给水控制系统

给水系统神华国华宁东（2×330MW）第一章、给水全程控制系统的概念1、给水控制系统的重要性汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位在设定值。汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。维持汽包水位是保证机炉安全运行的重要条件。锅炉汽包水位过高，影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽中水分过多，结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时还会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低，则可能使炉水循环泵正常运行工况破坏，造成供水设备损坏或水冷壁管因供水不足而烧坏。2、给水全程控制系统的概念：所谓全程控制系统，是指机组在正常运行、负荷变化和启停过程中均能进行自动控制的系统。所谓全程包括以下几个过程：A.锅炉点火、升温升压；B.开始带负荷；C.带小负荷；D.由小负荷到大负荷运行；E.由大负荷又降到小荷负；F.锅炉灭火后冷却降温降压。给水全程自动控制的任务是：在上述过程中，控制锅炉的进水量，以保持汽包水位在正常范围内变化，同时对锅炉的水循环和省煤器要有保护作用。保持水位和保护省煤器实际体现在水位和给水流量两个参数的协调。水位是靠调节给水流量来保持的，而给水流量变化得过分剧烈，将会对省煤器的安全运行带来威胁。所以，给水控制的任务实际上包括两方面的内容：即在保持水位在工艺允许的范围内变化的条件下，尽量保持给水流量稳定1、锅炉给水系统的工艺流程：在热力系统中，通常将除氧器出口到锅炉省煤器之间的供水管道及所属设备称为给水系统。给水系统的主要设备有除氧器及给水箱、高压加热器、给水前置泵和给水泵等。国华锦能发电公司600MW机组锅炉给水系统的工艺流程如图所示。第二章、给水全程控制系统的主要设备•由除氧器容量为235m3的给水箱1出来的除氧水，经给水前置泵2升压后进入主给水泵3（或4），主给水泵升压出来的水到给水母管，然后分成三路：•·一路从给水母管经过三级高压加热器17、18和19加热升温后，依次送至给水操作平台(即启动用给水调节阀15和主给水阀16)，给水流量测量装置20，然后送至省煤器21；旁路给水容量不小于15%BMCR。•·从给水母管上引出一路向过热器的减温器，提供适当压力的减温水12和13。•·提供锅炉循环泵的冷却水（图中未画出）。•·由给水母管上引出另一路去高压旁路，作为高压旁路减温用水11。•给水泵设计一中间抽头，向再热器的减温器提供减温水14。再热减温水管道从给水泵中间抽头引出，通过一个母管进入再热器喷水。•该锅炉配置有三台炉水循环泵24，安装在锅炉汽包22的与下水包25之间的下降管23上。每台炉水循环泵的容量为50%。•该锅炉设计了由阀门控制的省煤器再循环系统，从锅炉下水包25经再循环调节阀引出一根再循环管27，连接到省煤器入口联箱上，供启动时保护省煤器用。•每台泵出口安装一再循环管，直接与除氧器水箱1相连，其作用是通过测量前置泵2与主给水泵3（或4）之间给水管道上的流量，并调整再循环调节阀8（或9）的开度，保证给水泵出口流量大于最小流量。•正常运行时，两台50%容量的电动给水泵3向锅炉省煤器供水，一台50%容量的电动给水泵作为工作给水泵的备用泵。三台给水泵组都是单轴布置，即主泵和前置泵在同一平台上，它们都是由一台马达驱动。•锅炉给水泵并联运行时，每台泵的流量是相等的，泵并联运行流量偏差不得超过允许设定范围。第三章给水泵安全运行的特殊要求•采用变速泵的给水全程控制系统要求给水泵运行在安全工作区内。电动变速泵的速度控制借助液力齿轮联轴器完成，通过改变液力联轴器勺管位置的高低，控制工作油量的多少以达到控制速度的目的。在整个运行过程中，保证泵组的安全运行是至关重要的问题。•变速给水泵的安全工作区可以在泵的流量—压力特性曲线上表示出来，如图5-2所示。变速泵的安全工作区由六条曲线围成：①最高转速曲线；②最低转速曲线；③最高压力曲线；④最低压力曲线；⑤上限特性曲线；⑥下限特性曲线。其中，最高和最低转速曲线由泵组的调速装置所限制，工作点不会越出其外边，且高性能现代高速给水泵的出口最高压力均高于管道的承压能力，所以保证给水泵安全运行应采取的措施主要是不使泵的工作点处在上限和下限特性曲线之外，不使泵出口压力落入最低压力线之下。图中的阴影线包围的部分即为变速泵的安全工作区。由图可见，压力高时，安全区范围较宽，压力低时安全区的范围变窄。图中还作出了锅炉在定压运行和滑压启动过程中的压力—负荷(给水流量)曲线。定压运行的压力—负荷曲线为一条水平直线，工作点大部分都在安全区以内，仅有一个小部分落在上限特性曲线以外。如果主给水泵为全容量泵，基本上可不用采取措施，也能确保水泵安全运行。对于滑压启动和运行的单元机组，锅炉在某段时间内的运行压力较低，所以主给水泵的出口压力也较低，由图5-2可以看出，在滑压运行中如果负荷较大，压力—负荷曲线可能越出下限特性曲线之外，此时要采取保证给水泵安全运行的措施。maxQpminnmaxnminQ0滑压运行定压运行图4-2变速泵的流量—压力特性曲线Wminpmaxp无论是定压运行还是滑压运行，低负荷阶段，给水泵工作点都会落在上限特性曲线之外，为防止出现这种情况，最有效的措施是低负荷时增加给水泵的流量，目前采取的办法是在泵出口至除氧器水箱之间安装再循环管道，当泵的流量低于某一设定的最小流量时，再循环门自动开启，增加泵体内的流量，从而使低负荷阶段的给水泵工作点也在上限曲线之内。随着机组负荷的地逐渐增大，给水流量也会增大，当流量高于某一设定值时，再循环门将自动关闭。变速泵下限特性曲线决定了不同压力下水泵的最大负荷能力。当给水流量较大时，如果安全工作区窄，则工作点可能会移到下限特性曲线之外，这是不能允许的，因此要采取措施加以防止。目前采用的方法是提高上水管道的阻力，即关小泵出口流量调节阀门，以提高水泵的出口压力，使工作点重新移入安全区以内，如图5-3所示。在滑压运行时，设给水泵工作点在“a”点处，泵转速为，泵出口压力为，给水量为，当机组负荷增大，给水流量要求为时，如果水泵仍在转速下运行，通过开大给水调节阀门来增大给水流量，则工作点将沿曲线由“a”点移到“c”点，落在水泵安全工作区以外，这是不允许的。解决问题的办法是关小给水调节阀门，使泵的出口压力升高，同时使水泵转速由增至，当给水流量达到负荷要求数值时，工作点将由“a”点移动到“b”点，不会滑到安全工作区以外，保证了给水泵的安全运行。pminQmaxQab1p2p0c1W2W1n2n图4-3泵出口压力调整时的工况W•综上所述，采用变速泵构成全程给水调节系统时，应考虑设置以下几个子系统：•给水泵转速调节系统。该系统根据锅炉的负荷要求，通过调节给水泵转速的方法来调整给水量的大小。•给水泵最小流量控制系统。低负荷时为了不使水泵的工作点落在上限特性曲线的外边，可通过增大水泵再循环流量的办法来维持水泵流量不低于设计要求的最小流量值。•给水泵出口压力调节系统。该系统的任务是通过调节给水调节阀门的开度来维持给水泵出口压力，保证给水泵工作点不落在下限工作特性曲线之外及最低压力线之下。•以上三个子系统中，第一个是必须设置的；第二个子系统，对于现代大型高速给水泵组来说，自身已设置了这套控制系统，用户一般不必要再另外设计；对第三个子系统要根据所选泵型的特性及系统设计方案来具体考虑，若能保证水泵安全运行，则可以不设置该系统。第四章一段式给水与两段式给水1.1单冲量和三冲量的概念汽包水位三冲量给水调节系统A、所谓冲量，是指调节器接受的被调量的信号；B、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成；C、在汽包水位三冲量给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，如图所示。其中，汽包水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量信号是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号作为介质反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。•4、在大、中型火力发电厂锅炉汽包水位的变化速度比较快，“虚假水位”现象较为严重，为了达到生产过程中对汽包水位调节的质量要求，因而广泛采用了三冲量汽包水位调节系统。5、关于测量信号接入调节器的极性说明：当信号值增大时要求开大调节阀，该信号标以“+”号；反之，当信号值减小时要求关小调节阀，该信号标以“－”号。在给水调节系统中，当蒸汽流量信号增大时，要求开大调节阀，该信号标以“+”号；给水流量信号增大时，要求关小调节阀，该信号标以“－”号；当汽包水位升高时，差压减小，水位测量信号减小，要求关小调节阀，则该信号标以“+”号。1.2串级三冲量的概念•串级三冲量给水控制系统的原理方框图如图所示控制系统由2个闭合回路及前馈调节部分组成。主回路由调节对象WD1(S)、水位变送器γH、主调节器WT1（S）和副回路组成;副回路由给水流量G、给水流量变送器γG、给水流量信号分流系数nG、副调节器WT2（S）、执行器KZ、调节工阀Kf组成;前馈部分由蒸汽流量信号D、蒸汽流量变送器γD、蒸汽流量信号分流系数nD构成。给水控制的任务由2个调节器来完成,主调节器采用比例积分控制规律,保证水位无静态偏差,其输出信号、给水流量信号和蒸汽流量信号都作用到副调节器。副调节器为保证副回路的快速性可采用比例积分或比例调节器,能消除给水流量的自发扰动,当蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量,保证给水流量和蒸汽流量的平衡。2.1变速泵给水控制系统的基本方案采用变速泵的给水控制系统有两种基本方案，即两段式控制方案和一段式控制方案，现对这两种方案的工作原理简单介绍如下。2.2.1两段式给水控制系统两段式给水控制方案的工作原理如图所示。这种控制方案中设置了两个子控制系统：①汽包水位控制系统汽包水位控制系统（图）是一个串级三冲量给水控制系统。该系统的任务是根据水位偏差的校正信号、蒸汽流量前馈及给水流量反馈三个信号的综合作用，控制给水调节阀门开度，以调整给水流量W，维持汽包水位等于其给定值，②调节阀前后差压控制系统调节阀前后差压控制系统（图）是一个单回路控制系统，其任务是通过调节变速泵的转速来维持调节阀前后差压不变，保证调节阀在整个调整过程的流量特性接近理想流量特性，同时也可防止低负荷时调节阀承受过大差压。该系统也可称为给水泵出口压力控制系统。HDW0HPpDbpHpp++++_高速限制低速限制给水阀调节阀勺管(泵转速)（a）水位调节系统（b）调节阀差压调节系统PIPImaxmin+PI+M1M2M32.2.2一段式给水控制方案①汽包水位控制系统汽包水位控制系统（图5-8(a)）也是一个串级三冲量给水控制系统，与两段式控制方案的区别在于这个系统输出的调节作用是控制变速泵的转速。通过调整给水泵转速来调节给水流量的大小，维持汽包水位为给定值。②泵出口压力控制系统由于给水泵的安全工作区范围较窄，系统中又设置了泵出口压力调节系统（图5-8(b)）通过调节给水调节阀的开度来控制泵的出口压力，防止工作点落在下限特性以外。高速限制低速限制勺管(泵转速)（a）水位调节系统（b）给水泵出口压力调节系统图5-8变速泵一段式给水调节方案Pp给水调节阀ZPIPIminM2M3maxHDW0H++_PI+M1+WF(x)minpmax第五章锦能公司600MW机组给水控制系统介绍国华锦能600MW机组配置有全程给水控制系统，该系统由以下几个子控制系统构成，即：·给水调节阀控制系统；·变速给水泵转速控制系统(三台泵各自设置一套)；·给水泵最小流量控制系统(三台泵各自设置一套)。这三个子系统共同完成给水全程控制的各项任务。在任何负荷下都要维持汽包水位稳定在设定值，同时