汽包锅炉给水控制系统

汽包锅炉给水控制系统第一节概述一、给水控制任务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，同时保持稳定的给水流量。汽包水位反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。二、对象特性给水省煤器汽包给水调节阀过热器过热蒸汽水循环管路图11－1给水调节对象结构示意图三个主要扰动因素：给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷扰动1、给水流量扰动下水位的动态特性图11－2给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线t0WΔWτBA1t0HΔH3ετα2)1(1)()()(sssssWsHsGHW+－HWss12、蒸汽流量扰动下的水位动态特性图11－4蒸汽流量阶跃扰动下的水位响应曲线t0DΔDH1t0HHH2ssTKsDsHsGHD221)()()(+_HDsTK221s3、炉膛热负荷扰动下水位动态特性Dt0BΔBt0HH图11－6燃料量扰动下的水位特性第二节给水流量调节方式一、节流调节方式图11－7节流调节系统示意图给水定速泵调节阀省煤器汽包过热器过热蒸汽调节器高压加热器HμVμV=100%n=c管路性能曲线泵特性曲线AMBWWBWAWμV=5％图11-8节流调节原理二、给水泵调速方式变速泵图11－9水泵变速调节系统示意图给水高压加热器过热蒸汽省煤器汽包过热器调节器图11-10水泵变速调节原理HnmaxMAnminB管路性能曲线泵特性曲线WWminWmaxW调速泵有：（1）电动调速泵，原动机是定速电动机，电动机与水泵之间的轴联接采用液力联轴器，改变液力联轴器中的油位高度即实现水泵转速的改变。（2）汽动调速泵，动力是小汽轮机，改变小汽轮机的进汽流量实现给水泵转速的改变。小汽轮机转速由独立的MEH控制。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式相组合的方式调节给水量。•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；•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，由电动调速给水泵来调节给水流量，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。第三节给水控制基本方案一、单冲量给水控制系统图11－11单冲量给水控制系统汽包水位△PID水位给定值调节机构＋－－＋＋WKμγDγWαWγHHSHGHD(s)αDDKZGHW(s)Gc1(s)Gc2(s)图11-14串级三冲量給水控制系统原理框图WWDD二.串级三冲量给水控制系统一、对给水全程控制系统的要求（1）对测量信号进行压力、温度校正。（2）保证给水泵工作在安全工作区内。（3）保证控制系统切换应是双向无扰的。（4）需解决好阀门与调速泵间过渡切换问题。（5）适应机组定压运行和滑压运行工况，必须适应冷态启动和热态启动情况。第四节给水全程控制二、信号测量校正•1.汽包水位测量图17单室平衡容器水位测量示意图平衡容器输出差压Δp为()()()awsaswspppLHLHLH)()(swsapLH)(1bsapf)(2bswpf)()(21bbpfpLpfH由于汽包中心水位线与联通管下部开孔中心垂直距离为Bmm，因此，汽包中相对于中心水位线的水位为aBHha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。Wkp0),(pptkW只考虑温度修正3.蒸汽流量测量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）在所考虑的变动工况范围内，当级组内的各级隔板喷嘴和动叶栅中的汽流均未达到临界状态时，且有背压的汽轮机组，则10120220122210TTppppDD式中D0——参考工况下级组内的蒸汽流量，kg／h；p01——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，K；P02——参考工况下级组后的蒸汽压力，MPa；D——变动工况下级组内的蒸汽流量，kg／h；P1——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，K；P2——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1010110TTppDD某300MW机组的蒸汽流量计算公式为01110100111010273273ppttDppTTDDD——主蒸汽流量，t／h；D0——额定工况下的主蒸汽流量，为985t／h；p1——调速级压力；p01——额定工况下的调速级压力，13．16MPa；t1——调速级温度，℃；t01——额定工况下的调速级温度,540．6℃；以上关系式确定的首要前提是：汽机通流部分的结构特征保持不变。当汽机通流部分由于叶片表面结垢、破损、变形或动静部分间隙发生变化而导致汽道面积改变时，应用上述公式计算所得的数值中会附带有相应的误差。所以要以汽机运行及其性能试验中实测的数据为准。三、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。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。五、全程给水一般控制方案300MW以上机组通常配置3台给水泵：（1）电动给水泵1台，容量为额定容量的25％或30％，一般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50％，正常运行时用。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多回路变结构控制系统。1．测量系统),(bppfH（1）汽包水位测量（2）主蒸汽流量测量),(1sTpfD（3）主给水流量测量),(WTpfWniiT．汽包水位控制系统图21汽包水位全程控制系统原理性功能框图f(x)∑A汽包压力pb汽包水位f(x)给水旁路调节阀蒸汽流量∑泵出口压力∑±Tf(x)电动给水泵BALANCERAA给水流量∑±Tf(x)汽动给水泵A∑±Tf(x)汽动给水泵BA△PID1△PID2△PID3△PID4△PID5TAAAT2T1（1）旁路阀单冲量控制回路（2）电动给水泵转速单冲量控制回路（3）给水泵转速三冲量控制回路3.给水泵最小流量控制系统图11-22给水泵最小流量控制系统原理图NTf(x)循环回路调节阀泵入口流量A△PID泵最小流量给定值Y100%A0%T1T2AA流量小于某定值流量大于某定值YN－第五节600MW机组给水全程控制实例一、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、给水控制系统水位差压信号Δp1∑×K水位差压信号Δp2∑×K水位差压信号Δp3∑×Kf1(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12(())()bbHkfppfp图25主蒸汽流量测量回路+主汽温T11∑/2×主汽温T12÷f(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p130111()TDfpTm()WWpfT图11-26主给水流量测量回路主给水流量+—给水汽温TWMEDIANSELECT给水流量信号Δp1∑过热器减温水流量给水流量信号Δp2给水流量信号Δp3×××f(x)∑排污流量MEH转速设定值MEH转速设定值MEH遥控图27汽包水位控制系统NNYY泵出口压力PID3PID6PID1PID2△K∫△K∫△K∫水位HAATf(x)给水旁路调节阀∑主蒸汽流量△K∫主给水流量PID4GAINCHANGER&BALANCER△K∫△K∫△K∫△K∫∑汽包压力pbA∑A电泵水流量∑A汽泵A水流量∑A汽泵B水流量PID7PID8ATf(x)电动给水泵液力耦合器AT汽动给水泵AMEH控制汽动给水泵BMEH控制f(x)f(x)PID5T1T2T3MEH遥控ATT4负荷＜15%负荷＜30%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：(1)汽包水位设定值与实际值偏差大；(2)汽包水位信号故障；(3)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；(5)选择电泵控制水位信号；(6)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。当出现下列情况之一时，电动给水泵强制切到手动：(1)汽包水位设定值与实际值偏差大；(2)汽包水位信号故障；(3)电泵未运行；(4)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；(6)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；(8)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。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。N图28给水泵最小流量控制系统－＋循环回路调节阀Tf(x)A泵最小允许流量设定值100%0%泵入口流量1泵入口流量2△K∫2XMTRA＞10%NYT1T2AAA流量小于350T/H流量小于380T/HY第六节给水控制系统运行中的问题6-1基本要求１．检测机构性能检查（１）汽包水位测量１）从显示屏查看三重冗余信号之间的偏差是否在允许范围之内。如果偏差过大，则检查就地变送器输出、就地到DCS的I/O卡件电缆接线、I/O卡件4-20mA信号以及DCS软件组态等环节。２）汽包水位DCS显示值与电接点水位计、就地水位计等其他测量装置指示值的比较，确保误差在合理范围之内。（２）蒸汽流量、给水流量测量１）从显示屏查看给水流量三重冗余信号之间的偏差是否在允许范围之内。２）从显示屏查看蒸汽流量信号显示是否正确。３）判断蒸汽流量、给水流量测量值是否匹配，二者偏差是否在允许范围之内。（３）给水系统其他信号测量主要有除氧器水位和压力信号、凝汽器水位信号、给水泵状态指示等给水系统中的DAS信号。上述各信号要求DCS显示正常，数据正确合理。２．执行机构性能（１）给水调节阀１）调节阀流量特性曲线的线性工作段应该大于全行程的70%，回程误差不大于调节间最大流量的３%。２）调节阀指令、位置反馈偏差不应该过大，一般不应该大于3%。３）调节阀死行程应小于全行程的5%。４）调节阀全关时，漏流量应小于调节阀最大流量的10%。（２）电动给水泵１）液压联轴节的调速范围应到达25%～100%。２）液压调速泵勺管位置开度和反馈电压应为线性关系，回程误差应不大于2%。３）控制指令和勺管位置反馈偏差不应该过大。４）在调速范围内，泵出口给水压力和给水流量特性应符合制造厂的技术要求。（３）汽动给水泵１）控制指令调节范围应为汽轮机给水泵确定的调速范围，设定为0～100%。２）汽轮机给水泵转速自动控制系统品质良好，转速设定值和实际转速之间的滞后时间不能太大（该滞后时间一般不应该超过8Ｓ）。３）给水流量和指令呈线性关系，回程误差应不大于2%。４）控制指令和转速反馈偏差一般不应该过大。５）在调速范围内，泵出口给水压力和给水流量特性应符合制造厂的技术