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1、目录1选题背景 21.1引言 21.2 设计目的及要求 22 方案论证 32.1方案一 32.2方案二 43 过程论述 53总体设计 53.2详细设计 63.2.1 信号的测量部分 63.2.2 单冲量控制方式 103.2.3 串级三冲量控制方式 113.3 信号监测 123.3.1给水旁路调节阀控制强制切到手动 123.3.2电动给水泵强制切到手动 133.3.3汽动给水泵强制切到手动 133.4 工作方式 133.5 切换与跟踪 133.5.1 切换 133.5.2 跟踪 143.6控制器选型 144 结论 145 课程设计心得体会 156参考文献 151 选题背景:1. 1 引言火电厂在
2、我国电力工业中占有主要地位，大型火力发电机组具有效率高，投资 省，自动化水平高等优点，在国内外发展很快，如今随着科技的进步，大型 火力发电 厂地位显得尤为重要。但由于其内部设备组成很多，工艺流程的复杂， 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。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，根据生产流程乂可以分为燃 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釆用自动的方式 加以控制。给水全程控制系统
3、是一个能在锅炉启动、停炉、低负荷以及在机组发 生某些重大事故等各种不同的丄 况下，都能实现给水自动控制的系统而且从一种 控制状态到另一种控制状态的判断、 转换、故障检测也常常靠系统本身自动完成。1.2 设计目的及要求本次课程设计的要求是根据大型火电机组的生产实际设计出功能较为全面 的 300 MW火电机组全程给水控制系统，该控制系统的设计任务是使给水量与锅炉的蒸 发量相适应，维持汽包水位在规定的范围内。设计要求：(1) 设计功能基本全面的全程给水控制系统，要求图纸采用 SAMA 标准图例, 系统布局规范。(2) 参考输入参数：汽包水位、汽包压力、给水流量、给水温度、汽机第一级压 力、主汽温度、
4、过热减温水流量等信号。(3) 参考输出参数：A、B汽动泵转速、电动给水泵转速、给水旁路调节阀开度。(4) 信号准确性：考虑汽包水位、给水流量和蒸汽流量等信号的修正。(5) 信号监测与报警：重要信号需要监测与报警，同时注意信号的可靠性， 考 虑冗余。(6) 工作方式：给水旁路阀单冲量控制、电动泵单级单冲量控制、电动泵串 级 三冲量控制、汽动泵串级三冲量控制。(7) 切换与跟踪：电动泵运行时大小给水阀门、电动泵、汽动泵之间；单、 三 冲量；单、串级之间的切换。跟踪原则：(1) 电动泵单级单冲量丄作时，电动泵三冲量副调跟踪单冲量调节器输出；(2) 电动泵三冲量工作时，单冲量调节器跟踪阀位信号(电动泵
5、手动)；(3) 电动泵手动时，单冲量调节器跟踪副调输出(电动泵自动)；(4) 汽动泵手动丄作时，三冲量主调跟踪给水流量信号，副调跟踪阀位信号。(5) 注意泵的安全经济工作区。(6) 控制部分：控制方案考虑采用单回路、审级、前馈等控制，控制器的控 制 规律(p|、p|D、PD、P)选择准确，调节器可共用。(7) 逻辑关系准确全面。2方案论证2. 1 方案一给系统设计如图Io在这个方案中，低负荷时采用但冲量系统(PI1)高负荷时 采用三冲 量系统(PI2),而且都是通过改变调速泵转速来实现给水的调节。为了保证给水泵工作 在安全工作区内，设计了一个给水泵出压力调节系统(PI3),通过改变阀门开度来改
6、 变泵的出口压力。高压加热器出口分别取给水压力信号送 入小值选择器。当机组正 常运行时，高压加热器出的给水压力总是低于泵的出压力。这时，应选高压加热 器出给水压力作为压力测量值，使泵的实际工作 点在泵下限特性曲线偏左一些， 确保泵工作在安全工作区内。当机组热态启动时，高压加热器出的给水压力高于泵 的出压力，小组选件输出为泵出圧力，保证泵出给水压力升压过程中，两个调 节阀门均处于关闭状态，直到泵出压力 大于高压加热器出给水压力时才按高圧 加热器出口的给水压力进行调节，控制 两个阀门开度。HPJ1P【3Z2大阎门2高（压加热图 1 方案一系统示意图这个方案结构合理，经济性好，切换较简单，安全可靠性
7、也较好，不足之处是压 力调节系统和水位调节系统互相影响，同时两个系统切换动作频繁，使调节 阀磨损 较快。2. 2 方案二如图 2 所示。这是一个一段调节的方案，在低负荷时采用 PI1 单冲量系统， GH1 值经大值选择器来控制调速泵，是泵维持在允许的最低转速。此时给水量是通 过改变调节阀开度来调节的。高负荷时，阀门开到最大，为了减小阻力，把并联的 调节阀也开到最大，三冲量调节器 PI2 的输出大于 GH1 的值，故可直接改变调速泵 转速控制给水量。在冷态启动时，GH1起作用，既让泵工作在最低转速。在热态启动时取决于Pd 值，泵可以直接工作在较高的转速。该方案中午专门设计泵的出口压力安全 调节系
8、 统，解决给水泵在安全工作取得办法是利用调速泵运行的自然特性，即在 定压运行 使用两台泵同时给水地方法，使每台泵的负荷不超过 86%,可使泵工作 在安全区内。大调节阀门H.卜 卜图2方案系统示意图_该方案结构最简单，系统和调节段两种切换相互错开，Pd是开换调节，调安 节段是无触点自山过度，全性能好，是一个好方案。i-p-r* 週速冢3过程J论述CX3.1 总体设计典型的300MW机组给水热力系统如图3所示。每台机组拍有一台50%容量的电 动给水泵和两台均为 50%容量的启动给水泵。在机组启动阶段，由于需要的给 水流 量小，且没有稳定的汽源，汽动给水泵无法使用，故先用电动给水泵。为满 足机组启
9、动过程中最小控制流量的需要，在电动泵出口至水母管之间装有两条并 联的管路， 一条支路上装有主给水截止阀，另一条之路上装有给水旁路截止阀和 一只约 15%容 量的给水旁路调节阀。启动时通过给水旁路调节阀控制汽包水位， 旁路阀接近全开 时，打开主给水截止阀，调整电动给水泵的转速控制器包水位， 电动给水泵转速通过 液力耦合器调整。两台汽动给水泵山给水泵汽轮机驱动，给 水泵汽轮机电液控制系 统(MEH)接受锅炉给水控制系统的指令，独立完成汽动给水泵的转速控制任务。给水全程控制系统通常采用变结构控制，随负荷变化进行单冲量和三冲量控 制 方式的切换，同时，给水泵的运行方式以及控制作用方式也进行相应的切换。
10、需设计较为复杂的跟踪回路，以实现系统之间的勿扰切换。通常的设计原则为: 在单冲量调节器工作低负荷）时，三充量调节器的主调跟踪给水流量信号，副调跟踪阀位信号;在三冲量调节器工作（高负荷）时，单冲量调节器跟踪阀位信号。3. 2 详细设计汽包水位决定于汽包中的储水量和水面下的气泡容积。因此凡是引起汽包中 储 水量变化和水面下的气泡容积变化的各种因素都是给水控制对象的扰动，给水 对象 的主要扰动包括：给水流量扰动、蒸汽负荷扰动和炉膛热负荷扰动。为了实 现全程给 水控制，需要设计的系统要克服以上的扰动。3. 2.1信号的测量部分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
11、范围内变化，这就使水位、给水流量和蒸汽流量的测量准确性受到很大影 响。为 了实现全程给水自动控制，要求这些测量信号能够自动的进行温度、压力 校正。测量 信号自动校正的基本方法是：先推导出被测参数随温度，压力变化的 数学关系，然后 利用各种功能模块进行运算，实现自动控制。（1）汽包水位的测量和校正汽包锅炉通常利用压差原理来测量其水位，而锅炉从启、停到正常负荷的整 个 运行范围内，汽包内饱和蒸汽和饱和水密度随压力变化，这样就不能直接用压 差信 号来代表水位，需对测量信号进行压力校正。山单室平衡容器取样装置的水位测量原理可知:H =(几 _Q(1) (Qw A)g式中：AP为输入差压变送器的压差；为
12、饱和水的密度；几为饱和蒸汽的密度； 为汽包外平衡容器内水的密度；g是重力加速度。有上式可见，水位H是差压和汽、水密度的函数。密度几与环境温度有关。在 锅炉启动过程中，水温略有升高，这两方面变化对几的影响基本上可以抵消,既可以 近似的认为几是恒值。饱和水和饱和蒸汽的密度均为汽包压力的函数， 在汽包压力 小于19. 6MPa的范围内，(几-几)与汽包压力可近似为线性关系，而5-pQ与汽包压 力为非线性关系。这样水位表达式可写成：K-KiPb-PH = (2)fi(Pb)山以上校正原理，可设计汽包水位的测量部分如图4。为了提高测量的准确性， 采用三路汽包水位测量信号分别经过压力补偿，采取“三取中”的
13、方法。选 取中间 值作为系统控制使用的汽包水位测量信号H。为防止变送器故障，将信号H分别与三 路补偿后的水位信号进行比较，如果偏差值超限，产生高低值报警的逻辑信号，使系 统切手动，同时发出声光报警，待故障切除后，系统才正常丄作。汽包压力汽包水位彳 F肌1 i图 4汽包水位测量信号2）蒸汽流量的测量和校正采用标准节流装置测量过热蒸汽流量。这种设计的测量精度高，但当被测工 质的压力、温度偏离设汁值时，工质密度变化会造成流量测量误差，所以需进行压力、温度校正。蒸汽流量D的校正公式如下:=K io. .2AI. 6i8iooi.66-5.6ipioo式中：D为过热蒸汽流量；p为过热蒸汽压力；日为过热蒸
14、汽温度，为节流件圧差；Q为过热蒸汽密度；K是流量系数。利用汽轮机调节级后压力或级组压力差测量主蒸汽流量。采用节流装置测量 蒸汽流量会造成一定的节流损失，降低机组的经济性，LI前大容量火电机组多采用 汽轮机调节级后压力或级组压力差测量主蒸汽流量。采用汽轮机调节级后压力测量主蒸汽流量的基本理论公式是弗留格尔公式：式中：K为当量比例系数，由汽机类型和设计工况确定；pl、T1为调节级后气压 和汽温。该式成立的条件是：调节级后流通面积不变；在调节级后各通流部分的汽压 均比例于蒸汽流量；在不同流量条件下，流动过程相同。实际汽轮机运行中不能完全 满足上诉条件，同时不易直接测量调节级后汽温，即使测得也不能 代
15、表调节级后的 平均气温，一次一般用主汽参数相关的量推算级后温度。用压力机组前后压力测量主蒸汽流量的方法也是基于弗留格尔公式，其导岀式中：处为第一压力级后的压力。PTPTLTTTBTA曲4B旁路投入X山于调节级后温度T1难以测量，可通过测量第一级抽汽温度T2推算Tb根据T严则 =斗KT山以上校正原理可设计主蒸汽流量信号测量部分。如图五，主蒸汽流量信号的获取采用了两种方法：一种是采用汽轮机就调节级压力经主气温修正后形成主蒸汽流量D；列一种方法是采用调节级压力和一级抽汽压力经主汽温修正后形成 主蒸汽流量D,当高压旁路投入时，主蒸汽流量信号还要加上旁路蒸汽流量。一级抽汽温度主汽溫调节级压力一级抽汽压力旁賂蒸汽疣量TT图 5 主蒸汽流量测捲信号3）给水流量信号的测量和校正计算表明：当给水温度为100摄氏度时,压力在0. 196-19. 6MPa范围内变化时， 给水流量的测量误差为0. 47% ；压力19. 6MPa不变，给水温度在100八290摄氏度范 围内变化时
