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(dòng)控制的任務(wù) 維持汽包水位在設(shè)定值 汽包水位是鍋爐運(yùn)行中的一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)，它間接地表示了鍋爐負(fù)荷和給水的平衡關(guān)系。維持汽包水位是保證機(jī)爐安全運(yùn)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(jié)果使過熱器受熱面結(jié)垢而導(dǎo)致過熱器燒壞，同時(shí)還會(huì)使過熱汽溫產(chǎn)生急劇變化，直接影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(jiǎn)圖1除氧器給水箱；2給水前置泵；3電動(dòng)調(diào)速給水泵；4電動(dòng)調(diào)速給水泵(備用)；5液力聯(lián)軸器；6

2、電機(jī)；7液力聯(lián)軸器調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；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(cè)量裝置；11高旁減溫水；121級(jí)減溫器減溫水；132級(jí)減溫器減溫水；14再熱器減溫水；15鍋爐啟動(dòng)閥；16主給水電動(dòng)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(cè)量裝置11121316151820101010334222188914252123222224A6A7A8MMMMMMM555MMM1719777666給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性（一）給水量擾（一）給水量擾動(dòng)下的水位特性動(dòng)下的水位特性給水控制對(duì)象在給水量W擾動(dòng)下

3、的動(dòng)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(dòng)下汽包對(duì)象的特點(diǎn)是有遲延、有慣性、沒有自平衡能力。H為實(shí)際水位響應(yīng)曲線；H1為僅考慮鍋內(nèi)貯水量變化的水位響應(yīng)特性；H2為僅考慮鍋內(nèi)工質(zhì)容積變化所引起的水位變化特性 ssWHsWOW1蒸汽流量擾動(dòng)下的水位特性是負(fù)荷外部擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。在蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)下，汽包有虛假水位現(xiàn)象。（二）蒸汽流量擾動(dòng)下的水位特性（二）蒸汽流量擾動(dòng)下的水位特性H為實(shí)際水位響應(yīng)曲線；H1為僅考慮鍋內(nèi)貯水量變化的水位響應(yīng)特性；H2為僅考慮鍋內(nèi)工質(zhì)容積變化所引起的水位變化特性 負(fù)荷擾動(dòng)下水位的響應(yīng)曲線 t DH2H1H0 0 Ht2T2KD ssTKDHsWOD221當(dāng)鍋爐燃料量發(fā)

4、生擾動(dòng)(增加)時(shí)，爐內(nèi)換熱面的吸熱量增加使汽包內(nèi)蒸發(fā)加強(qiáng)。若此時(shí)汽輪機(jī)負(fù)荷未增加，則汽輪機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)閥開度不變，但由于蒸發(fā)加強(qiáng)，主蒸汽流量實(shí)際上有所增加，所以這種擾動(dòng)下水位特性與蒸汽流量擾動(dòng)下的特性接近，只是“虛假水位”現(xiàn)象不太嚴(yán)重，水位小幅上升，遲延時(shí)間較長(zhǎng)。 00ttBHBB燃料量擾動(dòng)下的水位特性（三）燃料量擾動(dòng)下的水位特性（三）燃料量擾動(dòng)下的水位特性汽包爐給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性有以下特點(diǎn)：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(jī)構(gòu)的動(dòng)作相對(duì)水位變化的影響存在滯后，因此調(diào)節(jié)過程中將會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)偏差。無自平衡能力的響應(yīng)速度越大，水位對(duì)擾動(dòng)反應(yīng)越

5、敏感，調(diào)節(jié)的難度也相應(yīng)增大，調(diào)節(jié)過程中水位動(dòng)態(tài)偏差也將增大。蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)(外擾)時(shí)，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(gè)信號(hào)進(jìn)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(yīng)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(hào)；以蒸汽流量作系統(tǒng)的被調(diào)量信號(hào)；以蒸汽流量D作為系統(tǒng)的前饋信號(hào)；以作為系統(tǒng)的前饋信號(hào)；以給水流量給水流量W構(gòu)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(gòu)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(dòng)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(jī)組在啟停、正常運(yùn)行和負(fù)荷變化啟停、正常運(yùn)行和負(fù)荷變化過程中均能進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。電力生產(chǎn)的“全程”具體包括以下幾個(gè)過程： 1.鍋爐點(diǎn)火、升溫升壓； 2.開始帶負(fù)荷； 3.帶小負(fù)荷； 4.由小負(fù)荷到大負(fù)荷運(yùn)行； 5.由大負(fù)荷又降到小荷負(fù)； 6.鍋爐滅火后冷卻降溫降壓。 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，保持汽包水位在正常范圍內(nèi)變化，同時(shí)具有對(duì)鍋爐的水循環(huán)和省煤器的保護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)水位和給水流量?jī)蓚€(gè)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(huì)對(duì)省煤器的安全運(yùn)行帶來威脅。所以，給水控制的任給水控制的任務(wù)實(shí)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(wù)實(shí)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(duì)給水全程控制系統(tǒng)的要求（一）對(duì)給水全程控制系統(tǒng)的要求給水全程控制要求在鍋爐運(yùn)行的全過程都自動(dòng)地完成給水調(diào)節(jié)所規(guī)定的兩項(xiàng)任務(wù)，它比常規(guī)給水控制復(fù)雜得多。給水全程控制存在以下難點(diǎn)及要求：（1）實(shí)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(zhuǎn)速即改變給水壓力的方法來改變給水量改變給水泵轉(zhuǎn)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(jì)，故在一般單元機(jī)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(shí)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(jī)組在不同的負(fù)荷下呈現(xiàn)不同的對(duì)象特性，要求控制系統(tǒng)能適應(yīng)這樣的特性。隨著負(fù)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(duì)各個(gè)信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量提出了更嚴(yán)格的要求。例如，在機(jī)組啟停過程及高低負(fù)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(hào)都要進(jìn)行溫度壓力的補(bǔ)償給水流量、蒸汽流量和汽包水位信號(hào)都要進(jìn)行溫度壓力的補(bǔ)償。（4）在多種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜切換中，給水全程控制系統(tǒng)都必須保證無擾。高低負(fù)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(guān)截止門的切換。在低負(fù)荷時(shí)通過改變閥門的開度來保持泵的出口壓力，高負(fù)荷時(shí)通過改變調(diào)速泵的轉(zhuǎn)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(jìn)行。（二）測(cè)量信號(hào)的自動(dòng)校正（二）測(cè)量信號(hào)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測(cè)量準(zhǔn)確性受到很大影響。為了實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制，需要自動(dòng)地對(duì)這些測(cè)量信號(hào)進(jìn)行溫度、壓力校正。 測(cè)量信號(hào)自動(dòng)校正的基本方法是：先推導(dǎo)出被測(cè)參數(shù)隨溫度、壓力變化的數(shù)學(xué)關(guān)系，然后利用各種運(yùn)算模塊進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dāng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，機(jī)組的負(fù)荷較低，稱為低負(fù)荷狀態(tài)（負(fù)荷低于30%BMCR），由電動(dòng)變速泵和旁路調(diào)節(jié)閥電動(dòng)變速泵和旁路調(diào)節(jié)閥共同完成給水控制

11、的任務(wù)。此時(shí)，主給水電動(dòng)閥處于關(guān)閉位置。 當(dāng)旁路給水調(diào)節(jié)閥開度大于設(shè)定值(如90%開度)時(shí)，若汽包水位正常，主燃料系統(tǒng)正常，則主給水電動(dòng)閥自動(dòng)打開，隨后過渡到由變速水泵完成給水控制任務(wù)。（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(fù)荷狀態(tài)采用單沖量控制系統(tǒng)，在高負(fù)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(yùn)行的特殊（五）給水泵安全運(yùn)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(yùn)行在安全工作區(qū)內(nèi)。電動(dòng)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(dá)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(zhuǎn)速曲線 ；最低轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速曲線由泵組的調(diào)速裝置所限制，工作點(diǎn)不會(huì)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(yùn)行應(yīng)采取的措施主要是不使泵的工作點(diǎn)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(gòu)成全程給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置以下幾個(gè)子系統(tǒng)：給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)

13、鍋爐的負(fù)荷要求，通過調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)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(fù)荷時(shí)為了不使水泵的工作點(diǎn)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(shè)計(jì)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(wù)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(diǎn)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(zhuǎn)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(diǎn)：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(jī)組給水控制系統(tǒng)介紹350MW機(jī)組全程給水控制系統(tǒng)由以下三個(gè)子控制系統(tǒng)三個(gè)子控制系統(tǒng)構(gòu)成，即：給水旁路調(diào)節(jié)閥（啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥）控制系統(tǒng)；給水旁路調(diào)節(jié)閥（啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥）控制系統(tǒng)；變速給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)（三臺(tái)泵各自設(shè)置一套）；變速給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)（三臺(tái)泵各自設(shè)置一套）；給水泵最小流量控制系統(tǒng)（三臺(tái)泵各自設(shè)置一套）。給水泵最小流量控制系統(tǒng)（三臺(tái)泵各自設(shè)置一套）。這三個(gè)子系統(tǒng)共同完成給水全程控制的各項(xiàng)任務(wù)。在任何負(fù)荷下都要維持汽

15、包水位穩(wěn)定在設(shè)定值，同時(shí)要盡可能使給水流量相對(duì)穩(wěn)定，以保護(hù)省煤器和給水管道系統(tǒng)的安全運(yùn)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(zhuǎn)速來改變給水流量，以維持汽包水位；啟動(dòng)閥控制系統(tǒng)的作用是在啟動(dòng)和低負(fù)荷階段通過調(diào)整給水啟動(dòng)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(yùn)行條件變化較大，要求全程給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式隨運(yùn)行條件的變化而進(jìn)行各種切換，且要求切換時(shí)無擾。具體的切換有：同一系統(tǒng)中控制偏差信號(hào)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(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)鍋爐給水啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng) 鍋爐給水啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)工作原理示意圖給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：?jiǎn)螞_量控制信號(hào)的形成回路；三沖量控制信號(hào)的形成回路；單/三沖量控制信號(hào)的無擾切換回路；給水泵安全保護(hù)回路；運(yùn)行給水泵出力同步回路；各臺(tái)泵啟動(dòng)控制回路；各臺(tái)泵轉(zhuǎn)速控制回路等。給水泵轉(zhuǎn)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(hù)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(dāng)給水泵