控制速度的目的。變

12、速給水泵的安全工作區(qū)可以在泵的流量壓力特性曲線上表示出來，如圖所示。變速泵的安全工作區(qū)由六條曲線圍成：最高轉速曲線 ；最低轉速曲線 ；最高壓力曲線 ；最低壓力曲線 ；上限特性曲線 ；下限特性曲線 。其中，最高和最低轉速曲線由泵組的調(diào)速裝置所限制，工作點不會越出其外邊，且高性能現(xiàn)代高速給水泵的出口最高壓力均高于管道的承壓能力，所以保證給水泵安全運行應采取的措施主要是不使泵的工作點處在上限和下限特性曲線之外，不使泵出口壓力落入最低壓力線之下。 maxnminnmaxpminpminQmaxQ采用變速泵構成全程給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，應考慮設置以下幾個子系統(tǒng)：給水泵轉速調(diào)節(jié)系統(tǒng)給水泵轉速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)

13、鍋爐的負荷要求，通過調(diào)節(jié)給水泵轉速的方法來調(diào)整給水量的大小。給水泵最小流量控制系統(tǒng)。給水泵最小流量控制系統(tǒng)。低負荷時為了不使水泵的工作點落在上限特性曲線的外邊，可通過增大水泵再循環(huán)流量的辦法來維持水泵流量不低于設計要求的最小流量值。給水泵出口壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。給水泵出口壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的任務是通過調(diào)節(jié)給水調(diào)節(jié)閥門的開度來維持給水泵出口壓力，保證給水泵工作點不落在下限工作特性曲線之外及最低壓力線之下。 （二）一段式給水控制方案（二）一段式給水控制方案高速限制低速限制勺管(泵轉速)（a）水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)（b）給水泵出口壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)變速泵一段式給水調(diào)節(jié)方案Pp給水調(diào)節(jié)閥ZPI2PI3minM3maxHD

14、W0H+_PI1+WF(x)minpmax變速泵用于調(diào)節(jié)水位，給水閥用于維持給水泵的出口壓力，保證水泵安全工作。優(yōu)點：充分利用變速泵的調(diào)速范圍，減小節(jié)流損失。下限特性曲線350MW機組給水控制系統(tǒng)介紹350MW機組全程給水控制系統(tǒng)由以下三個子控制系統(tǒng)三個子控制系統(tǒng)構成，即：給水旁路調(diào)節(jié)閥（啟動調(diào)節(jié)閥）控制系統(tǒng)；給水旁路調(diào)節(jié)閥（啟動調(diào)節(jié)閥）控制系統(tǒng)；變速給水泵轉速控制系統(tǒng)（三臺泵各自設置一套）；變速給水泵轉速控制系統(tǒng)（三臺泵各自設置一套）；給水泵最小流量控制系統(tǒng)（三臺泵各自設置一套）。給水泵最小流量控制系統(tǒng)（三臺泵各自設置一套）。這三個子系統(tǒng)共同完成給水全程控制的各項任務。在任何負荷下都要維持汽

15、包水位穩(wěn)定在設定值，同時要盡可能使給水流量相對穩(wěn)定，以保護省煤器和給水管道系統(tǒng)的安全運行；還要保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。任何工況下都是通過調(diào)整給水泵轉速來改變給水流量，以維持汽包水位；啟動閥控制系統(tǒng)的作用是在啟動和低負荷階段通過調(diào)整給水啟動調(diào)節(jié)閥的開度改變給水管道的阻力特性，維持一定的給水母管壓力。 由于全程給水的運行條件變化較大，要求全程給水控制系統(tǒng)的結構形式隨運行條件的變化而進行各種切換，且要求切換時無擾。具體的切換有：同一系統(tǒng)中控制偏差信號的切換；單沖量與三沖量控制系統(tǒng)之間的切換；閥門之間的切換；給水泵之間的切換等。 鍋爐給水啟動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)鍋爐給水啟動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng) 鍋爐給水啟動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)工作原理示意圖給水泵轉速控制系統(tǒng)給水泵轉速控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：單沖量控制信號的形成回路；三沖量控制信號的形成回路；單/三沖量控制信號的無擾切換回路；給水泵安全保護回路；運行給水泵出力同步回路；各臺泵啟動控制回路；各臺泵轉速控制回路等。給水泵轉速控制系統(tǒng)工作原理示意圖單三沖量無擾切換回路 給水泵安全工作區(qū)保護回路給水泵最小流量控制系統(tǒng)給水泵最小流量控制系統(tǒng) 當給水泵