锅炉给水调节系统

汽包锅炉给水自动调节系统

第一节给水调节任务与给水调节对象动态特性

一、给水调节的任务

汽包锅炉给水调节的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内。

汽包水位反映了汽包锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，是锅炉运行中一个非常重要的监控参数，保持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离器的正常工作，造成出口蒸汽湿度过大（蒸汽带水）而使过热器管壁结垢，容易导致过热器烧坏。同时，汽包出口蒸汽湿度过大（蒸汽带水）也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，则可能破坏锅炉水循环，造成水冷壁管烧坏而破裂。

二、给水调节对象动态特性

汽包水位是由汽包中的储水量和水面下的气泡容积所决定的，因此凡是引起汽包中储水量变化和水面下的气泡容积变化的各种因素都是给水调节的扰动。

（1）给水流量扰动。这个扰动来自给水调节门的开度变化、省煤器可动喷嘴开关动作、给水压力变化、给水泵转速波动等引起锅炉给水量改变的一切因素。

（2）蒸汽负荷扰动。这个扰动是指汽轮机负荷变化而引起的蒸汽流量的改变，它使水位发生变化。

（3）锅炉炉膛热负荷扰动。这个扰动主要是由锅炉燃烧率的变化改变了蒸发强度而引起的，它影响锅炉的输出蒸汽流量和汽水容积中的气泡体积。

给水调节对象的动态特性是指由上述引起水位变化的扰动与汽包水位间的动态关系。当给水流量扰动时，水位调节对象的动态特性表现为有惯性的无自平衡能力特征，也就是说，当给水流量改变后水位并不会立即变化。给水流量增加，一方面使进入锅炉汽包的给水量增加；另一方面使温度较低的给水进入省煤器、汽包及水循环系统，吸收了原有饱和水中的一部分热量，致使水面下气泡体积减小。

当蒸汽流量扰动时，汽包水位将出现“虚假水位”现象。原因是在蒸汽负荷突然增加时，

虽然锅炉的给水流量小于蒸发量，但开始阶段的水位不仅不下降，反而迅速上升（反之，当负荷突然减少时，水位反而先下降）。因为在负荷变化的初始阶段，水面下的气泡体积变化很快，对水位变化起着主要影响作用。同时，改变汽轮机的用汽量引起的蒸汽流量的阶跃扰动，必定引起汽压的变化，汽压变化也会影响到水面下气泡的体积变化，所以实际的虚假水位现象会更严重些。

当燃料量扰动时，例如燃料量增加使炉膛热负荷增强，这时锅炉蒸发强度增大而使汽压升高，即使蒸汽流量调节设备（汽轮机调门）不动，蒸汽流量也会有所增加。这样，蒸汽流量大于给水流量，水位应该下降。但蒸发强度增大同样也使水面下气泡体积增大，因此也会出现虚假水位现象。

一般，给水流量变化作为维持水位的调节手段，称在给水流量扰动下的对象动态特性为内扰特性。对蒸汽负荷和炉膛热负荷扰动下的对象动态特性则称为对象的外扰特性。

给水调节系统中，一般考虑采用以主要扰动（蒸汽流量）为前馈信号的前馈调节，以改善给水调节系统的调节质量。

负荷变化时出现的“虚假水位”现象，是锅炉运行中的必然现象，是无法通过调节给水流量来克服的。如果在负荷扰动中，汽包虚假水位变化过大而超出了运行允许范围，则只有通过限制负荷的一次突变量和变负荷速度来减小。

第二节给水自动主调节方案（串级三冲量给水调节系统）给水调节器根据汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号去调节给水流量。其中水位是主信号，水位升高时减少给水流量，水位降低时增加给水流量。蒸汽流量D和给水流量W 是引起水位变化的原因（扰动信号），把它们作为水位调节的前馈信号。当蒸汽流量D改变时，调节器立即动作适当地改变给水流量，而当给水流量自发地变化时，调节器也能立即动作使给水流量恢复到原来的数值，这样无疑会有效地控制水位的变化。在水位H变化和蒸汽流量D变化而引起调节器动作时，给水流量信号W又是调节器动作的反馈信号。由于采用了蒸汽流量信号D，当负荷改变时就有一个使给水量与负荷同方向变化的信号，从而减少或抵消了由于“虚假水位”现象而使给水量向与负荷相反方向变化的趋势。参见MCS1-图SH157。

设定值

汽包水位H

简图：串级给水调节系统方框图

主调节器采用PI调节规律，以保证汽包水位无静态偏差，主调节器的输出信号和给水、蒸汽流量信号都作用到副调节器上。一般串级调节系统的副调节器可采用比例调节器，以保证副回路的快速性。主要是因为副回路是具有近似比例特性的快速随动系统，以使副回路具有快速消除内扰及快速跟踪蒸汽流量的能力。

这样，串级系统主、副调节器的任务不同，副调节器的任务是用以消除因给水压力波动等因素引起的给水流量的自发扰动以及当蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量，以保证给水流量和蒸汽流量平衡。主调节器的任务是校正汽包水位偏差。

单冲量调节就是调节器仅仅根据汽包水位信号H去调节给水量。这个时候要特别注意锅炉水位“虚假水位”现象。

只有电动给水泵具有单冲量自动调节功能，汽动给泵不具备条件。在三冲量条件不成立时，汽动给泵控制强制手动方式。

第三节给水全程调节系统

1/2U给水系统有三台给水泵，两台容量为50%的汽动给泵（由小机转速变化调节给水量）和一台容量为25%的电动给泵（用给水调节阀调节给水量）。在给水泵的出口有再循环管，给水泵的出水可以通过此管路打回除氧器，以保证在低负荷时泵的最小流量。

简图锅炉给水系统

对给水调节系统，要求在锅炉启、停过程、正常运行及事故处理中均能控制锅炉的进水量，保持汽包水位在允许范围内，实现全程自动调节。

在锅炉正常运行阶段给水调节采用三冲量调节方式，通过改变汽动给水泵转速来调节给水量；在锅炉起动、低负荷阶段或FCB等事故情况下，给水调节为单冲量方式。在使用电动给水泵时调节电动泵出口给水调节阀开度来调节给水流量。

锅炉起动时的单冲量给水调节系统，一直工作到锅炉负荷升到20%额定负荷（根据主蒸汽量信号），汽动给泵投入并通过转速变化来调节给水量，给水调节系统即切换为三冲量方式。

当汽动给泵投入可靠后，并且给泵的流量控制手/自动开关已置于自动侧后，电动泵给水调节阀逐渐关闭，起动作用的电动给泵停运。

低负荷时的单冲量控制方式和正常负荷范围时的三冲量控制方式的切换是自动进行的。

一、信号的校正

锅炉从启动到正常运行的过程中，蒸汽参数和负荷在很大范围内变化，这就使水位、给水流量和蒸汽流量的测量准确性受到影响。为了实现全程调节，首先必须保证在各种工况下都能得到正确的水位信号、蒸汽流量信号和给水流量信号，所以需要对这些测量信号进行压力、温度变化的自动校正。

1）汽包水位的校正（参见MCS-1图SH154、155）。对汽包锅炉通常利用压差原理来测量其水位。锅炉从启、停到正常负荷的整个运行范围内，汽包压力变化很大，汽包内饱和蒸汽和饱和水密度的变化也很大，这样就不能直接用压差信号来代表水位，对大容量锅炉这个