第六讲--直流炉给水控制系统(12页)

第四章直流炉给水控制系统直流锅炉给水调节系统具有多重控制任务：（1）维持中间点温度等于定值；（2）快速跟随燃料量，保证燃水比，共同满足负荷要求；（3）调整中间点温度，实现过热汽温粗调。第一节直流炉给水系统的特点一、汽包炉给水系统特点在汽包锅炉中，汽包把整个锅炉的汽水流程分隔成三部分，即加热段（省煤器）、蒸发段（水冷壁）和过热段（过热器）。这三段受热面面积的大小是固定不变的。汽包除作为汽水的分离装置外，其中的存水和空间容积还作为燃水比失调的缓冲器。当燃水比（给水跟踪燃料流量的比例关系）失调后，在一段相当长的时间里（非事故的范围内），并不改变原来那三段受热面面积的大小。例如，增加给水流量，给水量的变化就破坏了原来的平衡状态，汽包水位升高了；但由于燃料流量没有变化，所以蒸发段的吸热量及其产生的蒸汽量可近似认为不变。因为过热段的受热面是固定的，因此出口汽压、汽温都不会有什么变化，如同燃水比未失调一样。如果燃料方面的变化破坏了原来的平衡状态，比如燃料量增加，蒸发段就会产生较多的蒸汽，但同时过热段也吸收了较多的热量，所以可使汽温变化不大，然而此时出口蒸汽压力和流量却都增加了。由于给水流量没有改变，汽包中的部分水变成了多蒸发的那部分蒸汽，所以汽包水位降低了。从以上所述可以看出，在汽包锅炉中，水位是燃水比是否失调的标志。用给水流量调节水位，实质上起到了间接保持燃水比不变的作用。二、直流炉给水系统特点直流炉的汽水流程中既没有汽包，又没有炉水小循环回路。直流炉是由受热面以及连接这些受热面的管道所组成，图4-1是直流炉汽水流程示意图．WD去汽机给水泵加热段蒸发段过热段θsl图4-1直流炉汽水流程示意图给水泵强制一定流量的给水进入炉内，一次性流过加热段、蒸发段和过热段，然后去汽轮机。它的循环倍率始终为1，与负荷无关。给水泵出口水压通过上述三段受热面里的工质，直接影响出口汽压，所以直流炉的汽压是由给水压力、燃料流量和汽轮机调节汽门共同决定的。直流炉汽水流程中的三段受热面没有固定的分界线。在不同负荷时，由于给水温度变化等原因，使三段受热面的吸热量分配比例及与之有关的三段受热面面积之间的比例都发生了变化。直流炉的工质是一次地通过各受热面的，而三段受热面面积又不是固定不变的，所以当燃水比失调后，三段受热面吸热量比例发生变化，对出口汽温影响很大，对蒸汽压力和流量的影响方式也较为复杂。当给水流量变化破坏了原来的平衡状态时，例如给水流量减小了，则蒸发段向锅炉汽水流程入口方向移动，汽水流程中各点工质的焓值都有所提高。工质焓值上升是由两个因素引起的：一是因为受热面吸热量不变，而工质流量减少，引起流经本区的工质焓值上升；另一个原因是工质焓值随工质流过的受热面面积增加而增加。所以离锅炉出口越近，工质的焓增越大，汽温变化也越大。燃水比失调1％，出口汽温变化就可达8～10℃。在运行中，燃水比失调往往会超过1%。此外，因负荷变化等原因使各受热面的吸热比例发生变化，以致单独使用喷水减温的办法是无法将出口汽温校正过来的，更无法保证减温器前各受热面的安全运行。因此，直流炉运行的主要任务之一是调节燃水比为一定值。第二节直流炉给水系统的被调量和调节变量如前所述，在汽包锅炉中，水位是燃水比是否失调的标志。用给水流量调节水位，实质上起到了间接保持燃水比不变的作用。即汽包水位作为给水控制系统的被调量。那么在直流炉中，取什么信号作为燃水比的校正信号呢？也就是说直流炉给水控制系统的被调量该如何选取呢？这是设计直流炉给水调节系统时首先要明确的重要问题。一、给水控制系统的被调量当发生燃水比失调时，锅炉出口汽温变化曲线的迟延都很大，因此很难用给水流量或燃料流量来直接调节出口汽温。而微过热汽温变化曲线的迟延铰小，所以一般可作为燃水比的校正信号，以间接控制出口汽温。1．以热量信号为给水控制系统被调量给水系统工作在机跟炉方式下，负荷指令改变燃料量，给水量作为从动量跟踪燃料量，粗调一次汽温。热量信号的生成如图4-2所示。∆DDD×ΣF(x)×PIθ1θ2ΣnWDP热量信号（给水流量给定值）图4-2热量信号及其校正2．以中间点温度值为给水控制系统被调量中间点温度定值由三部分构成，如图4-3所示。DTPTF(x)F(x)ΣΣAA蒸汽流量中间点压力偏置值最小过热度中间点温度定值图4-3中间点温度定值的形成（1）中间点压力-饱和温度函数用于将中间点压力转换为相应的饱和温度。（2）负荷-过热度函数根据不同的负荷确定不同的过热度，如图4-4所示。高负荷时，过热度低；低负荷时，过热度高。这是因为：高负荷时，过热减温水流量较大，各减温阀门开度达80%以上，降低中间点温度定值，有利于减小减温水流量，以保证汽温调节有一定的调节裕量；低负荷时，适当提高中间点温度，提高过热器入口温度，以防止过热器出口汽温过低。过热度蒸汽流量0图4-4负荷-过热度函数曲线（3）运行人员偏置，用于运行人员根据运行情况调整中间点温度定值。通过运行人员偏置的设置，防止中间点温度进入饱和区。中间点温度进入饱和区，对负荷控制和给水控制不利，可能会造成负荷、给水大幅度波动。2．采用中间点焓值作为给水控制系统被调量采用中间点温度的串级给水控制系统，在稳定负荷时会达到了较好的控制效果。但是当运行人员中间点温度定值偏置较低、且遇到较大幅度减负荷时，由于给水相对燃料有一定滞后，可能造成中间点温度进入饱和区甚至不饱和区。中间点温度进入饱和区后，在一定范围内加减给水流量（如20t/h），不会造成中间点温度变化。进入不饱和区后，温度/给水流量变化率也较小。因此，一旦中间点进入饱和区或不饱和区，在较长时间内不能退出。另外，由于中间点温度长时间存在偏差，积分作用逐渐累积，往往会造成退出饱和区时减水过量，中间点温度超温，减温水流量突增，实际负荷超调。为解决这些问题，适应控制系统要求，可采用中间点焓值作为给水控制系统的给定值。中间点焓值定值是实际负荷的函数。确定负荷-中间点焓值定值函数，主要考虑不同负荷对焓值的要求、中间点温度允许变化范围、负荷变化对中间点压力的影响及不同负荷下减温水流量的均衡关系4个因素，焓值定值应通过试验综合确定。运行人员可以在操作员接口站OIS上，改变焓值定值偏置。不同的磨煤机组合，焓值偏置不同。中间点焓值定值的形成如图4-5所示。DTF(x)ΣA蒸汽流量偏置值中间点焓值定值图4-5中间点焓值定值的形成二、给水流量的调节变量调节给水流量的手段有调节阀门、汽轮机带动的水泵（汽动泵）和采用液力联输器的电动泵等几种手段，虽然有的机组只设计—种调节手段，但我国目前通常还都设计调节阀门和调速泵两种调节手段。则相应的调节变量就分别为调节阀门开度和调速泵的转速。1．调节阀门开度调节阀门是我们常用的流量调节，它是通过改变工质流程中的阻力而改变流量的。一般要求阀门漏流量小，阀门开大、关小时的流量变差小，流量与开度成线性关系或按其规律变化。但节流总要引起能量损失，所以它不是经济的调节方案。2．调速泵转速改变给水泵的转速，是调节给水流量的经济办法。但是其中的关键问题是必须保证给水泵总是工作在安全工作区内。（1）给水泵的工作特性要求给水泵安全工作区保护给水泵安全工作区特性曲线如图4-6所示。它由6条曲线围成（ABCDEF），它们是：上限特性曲线、下限特性曲线、最大压力曲线Pmax、最小压力曲线Pmin、最高转速nmax和最低转速曲线nmin。给水泵不允许工作在安全工作区以外。PQPmaxPminABCDEFnmaxnmin上限特性下限特性Oa1b1a2b2图4-6变速泵的安全工作区特性曲线为了满足上限特性要求，在低负荷时，为了防止给水泵的汽蚀，必须打开再循环门，以增加流过泵的流量。这样，在所需的相同泵出口压力条件下，可使给水泵进入上限特性右边的安全区工作，如图4-6中，给水泵工作点由a1移到b1点。由于给水泵有最低转速nmin的要求，在给水泵已经接近nmin时，就不能以继续降低转速的方式来调节给水流量。这就需要改变上水通道阻力，即设置给水调节阀的方式，使给水泵工作在安全区内。由于兼用改变给水泵转速和上水通道阻力两种方式调节给水流量，增加了给水自动控制系统的复杂性。在负荷升到一定程度，即给水泵流量较大时，为了不使给水泵工作在下限特性右边的区域内，也需适当提高上水通道阻力，提高给水泵的出口压力。如图4-6中，给水泵工作点由a2移到b2点。第三节给水流量调节系统给水流量调节系统随调节的手段及其调节的范围不同而不同，有的调节系统只供启动时用；有的不但适用于启动工况，而且在控制装置的帮助下还适用于全程调节，这里统称为给水流量调节系统。一、采用中间点温度的串级给水控制系统该给水控制系统采用串级控制方式，主回路为中间点温度控制回路，副回路为省煤器前流量控制回路。如图4-7所示。∆ΣPI1F(x)∆PI2θspθBWsΣ/nA泵B泵C泵图4-7采用中间点温度的串级给水控制系统主回路为中间点温度控制回路，采用PI控制规律。协调控制系统输出的燃烧率指令，一方面作为燃料量指令送到燃料调节器，另一方面又送到给水主调节器作为省前流量定值的前馈信号。前馈信号需经惯性环节、滞后环节动态（F(x)）处理后，才能送到主调节器作为实际前馈信号。这是因为从燃烧率指令变化到炉膛热量变化至少需要2.5min，而从前馈信号变化到给水流量变化相对较快，适当调整惯性、滞后环节参数可以实现给水与燃料量同时动作，以初步保持燃水比。实践证明，如果没有燃烧率指令作给水前馈，或前馈参数调整不当，则在负荷动态变化过程中，很难保证中间点温度稳定和对负荷快速响应。实际上，副回路实现燃水比粗调，主回路实现燃水比细调。副回路为省前流量控制回路，采用PI控制规律。副调节器接受主调节器输出信号，作为省前流量定值。为提高副回路的响应速度，我们用省前流量定值作为勺管开度指令前馈。流量定值前馈和勺管指令前馈信号大大加快了给水调节速度，特别是在给水、协调控制系统控制联投时，显得尤为重要。每台给水泵均可单独投，手、自动切换，并且自动反演算处于手动状态的给水泵偏置值。这样，给水泵投自动，无需进行偏置对位。多输出平衡器的作用是自动实现手、自动泵的出力和与总出力指令平衡。副回路手动、自动状态为：只要有一台泵处于自动状态，则副回路为自动，当所有泵均手动时，则副回路为手动，且闭锁主回路投自动。主、副调节器的跟踪情况为：副回路手动时，副调节器输出跟踪泵勺管平均手操指令；主回路手动时，主调节器输出跟踪实际省前流量。二、采用中间点焓值的串级给水控制系统焓值给水控制系统简化原理方框图如图4-8所示。主回路为中间点焓值控制回路，副回路为省前流量控制回路。F(x)焓值计算PI1F(t)ΣPI2Σ/nA泵B泵C泵蒸汽流量中间点温度中间点压力燃料指令省前流量偏置省前流量图4-8采用中间点焓值的串级给水控制系统主调节器为中间点焓值调节器。协调控制系统输出的燃料量指令，经惯性环节、滞后环节动态处理（F(t)）后，作为省前流量定值的前馈信号，实现给水与燃料量同时动作，以初步保持燃水比。主调实现燃水比细调。副调节器为省前流量调节器。副调节器接受主调节器输出信号作为省前流量定值，副调节器的输出直接控制电动调速泵的勺管位置，保证实际省前流量及时跟随定值，消除给水流量内扰。为提高副回路的响应速度，采用省前流量定值作为勺管开度指令前馈。副调实现燃水比粗调。燃料量指令前馈信号大大加快了给水调节速度。第四节全程给水控制“全程给水控制”是指在锅炉给水全过程中都是自动控制的，即能在设备正常的条件下，不需要操作人员干预，就能保证直流锅炉给水流量满足机组正常运行需要。一、给水设备及管路连接目前，在我国投入运行的超临界直流机组全部采用单元机组运行方式。相应的给水系统也是采用单元制的，每台单元机组都有自己独立的给水管路系统，并采用汽动泵和电动泵混合的形式提供给水动力。汽动泵和电动泵混合型给水系统典型结构如图4-9所示。系统共有三台主给水泵，其中两台是汽动泵，一台为电动泵，每台泵可各带50％负荷。在单元机组启动及低负荷运行时，由于汽动泵没有稳定的汽源，汽动泵无法使用，给水动力由电动泵提供。在机组高负荷时，给