600MW火力发电厂给水控制系统讲稿

锅炉给水控制系统讲稿

一、锅炉给水控制系统的任务和工艺流程

汽包锅炉给水自动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监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水平衡关系，维持汽包水位是保证机炉安全运行的重要条件。

给水系统工艺流程

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、给水泵前置泵、给水泵启动旁路调节阀、给水电动阀、最小流量调节阀和高压加热器等组成。见下图

图 1 给水系统工艺流程示意图

二、长山电厂的给水泵配置：

长山电厂2×600MW机组的锅炉给水系统由两台各带50％容量的汽动给水泵作为正常工作泵和一台带30％容量的电动给水泵作为机组的启动、备用泵。

三、给水控制对象的动态特性

给水控制调节调量是三台变速泵的转速和启动旁路调节阀开度，低负启动阶段电泵处最低转速运行，用启动旁路伐调节，这时电泵可看作定速泵，转速n=常数，调节阀为节流调节方式，下图2所示。

图2 定速泵节流调节控制方式下流量与压力关系

随着锅炉负荷增大，给水流量由增加电动泵转速来调节，电动变速泵的驱动电动机经液力联轴器与水泵相联，通过政变液力联轴器中勺管的径何行程，改变联轴器的工作流量，实现给水泵转速改变。

随着锅炉负荷进一步增大，给水流量超出电泵能力范围，可增加汽泵来供应给水，汽动给水泵是由小汽轮机来驱动的，通过控制小汽轮机的进汽量，改变汽动泵的转速来控制给水量，由于驱动小汽机的蒸汽来自主汽轮机的抽汽，故在机组启动和低负荷时还须靠电泵来供给给水。

变速泵特性曲试可看作不同转速的定速泵的曲线族，每个转速下都有一条流量压力关系曲线和对应的最大最小流量，将这些最大流量与最小流量点连起来，构成最大和最小流量曲线。

变速泵控制系统要求变速给水泵运行在安全工作区内，变速泵的安全工作区可在泵的流量压力特性图上表示出来，如图2-3-3

图2-3-3 变速泵的流量压力特性图

变速泵的安全工作区由六条曲线围成：1最高转速曲线Nmax 2最低转速曲线Nmin 3最高压力曲线Pmax 4最低压力曲线Pmin 5最大流量曲线Qmax 6最小流量曲线Qmin。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，所以保证给水泵安全运行应采取措施使泵的工作点处于上限和下限特性曲线内，不超过最大压力不低于最小压力，由图可见，压力高时安全区范围较宽，压力低时安全区变窄。图中还作出了锅炉定压运行和滑压运行中的压力曲线，定压运行时泵出口压力为一条水平线，工作点大部份在安全区以内，如果给水泵为全容量泵，基本上可不采取措施，也能确保水泵安全运行。对于滑压和启停运行机组，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低，泵的工作点有可能越出上限特性曲线，此时必须采取保证给水泵安全运行的措施。

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最小流量曲线之外，为防止出现这种情况，采取在每个泵出口至除氧器水箱间加装再循环阀门及管道，当泵的流量低于某一设定的最小流量时自动打开再循环阀，保证泵的流量不低于最小流量下限，当流量大于某一设定值时，即泵的流量大于于最小流量，自动关闭再循环阀。

最大流量曲线保护则靠控制系统自行进行判断是否超过最大流量并限制调节作用，使泵始终工作在最大流量曲线左侧。

锅炉水位决定于炉内贮水量和水面下的汽泡容积，引起水位变化的因素有很多，主要有锅炉蒸汽负荷、给水流量和炉膛热负荷。

1.给水流量扰动下水位变化

当给水量阶跃增加后，一方面由于温度较低的给水进入省煤器、汽包和水循环系统，从原有的饱和

水中吸收了一部份热量，使水面下的汽泡容积有所减小，此时，虽然水进入了锅炉，但水位不会立即升高，经过一段延迟时间后水位才逐渐升高，之后由于进出工质流量不平衡水位将以一定的速度一直上升，为无自平衡能力对象。这种特性可由下传递函数表示：W(S)=K1/S(1+TS)

其中：K1为为给水量与蒸汽量不平衡引起水位上升的速率

T为延时时间

图3 给水流量阶跃变化时，水位的响应曲线图

2.蒸汽流量扰动下水位特性

蒸汽流量扰动属外部扰动，当蒸汽流量阶跃增大，进入锅炉的水小于出水，水位将下降，但由于蒸汽的增大变化将引起汽包压力下降，从而使水面下汽泡的容积变大，造成水位不降反升的虚假水位现象，经一段延时时间后虚假现象消失，水位由于进出水不平衡会一直下降，为无自平衡能力对象。蒸汽流量扰动下水位响应特性可用下述传递函数来描述

W(S)=K2/(1+T2 S)-K1/S

其中：K2为蒸汽流量扰动下虚假水位现象的作用强度

T2为蒸汽流量扰动下虚假水位产生的迟延时间

K1为给水量与蒸汽量不平衡引起水位上升的速率

蒸汽流量阶跃变化时，水位的响应曲线如图2-3-5

图4 蒸汽流量阶跃变化时，水位的响应曲线图

3.燃料量扰动下的水位特性

当燃料变化时，如燃烧率阶跃增加，炉膛热负荷增强，由于锅炉蒸发强度增大而使汽压升高，即使蒸汽流量有所增加，而蒸发强度增加同样也使水面下汽泡容积增大，因此也会导致虚假水位现象，只是由于汽压同时增加使汽泡容积增加比蒸汽流量扰动下要小，因此而虚假水位变化的幅度和速度相对较小。燃烧率扰动下水位响应特性可用下述传递函数来描述

W(S)=[K3/(1+T3 S)2

-K1/S]e

-n

其中K3为燃料量扰动下虚假水位现象的作用强度

T3为燃料量扰动下虚假水位产生的迟延时间

K1为给水量与蒸汽量不平衡引起水位上升的速率

图5 在燃烧率阶跃变化时，水位的响应曲线图

四、长山电厂全程给水控制方案

锅炉全程给水控制系统，是指机组在启停过程，正常运行和负荷变化中均能实现锅炉给水的自动控制，而全程给水控制系统通常采用两种控制方案：⑴两段式给水控制系统，是采用变速给水泵控制给水母管压力，给水调节阀控制汽包水位，这一方案将两个控制系统从热力系统上分段，一定程度上克服了两个系统之间的相互影响，但不利于机组的经济运行和给水泵的安全运行，特别是不能适应较大的负荷变化；⑵一段式给水控制系统，是采用变速给水泵控制汽包水位，给水调节阀控制给水母管压力，这一方案两个系统作为一个整体来考虑，更有利于提高机组的效率和给水泵的安全、高效运行，但采用该方案关键在于克服两个系统之间的相互影响。

长山电厂2×600MW机组的锅炉给水系统由两台各带50％容量的汽动给水泵作为正常工作泵和一台带30％容量的电动给水泵作为机组的启动、备用泵。全程给水控制方案由德国SIEMENS公司提供，并由SIEMENS公司生产的TELEPERM-XP分散控制系统实现。我们结合实际调试试验优化了该方案。该方案以一段式给水控制原理为基础（即在机组启动及低负荷阶段以给水泵控制水位，启动给水调整阀控制电泵出口压力为主，在高负荷正常运行阶段以给水泵控制水位，给水泵顺序控制系统及给水泵最小流量控制系统完成锅炉给水系统的全程控制，维持锅炉汽包水位的稳定及汽水平衡，并保证给水泵在其工作区域内安全运行。