MW机组给水控制系统研发设计方案分析报告

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1、目录摘要 I Abstract 错误！未定义书签。1. 绪论 11.1 课题研究意义 11.2 国内外研究现状综述 11.2.1 国内现状综述 11.2.2 国外现状综述 21.3 论文的主要工作 22 给水全程控制系统 42.1 给水调节对象的动态特性 42.1.1 给水扰动对水位的影响 42.1.2 负荷扰动对水位的影响 42.1.3 燃料量扰动对水位的影响 52.2 测量信号的自动校正 62.2.1 水位信号的压力校正 62.2.2 过热蒸汽流量信号压力、温度校正 82.2.3 给水流量测量信号的温度校正 92.3 给水泵安全运行特性要求 103 单元制给水全程自动控制系统 123.1

2、单元制机组给水系统介绍 123.1.1 汽水循环过程概述 123.1.2 主给水系统流程 123.2 锅炉给水全程控制的特点 133.3 汽包水位三冲量给水控制系统 143.3.1 三冲量控制系统结构原理 143.3.2 三冲量控制系统的工程整定 153.3.3 汽包水位的串级控制系统 173.4 控制中的跟踪与切换 183.4.1 三冲量与单冲量之间的无扰切换 193.4.2 阀门与泵的运行及切换 193.4.3 电动泵与汽动泵间的切换 193.4.4 执行机构的手、自动切换 204丰城电厂300MW机组给水控制系统分析214.1 300MW机组给水系统简介214.2 MAX1000合水控制

3、画面分析224.2.1 MAX1000中CCSB面基本功能介绍 224.2.2 给水系统主要操作过程 234.3 给水控制系统的逻辑分析 244.3.1 给水控制系统逻辑简图 244.3.2 给水控制系统逻辑分析 25结论 27 参考文献 28 致谢错误！未定义书签300MW组给水控制系统分析摘要汽包水位是汽包锅炉非常重要的运行参数，是衡量汽水系统是否平衡的重要标志。 维持汽包水位在允许范围内，是保证机组安全运行的必要条件。本文首先介绍给水调节 系统被控对象的动态特性、热工测量信号及其自动校正原理、调节机构特性等基本知 识，随后分析了单元制机组给水控制系统中三冲量、单冲量控制的结构及工作原理，

4、以 及其之间的自动转换过程。丰城电厂 300MW机组是典型的汽动泵和电动泵共同使用的混 合型给水系统。文章在深入理解给水系统结构及启动过程中给水系统相关操作的基础 上，结合MAX1000给水控制操作员站的相关画面，对给水控制的具体逻辑图进行了详细 分析。关键词：锅炉；给水全程控制；汽包水位；自动调节1 绪论1.1 课题研究意义随着电力需求的增长，以及能源和环保的要求，我国的火电建设开始向大容量、高 参数的大型机组靠拢。但是，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度要求也 越高。自动化装置已成为大型设备不可分割的重要组成部分，大型生产过程都是依赖于 这样的配置来运行的。我国最近几年新建的 3

5、00MW600MW火电机组基本上都采用国内外 最先进的分散控制系统(DCS)，对全厂各个生产过程进行集中监视和控制。在单元机组若干重要参数控制系统的设计及整定中，汽包水位是锅炉安全运行的主 要参数之一，同时它还是衡量锅炉汽水系统是否平衡的标志。维持汽包水位在一定允许 范围内，是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。水位过高会影响汽水分离器的正常 运行，蒸汽品质变坏，使过热器管壁和气轮机叶片结垢。严重时，会导致蒸汽带水，造 成汽轮机水冲击而损坏设备。水位过低则会破坏水循环，严重时将引起水冷壁管道破 裂。另一方面，随着锅炉参数的提高和容量的增大，汽包的相对容积减少，负荷变化和 其他扰动对水位的影响将

6、相对增大。这必将加大水位控制的难度，从而对水位控制系统 提出了更高的要求。但是，由于给水系统的复杂性，真正能实现全程给水控制的火电机 组还很少。因此，对全程给水控制进行优化，增强给水系统的控制效果和适应能力成为 迫切需要解决的问题。1.2 国内外研究现状综述1.2.1 国内现状综述目前，随着单元机组容量的增大和参数的提高，机组在启停过程中需要监视和控制 的工程越来越多，因此，为了机组的安全和经济运行，必须实现锅炉给水从机组的启动 到正常运行，又到停炉冷却全部过程均能实现。我国大型火电机组的给水控制基本上还是采用经典的 PID 控制算法。不同的控制公 司在给水控制策略的设计上虽然各有特点差异，但

7、基本上还是遵循了单冲量和三冲量控 制相结合的控制模式，采用的也基本上是调阀和调泵相结合的控制方法。虽然从理论上 讲，现有的控制方法应该可以实现机组的全程给水自动。但是，实际上由于给水系统和 机组运行的复杂性，机组在启动和低负荷时往往投不上自动。另外，机组在高负荷时， 虽然可以实现三冲量给水自动且正常情况时效果也不错。但其控制系统的鲁棒性较差， 适应异常工况的能力和出现设备故障的情况时的自调整能力也较差。因此，如何真正实 现全程给水控制是现今控制工程人员急于解决的一个课题。锅炉全程给水控制系统通常采用以下两种控制方案：一是两段式全程给水控制 , 采用变速给水泵控制给水母管压力 , 采用给水调节阀

8、控制 汽包水位 ,这一方案从热力系统上将给水控制系统和汽包水位控制系统分段 , 一定程度上 克服了两系统之间的相互影响 ,但不利于机组的经济运行和给水泵的安全运行 , 特别是不 能适应较大的负荷变化。二是一段式给水控制 , 采用变速给水泵控制汽包水位 , 采用给水调节阀控制给水母管 压力, 这一方案将给水控制系统和汽包水位控制系统作为一个整体来考虑 ,这样更有利于 机组效率的提高和给水泵的安全、高效运行 , 但必须克服两系统之间的相互影响。总的来说，国内机组实现全程给水控制考虑的方案一般是在低负荷时，用启动调节 阀控制汽包水位，调速给水泵维持给水母管压力，采用单冲量的控制方式；高负荷时， 使用

9、调速给水泵控制汽包水位，大旁路调节阀维持给水压力，采用三冲量的控制方式。 它由单冲量和三冲量两个调节回路组成全程给水控制 , 当负荷大于 30%时为三冲量 , 当负荷 小于 30%或三冲量变送器故障时为单冲量。由于不同容量的机组其给水系统结构不一样，其控制方式及控制设备也有区别，因 而实现给水全程自动系统的方案也有不同，这就要求在考虑方案时，要结合具体的控制 对象进行合理的设计，同时参考其它同类型机组一些成功的设计、调试经验，重新完善 原汽包水位调节系统的设计及组态，最终选定一种合理且切实可行的设计方案，来实现 锅炉给水自动系统的全程控制。1.2.2 国外现状综述以西门子公司设计的某 350M

10、W机组全程给水控制系统为例，系统分为给水启动调节 阀控制系统和给水泵转速控制系统两部分。给水启动调节阀控制系统实际上就是给水压 力控制系统。这是一个前馈 - 反馈控制系统。其作用是当锅炉启动及低负荷工况时，维持 给水泵出口母管压力在安全工作范围内，同时协助给水泵转速控制系统稳定汽包水位。 其控制特点是：在三冲量控制系统中引入了汽包压力的负微分前馈和蒸汽流量的微分前 馈。运行过程中，蒸汽流量变动 （ 即机组负荷调整 ） 和炉膛热负荷干扰都会引起汽包压力 的变化。若负荷增加，汽包压力就会下降，其负微分前馈信号要求加大给水流量，蒸汽 微分前馈也要求加大给水流量，以克服虚假水位对系统的影响。总体来说，

11、国外关于全程给水控制方案的设计及全程给水控制系统的投运在热工自 动控制领域内已比较成熟。能顺利实现全程给水控制，这一方面得益于其合理、完善的 设计，另一方面在于其 DCS控制系统的先进性、可靠性，为实现其控制策略提供了软、 硬件上的保证。1.3 论文的主要工作 本文围绕单元机组给水全程控制系统这一主题，对火电厂给水系统构成、给水控制系统 的作用、现状和发展有一个基本的认识和了解后，针对丰城电厂300MW机组，结合仿真实习，对给水控制系统逻辑进行深入分析。具体要求如下：1）通过参考资料的查阅，对火电厂给水系统构成、给水控制系统的作用、现状和发展有一个基本的认识和了解。2) 结合仿真实习，熟悉给水

12、系统构成、启动过程中给水系统的主要操作、控制系统基本 原理和实现方法。3) 对给水系统的控制逻辑进行详细地分析。4) 通过整个研究毕业设计，掌握从事工程技术工作时分析问题、解决问题的一般思路和 基本方法。5) 通过阅读相关文献资料和撰写毕业论文，了解科技论文的基本撰写模式。2给水全程控制系统2.1给水调节对象的动态特性2.1.1给水扰动对水位的影响给水量的扰动是给水自动控制系统中影响汽包水位的主要扰动之一，因为它是来自 控制侧的扰动，又称内扰。在给水流量W的阶跃扰动下，水位 H的响应曲线可以用图2.1来说明。若把汽包及水循环系统当做单容水槽，水位的响应曲线应该如图中的直线 1。但是在实际情况中

13、，当给水流量突然增加的时候，因为给水温度低于汽包内的饱和水 温度，当它进入汽包后吸收了原有的饱和水中的一部分热量，使锅炉的蒸汽产量下降， 水面以下的汽泡总体积 乂也就相应减小，导致水位下降。Vs对水位的影响可以用图中的曲线2表示。水位H （即曲线3）的实际响应曲线是曲线1和曲线2的总和。这种分析方 法是分别从两个角度进行分析的：1.仅从物质平衡角度来分析；2仅从热平衡角度来分析图2.1给水扰动下的水位响应曲线2.1.2负荷扰动对水位的影响蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负荷变化，属外部扰动。在汽机耗汽量D的阶跃扰动下，水位H的响应过程可以用图2.2来说明。当汽机耗汽量 D突然阶跃增加时，如果

14、只从物质平衡的角度来讲，一方面改变了汽包内的物质平衡状态，使得水位下 降，如图2.2中的曲线1。但当锅炉蒸发量突然增加时，迫使锅内汽泡的增多，燃料量维 持不变，汽包压力Pd下降，使水面以下的蒸汽泡膨胀，总体积 Vs增大，从而使得汽包水 位的上升，如图2.2的曲线2所示。因此汽包水位 H的实际响应曲线（图2.2中图3所 示）是曲线1与曲线2叠加的结果。只有当汽包体积与负荷适应而不再变化时，水位的变 化就仅由物质平衡关系来决定，这时水位就随负荷增大而下降，而这种反常的现象，通 常被称为“虚假水位”。“虚假水位”现象主要是来自于蒸汽量的变化，显然蒸汽量是一个不可调节的量（对调节系统而言），但它是一个

15、可测量，所以在系统中引入这些扰 动信息来改善调节品质是非常必要的。图2.2汽机耗汽量D阶跃扰动下的水位响应曲线2.1.3燃料量扰动对水位的影响当燃料量B扰动时，必然会引起蒸汽量D的变化，燃料量增加会使炉膛热负荷增加，锅炉吸收更多的热量蒸发强度增加，若此时，汽轮机所带负荷不变，那么随着炉膛 热负荷的增加，锅炉出口压力 Pd提高，蒸汽流量就会相应的增加上去，然后蒸汽量的变 化就会造成“虚假水位”的现象，即水位先上升，随后再下降，响应曲线如图2.3所示。但是燃料量 B的增大只能使D缓慢增大，而且Pd还慢慢上升，它将使汽泡体积减 小。因而，燃料量扰动下的假水位比负荷扰动下要缓和得多由以上分析可知，给水量扰动下水位响应过程具有纯延迟；负荷扰动下水位响应过 程具有假水位现象；燃料量扰动也会出现假水位现象。所以在给水控制系统里常常引入 D、B信号作为前馈信号，以改善外部扰动时的控制品质，而这也是目前大型锅炉给水控 制系统采用三冲量或多冲量的根本原因。图2.3燃料量扰动B下的水位响应曲线2.2测量信号的自动校正锅炉从启动到正常运行或是从正常运行到停炉的过程中，蒸汽参数和负荷在很大的范 围内变化，这就使水位、给水流量和蒸汽流量的准确性受到影响。为了实现全程自动控 制。要求这些测量信号能够自动的进行压力、温度校正。测量信号自动校正的基本方法是：先推导出被测参数温度、压力变化