汽包锅炉给水控制系统
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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
W
s
+H
0
t
1 2
H
??
－
1 ? ?s
α
0
A ΔH
ετ
t
3
Bτ
图11－2给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线
G HW
(s) ?
H (s) W (s)
?
?
s
?
?? 1 ? ?s
?
? s(1 ? ?s)
2、蒸汽流量扰动下的水位动态特性
过热蒸汽 H
汽包
过热器
μ V=5％
管路性能曲线
A
n=c M μV
μ V=100% B
给水
调节器 省 煤 器
定速泵 高压加热器 调节阀 图11－7 节流调节系统示意图
泵特性曲线
WB
W
W WA
图11-8 节流调节原理
二、给水泵调速方式
过热蒸汽
汽包
过热器 H n max
管路性能曲线 B
调节器
省 煤 器
给水
D
K2
ΔD
D
1 ? T2 s
+H
0
t
?
_
H
s
H2
0 t
H H1
图11－4 蒸汽流量阶跃扰动下的水位响应曲线
GHD (s) ?
H (s) D(s)
?
K2 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
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
D ?
p1 ?
T01
D0 p01
T1
某300MW机组的蒸汽流量计算公式为
D ? D0
T01 T1
?
p1 p01
? D0
273 ? t01 ? p1 273 ? t1 p01
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℃；
适应冷态启动和热态启动情况。
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 ? ? wH ? ?s (L ? H ) ? (?a ? ?s )L ? (? w ? ? s )H
H ? (? a ? ? s )L ? ? p (? w ? ? s )
? a ? ? s ? f1 ( pb )
? w ? ? s ? f2 ( pb )
H ? f1 ( pb )L ? ? p f2 ( 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
h? H ? B? a
a为修正值
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。
变速泵
高压加热器
图11－9 水泵变速调节系统示意图
M
n min A
泵特性曲线
W
W min
W
Wmax
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。
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
省 煤 器 给水
给水调节阀
过热器
过热蒸汽
水 循 环 管 路
图11－1 给水调节对象结构示意图
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 。
（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
＋ －
αD Gc2(s)
γD KZ
D
GHD(s)
W
H
Kμ
G HW (s)
αW
γW
γH 图11-14 串级三冲量給水控制系统原理框图
? D? 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
? 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。
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
HS＋ －
＋
Gc1(s)
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；
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
W ? k ? (t, p) ? ? p ?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
D ?
D0Biblioteka Baidu
p12 ?
p
2 01
?
p
2 2
p
2 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 ； T 01——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；
1、给水流量扰动下水位的动态特性
W
?
ΔW
W
s
+H
0
t
1 2
H
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－
1 ? ?s
α
0
A ΔH
ετ
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3
Bτ
图11－2给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线
G HW
(s) ?
H (s) W (s)
?
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s
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?
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2、蒸汽流量扰动下的水位动态特性
过热蒸汽 H
汽包
过热器
μ V=5％
管路性能曲线
A
n=c M μV
μ V=100% B
给水
调节器 省 煤 器
定速泵 高压加热器 调节阀 图11－7 节流调节系统示意图
泵特性曲线
WB
W
W WA
图11-8 节流调节原理
二、给水泵调速方式
过热蒸汽
汽包
过热器 H n max
管路性能曲线 B
调节器
省 煤 器
给水
D
K2
ΔD
D
1 ? T2 s
+H
0
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_
H
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H2
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图11－4 蒸汽流量阶跃扰动下的水位响应曲线
GHD (s) ?
H (s) D(s)
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?
?
s
3、炉膛热负荷扰动下水位动态特性
B
D 0 H
ΔB t
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
D ?
p1 ?
T01
D0 p01
T1
某300MW机组的蒸汽流量计算公式为
D ? D0
T01 T1
?
p1 p01
? D0
273 ? t01 ? p1 273 ? t1 p01
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℃；
适应冷态启动和热态启动情况。
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 ? ? wH ? ?s (L ? H ) ? (?a ? ?s )L ? (? w ? ? s )H
H ? (? a ? ? s )L ? ? p (? w ? ? s )
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? w ? ? s ? f2 ( pb )
H ? f1 ( pb )L ? ? p f2 ( 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
h? H ? B? a
a为修正值
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。
变速泵
高压加热器
图11－9 水泵变速调节系统示意图
M
n min A
泵特性曲线
W
W min
W
Wmax
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。
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
省 煤 器 给水
给水调节阀
过热器
过热蒸汽
水 循 环 管 路
图11－1 给水调节对象结构示意图
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 。
（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
＋ －
αD Gc2(s)
γD KZ
D
GHD(s)
W
H
Kμ
G HW (s)
αW
γW
γH 图11-14 串级三冲量給水控制系统原理框图
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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
? 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。
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
HS＋ －
＋
Gc1(s)
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；
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。
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只考虑温度 修正
W ? k ? (t, p) ? ? p ?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
D ?
D0Biblioteka Baidu
p12 ?
p
2 01
?
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2 2
p
2 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 ； T 01——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；