模拟量控制系统(MCS)给水控制系统

• 蒸汽负荷扰动(外扰)时，存在“虚假水位”现象。虚假水位现象是不 能通过闭环系统用调节给水流量的办法来减小的，这也增大了水位调节的 难度。显然由于虚假水位现象的存在，是不能只根据水位H一个信号进行 调节的。
鉴于以上原因，现代大型汽包炉的给水调节多应用三冲量调节系统， 即以水位H作系统的被调量信号；以蒸汽流量D作为系统的前馈信号；以 给水流量W构成系统的辅助被调量，形成三冲量给水调节系统。由于给水 量调节器位于系统的闭环以内，所以给水量W扰动下的水位特性最为重要， 是系统整定的主要依据。
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22
1
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10
10
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M
6
2
4
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M
M
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M
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M
5
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M8
M9
M8
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A8
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M 15
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A7
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A6
13 12 11 14
16 25
图11-1 锅炉给水系统工艺流程简图 1—除氧器给水箱；2—给水前置泵；3—电动调速给水泵；4—电动调速给水泵(备用)；5—液力联轴器；6—电机；7—液力联轴器 调节机构；8—主给水泵再循环调节阀；9—备用泵再循环调节阀；10—流量测量装置；11—高旁减温水；12—1级减温器减温水； 13—2级减温器减温水；14—再热器减温水；15—锅炉启动阀；16—主给水电动阀；17,18,19—高压加热器；20—省煤器；21—汽 包；22—下降管；23—水冷壁下联箱；24—省煤器再循环； 25—总给水流量测量装置
给水全程控制中的一些特殊问题
一、给水全程控制的概念
全程控制系统是指机组在启停、正常运行和负荷变化过程中均能进行自动 控制的系统。电力生产的“全程”具体包括以下几个过程：
1.锅炉点火、升温升压； 2.开始带负荷； 3.带小负荷； 4.由小负荷到大负荷运行； 5.由大负荷又降到小荷负； 6.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，保持汽包 水位在正常范围内变化，同时具有对锅炉的水循环和省煤器的保护作用，实现 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：即保持水位在工艺允许范围内变化的条件下，尽 量保持给水流量稳定。
给水控制对象的动态特性
W
（一）给水量扰 动下的水位特性
给水控制对象在给水量 W扰动下的动态特性是系统 调节通道的特性。
在给水量阶跃扰动下汽 包对象的特点是有迟延、有 惯性、没有自平衡能力。
ΔW
0
t
H
H1
H
WOW s
H W
s1 s
0 b
τ
β t
H2
给水量扰动下的水位特性
H为实际水位响应曲线； H1为仅考虑锅内贮水量变化的水位响应特性； H2为仅考虑锅内工质容积变化所引起的水位变化特性
二、给水全程控制中的特殊问题
（一）对给水全程控制系统的要求
给水全程控制要求在锅炉运行的全过程都自动地完成给水调节所规定的两项任务，它比常规 给水控制复杂得多。给水全程控制存在以下难点及要求：
（1）实现给水全程控制可以采用改变给水调节阀开度即改变给水管道阻力的方法来改变给 水量，也可以采用改变给水泵转速即改变给水压力的方法来改变给水量。前一种方法节流损失大， 给水泵的消耗功率多，不经济，故在一般单元机组的大型锅炉中都采用后一种方法。在给水全程 控制系统不中仅要满足给水调节的要求，同时要保证给水泵工作在安全工作区内，这就需要有两 套控制系统来完成。
B
ΔBBaidu Nhomakorabea
0
t
H
0
t
B
燃料量扰动下的水位特性
汽包炉给水控制对象的动态特性有以下特点：
• 调节通道中存在迟延和惯性，并且无自平衡能力。迟延和惯性的存在 使给水调节机构的动作相对水位变化的影响存在滞后，因此调节过程中将 会出现动态偏差。无自平衡能力的响应速度越大，水位对扰动反应越敏感， 调节的难度也相应增大，调节过程中水位动态偏差也将增大。
（2）由于机组在不同的负荷下呈现不同的对象特性，要求控制系统能适应这样的特性。随 着负荷的增高和降低，系统要从单冲量过渡到三冲量系统，或从三冲量过渡到单冲量系统，由此 产生了系统的切换问题，必须有保证两套系统相互无扰切换的控制线路。
（3）由于全程控制系统的工作范围较广，对各个信号的准确测量提出了更严格的要求。例 如，在机组启停过程及高低负荷等不同工况下，给水流量和汽温、汽压等参数都变化很大，所以 给水流量、蒸汽流量和汽包水位信号都要进行温度压力的补偿。
模拟量控制系统（MCS）
——给水控制系统
汽包锅炉给水自动控制的任务 ——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，则可能使锅炉水 循环工况破坏，造成水冷壁管供水不足而烧坏。
（二）蒸汽流量扰动下的水位特性
蒸汽流量扰动下的水位特性是负荷外部扰动下的动态特性。在蒸汽 负荷扰动下，汽包有虚假水位现象。
D
0 H
T2
0
ΔD t
H2 K2
t
H1
H
WOD s
H D
K2 1 T2 s
s
负荷扰动下水位的响应曲线
H为实际水位响应曲线； H1为仅考虑锅内贮水量变化的水位响应特性； H2为仅考虑锅内工质容积变化所引起的水位变化特性
（4）在多种调节机构的复杂切换中，给水全程控制系统都必须保证无扰。高低负荷需用不 同的阀门，调节阀门的切换伴随着有关截止门的切换。在低负荷时通过改变阀门的开度来保持泵 的出口压力，高负荷时通过改变调速泵的转速保持水位，阀门与调速泵间的切换都要求安全无扰 地进行。
（二）测量信号的自动校正
（三）燃料量扰动下的水位特性
当锅炉燃料量发生扰动(增加)时，炉内换热面的吸热量增加使汽包内蒸 发加强。若此时汽轮机负荷未增加，则汽轮机侧调节阀开度不变，但由于蒸 发加强，主蒸汽流量实际上有所增加，所以这种扰动下水位特性与蒸汽流量 扰动下的特性接近，只是“虚假水位”现象不太严重，水位小幅上升，迟延 时间较长。