工业汽轮机电调系统

目录

§1、变转速汽轮机调节 (1)

§2、拖动给水泵汽轮机电调系统 (2)

§2-1、概述 (2)

§2-2、电液调节系统构成 (7)

§2-3、电液调节系统工作原理 (10)

§2-4、调节系统基本功能 (11)

§3、拖动鼓风机汽轮机电液调节系统 (13)

§3-1、概述 (13)

§3-2、汽轮鼓风机控制与保护系统 (14)

§3-3、汽轮机鼓风机调节原理 (15)

§3-4、调节系统基本功能 (17)

§1、变转速汽轮机调节

在电站大功率锅炉、化工设备和钢厂高炉等生产装置中，汽轮机被用来拖动给水泵、压气机和鼓风机，以供应给水，压缩空气和风量。当给水或气体的需要量改变时，通过改变汽轮机的转速，来改变给水泵和压气机的流量和压头（风量），满足生产工艺过程的需要，在这种情况下，生产过程中的调节对象将是锅炉锅筒的水位、化学反应过程的气体容积等，而汽轮机仅仅作为一种调节手段，作为调节系统中的一个组成部分，它的作用相当于一个执行元件。

通常，拖动给水泵汽轮机和拖动鼓风机汽轮机的调节系统均采用串级调节系统，它和一般凝汽式汽轮机调节系统一样，有一个转速调节回路，但这个串级系统的被调量，却是给水流量，或是鼓风机出口的风压，如图1所示。

图1

由图1可见，鼓风机出口的压力信号与压力给定相比较，其差值经压力调节器校正为转速设定值，作用在转速调节系统上，当压力发生变化时，由于调节器的作用，压力

偏差信号发生变化，从而调速系统的给定值发生变化，这时在转速调节系统的作用下，改变了汽轮机的转速，从而改变了风机的出口压力，以满足生产过程的要求。

哈汽控制工程有限公司对拖动给水泵汽轮机和拖动鼓风机汽轮机电液调节系统都有成功运行的业绩，如300MW机组的给水泵、重钢和哈药厂的鼓风机等。

§2、拖动给水泵汽轮机电调系统

§2-1、概述

锅炉给水泵是火力发电设备中重要辅机之一，给水泵的功率约占机组额定功率的5%左右，随着单机容量的增大，蒸汽参数不断地提高，给水泵所占功率的比例也将不断地提高。在我国200MW容量以下的机组其锅炉给水泵均由电动机拖动，而电动机拖动给水泵明显地存在着不足：

●电动机转速是恒定的，当锅炉给水流量需要变化时，只能由改变给水调节阀的开度来

调节，这就带来了能量损失，特别是机组在变工况或低负荷运行时，能量损失就更大。

目前大都采用变频技术，其调节性能和节能作用大大改善。

●大功率电动机制造困难它限制了拖动给水泵的功率，而采用汽轮机拖动给水泵时，几

乎不受功率的限制。

●汽轮机拖动给水泵，减少了一次能源转换。因为由汽轮机直接驱动的机械，其能量的

转换是从热能直接变为机械能，只经过一次能量转换。而由电动机驱动机械时，则先由热能转换为电能，再由电能转换为机械能，要经过两次能量转换。众所周知，凡是能量的转换过程也是伴随而来的能量损失过程，因此采用汽轮机拖动给水泵或鼓风机是比较经济方案。

●电动泵耗功远大于汽动泵耗功。

哈汽控制工程有限公司早在60年代初，对拖动给水泵方式进行了试验研究，重点是研究了液力藕合器方案和变转速汽轮机方案，并且试制了样机，在电厂进行了中间试验。

液力藕合器由主动轮和从动轮组成，两者的连结是通过液体藕合，当液体质量增加时，从动轮与主动轮的随动性就好（增速过程），液体质量减少时，随动性就差（减速过程）。液体质量的增加与减少，采用勺管控制，从而达到了控制电动机转速的目的。

不难看出这种控制只能对电机的最高工作转速以下有效，而不能使电机工作在最高工作转速之上。因此它对低负荷特性有改善。

而由变转速汽轮机拖动给水泵时，它不仅消除了由于转速恒定造成给水调节阀门的能量损失，同时由于汽轮机额定转速的提高，可使给水泵的体积大大减小。

在讨论拖动给水泵汽轮机电液调节系统之前，不能不先回顾一下锅炉给水调节。 目前火电站、锅炉给水都采用三冲量调节器，三冲量指的是给水流量、汽包水位和蒸汽流量，三冲量给水调节示意图，如图2：

图中：1、给水调节阀 2、省煤器 3、锅筒

4、过热器

5、调节器 Q 、给水流量 D 、蒸汽流量 H 、汽包水位 C 、控制信号

从图2可见，当锅炉给水泵由电动机拖动时，锅炉

汽包水位的控制，即由三冲量调节器输出去控制给水调

图 2

节阀门的开度来实现。

当锅炉给水泵由变转速汽轮机拖动时，给水调节任务是通过改变给水泵汽轮机转速的方法，使给水泵的出力适应锅炉负荷的要求，采用汽轮机拖动给水泵的调节方案有两种，即锅炉给水的两段调节和锅炉给水的一段调节。这两种调节方案曾于70年代中期在青山热电厂进行过试验研究。

两段给水调节是给水泵由汽轮机拖动，保留了给水调节阀门。给水调节的目的是在满足锅炉给水流量的同时，还能维持给水调节阀门前后的压差不变。图3所示为给水泵汽轮机两段调节的原理方框图。

图3

图中：1、差压调节器2、转速调节器3、执行机构4、汽轮机

5、给水泵

6、转速测量

7、压差测量

从图3可见，这是一个给水调节阀压差和汽轮机转速的串级调节系统，也可以理解成转速调节回路是压差调节系统的执行机构。

当锅炉负荷改变时，首先由三冲量给水调节器去控制给水调节阀的开度，使汽包水位保持不变，然后给水调节阀前后的压差与给定压差△P*进行比较，其差值经压差调节器

校正为汽轮机的转速给定，调节汽轮机的转速，使给水调节阀压差恢复成给定值。两段给水调节，可从两段给水调节特性上看得更清楚，如图4所示。

设汽轮机转速为n 1，管道阻力特性线为I ，给水流量为Q1，工作点为a ，当给水流量从Q1减少到Q2，三冲量给水调节器控制给水调节阀关小，管道阻力特性线从I 变为II ，工作点从a 到b 。给水调节

阀前后压差增加了△P 。由于压差信号△P 的作用，使汽轮机的转速从n 1降到n 2，阀前后的压差恢复至原来的数值，给水流量为

Q2，新的工作点为C ，给水泵处于某一稳态下运行。

锅炉给水一段调节，它是直接用锅炉给水流量信号去控制汽轮机的转速来满足锅炉给水调节的要求，这时给水调节阀全开，其阀门管道阻力可视为常量，相当于给水调节阀前后压差△P=0。

图5与图6为一段给水调节原理框图和一段给水调节的特性曲线。

图 5

图 4

压力

Q 2

Q 1