第三章锅炉给水控制系统

第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity1第三章锅炉给水控制系统§3.1汽包锅炉给水控制§3.2汽包锅炉给水全程控制系统实例分析§3.3直流锅炉给水控制§3.4直流锅炉给水控制系统实例分析第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity2§3-1汽包锅炉给水控制第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity3一、给水控制任务汽包锅炉给水控制的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包的水位保持在一定范围内：（1）维持汽包水位在一定的范围内汽包水位是影响锅炉安全的重要因素。水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢，甚至使汽轮机发生水冲击而毁坏叶片；水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁的破裂。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity4正常运行时水位波动范围：±（30～50）mm异常情况:±200mm事故情况：超出（±350mm）（2）保持稳定的给水量稳定工况下，给水量不应该时大时小地剧烈波动，否则，将对省煤器和给水管道的安全运行不利。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity5二、给水控制对象的动态特性汽包炉给水控制对象结构如下图:图.汽包炉给水控制的结构系统第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity6影响水位的因素主要有：锅炉蒸发量（负荷D）给水量W炉膛热负荷（燃烧率M）汽包压力Pb1、给水量扰动下水位变化的动态特性水位在给水扰动下的传递函数可表示为()()1(1)HsTWssTssTs第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity7左图中曲线1为沸腾式省煤器时水位的动态特性。曲线2则是非沸腾式省煤器时的水位动态特性。图.给水量扰动时水位阶跃响应曲线第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity8水位对象可近似认为是一个积分环节和一个惯性环节并联的形式：()()sHseWss2．蒸汽流量扰动下水位的动态特性“虚假水位”：由于负荷增加时，在汽水循环回路中的蒸发强度也将成比例增加，水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃烧率M还来不及增加，汽包中水的体积增大而水位上升。传递函数22()()(1)HskDsTss第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity9当过了一段时间后，即汽泡容积和负荷相适应而达到稳定后，水位就要反映出物质平衡关系而下降。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity103．炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性图.燃料扰动下水位阶跃响应曲线第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity11炉膛热负荷扰动即是指燃烧率M的扰动。燃烧率增加时，锅炉吸收更多的热量，使蒸发强度增大，如果不调节蒸汽阀门，由于锅炉出口汽压提高，蒸汽流量也增大，这时蒸发量大于给水量，水位应下降。但由于在热负荷增加时蒸发强度的提高，使汽水混合物中的汽泡容积增加，而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水位先上升，从而引起“虚假水位”现象。当蒸发量与燃烧量相适应时，水位便会迅速下降，这种“虚假水位”现象比蒸汽量扰动要小一些，但其持续时间长。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity12§4-3给水控制的基本方案第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity13三、给水控制的基本方案1、单级三冲量给水控制系统图.单级三冲量给水控制系统结构图第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity14工作原理:调节器接受三个信号（H、W、D），其输出通过执行机构去控制给水量W，其中水位H是主要控制信号，水位高时应减少给水流量，水位低时应增加给水流量。蒸汽流量D和给水流量W的变化是引起水位变化的主要原因（扰动信号），它们分别作为水位控制的前馈信号和反馈信号。当D改变时，调节器PI动作。适当地改变给水量W，保证D和W比值不变；而当W自发地改变时，PI也立即动作使W恢复原来数值，有效地控制水位的变化。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity152、串级三冲量给水控制系统第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity16串级三冲量给水控制系统如左图。有主调节器PI1和副调节器PI2。主调节器PI1接受水位信号作为主控信号去控制副调节器PI2。副调节器除接受主调节器信号IH外，还接受给水量反馈信号IW和蒸汽流量信号ID，组成一个三冲量的串级控制系统，其中副调节器的作用主要是通过内回路进行蒸汽流量D和给水流量W的比值调节，并快速消除来自给水侧的扰动。1、工作原理:第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity172、系统特点（1）两个调节器任务不同，参数整定相对独立；（2）在负荷变化时，水位静态值是靠主调节器PI1来维持的，并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的作用强度按所谓“静态对比”来进行整定。恰巧相反，在这时可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，以便在负荷变化时，使蒸汽流量信号能更快地补偿虚假水位的影响，从而改变蒸汽负荷扰动下的水位控制质量。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity18§3-2汽包锅炉全程给水控制系统实例分析第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity19一、给水全程控制定义在锅炉给水全过程中都是自动控制的，即能在控制设备正常的条件下，不需要操作人员的干涉，就能保持汽包水位在允许的范围内。二、给水全程自动控制系统的要求（1）实现给水全程控制可以采用改变调门开度即改变给水管路阻力的方法来改变给水量，也可以采用改变给水泵转速即改变给水压力的方法来改变给水量。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity20前一种方法(改变调门开度)节流损失大，给水泵的消耗功率多，不经济，故在一般单元机组的大型锅炉中都采用后一种方法(改变给水泵转速)。两段调节:在给水全程控制系统中不仅要满足给水量调节的要求，同时还要保证给水泵工作在安全区。这往往需要有两套控制系统来完成，即所谓两段调节。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity21（2）系统的切换问题。由于机组在高、低负荷下呈现不同的对象特性，要求控制系统能适应这样的特性。即随着负荷的增加和下降，系统要从单冲量过渡到三冲量系统，或从三冲量过渡到单冲量系统，由此产生了系统的切换问题。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity22（3）由于全程控制系统的工作范围较宽，对各个信号的准确测量提出了更严格的要求。例如，在高低负荷不同工况下，给水流量的数值相差很大，必须采用不同的孔板进行测量，这样就产生了给水流量测量装置的切换问题；同样，主汽温度和压力在全过程中变化也很大，需要对主蒸汽流量进行校正。（4）给水全程控制还必须适应机组定压运行和滑压运行工况，必须适应冷态起动和热态起动情况。（5）在多种调节机构的复杂切换过程中，给水全程控制系统都必须保证无干扰。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity23阀门的切换:高低负荷需要用不同的调节阀门，必须解决切换问题，调节阀门的切换伴随着有关截止门的切换，而截止门的切换过程需要一定的时间，导致了水位保持的困难。阀门与调速泵间切换:在低负荷时采用改变阀门的开度来保持泵的出口压力，高负荷时用改变调速泵的转速保持水位，这又产生了阀门与调速泵间的过渡切换问题。调节方式:点火后，在升温升压过程中，由于锅炉没有输出蒸汽量，给水量及其变化量都很小，此时单冲量调节系统也不十分理想，就需要用开启阀门的方法（双位调节方式）进行水位调节。在这些切换中，系统都必须有相应的安全可靠的系统，保证给水泵工作在安全区内。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity24三、给水控制系统结构1.汽泵控制系统第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity252.电泵和旁路阀控制第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity26第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity27二、系统工作原理（1）起动、冲转及带25%负荷。此阶段采用单冲量系统通过调节给水旁路门开度来维持汽包水位在给定范围内，电动给水泵维持在最低转速，汽动给水泵手/自动操作器1AM强迫为手动状态，汽泵超驰全关，主给水门也关闭，给水旁路阀从0%-100%调节。单冲量调节器4PI（IE）的输入为水位测量值H和给定值H0的偏差，其输出经3AM手/自动操作器去控制给水旁路阀，同时可进行阀位显示。三冲量电动泵的副调节器（3PI）处于自动跟踪状态，通过切换开关T2的NC点使3PI的输出跟踪函数发生器F1(х)的输出，再通过2AM手/自动操作器使电动泵维持在最低转速nmin运行。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity28（2）升负荷25%~30%。此阶段采用单冲量系统调节电动给水泵转速。此时三冲量系统尚不能使用，给水旁路门已全开，只能提高给水泵转速来满足给水量的增加，T2仍接NC，F（х）的输出值随调节信号变化，通过3PI的自动跟踪使调节信号控制电动泵转速，实现由阀门控制到电动泵转速控制给水量的无扰过渡。由于单冲量调阀系统与单冲量调泵系统对象特性不同，且调节器整定参数不同，所以4PI为变参数调节器。（3）30%~100%阶段。此阶段采用三冲量系统调节给水泵转速方案。这是调节系统的正常工况。给水旁路阀锁定在全开位置不再关闭，以减少系统不必要的扰动。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity291）负荷达w％，电动泵转速为nx时打开主给水电动门。此时泵的转速已提高，当主给水电动门打开以后，管道阻力突然减少，调节系统使泵转速自动下降一些时，泵转速已有可能下降。另外，在三冲量系统投运情况下开主给水电动门，由于三冲量系统抗内扰能力比单冲量系统强得多，所以调节质量能得到保证。2）30％~A％负荷阶段采用电动泵控制给水量。此时系统为三冲量电动泵调节，3PI（3E电泵副调节器）不再跟踪4PI（IE）的输出，而是处于自动调节状态，通过2AM手／自动操作器控制电动泵转速。三冲量主凋节器1PI在0％~30％负荷阶段或手操阶段一直跟踪(G-D)信号（G为给水流量），从而防止三冲量系统投自动时副调节器处于积分饱和状态（相当于副调节器的给定信号跟踪给水流量G）。第三章锅炉给水控制系统NorthChinaElectricPowerUniversity303）DA％负荷时，开始启动汽动泵，完成汽动泵和电动泵的转换之后，汽动泵取代电动泵运行，电动泵通过T的切换和2AM的跟踪处于超驰全关状态，直到满负荷运行。此时，2PI（3E汽动泵副调节器）处于自动调节状态，通过1AM手／自动操作控制汽动泵转速，同时可进行转速显示。若执行机构发生故障可发出逻辑信号使泵切手动。(4)降负荷过程中控制顺序与上述相反，同时各负荷的