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1、给 水 系 统课程设计班级：12 热电 姓名：马春芳 学号：121783042 指导老师：李亮日期:二O-三年十二月二十二日目录一、摘要(1)二、概述(2)1. 锅炉给水系统介(3)2. 单元机组的生产过程及其对控制的要求(4)3 .单元机组协调控制系统及其组成 (5)三、给水调节对象的动态特性 (6)1. 给水扰动(7)2 .蒸汽流量扰动 (8)3 .燃料量扰动(9)四、给水流量调节方式(10)1 .节流方式 (11)2 . 给水泵调速方式 (12)3 . 组合方式 (13)五、控制方案选择与设计(14)1 . 方案选择 (15)2. 前馈-反馈三冲量给水控制系统 (16)(1) 输入信号之
2、间的静态配合 (17)(2)控制系统的动态整定(18)六、过程检测控制仪表的使用 (19)1. 流量变送器的选择 (20)2 .液位检测元件的选用 (21)3 . 阀门定位器 (22)4 .调节器(23)5 .执行元件的选用(24)6 .调节仪表技术参数 (25)七、参考文献 (26)一、摘 要随着科技的发展，人们越来越离不开电。大型火力发电厂地位显得尤其重要。 其机组由锅炉、汽轮机发电机组和辅助设备组成的庞大的设备群。工艺流程复杂， 设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操作和控制，这就需要有先进 的自动化设备和控制系统使之正常运行，并且电能生产要求高度的安全可靠和经济 性，尤其是大
3、型骨干机组。大型发电单元机组是一个以锅炉，高压和中、低压汽轮 机和发电机为主体的整体。锅炉作为电厂中的一个重要设备，起着重要的作用，根 据生产流程又可以分为燃烧系统和汽水系统。其中，汽包锅炉给水及水位的调节已 经完全采用自动的方式加以控制。本次课程设计主要研究发电厂给水控制系统，即 锅炉汽包水位控制。其要求是提供合格的蒸汽，使锅炉发汽量适应符合的需要。为 此，生产过程的各个主要工艺参数必须加以严格控制。锅炉设备是一个复杂的控制 对象，主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等。主要输 出变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。关键字：蒸汽流量 汽包水位 安
4、全发电厂锅炉给水控制系统二、概述大型火力发电机组由锅炉、汽轮机发电机组和辅助设备组成的庞大的设备群。 工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操作和控制， 这就需要有先进的自动化设备和控制系统使之正常运行，并且电能生产要求高度的 安全可靠和经济性，尤其是大型骨干机组。大型发电单元机组是一个以锅炉，高压 和中、低压汽轮机和发电机为主体的整体。锅炉作为电厂中的一个重要设备，起着 重要的作用，根据生产流程又可以分为燃烧系统和汽水系统。其中，汽包锅炉给水 及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制。本次课程设计主要研究发电厂给 水控制系统，即锅炉汽包水位控制。锅炉汽包水位是一种非线
5、性、时变大、强耦合 的多变量系统。在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数。若水位过高，则会影响 汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时 导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较 小，所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流 量，使其与蒸发量保持平衡，维持汽包内水位在允许的范围内变化。本次课程设计 研究发电厂给水控制系统的控制方式及整定。1.锅炉给水系统简介给水系统的主要功能是将除氧器水箱中的主凝结水通过给水泵提高压力 ,经过 高压加热器进一步加热之后,输送到锅炉的省煤器入口,作为锅炉给水。此外，给水 系
6、统还向锅炉加热器的减温器、过热器的一、二级减温器以及汽轮机高压旁路装置 的减温器提供减温水，用以调节上述设备出口温度。给水系统的最初注水来自凝结 水系统。给水管道系统包括抵压和高压给水管道系统。低压给水管道系统由从除氧 器给水箱下降管入口到给水泵进口之间的管道、阀门和附件组成。高压给水管道系 统由从给水泵出口经高压加热器到锅炉省煤器前之间的管道、阀门和附件组成。给水系统由给水泵、高压加热器、给水操作台及相关的管路构成。给水系统的主要流程为；除氧器给水箱一前置泵一流量测量装置一给水泵一3号高压加 热器一2号高压加热器一1号高压加热器一流量测量装置一给水操作台一 省煤器进口联箱。2. 单元机组的生
7、产过程及其对控制的要求下图为单元机组流程示意图。它是以锅炉以及高压和中、低压汽轮机和发电机为主体设备的一个整体。根据生产流程又可以把锅炉分成燃烧系统和汽水系统。oPbJin二 . 22012&-4o1汽轮机高压缸；2汽轮机中、低压缸；3汽包；4炉膛；5烟道；6 发电机；7冷凝器；8补充水；9凝结水泵；10循环水泵；11低压加热器； 12除氧器；13给水泵；14高压加热器；15给水调节机构；16省煤器；17 过热器；18过热器喷水减温器； 19汽机高压调汽门；20再热器；21再热 器喷水减温器；22汽机中压调汽门；23煤粉仓；24燃料量控制机构；25喷 燃器；26送风机；27空气预热器；28调风
8、门；29水冷壁管；30引风机； 31烟道挡板。燃烧系统的任务一方面是将燃料B由燃料控制机构24经 喷燃器25送入炉膛燃 烧，另一方式将助燃的空气V由送风机26经空气预热器27预热后再经调风门28按 一定比例送入炉膛。空气和燃料在炉膛内燃烧，产生大量热量传给蒸发受热面（水 冷壁）29中的水。燃烧后的高温烟气经口型烟道，不断将热量传给过热器17、再热 器 20、省煤器 16 和空气预热器 27，每经过一个设备烟气温度便会降低一次，最后 低温烟气由引风机30吸出，经烟囱排入大气中。在汽水系统中，锅炉的给水W由给水泵13打出，先经过高温加热器14,再经过 省煤器 16 吸收一部分烟气的余热后进入汽包
9、3。汽包中的水在水冷壁中进行自然或 强制循环，不断地吸收炉膛辐射热量，由此产生的饱和蒸汽由汽包顶部流出，再经 过多级（34级）过热器17进一步加热成过热蒸汽D。这个具有一定压力和温度的 过热蒸汽就是锅炉的产品。蒸汽的高温和高压是为了提高单元机组的热效率。汽轮机高压缸 1 接受从锅炉供给的过热蒸汽，其转子被蒸汽推动，带动发电机 转动而产生电能Pe（MW）。从高压缸汽轮机1做功后的蒸汽，其压力、温度都降低了。 为了提高热效率，需要把这部分蒸汽送回锅炉，在再热器20 中再次加热，然后再进 入汽轮机中、低压缸 2 做功，最后成为乏汽从汽轮机低压缸尾部排入冷凝器 7 冷凝 为凝结水。凝结水和补充水8一起
10、经凝结水泵9先打入低压加热器11，然后进入除 氧器12，除氧后进入给水泵，从而形成汽水系统的循环。高压加热器14和低压加热 器11是利用汽轮机的中间抽汽来加热给水和凝结水，以提高电厂的热效率的设备。单元机组自动控制的基本任务是：当电网负荷变化时，机组能迅速满足负荷变 化的要求，同时又保证机组主要运行参数在允许的范围内。大型单元机组是一机一 炉的独立单元，各生产环节间有着密切联系。再热器把机炉连接成不可分割的整体， 锅炉和汽机作为蒸汽供需双方需保持一定的平衡，否则就破坏了正常的运行，但锅 炉汽机动态特性上又有很大的差别，因而在设计自动控制系统时，必须看到这种差 异，将汽轮机、锅炉作为一个整体对象
11、统筹考虑，组织协调控制系统。大型单元机 组在运行时需要监测的参数很多，如300MW机组需要监视的参数达600个以上，操 作的项目也在 200 个以上。如此众多的参数需要检测和处理，许多主要参数需要控 制，没有高水平的自动控制是难以正常运转的。不仅如此，随着机组设备的大型化， 不但要求自动控制能够保证机组的正常运行，还要求进行所谓“全程控制”，即在机 组启停、低负荷、甩负荷乃至部分事故处理等过程中也能发挥作用。可见，大型单 元机组的发展对自动化提出了更高的要求，它涉及自动检测、数据处理、事故报警、 联锁保护、程序控制和参数控制等许多方面的内容。3. 单元机组协调控制系统及其组成随着大容量机组在电
12、网中比例不断增大及因用电结构变化引起的峰谷差逐步加 大，对大容量机组参与调峰谷、调频的要求日益增加，甚至在机组某些主要辅机出 现局部故障的情况下仍然维持机组运行。在单元制运行方式中，锅炉和汽轮发电机及要共同保障外不部负荷要求，也要 共同维持内部运行参数（主要是主蒸汽压力）稳定。单元机组输出的实际电功率与 负荷要求是否一致，反映了机组与外部电网之间能量的供求平衡关系；而主蒸汽压 力是否稳定，则反映了机组内部锅炉和汽轮发电机之间能量的供求平衡关系。然而 锅炉和汽轮发电机的动态特性存在着很大差异，即汽轮发电机对负荷请求响应快， 锅炉对负荷请求响应慢。因而单元机组内外两个能量供应平衡关系相互间受到制约
13、 单元机组协调控制系统则是为解决负荷控制中外部负荷相应性能与内部参数稳定之 间固有矛盾的一种控制系统。它将锅炉和汽轮发电机作为一个整体进行控制，很好 地协调机炉两侧控制动作，在保证主汽压力偏差在允许范围内的前提下，使机组输 出（实发）电功率很快适应电网负荷变化的需要。为了单元机组安全、经济地运行，必须将生产过程中的主要工艺参数（如主蒸 汽压力、温度、再热蒸汽温度、锅炉汽包水位、炉膛气压、过剩空气函数、汽轮机 转速等）严格控制在规定的范围内，为此，需设置相当数量的、最基本的控制系统 它们是：汽轮机的功率转速控制系统、锅炉燃烧过程控制系统、汽包水位控制系 统、蒸汽温度控制系统等。机、炉两大部分既有
14、动态特性差异大的一面，又是一个 发电整体。为此，需要在汽轮机和锅炉的多个基本控制系统之上设置一个上位控制 系统，以此来实施汽轮机和锅炉在响应负荷要求时的协调动作与配合，这样单元机 组的自动控制系统从总体上看，应构成一个由上层的协调控制级（负荷控制系统） 和下层各基础控制级两部分组成的分级型控制系统如下图所示。协调控制级由负荷 管理控制中心和机炉主控制器组成，起着上位控制作用，也即单元机组的负荷控制 系统；而锅炉、汽机各子控制系统是机组主控制的基础级，起着最基本、最直接的 控制作用。它们的控制质量将直接地影响负荷控制质量，只有组织好各子控制系统 并保证其具备较高控制质量的前提下，才能组织好协调控
15、制，达到要求的控制质量电网中心调度所 负荷指令 ADS锅炉控制系统协调控制级 基础控制级p水的密度,t /m3或kg /cm3 ；p蒸汽密度，t / m3或kg / cm3 ；单元机组单元机组协调控制系统的组成框架三、给水调节对象的动态特性汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，是锅炉蒸汽负荷与给水 间物质是否平衡的重要标志，维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必 要条件。汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量， 维持汽包水位在规定范围内波动。其中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的两种 主要扰动，前者来自调节器，称为内扰，后者来自负荷侧，称为外扰。汽包炉给水
