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给水控制系统培训教材1. 给水控制系统 直流炉的给水系统对主汽温度、主汽压力以及负荷均有较大影响。当给水流量扰动时，由于加热段、蒸发段延长而推出一部分蒸汽，因此开始压力和功率是增加的，但由于过热段缩短使汽温下降，最后虽然蒸汽流量增加但压力和功率还是下降，汽温经过一段时间的延迟后单调下降，最后稳定在一个较低的温度上。要保证过热度的稳定，首先需要保持好燃料给水的配比，进而保证机炉协调控制的质量。1.1 信号处理1.1.1给水流量补偿公式给水流量取省煤器入口流量（三个信号），并对其进行密度补偿，补偿用的省煤器入口给水温度信号进行二取均的信号处理。补偿后对省煤器入口流量三取中，作为控制信号。给水流量补偿的原理公式如下：其中： 节流装置实际输出差压 节流装置设计时采用的额定工况下的给水密度kg/m3 系数 给水实际密度，是给水温度的折线函数，kg/m3省煤器入口给水温度对应的给水密度值省煤器入口给水温度50110170230260290320密度1000.38964.382914.342850.284811.547766.44711.74未补偿的省煤器入口给水流量乘省煤器入口给水密度进行开方后再乘9.7927等于补偿后的省煤器入口给水流量。主给水温度对应的给水密度值主给水温度50110170230260290320密度1111111未补偿的主给水流量乘主给水密度进行开方后再乘9.7927等于补偿后的主给水流量。1.1.2 焓值计算焓：在某一状态下单位质量工质比容为v，所受压力为P，反抗此压力，该工质必须具备Pv的压力位能。单位质量工质内能和压力位能之和称为比焓。比焓的符号为h，单位KJ/Kg.其定义式为：h=u+Pv，对mKg工质H=mh=U+PV。由上式可以看出，工质的状态一定，则内能U及PV一定，焓也一定，即焓仅为状态所决定，所以焓也是状态参数。省煤器出口焓值是省煤器出口水温和出口水压的计算值，单位kJ/kg，存在60s的省煤器蓄热延迟时间。分离器出口焓值是分离器出口温度和储水箱放汽压力的计算值。1.1.3储水箱水位对补偿后的储水箱水位三取中，依据储水箱放汽压力有密度补偿。储水箱放汽压力对应的函数值1放汽压力0.1251012141618函数10.98260.9740.9599460.9320.9181650.9021880.882920.85815储水箱放汽压力对应的函数值2放汽压力181920212222.42530函数20-0.008935-0.0243-0.04091-0.05863-0.06597-0.11679-0.21872储水箱放汽压力对应的函数值3放汽压力0.1251012141618函数30.957820.8398630.7523560.6328640.5848350.5339280.477580.41134储水箱放汽压力对应的函数值4放汽压力181920212222.42530函数40-0.04149-0.08073-0.08554-0.10163-0.10964-0.17286-0.33151未补偿的储水箱水位*-1+9800*(函数1+函数2)/ (函数3+函数4)=补偿后的储水箱水位。1.2 给水控制方案给水设备由一台35 %的电泵和两台50 %的汽泵组成.管道上并联35 %负荷的启动旁路阀门和给水主路电动门。 低负荷时，给水流量低于2100t/h时（延时5s），给水通过调节电泵勺管实现差压（给水阀前压力与给水压力的差压）控制；给水流量大于2100t/h时（延时60s），给水自动切换到流量控制。低负荷时，给水走旁路，手动控制给水泵转速以控制给水压力，给水为流量控制方式。当单元负荷指令小于12、给水旁路全开或任意给水泵在自动时，给水旁路自动切手动。 负荷大于35后，给水走主路，电泵处于流量方式自动控制给水；并泵后，当汽泵投入自动后，电泵自动切手动。电泵与汽泵不同时投自动。给水控制在汽泵投入自动后，通过控制汽泵转速实现控制省煤器入口流量。汽泵转速由下层MEA控制实现。1.3给水控制原则给水量要适合蒸汽流量(减去喷水流量)的需求。给水流量是当前负荷煤量对应下的主汽流量和焓增的计算值。焓值控制投入后，依据设定焓值允许对当前焓值进行一定范围限制的修正，既而改变给水流量实现设定焓值的匹配。温差控制投入后，温差修正焓值设定，通过对分离器出口焓增的修正实现过热器入口温度的控制，最终通过给水流量来达到和温度匹配的要求。主汽流量，给水量和喷水量之间的一旦出现偏差，将改变炉膛内蒸发段的蒸发点。引起主汽温度，主汽压力的波动。需要注意的是焓值控制器的修正范围限制和温差控制器输出的修正范围限制，一旦修正达限值，若工况还需进行继续修正，可以切手动，重新投入自动即可。正常工况这种情况比较少见。另外还设计了焓值波动下给水的快速响应功能和高加解列时对给水的补偿功能。1.4给水控制说明稳定工况状态焓值控制器的输出为0,蒸发段焓增不作任何修正的参与流量计算。所谓的省煤器流量设定值就是通过MC23043003的除法功能块实现的,计算式按要求加入了很多修正环节.在稳定的最大锅炉出力下,给水需求与理论值相等.任何一个汽水循环系统若与设计值产生偏差,都会引起给水需求的变化.这包括主蒸汽温度的改变。用分离器出口焓值和一级减温入口温度差来调节给水流量。当主汽流量持续增大时，给水流量的增加将会引起蒸发点的上移，因此就会降低分离器分离器出口焓值，一段时间延迟后，一级过热器入口温度和焓值都将降低，这将增大一级过热器入口温度设定值与其测量温度的偏差。一级过热器入口温度设定值自动产生，一级减后温度的四阶惯性延迟和锅炉主控负荷对一级过热入口温度给出设定值。它与一级过热器入口温度测量值相减得到D T 温度偏差送进温差控制器块。如果过热器入口温度过低，那么温差控制器将增加焓值以抬升过热器入口温度。温差控制的输出加到焓值控制器的设定值上。 温差控制器和焓值控制器是作为锅炉主控指令与水量关系的修正。正因为是修正关系，它们的输出强度应该有一定的限制。流量控制有最小流量要求，MC23043005高选块实现这个功能。这样就使实际流量始终大于Benson 流量（低于本生流量蒸发段没有纯正意义的干蒸汽）。 1.5给水控制要点 a. 逻辑中包括了蒸发段吸收热量设计值计算系统需求定量的给水量,这个给水量没有考虑给水温度的影响.若高加未投入,焓值控制器的测量值一段时间延迟后将会发现给水低温扰动.通过计算省煤器出口焓值变化,就可提早发现温变,相应的修正给水流量设定值,从而使系统能量平衡. b. 控制器限制 稳定工况下给水流量的设定值是使用供给给水的热量除以”测量”蒸发段焓增计算出来的.再用给水流量设定值减去省煤器出口最小流量(本生流量)。如果给水流量小于本生流量(即处于本生状态以下),那么结果将是负值.低限就将这个负值保持在0值. 0值使焓值控制的限制变化在大于0的范围. 当低于本生点工况时就有效的保证焓值控制。焓值控制器限制就是为保护焓值控制运行在本生点工况下的情况；过本生点工况时,产生一个低限,且是个负值.这个限值将逐渐的增大，直达到它的100kJ/s.；当锅炉运行在与本生流量相差36T/h,即在本生点以上工况时,限值随偏值增大而增大,直到它达到最大值100kJ/s.省煤器流量偏置同样被温差控制限制值所使用，低限在流量偏置大于25kg/s 时才开始起作用,否则它的输出保持在0值.随之偏置增大,低限值将越小,直达到它的100kJ/s. c. 焓值解耦逻辑 焓值控制器输出的改变会立即作用到给水上,又由于焓值的改变又同时改变燃烧率,燃烧一调整就又使得汽水回路的焓值又被改变,焓值解耦控制就是消除这种相互影响的。d. 储水箱水位和给水控制之间的相互保护。1.6给水控制中需要建立的概念 温差控制构建于焓值修正的温差控制又可以称作为减温水量校正调节。它以控制一减入口温度来实现过热器内主汽的温升。从而保持一定的减温水量。保证设备安全的同时保持稳定的主汽温度。 焓值控制的水量计算主汽流量设计值（煤）喷水量设计值（煤）给水流量设计值（煤）【分离器出口焓值设计值（煤）省煤器出口焓值设计值（煤）】部件吸热（分离器压力计算值）煤对水的设计吸热量。【分离器出口焓值设计值（煤）省煤器出口焓值测量值】焓增基数+dPID偏差（分离器出口焓值设定与测量值）给水量设计值煤对水的设计吸热量水的焓增 焓值控制的意义控制分离器出口状态参数（P，T）达到额定参数。而这个参数是与煤量（标准煤）的放热量匹配的。一定温度下的焓值一定，那么压力也将是一定的。而主汽流量由于焓值控制的关系也保持一定。那么炉侧整个工况将是一个能量的平衡。（焓值与主汽流量之积就能代表主汽做功的能力）此时的主汽品质将得到保障。 剩下的将是设计值曲线的准确性问题若煤质校正环节没有投入，而燃煤的发热量与设计煤种发热量偏差较大，就可能导致水煤比的不平衡，因此可能引起超温或主汽参数不高等问题。这是一个值得关注的问题 未转干态前储水箱水位和给水流量的干扰问题冲转等工况时，机侧调门大幅动作，引起储水箱水位大幅波动，依据控制方案，当水位2 直流炉控制应该注意的内容2.1机、炉之间耦合严重,常规的控制系统难以达到高的控制效果，超临界机组难点之一就在于这种非线性耦合。由于直流锅炉在汽水流程上的一次性循环特性，没有汽包这类参数集中的储能元件，在直流运行状态汽水之间没有一个明确的分界点，给水从省煤器进口就被连续加热、蒸发与过热，根据水、湿蒸汽与过热蒸汽物理性能的差异，可以划分为加热段、蒸发段与过热段三大部分，在流程中每一段的长度都受到燃料、给水、汽机调门开度的扰动而变化，从而导致了功率、压力、温度的变化。2.2汽机扰动对锅炉的耦合特性直流锅炉汽水一次性循环特性，使超临界锅炉动态特性受末端阻力的影响远比锅筒式锅炉大。当汽机主汽阀开度发生变化，影响了机组的功率,同时也直接影响了锅炉出口末端阻力特性,改变了锅炉的被控特性,由于没有汽包的缓冲，汽机侧对直流锅炉的影响远大于对汽包锅炉的影响。其特性不但影响了锅炉的出口压力，而且由于压力的变化引起了给水流量的变化，延长了锅炉侧汽水流程的加热段，导致了温度的变化。2.3锅炉燃料扰动对压力、温度、功率的影响燃料发生变化时，由于加热段和蒸发段缩短，锅炉储水量减少，在燃烧率扰动后经过一个较短的延迟蒸汽量会向增加的方向变化，当燃烧率增加时，一开始由于加热段蒸发段的缩短而使蒸发量增加，也使压力、功率、温度增加。2.4给水扰动对压力、温度、功率的影响当给水流量扰动时，由于加热段、蒸发段延长而推出一部分蒸汽，因此开始压力和功率是增加的，但由于过热段缩短使汽温下降，最后虽然蒸汽流量增加但压力和功率还是下降，汽温经过一段时间的延迟后单调下降，最后稳定在一个较低的温度上。2.5被控参数之间的耦合关联在直流锅炉中，压力控制是最重要的被控对象，因为压力的变化不仅影响机组负荷的变化，还会影响给水流量的变化，从而导致对温度的影响。从上面的总结可以看出，直流锅炉的一次循环特性，使机组的主要控制参数功率、压力、温度均受到了汽机调门开度、燃料量、给水量的影响。从而也证明了直流锅炉是一个三输入/三输出相互耦合关联及强的被控特性。2.6强烈的非线性是超临界机组又一主要特征超临界机组采用超临界参数的蒸汽,其机组的运行方式采用滑参数运行，机组在大范围的变负荷运行中，压力运行在10MPa25MPa.之间。超临界机组实际运行在超临界和亚临界两种工况下，在亚临界运行工况给水具有加热段、蒸发段与过热段三大部分，在超临界运行工况汽水的密度相同，水在瞬间转化为蒸汽，因此在超临界运行方式和亚临界运行方式机组具有完全不同的控制特性，是复杂多变的被控对象。3.低容量溢流阀控制3.1低容量溢流阀设定储水箱水位对应的函数值水位06700765076517652765376548000函数00100100100100100100储水箱放汽压力对应的函数值压力13.24812161820函数1110.60.50.40.40.4储水箱放汽压力对应的函数值*储水箱水位对应的函数值=低容量溢流阀设定值。3.2低容量溢流阀切手动条件：储水箱放汽压力故障。储水箱水位故障。低容量溢流阀调节偏差大(设定值与指令之间偏差大)。低容量溢流阀偏差大(指令与反馈之间偏差大)。低容量溢流阀反馈故障。3.3低容量溢流阀控制设定值没有经过PIF运算直接作为控制指令经控制手操站输出到就地控制执行机构。4.启动再循环阀控制4.1启动再循环阀设定值4.1.1启动再循环流量计算循环泵入口温度对应的密度温度50150200250300320340346密度944.826925.45875.263812.246727.28680.894617.121590.071未补偿的启动再循环流量*密度*5.3291=补偿后的启动再循环流量。4.1.2循环泵入口过冷度计算储水箱饱和温度(由分离器出口温度和储水箱放汽压力通过函值控制站计算出来)-循环泵入口温度(二取均) =循环泵入口过冷度。4.1.3启动再循环流量设定总给煤量对应的流量总煤量088.3236237238239240250流量0570570570570570570570储水箱水位对应的流量水位02500650065016502650365048000流量00570570570570570570选择流量限制方式的条件：主汽流量大于590。任一煤燃烧器点火。循环泵未运行。选择流量限制方式下的启动再循环流量设定点最小省煤器入口给水流量(700t/h)-总给煤量对应的流量然后与储水箱水位对应的流量值进行低选，得出的结果即是启动再循环流量设定点。正常方式下的启动再循环流量设定点储水箱水位对应的流量=启动再循环流量设定点。4.2启动再循环阀切手动条件储水箱水位故障。启动再循环流量故障。循环泵入口温度故障。启动再循环流量偏差大(设定值与测量值之间偏差大)。启动再循环阀偏差大(指令与反馈之间偏差大)。启动再循环阀反馈故障。4.3启动再循环阀控制 设定值+偏置值-测量值经过PIF运算作为控制指令经控制手操站输出到就地控制执行机构。5温差控制一减入口温度设定值-一减入口温度经PIF运算作为控制指令送到手操站作为温差控制器输出。5.1一减入口温度设定值锅炉主控指令对应的温度值指令088.27102.85125.93142.63236.2264.53270温度0022.21916.611.311.111A/B一减出口温度+锅炉主控指令对应的温度= A/B一减出口温度设定值，二者取平均后即为一减入口温度设定值。5.2温差控制切手动条件焓值控制器在手动。一减入口温度故障。A侧一级减温器出口温度故障。B侧一级减温器出口温度故障。5.3温差控制器高低限省煤器流量余度*0.277778*2=温差控制器高限，当这个值大于100时，温差控制器高限值为100。(25-省煤器流量余度*0.277778)*2=温差控制器低限。6.焓值控制 分离器出口焓值设定值+分离器出口焓值偏置-分离器出口焓值经PIF运算作为控制指令送到手操站输出作为焓值控制器输出。6.1分离器出口焓值设定单元主控指令对应的煤量指令0205333450600666700701煤量088.3142.6180.2236.2264.5264.5264.5锅炉主控指令对应的焓值1指令079.3142.6180.2236.2264.5270280焓值12730.12730.1285527582640260025602560锅炉主控指令对应的焓值2指令01234567焓值200000000锅炉主控指令对应的焓值1+焓值2=未修正分离器出口焓值设定。 锅炉主控指令对应的焓值1+焓值2+温差控制器输出=分离器出口焓值设定。6.2焓值控制切手动条件给水控制在手动。分离器出口温度故障。储水箱放汽压力故障。RUNBACK。6.3焓值控制上下限6.3.1给水定值设计值主蒸汽流量设计值-过热喷水流量设计值=给水定值设计值高加解列锅炉主控输出修正值主控指令079.272180.18264.528274275276277修正值089.064202.464264.528264.528264.528264.528264.528单元负荷指令对应的锅炉主控指令负荷指令0205333450600666700701主控指令088.3142.6180.2236.2264.5264.5264.5锅炉主控指令对应的主蒸汽流量设计值指令088.3125.9142.6236.2264.5265266流量05708149501659190019001900锅炉主控指令对应的过热喷水流量设计值指令088.3102.9142.6264.5265266267流量0040581141141141146.3.2蒸发段焓增设计值锅炉主控指令对应的省煤器出口焓值设定指令179.388.3142.6236.2264.5265266焓值1088.11088.11126.81265.91391.81434.11434.11434.1未修正分离器出口焓值设定-省煤器出口焓值设定=蒸发段焓增设计值。6.3.3蒸发段焓增分离器出口焓值设定-省煤器出口焓值=未修正蒸发段焓增。未修正蒸发段焓增+焓值控制器输出=蒸发段焓增。6.3.4给水吸收的热量给水定值设计值*蒸发段焓增设计值/承压部件吸热量(储水箱饱和温度)= 给水吸收的热量。6.3.5省煤器流量余度给水吸收的热量/未修正蒸发段焓增-最小省煤器入口给水流量(700)= 省煤器流量余度，且这个值永远大于或等0。6.3.6焓值控制上下限省煤器流量余度*-0.277778=焓值控制下限。省煤器流量余度*0.277778=焓值控制上限，当这个值大于100时焓值控制上限为100。6.4主蒸汽流量对应的焓值控制PI值主蒸汽流量对应的G、TI值流量7001000130016001900220025002507G0.220.220.220.220.220.220.220.22TI2102102102102102102102107.给水控制7.1给水流量设定7.1.1再循环流量限制及变化量再循环流量限制条件：无燃烧器运行。再循环流量设定+0=再循环流量限制。再循环流量设定*0.6=再循环流量变化量。7.1.2给水流量设定值当省煤器入口给水流量小于600时，发生一个预防给水流量低MFT信号，这时的给水流量设定值=800- 再循环流量变化量。当给水在手动时，给水流量设定值等于省煤器入口给水流量。转干态信号(循环泵停止且无MFT信号)来时的给水流量设定值等于再循环限制流量与最小省煤器入口给水流量的高选值减去再循环流量变化量。正常情况下的给水流量设定值 (给水定值设计值*蒸发段焓增设计值-承压部件吸热量)/蒸发段焓增*1，然后与再循环限制流量和最小省煤器入口给水流量三个值进行高选，再减去再循环流量变化量就等于给水流量设定值。7.2给水流量切手动条件分离器出口温度故障。分离器出口焓值偏差大。储水箱放汽压力故障。省煤器入口给水流量故障。给水流量偏差大(偏差大于300)。7.3汽泵控制7.3.1汽泵公用指令给水流量偏差=给水流量定值+(分离器出口温度-分离器出口饱和温度)的微分-省煤