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1、汽包锅炉给水控制系统 1概述 蒸汽流量计 http:/ wenku1一、给水控制任务给水控制任务 使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内，同时保持维持汽包水位在规定的范围内，同时保持稳定的给水流量。稳定的给水流量。 汽包水位是一个重要的监控参数，反映汽包水位是一个重要的监控参数，反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。 水位高：水位高： 水位过低水位过低 ： 一、给水流量扰动下水位的动态特性一、给水流量扰动下水位的动态特性 +HW图2 给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线 图3 给水流量扰动下汽包水位的
2、方框图 二、蒸汽流量扰动下的水位动态特性二、蒸汽流量扰动下的水位动态特性 +_HD图4 蒸汽流量阶跃扰动下的水位响应曲线 图5 蒸汽流量对水位影响的方框图 三、炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性三、炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性 图6 燃料量扰动下的水位特性 2 给水流量调节方式给水流量调节方式 一、节一、节流流方式方式 优点：简单、可靠 缺点：节流损失大图7 节流调节系统示意图图8 节流调节原理二、二、给水泵调速方式给水泵调速方式 调速泵有：调速泵有：（1）电电动动调调速速泵泵，原原动动机机是是定定速速电电动动机机，电电动动机机与与水水泵泵之之间间的的轴轴联联接接采采用用液液力力
3、联联轴轴器，改变液力联轴器中的油位高度即实现水泵转速的改变。器，改变液力联轴器中的油位高度即实现水泵转速的改变。（2）汽汽动动调调速速泵泵，动动力力是是小小汽汽轮轮机机，改改变变小小汽汽轮轮机机的的进进汽汽流流量量实实现现给给水水泵泵转转速速的的改改变。小汽轮机转速由独立的变。小汽轮机转速由独立的MEH控制。控制。图9 水泵变速调节系统示意图图 10 水泵变速调节原理三、组合方式三、组合方式 300MW及以上机组，采用节流调节方式和给水泵调速方及以上机组，采用节流调节方式和给水泵调速方式相组合的方式调节给水量，即由汽动给水泵、电动调速式相组合的方式调节给水量，即由汽动给水泵、电动调速给水泵及调
4、节阀三者相结合的方法来调节给水量。给水泵及调节阀三者相结合的方法来调节给水量。在低负荷阶段利用电动给水泵保证泵出口与汽包之间的差在低负荷阶段利用电动给水泵保证泵出口与汽包之间的差压（或泵出口压头），由给水调节阀（或给水旁路调节阀）压（或泵出口压头），由给水调节阀（或给水旁路调节阀）来调节给水流量，进而控制汽包水位；来调节给水流量，进而控制汽包水位；在负荷超过某一值（对应的给水流量需求接近调节阀的最在负荷超过某一值（对应的给水流量需求接近调节阀的最大通流能力）且汽动给水泵尚未启动时，由电动调速给水大通流能力）且汽动给水泵尚未启动时，由电动调速给水泵来调节给水流量，进而控制汽包水位；泵来调节给水流
5、量，进而控制汽包水位；在汽动给水泵启动后，逐步由电动调速给水泵过渡到汽动在汽动给水泵启动后，逐步由电动调速给水泵过渡到汽动给水泵来调节给水流量。电动给水泵只在机组启动阶段或给水泵来调节给水流量。电动给水泵只在机组启动阶段或汽动给水泵故障时使用。汽动给水泵故障时使用。3 给水控制基本方案给水控制基本方案 一一 、单冲量给水控制系统、单冲量给水控制系统但存在三个问题：但存在三个问题： （1）当负荷变化产生虚假水位时，将使控制）当负荷变化产生虚假水位时，将使控制器反向错误动作器反向错误动作；（2）对蒸汽流量扰动不灵敏；）对蒸汽流量扰动不灵敏；（3）对给水自发性干扰不能有效及时克服。）对给水自发性干扰
6、不能有效及时克服。 图11 单冲量给水控制系统汽包水位PID水位给定值执行机构二、单级三冲量给水控制系统二、单级三冲量给水控制系统 图图12 单级三冲量给水控制系统单级三冲量给水控制系统省省煤煤器器汽包汽包过热器过热器蒸汽流量蒸汽流量DpDPIDpKzpW给给水水流流量量W三三. 串级三冲量给水控制系统串级三冲量给水控制系统 图图13 串级三冲量给水控制系统串级三冲量给水控制系统过热器过热器省省煤煤器器汽包汽包蒸汽流量蒸汽流量DpDPID1pKzpWPID2给给水水流流量量WWKDWWHHSHGHD(s)DDKZGHW(s)Gc1(s)Gc2(s)图图14 串级三冲量給水控制系统原理框图串级三
7、冲量給水控制系统原理框图WKWWWKZGc2(s)图图15 内回路方框图内回路方框图HWGHW(s)H1/WWGc1(s)图图16 主回路等效方框图主回路等效方框图等效主调节器仍然是比例积分调节器，但等效的比例带为等效主调节器仍然是比例积分调节器，但等效的比例带为蒸汽流量前馈系数D的选择：4 给水全程控制 一、全程控制概述一、全程控制概述 全程控制系统是指机组在启停过程和正全程控制系统是指机组在启停过程和正常运行时均能实现自动控制的系统。全程常运行时均能实现自动控制的系统。全程控制包括启停控制和正常运行工况下控制控制包括启停控制和正常运行工况下控制两方面的内容。两方面的内容。 二、对给水全程控
8、制系统的要求二、对给水全程控制系统的要求 给水全程自动控制系统有一些特殊要求：给水全程自动控制系统有一些特殊要求： （1）锅炉负荷变化范围很大，须对）锅炉负荷变化范围很大，须对水位、给水流量和蒸汽流量水位、给水流量和蒸汽流量测量信号测量信号进行压力、温度校正。进行压力、温度校正。 （2）给水量变化范围很大，保证给水泵工作在安全工作区内。）给水量变化范围很大，保证给水泵工作在安全工作区内。 （3）控制系统和调节机构切换时，须保证这种切换应是无扰的。）控制系统和调节机构切换时，须保证这种切换应是无扰的。 三、信号测量校正三、信号测量校正 1. 汽包水位测量汽包水位测量 图17 单室平衡容器水位测量
9、示意图 平衡容器输出差压平衡容器输出差压p为为 由由于于汽汽包包中中心心水水位位线线与与联联通通管管下下部部开开孔孔中中心心垂垂直直距距离离为为B mm，因此，汽包中相对于中心水位线的水位为因此，汽包中相对于中心水位线的水位为a为修正值为修正值 图18 密度与汽包压力关系 图19 差压汽包水位测量原理图 2. 给水流量测量 每台给水泵入口设有流量孔板，测量单台给水泵流量。在主每台给水泵入口设有流量孔板，测量单台给水泵流量。在主给水管道上设有给水流量喷嘴，测量进入锅炉的主给水流量。给水管道上设有给水流量喷嘴，测量进入锅炉的主给水流量。只考虑温度只考虑温度 修正修正3. 蒸汽流量测量蒸汽流量测量
10、弗留格流量计算公式是目前应用于蒸汽流量计算中较为普遍的方法。弗留格流量计算公式是目前应用于蒸汽流量计算中较为普遍的方法。（1）在在所所考考虑虑的的变变动动工工况况范范围围内内，当当级级组组内内的的各各级级隔隔板板喷喷嘴嘴和和动动叶叶栅栅中的汽流均未达到临界状态时，且有背压的汽轮机组，则中的汽流均未达到临界状态时，且有背压的汽轮机组，则式中式中D0参考工况下级组内的蒸汽流量，参考工况下级组内的蒸汽流量，kgh； p01参考工况下级组前的蒸汽压力，参考工况下级组前的蒸汽压力，MPa； T01参考工况下级组前的蒸汽温度，参考工况下级组前的蒸汽温度，K； P02参考工况下级组后的蒸汽压力，参考工况下级
11、组后的蒸汽压力，MPa； D变动工况下级组内的蒸汽流量，变动工况下级组内的蒸汽流量，kgh； P1变动工况下级组前的蒸汽压力，变动工况下级组前的蒸汽压力，MPa； T1变动工况下级组前的蒸汽温度，变动工况下级组前的蒸汽温度，K； P2变动工况下级组后的蒸汽压力，变动工况下级组后的蒸汽压力，MPa。 （2）而当在所考虑的变动工况范围内，当级组内始终有）而当在所考虑的变动工况范围内，当级组内始终有一列或一列以上的喷嘴或动叶栅中的汽流处在临界状一列或一列以上的喷嘴或动叶栅中的汽流处在临界状态或超临界状态时，由于级组后的蒸汽压力的变化不态或超临界状态时，由于级组后的蒸汽压力的变化不可能对级组前的蒸汽压
12、力状态产生影响，且背压为真可能对级组前的蒸汽压力状态产生影响，且背压为真空的机组，这时空的机组，这时 某某300MW机组的蒸汽流量计算公式为机组的蒸汽流量计算公式为 D主蒸汽流量，主蒸汽流量，th； D0额定工况下的主蒸汽流量，为额定工况下的主蒸汽流量，为985th； p1调速级压力，为调速级压力，为1316MPa； p01额定工况下的调速级压力，额定工况下的调速级压力，MPa； t1调速级温度，调速级温度，； t01额定工况下的调速级温度额定工况下的调速级温度, 5406； 以以上上关关系系式式确确定定成成立立的的首首要要前前提提是是：汽汽机机通通流流部部分分的的结结构构特特征征保保持持不不
13、变变。当当汽汽机机通通流流部部分分由由于于叶叶片片表表面面结结垢垢、破破损损、变变形形或或动动静静部部分分间间隙隙发发生生变变化化而而导导致致汽汽道道面面积积改改变变时时，应应用用上上述述公公式式计计算算所所得得的的数数值值中中会会附附带带有有相相应应的的误误差差。所所以以要要以以汽汽机运行及其性能试验中实测的数据为准。机运行及其性能试验中实测的数据为准。 汽汽轮轮机机第第一一级级压压力力通通常常采采用用三三个个独独立立检检测测回回路路（三三个个压压力力变变送送器器）取取中中值值，再再经经主主蒸蒸汽汽温温度度补补偿偿。此此外外，由由汽汽机机调调节节级级压压力力信信号号经经函函数数运运算算形形成
14、成主主蒸蒸汽汽流流量量信信号号之之外外，还还应应加加上上旁旁通通蒸蒸汽汽流流量量信号。信号。四、给水泵运行问题四、给水泵运行问题 保证泵的安全工作区是首先要考虑的问题。保证泵的安全工作区是首先要考虑的问题。图20 给水泵的安全工作区 因此，采用变速泵构成给水全程控制系因此，采用变速泵构成给水全程控制系统时，一般会有：统时，一般会有： （1）给水泵转速控制系统：根据锅炉负荷要求，调）给水泵转速控制系统：根据锅炉负荷要求，调节给水泵转速，改变给水流量；节给水泵转速，改变给水流量；（2）给水泵最小流量控制系统：低负荷时，通过水）给水泵最小流量控制系统：低负荷时，通过水泵再循环办法来维持水泵流量不低于
15、设计要求的泵再循环办法来维持水泵流量不低于设计要求的最小流量值，以保证给水泵工作点不落在上限特最小流量值，以保证给水泵工作点不落在上限特性曲线的外边；性曲线的外边；（3）流量增加闭锁回路（或给水泵出口压力控制系）流量增加闭锁回路（或给水泵出口压力控制系统），保证给水泵工作点不落在最低压力线下和统），保证给水泵工作点不落在最低压力线下和下限工作特性曲线之外。下限工作特性曲线之外。五、全程给水一般控制方案五、全程给水一般控制方案 300MW以上机组通常配置以上机组通常配置3台给水泵：台给水泵：（1）电动给水泵）电动给水泵1台，容量为额定容量的台，容量为额定容量的25或或30，一般，一般是作为启动泵
16、和备用泵；是作为启动泵和备用泵；（2）汽动给水泵两台，容量各为额定容量）汽动给水泵两台，容量各为额定容量50，正常运行，正常运行时用。时用。 汽包锅炉给水控制系统包括汽包水位控制系统和给水汽包锅炉给水控制系统包括汽包水位控制系统和给水泵（电动和汽动给水泵）最小流量控制系统。泵（电动和汽动给水泵）最小流量控制系统。 为适应机组的各种运行方式，汽包水位控制系统设计为适应机组的各种运行方式，汽包水位控制系统设计为多回路变结构控制系统。为多回路变结构控制系统。 1测量系统测量系统 （1）汽包水位测量）汽包水位测量 （2）主蒸汽流量测量）主蒸汽流量测量 （3）主给水流量测量）主给水流量测量 2汽包水位控
17、制系统汽包水位控制系统 图图21 汽包水位全程控制系统原理性功能框图汽包水位全程控制系统原理性功能框图f(x)A汽包压力汽包压力pb汽包水位汽包水位f(x)给水旁路调节阀给水旁路调节阀蒸汽流量蒸汽流量泵出口压力泵出口压力Tf(x)电动给水泵电动给水泵BALANCERAA给水流量给水流量Tf(x)汽动给水泵汽动给水泵ATf(x)汽动给水泵汽动给水泵BAPID1PID2PID3PID4PID5TAAAT2T1（1）旁路阀单冲量控制回路旁路阀单冲量控制回路 在启动和低负荷时，由电动给水泵向锅炉供水，给水控在启动和低负荷时，由电动给水泵向锅炉供水，给水控制系统按单冲量调节方式工作，由制系统按单冲量调节
18、方式工作，由PID1去改变给水旁路阀去改变给水旁路阀的开度，调节给水流量以保持汽包水位。旁路阀开度一般的开度，调节给水流量以保持汽包水位。旁路阀开度一般运行在运行在0 80（90）之间，）之间，PID2调节电动给水泵的转调节电动给水泵的转速来控制给水压力，以保证给水泵出口与汽包之间的差压。速来控制给水压力，以保证给水泵出口与汽包之间的差压。（2）电动给水泵转速单冲量控制回路电动给水泵转速单冲量控制回路 当旁路阀开度达到某一定值（当旁路阀开度达到某一定值（80 90）时，切换）时，切换到电动给水泵转速控制汽包水位，由到电动给水泵转速控制汽包水位，由PID3去改变给水泵转去改变给水泵转速调节给水流
19、量；当锅炉负荷达到一定值（例如速调节给水流量；当锅炉负荷达到一定值（例如25）时，）时，SCS打开主给水管路上主给水阀，但仍为单冲量调节方式。打开主给水管路上主给水阀，但仍为单冲量调节方式。（3）给水泵转速三冲量控制回路给水泵转速三冲量控制回路 当负荷升高到电动给水泵额定负荷值时，启动一台汽动当负荷升高到电动给水泵额定负荷值时，启动一台汽动给水泵；当负荷进一步升高到某预先整定值（例如给水泵；当负荷进一步升高到某预先整定值（例如35）时，切换到串级三冲量调节方式；在正常运行时，两台汽时，切换到串级三冲量调节方式；在正常运行时，两台汽动给水泵运行，汽包水位由汽动给水泵转速控制，为三冲动给水泵运行，
20、汽包水位由汽动给水泵转速控制，为三冲量调节方式。量调节方式。3. 给水泵最小流量控制系统给水泵最小流量控制系统 图图11-22 给水泵最小流量控制系统原理给水泵最小流量控制系统原理图图NTf(x)循环回路调节阀循环回路调节阀泵入口流量泵入口流量APID泵最小流量泵最小流量给定值给定值Y100%A0%T1T2AA流量小于某定值流量小于某定值流量大于某定值流量大于某定值YN5 给水全程控制实例给水全程控制实例一、给水热力系统及调节机构一、给水热力系统及调节机构 图23给水热力系统示意图去汽轮机去旁路主给水电动截止阀给水旁路调节阀高压加热器电动给水泵汽动给水泵B汽包省煤器给水旁路电动截止阀汽动给水泵
21、A除氧器再循环过热器给水流量减温水阀二、给水控制系统二、给水控制系统 水位差压信号p1K水位差压信号p2K水位差压信号p3Kf1(x)f2(x)MEDIANSELECT汽包压力pb1汽包压力pb2汽包压力pb3MEDIANSELECT汽包水位H图24 汽包水位测量回路图25 主蒸汽流量测量回路+主汽温T11/2主汽温T12f(x)MEDIANSELECT汽机第一级压力p11主蒸汽流量旁路蒸汽流量A设定温度值汽机第一级压力p12汽机第一级压力p13图11-26 主给水流量测量回路再热器减温水流量主给水流量+给水汽温TWMEDIANSELECT给水流量信号p1过热器减温水流量给水流量信号p2给水流
22、量信号p3f(x)排污流量MEH转转速设定速设定值值MEH转转速设定速设定值值MEH遥控遥控图图27 汽包水位控制系统汽包水位控制系统NNYY泵出口压力泵出口压力PID3PID6PID1PID2K K K 水位水位HAATf(x)给水旁路调节阀给水旁路调节阀主蒸汽流量主蒸汽流量K 主给水流量主给水流量PID4GAIN CHANGER & BALANCERK K K K 汽包压力汽包压力pbAA电泵水流量电泵水流量A汽泵汽泵A水流量水流量A汽泵汽泵B水流量水流量PID7PID8ATf(x)电动给水泵电动给水泵液力耦合器液力耦合器AT汽动给水泵汽动给水泵AMEH控制控制汽动给水泵汽动给水泵BMEH
23、控制控制f(x)f(x)PID5T1T2T3MEH遥控遥控ATT4负荷负荷15%负荷负荷30%当出现下列情况之一时，给水旁路调节阀控当出现下列情况之一时，给水旁路调节阀控制强制切到手动：制强制切到手动：(1) 汽包水位设定值与实际值偏差大；汽包水位设定值与实际值偏差大；(2) 汽包水位信号故障；汽包水位信号故障；(3) 汽包压力信号故障；汽包压力信号故障；(4) 给水旁路调节阀控制指令与反馈偏差大；给水旁路调节阀控制指令与反馈偏差大；(5) 选择电泵控制水位信号；选择电泵控制水位信号；(6) 给水旁路调节阀前截止阀关闭；给水旁路调节阀前截止阀关闭；(7) 给水旁路调节阀后截止阀关闭。给水旁路调
24、节阀后截止阀关闭。 当出现下列情况之一时，电动给水泵强制切到当出现下列情况之一时，电动给水泵强制切到手动：手动：(1) 汽包水位设定值与实际值偏差大；汽包水位设定值与实际值偏差大；(2) 汽包水位信号故障；汽包水位信号故障；(3) 电泵未运行；电泵未运行；(4) 电泵入口流量信号故障；电泵入口流量信号故障；(5) 三冲量调节时，给水流量信号故障；三冲量调节时，给水流量信号故障；(6) 三冲量调节时，过热器喷水流量信号故障；三冲量调节时，过热器喷水流量信号故障；(7) 三冲量调节时，蒸汽流量信号故障；三冲量调节时，蒸汽流量信号故障；(8) 电泵转速指令与反馈偏差大；电泵转速指令与反馈偏差大；(9) 电泵入口流量指令与反馈偏差大。电泵入口流量指令与反馈偏差大。 汽动给水泵和电动给水泵切手动条件基本相同，汽动给水泵和电动给水泵切手动条件基本相同，在这不赘述。在这不赘述。 N图图28 给水泵最小流量控制系统给水泵最小流量控制系统循环回路调节阀循环回路调节阀Tf(x)A泵最小允许泵最小允许流量设定值流量设定值100%0%泵入口流量泵入口流量1泵入口流量泵入口流量2K 2XMTRA10%NYT1T2AAA流量小于流量小于350T/H流量小于流量小于380T/HY
