第十一章 汽包锅炉给水自动控制系统ppt课件

第十一章汽包锅炉给水自动控制系统 第一节引言 一 给水控制的任务汽包锅炉给水自动控制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 汽包水位间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系 汽包水位过高 会影响汽包内汽水分离装置的正常工作 造成出口蒸汽水分过多而使过热器管壁结垢 容易烧坏过热器 汽包出口蒸汽中水分过多 也会使过热汽温产生急剧变化 直接影响机组运行的安全性和经济性 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 给水控制对象的动态特性 给水流量扰动下水位的动态特性 有惯性的无自平衡能力 曲线1为不考虑水面下汽泡容积变化 仅考虑物质不平衡时的水位反应曲线 为积分环节的特性 曲线3为不考虑物质不平衡关系 只考虑给水流量变化时水面下汽泡容积变化所引起的水位变化 曲线2可以认为是曲线1和3的合成 蒸汽流量扰动下的水位的动态特性 炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性 第二节给水自动控制系统 根据的特点 确定基本思想 1 由于对象的内扰动态特性存在一定的迟延和惯性 因此 应考虑采用串级或其它控制方案 2 由于对象在蒸汽负荷扰动 外扰 时 有 虚假水位 现象 应考虑采用以蒸汽流量D为前馈信号的前馈控制 以改善给水控制系统的控制品质 所以电站汽包锅炉的给水自动控制普遍采用三冲量给水自动控制系统方案 如图11 5所示 单级三冲量给水控制系统系统结构和工作原理当蒸汽流量增加时 调节器立即动作 相应地增加给水流量 能有效地克服或减小虚假水位所引起的调节器误动作 因为调节器输出的控制信号与蒸汽流量信号的变化方向相同 所以调节器入口处 主蒸汽流量信号VD为正极性的 给水流量信号作为反馈信号 其主要作用是快速消除来自给水侧的内部扰动 因此在调节器入口处 给水流量信号VW为负极性的 当汽包水位H增加时 为了维持水位 调节器的正确操作应使给水流量减小 反之亦然 因此调节器入口处水位信号VH应定义为负极性 但由于汽包锅炉的水位测量装置 平衡容器本身已具有反号的静特性 所以进入调节器的水位变送器信号VH应为正极性 静态时 这三个输入信号与代表水位给定值的信号V0相平衡 即 如果在静态时使送入调节器的蒸汽流量信号VD与给定水流量信号VW相等 则水位信号VH就等于给定值信号V0 即汽包中的水位将稳在某一给定值 如果在静态时VD VW 则汽包中的水位稳定值将不等于给定值 即VH V0 一般情况下选择静态时VD VW 因而使控制过程结束后汽包水位保持给定的数值 串级三冲量给水控制系统 串级三冲量给水控制系统 串级三冲量给水控制系统副调节器的任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性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水位偏差 可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度 从而改变负荷扰动下的水位控制品质 可见 串级三冲量系统比单级三冲量系统的工作更合理 控制品质要好一些 第三节给水全程控制系统 全程控制的概念全程控制系统是指机组在启停过程和正常运行时均能实现自动控制的系统 全程控制包括启停控制和正常运行工况下控制两方面的内容 常规控制系统一般只适用于机组带大负荷工况下运行 在启停过程和低负荷工况下 一般要由手动进行控制 而全程控制系统能使机组在启动 停机 不用负荷工况下自动运行 单元机组全程控制系统由机炉全程控制子系统组成 主要包括锅炉给水全程控制系统 主蒸汽温度全程控制系统 机炉全程协调控制系统等 其中 给水全程控制系统的应用最为广泛 对给水全程控制系统的要求 一 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 为了实现全程控制 必须要求这些测量信号能自动地进行压力 温度校正 二 现代大型单元机组的给水流量控制很少采用阀门节流的方式 而多通过控制变速给水泵的转速实现给水量的自动控制 因而在给水全程控制系统中不仅要满足给水量控制的要求 同时还要保证给水泵工作在安全工作区内 三 由于锅炉给水对象的动态特性在不同负荷时是不一样的 因此在高 低负荷时要采用不同形式的系统 低负荷 一般指蒸汽流量低于额定值的30 时 机组处于滑压运行过程 参数较低 负荷变化范围小 虚假水位不太严重 因此可以考虑采用单冲量控制系统 高负荷时要采用三冲量控制系统 因此 随负荷的变化出现两种系统的切换问题 而且必须保证这种切换应是双向无扰的 四 在多种调节机构的复杂切换过程中 给水全程控制系统都必须保证无干扰 高 低负荷需用不同的调节阀门 必须解决切换问题 在低负荷时采用改变阀门开度来保持泵的出口压力 高负荷时用改变调速泵的转速保持水位 这又产生了阀门与调速泵间的过渡切换问题 五 给水全程控制还必须适应机组定压运行和滑压运行工况 必须适应冷态启动和热态启动情况 测量信号的自动校正一 水位信号的压力校正 当L一定时 水位H是差压和汽 水密度的函数 密度 a与环境温度有关 一般可取50 水的密度 在锅炉启动过程中 水温略有增加 但由于同时压力也升高 两种因素对 a的影响基本上可抵消 即可近似地认为 a是恒值 而饱和水和饱和汽的密度 G和 s均为汽包压力Pb的函数即所以式 11 19 可改写为 从图11 16中曲线可以看出 a s 与Pb的关系在较大范围内可近似地认为是线性关系 即则式 11 20 可改写为按式 11 21 可设计出较为简便的水位自动校正线路 如图11 17所示 采用具有双室平衡容器的水位取样装置进行水位校正 过热蒸汽流量信号的压力 温度校正 D 过热蒸汽流量 P 过热蒸汽压力 过热蒸汽温度 P 节流件差压 过热蒸汽密度 K 流量系数 自动校正线路如图11 19所示 为了避免高温高压节流元件因磨损带来的误差 美国公司提出了用汽机调速级压力P1代替蒸汽流量信号 线路结构如图11 20所示 三 给水流量信号的温度校正计算和试验结果表明 当给水温度为100 不变 压力在0 196 19 6MPa范围内变化时 给水流量的测量误差为0 47 若给水压力为19 6MPa不变 给水温度在100 290 范围内变化时 给水流量的测量误差为13 所以对给水流量测量信号可以只采用温度校正 其校正回路如图11 21所示 若给水温度变化不大 则不必对给水流量测量信号进行校正 变速给水泵的安全工作区 变速泵下限特性决定了不同压力下水泵的最大负荷能力 当锅炉负荷升到一定程度 即给水流量较大时 如果安全工作区较窄 则工作点可能会移到下限特性曲线之外 因此需采取措施加以防止 目前采用的方法是提高上水管道的阻力 即关小泵出口流量调节阀门 以提高泵的出口压力 使工作点重新移入安全区内 总之 采用变速泵构成给水全程控制系统时 应包括以下三个子系统 一 给水泵转速控制系统 根据锅炉负荷要求 控制给水泵转速 改变给水流量 二 给水泵最小流量控制系统 通过增大水泵再循环流量的办法来维持水泵流量不低于设计要求的最小流量值 以保证给水泵工作点不落在上限特性曲线的外边 三 给水泵出口压力控制系统 通过控制给水调节阀 维持给水泵出口压力 保证给水泵工作点不落在最低压力Pmin线下和下限工作特性曲线之外 五 单元制锅炉给水全程控制方案 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五 方案五 第四节300MW单元机组给水全程控制系统实例 给水热力系统简介 说明 图11 29为给水热力系统示意图 给水泵包括一台汽动泵和两台电动泵 每台电动泵容量为50 MCR 最大额定流量 汽动泵容量为100 MCR 每台泵都有再循环管路 当系统工作在低负荷时再循环管路的阀门能自动打开 保证泵出口有足够流量 防止汽蚀 低负荷运行时旁路阀工作 调节锅炉给水量 控制水位 同时电动泵维持在最低转速运行 保证泵的安全特性 高负荷时 阀门开到最大 为减小阻力主给水电动门也打开 通过调节给水泵转速直接控制给水流量 为一段调节 给水全程控制系统原理热工信号的测量水位信号 给水流量信号 主蒸汽流量信号 控制过程分析 1 启动 冲转及带25 负荷单冲量系统给水旁路阀从0 100 控制2 升负荷25 30 单冲量电动给水泵转速3 30 100 阶段三冲量给水泵转速 1 负荷达w 打开主给水电动门 2 30 A 三冲量电动泵控制 3 D A 负荷时 开始启动汽动泵 完成汽动泵和电动泵的转换说明 各负荷的切换点考虑了2 的不灵敏区 避免由于负荷波动系统在切换点处来回切换 系统间的无扰切换负荷30 时采用三冲量系统 单冲量调节器PI4通过T1的常闭点NC跟踪三冲量电动泵副调节器PI3的输出 所以由三冲量切换到单冲量也是无扰动的 阀门和泵的运行及切换低负荷时采用旁路阀控制 高负荷时采用改变泵的转速来控制 两者的无扰切换是通过函数组件f1 x 切换开关T2及PI3的跟踪实现的 因为f1 x 产生连续函数 而PI3通过T2的NC点跟踪f1 x 的输出 且当阀门开足时才开始调泵的转速 所以从调阀到调泵的切换是无扰的 电动泵与汽动泵的切换以电动泵运行 汽动泵取代电动泵为例 a 正常倒换 即电动泵操作器处在自动位置 汽动泵操作器处在手动位置时进行泵的切换 把汽动泵的操作器调至最低转速时启动汽动泵 然后再慢慢升速 电动泵会由于控制系统的控制作用而自动降速 待两泵出口流量相同时 把汽动泵操作器投自动 电动泵操作器切手动 并慢慢把电动泵降至最低转速后停泵 这样切换扰动量最小 b 两泵操作器均处于手动状态进行泵的切换时 两泵转速及给水量完全由运行人员控制 执行机构的手 自动切换旁路阀门手动时T1切至NO 单冲量调节器PI4通过f4 x 跟踪小阀操作器3A