第二章 鍋爐控制2

2-4 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)

2-4－1概述

一、給水控制任務(wù)

使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，同時(shí)保持穩(wěn)定的給水流量。

汽包水位是一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)，反映了鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系。水位高：水位過低：二、對(duì)象特性

給水省煤器汽包給水調(diào)節(jié)閥過熱器過熱蒸汽水循環(huán)管路圖11－1給水調(diào)節(jié)對(duì)象結(jié)構(gòu)示意圖三個(gè)主要擾動(dòng)因素：給水流量、蒸汽流量和爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)1、給水流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性

圖11－2給水流量階躍擾動(dòng)下的水位響應(yīng)曲線t0WΔWτBA1t0HΔH3ετα2+－HW2、蒸汽流量擾動(dòng)下的水位動(dòng)態(tài)特性

圖11－4蒸汽流量階躍擾動(dòng)下的水位響應(yīng)曲線t0DΔDH1t0HHH2+_HD3、爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位動(dòng)態(tài)特性

Dt0BΔBt0HH圖11－6燃料量擾動(dòng)下的水位特性2-4-2給水流量調(diào)節(jié)方式

一、節(jié)流調(diào)節(jié)方式

圖11－7節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖給水定速泵調(diào)節(jié)閥省煤器汽包過熱器過熱蒸汽調(diào)節(jié)器高壓加熱器HμVμV=100%n=c管路性能曲線泵特性曲線AMBWWBWAWμV=5％圖11-8節(jié)流調(diào)節(jié)原理二、給水泵調(diào)速方式

變速泵圖11－9水泵變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖給水高壓加熱器過熱蒸汽省煤器汽包過熱器調(diào)節(jié)器圖11-10水泵變速調(diào)節(jié)原理HnmaxMAnminB管路性能曲線泵特性曲線WWminWmaxW調(diào)速泵有：（1）電動(dòng)調(diào)速泵，原動(dòng)機(jī)是定速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)與水泵之間的軸聯(lián)接采用液力聯(lián)軸器，改變液力聯(lián)軸器中的油位高度即實(shí)現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速的改變。（2）汽動(dòng)調(diào)速泵，動(dòng)力是小汽輪機(jī)，改變小汽輪機(jī)的進(jìn)汽流量實(shí)現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的改變。小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由獨(dú)立的MEH控制。三、組合方式

300MW及以上機(jī)組，采用節(jié)流調(diào)節(jié)方式和給水泵調(diào)速方式相組合的方式調(diào)節(jié)給水量。在低負(fù)荷階段利用電動(dòng)給水泵保證泵出口與汽包之間的差壓（或泵出口壓頭），由給水調(diào)節(jié)閥（或給水旁路調(diào)節(jié)閥）來調(diào)節(jié)給水流量，進(jìn)而控制汽包水位；在負(fù)荷超過某一值（對(duì)應(yīng)的給水流量需求接近調(diào)節(jié)閥的最大通流能力）且汽動(dòng)給水泵尚未啟動(dòng)時(shí)，由電動(dòng)調(diào)速給水泵來調(diào)節(jié)給水流量，進(jìn)而控制汽包水位；在汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)后，逐步由電動(dòng)調(diào)速給水泵過渡到汽動(dòng)給水泵來調(diào)節(jié)給水流量。電動(dòng)給水泵只在機(jī)組啟動(dòng)階段或汽動(dòng)給水泵故障時(shí)使用。2-4-3給水控制基本方案

一、單沖量給水控制系統(tǒng)

圖11－11單沖量給水控制系統(tǒng)汽包水位△PID水位給定值調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)二.串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)

圖11－13串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)過熱器省煤器汽包蒸汽流量DΔpαDPID1ΔpKzΔpαWPID2給水流量W＋－－＋＋WKμγDγWαWγHHSHGHD(s)αDDKZGHW(s)Gc1(s)Gc2(s)圖11-14串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理框圖HW－＋GHW(s)γH1/αWγWGc1(s)圖11-16主回路等效方框圖2-4-4給水全程控制一、全程控制概述

是指單元機(jī)組在啟停過程和正常運(yùn)行時(shí)均能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)。二、對(duì)給水全程控制系統(tǒng)的要求（1）對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行壓力、溫度校正。（2）保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。（3）保證控制系統(tǒng)切換應(yīng)是雙向無擾的。（4）需解決好閥門與調(diào)速泵間過渡切換問題。（5）適應(yīng)機(jī)組定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行工況，必須適應(yīng)冷態(tài)啟動(dòng)和熱態(tài)啟動(dòng)情況。

三、信號(hào)測(cè)量校正

1.汽包水位測(cè)量

圖17單室平衡容器水位測(cè)量示意圖平衡容器輸出差壓Δp為

由于汽包中心水位線與聯(lián)通管下部開孔中心垂直距離為Bmm，因此，汽包中相對(duì)于中心水位線的水位為a為修正值

圖18密度與汽包壓力關(guān)系圖19差壓汽包水位測(cè)量原理圖2.給水流量測(cè)量

每臺(tái)給水泵入口設(shè)有流量孔板，測(cè)量單臺(tái)給水泵流量。在主給水管道．上設(shè)有給水流量噴嘴，測(cè)量進(jìn)入鍋爐的主給水流量。只考慮溫度修正3.蒸汽流量測(cè)量

弗留格流量計(jì)算公式是目前應(yīng)用于蒸汽流量計(jì)算中較為普遍的方法。（1）在所考慮的變動(dòng)工況范圍內(nèi)，當(dāng)級(jí)組內(nèi)的各級(jí)隔板噴嘴和動(dòng)葉柵中的汽流均未達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，且有背壓的汽輪機(jī)組，則式中D0——參考工況下級(jí)組內(nèi)的蒸汽流量，kg／h；p01——參考工況下級(jí)組前的蒸汽壓力，MPa；T01——參考工況下級(jí)組前的蒸汽溫度，K；P02——參考工況下級(jí)組后的蒸汽壓力，MPa；D——變動(dòng)工況下級(jí)組內(nèi)的蒸汽流量，kg／h；P1——變動(dòng)工況下級(jí)組前的蒸汽壓力，MPa；T1——變動(dòng)工況下級(jí)組前的蒸汽溫度，K；P2——變動(dòng)工況下級(jí)組后的蒸汽壓力，MPa。

（2）而當(dāng)在所考慮的變動(dòng)工況范圍內(nèi)，當(dāng)級(jí)組內(nèi)始終有一列或一列以上的噴嘴或動(dòng)葉柵中的汽流處在臨界狀態(tài)或超臨界狀態(tài)時(shí)，由于級(jí)組后的蒸汽壓力的變化不可能對(duì)級(jí)組前的蒸汽壓力狀態(tài)產(chǎn)生影響，且背壓為真空的機(jī)組，這時(shí)

某300MW機(jī)組的蒸汽流量計(jì)算公式為

D——主蒸汽流量，t／h；D0——額定工況下的主蒸汽流量，為985t／h；p1——調(diào)速級(jí)壓力；p01——額定工況下的調(diào)速級(jí)壓力，13．16MPa；t1——調(diào)速級(jí)溫度，℃；t01——額定工況下的調(diào)速級(jí)溫度,540．6℃；

以上關(guān)系式確定的首要前提是：汽機(jī)通流部分的結(jié)構(gòu)特征保持不變。當(dāng)汽機(jī)通流部分由于葉片表面結(jié)垢、破損、變形或動(dòng)靜部分間隙發(fā)生變化而導(dǎo)致汽道面積改變時(shí)，應(yīng)用上述公式計(jì)算所得的數(shù)值中會(huì)附帶有相應(yīng)的誤差。所以要以汽機(jī)運(yùn)行及其性能試驗(yàn)中實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

四、給水泵運(yùn)行問題

保證泵的安全工作區(qū)是首先要考慮的問題。圖20給水泵的安全工作區(qū)

因此，采用變速泵構(gòu)成給水全程控制系統(tǒng)時(shí)，一般會(huì)有：（1）給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)：根據(jù)鍋爐負(fù)荷要求，調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速，改變給水流量；（2）給水泵最小流量控制系統(tǒng)：低負(fù)荷時(shí)，通過水泵再循環(huán)辦法來維持水泵流量不低于設(shè)計(jì)要求的最小流量值，以保證給水泵工作點(diǎn)不落在上限特性曲線的外邊；（3）流量增加閉鎖回路（或給水泵出口壓力控制系統(tǒng)），保證給水泵工作點(diǎn)不落在最低壓力線下和下限工作特性曲線之外。五、全程給水一般控制方案

300MW以上機(jī)組通常配置3臺(tái)給水泵：（1）電動(dòng)給水泵1臺(tái)，容量為額定容量的25％或30％，一般是作為啟動(dòng)泵和備用泵；（2）汽動(dòng)給水泵兩臺(tái)，容量各為額定容量50％，正常運(yùn)行時(shí)用。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)包括汽包水位控制系統(tǒng)和給水泵（電動(dòng)和汽動(dòng)給水泵）最小流量控制系統(tǒng)。為適應(yīng)機(jī)組的各種運(yùn)行方式，汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為多回路變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。

1．測(cè)量系統(tǒng)

（1）汽包水位測(cè)量

（2）主蒸汽流量測(cè)量

（3）主給水流量測(cè)量2．汽包水位控制系統(tǒng)

圖21汽包水位全程控制系統(tǒng)原理性功能框圖f(x)∑A汽包壓力pb汽包水位f(x)給水旁路調(diào)節(jié)閥蒸汽流量∑泵出口壓力∑±Tf(x)電動(dòng)給水泵BALANCERAA給水流量∑±Tf(x)汽動(dòng)給水泵A∑±Tf(x)汽動(dòng)給水泵BA△PID1△PID2△PID3△PID4△PID5TAAAT2T1（1）旁路閥單沖量控制回路

（2）電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速單沖量控制回路

（3）給水泵轉(zhuǎn)速三沖量控制回路

3.給水泵最小流量控制系統(tǒng)

圖11-22給水泵最小流量控制系統(tǒng)原理圖NTf(x)循環(huán)回路調(diào)節(jié)閥泵入口流量A△PID泵最小流量給定值Y100%A0%T1T2AA流量小于某定值流量大于某定值YN－11－

5600MW機(jī)組給水全程控制實(shí)例一、給水熱力系統(tǒng)及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)圖23給水熱力系統(tǒng)示意圖去汽輪機(jī)去旁路主給水電動(dòng)截止閥給水旁路調(diào)節(jié)閥高壓加熱器電動(dòng)給水泵汽動(dòng)給水泵B汽包省煤器給水旁路電動(dòng)截止閥汽動(dòng)給水泵A除氧器再循環(huán)過熱器給水流量減溫水閥二、給水控制系統(tǒng)

水位差壓信號(hào)Δp1∑×K水位差壓信號(hào)Δp2∑×K水位差壓信號(hào)Δp3∑×Kf1(x)f2(x)MEDIANSELECT汽包壓力pb1汽包壓力pb2汽包壓力pb3MEDIANSELECT汽包水位H圖24汽包水位測(cè)量回路圖25主蒸汽流量測(cè)量回路+主汽溫T11∑/2×主汽溫T12÷f(x)MEDIANSELECT汽機(jī)第一級(jí)壓力p11主蒸汽流量∑旁路蒸汽流量A設(shè)定溫度值汽機(jī)第一級(jí)壓力p12汽機(jī)第一級(jí)壓力p13圖11-26主給水流量測(cè)量回路主給水流量+—給水汽溫TWMEDIANSELECT給水流量信號(hào)Δp1∑過熱器減溫水流量給水流量信號(hào)Δp2給水流量信號(hào)Δp3×××f(x)∑排污流量MEH轉(zhuǎn)速設(shè)定值MEH轉(zhuǎn)速設(shè)定值MEH遙控圖27汽包水位控制系統(tǒng)NNYY泵出口壓力PID3PID6PID1PID2△K∫△K∫△K∫水位HAATf(x)給水旁路調(diào)節(jié)閥∑主蒸汽流量△K∫主給水流量PID4GAINCHANGER&BALANCER△K∫△K∫△K∫△K∫∑汽包壓力pbA∑A電泵水流量∑A汽泵A水流量∑A汽泵B水流量PID7PID8ATf(x)電