汽包锅炉给水控制系统

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
W ΔW 0 1 H 2 t
W
s
1 s
+
H
－
α 0 ΔH B τ A ετ 3
t
G HW ( s)
H ( s) W ( s) s 1 s s(1 s)
图11－2给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线
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。
主给水流量 图11-26 主给水流量测量回路
水位H
A △ PID1 K ∫ △ PID2 K ∫
主蒸汽流量
主给水流量 泵出口压力 汽包压力pb 电泵水流量 A
汽泵A水流量 A
汽泵B水流量 A
△ K ∫ PID3 A
∑ △
∑ △ PID6 K ∫
∑ △
∑ △ PID8 K ∫
∑ △ A T K ∫ N PID4 负荷＜ 30%
第三节 给水控制基本方案
一 、单冲量给水控制系统
汽包水位
水位给定值
△ PID
调节机构 图11－11 单冲量给水控制系统
二. 串级三冲量给水控制系统
αD γD D GHD(s)
HS＋
－
Gc1(s)
＋ ＋ －
Gc2(s) αW
KZ γW γH
Kμ
W
H GHW(s)
图11-14 串级三冲量給水控制系统原理框图
D f ( p1 )
T01 T1
× + 旁路蒸汽流量
∑
主蒸汽流量
图25 主蒸汽流量测量回路
给水流量 信号Δp1
给水流量 信号Δp2
给水流量 信号Δp3
给水汽 温 TW f(x)
W pm f (TW )
× × ×
MEDIAN SELECT + ∑ 排污流量 — ∑
过热器 减温水流量
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。
汽动给水泵B MEH控制
图27 汽包水位控制系统
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。
a s f 1 ( pb )
w s f 2 ( pb )
f 1 ( p b ) L p H f 2 ( pb )
图18 密度与汽包压力关系
由于汽包中心水位线与联通管下部开孔中心垂直距离为 B mm，因此，汽包中相对于中心水位线的水位为
hH Ba
a为修正值
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。
A
△ PID1
△ PID2
∑ △ PID5 给水流量
T
A
T2
T1
BALANCER
±
A f(x ) 给水旁路调节阀
∑ T
± A
∑ T
±
A
∑ T
f(x ) 电动给水泵
f(x ) 汽动给水泵 A
f(x ) 汽动给水泵 B
图21 汽包水位全程控制系统原理性功能框图
（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
D D0
2 p12 p 2 2 2 p 01 p 02
T01 T1
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。
泵入口流量1
泵入口流量2
泵最小允许 流量设定值 A
2XMTR － ＋ △ K ∫
10% A T Y ＞ 流量小于 350T/H N T2 T1 A N A 0% 流量小于 380T/H A
Y
100%
f(x) 循环回路调节阀
图28 给水泵最小流量控制系统
第六 节 给水控制系统运行中的 问题
6-1 基本要求
PID5
K ∫
PID7
K ∫
N
Y
负荷＜ 15% A
Y
T1 A
T2 T
A T
GAIN CHANGER & BALANCER
T
MEH 遥控 T3
MEH 遥控
MEH转 速设定 值
T4
MEH转 速设定 值
f(x ) 给水旁路调节阀
f(x )
f(x ) 汽动给水泵A MEH控制
f(x )
电动给水泵 液力耦合器
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
汽包 过热器 过热蒸汽
省 煤 器 给水
水 循 环 管 路
给水调节阀
图11－1 给水调节对象结构示意图
Fra Baidu bibliotek D W W
第四节 给水全程控制
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。
过热蒸汽 汽包 过热器 H nmax 管路性能曲线 B M 省 煤 器 nmin A W
调节器
泵特性曲线
给水
Wmin 变速泵 高压加热器
W
Wmax
图11－9 水泵变速调节系统示意图
图11-10水泵变速调节原理
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。
× K MEDIAN SELECT 汽包水位H
× K
H k ( f1 ( pb ) p) f 2 ( pb )
图24 汽包水位测量回路
主汽温 T11
主汽温 T12
汽机第一 级压力p11
汽机第一 级压力p12
汽机第一 级压力p13
∑/2 设定温度值 ÷ A f(x) MEDIAN SELECT
2、蒸汽流量扰动下的水位动态特性
D ΔD 0 H H2
D
t
K2 1 T2 s
+ H _

s
0 t H H1 图11－4 蒸汽流量阶跃扰动下的水位响应曲线
K2 H ( s) G HD ( s) D( s) 1 T2 s s
3、炉膛热负荷扰动下水位动态特性
B D 0 H ΔB t
3. 给水泵最小流量控制系统
泵最小流量 给定值 A 泵入口流量
－
△ PID
T 流量小于某定值 N Y
A
T1
流量大于某定值 N T2 f(x) 循环回路调节阀 Y
A A
100% 0%
图11-22 给水泵最小流量控制系统原理图
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
除氧器 再 循 环 给水旁 给水旁路 电动截止 路 阀 调节阀 省 煤 器 过 热 器 去汽轮机 汽动给 水泵A 汽动给 水泵B 电动 给水 泵
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
p p p a L w H s ( L H ) ( a s ) L ( w s ) H
H
( a s ) L p ( w s )
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。
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。
1．测量系统
（1）汽包水位测量 （2）主蒸汽流量测量 （3）主给水流量测量
H f (p, pb )
D f ( p1 , Ts )
W f (p, TW )
WT W
W
i 1
n
i
2．汽包水位控制系统
汽包压力pb 泵出口压力 汽包水位 蒸汽流量 f(x ) ∑ A △ PID3 A △ PID4
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。
W k p
只考虑温度 修正
(t , p) p W k 0
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
（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
T01 p1 D D0 p01 T1
某300MW机组的蒸汽流量计算公式为
D D0 T01 273 t 01 p p 1 D0 1 T1 p01 273 t1 p01
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。
主给水 电动截止阀 高 压 加 热 器
汽包
去旁路 给水流量 减温水阀
图23给水热力系统示意图
二、给水控制系统
水位差压信号 Δp1 水位差压信号 Δp2 水位差压信 号 Δp3 汽包 汽包 汽包 压力 压力 压力 pb1 pb2 pb3 MEDIAN SELECT
f1(x) ∑ ∑ ∑
f2(x)
× K
H 0
t
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
过热蒸汽 汽包 过热器 H
μV=5％
A n=c
管路性能曲线 M μV
B
μV=100%
泵特性曲线
调节器 省 煤 器 W 给水
WB
定速泵 高压加热器 调节阀 图11－7 节流调节系统示意图
W
WA
图11-8 节流调节原理
二、给水泵调速方式