给水全程控制

1、锅炉给水控制系统,一、 汽包炉给水控制的任务 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。具体要求,1）维持汽包水位在规定的范围内。 正常：H3050mm；异常： H200mm 故障： H350mm （2）保持稳定的给水流量,二、动态特性分析,1. 非自衡，虚假水位（气泡体积变化产生虚假水位） 2. W 对H的影响惯性大，虚假水位小；D对H的影响惯性小，虚假水位大； B对H的影响惯性最大，虚假水位小,非沸腾式省煤器炉,3. 给水对象传递函数,1. 单冲量控制,特点：结构简单，但虚假水位将导致系统振荡加剧,三、控制系统结构设计与分析,2. 双冲量比值控制,特点：可有效克服虚假水位

2、，长时间D与W的偏差将导致水位大偏差,调节结束时，调节器输入为零,假定在额定负荷（D=D0）时，有H=Hr,上两式相减得,控制系统原理图,3. 单级三冲量控制,给水系统稳定时W=D ，因此有,讨论： （1）若KW=KD,D0,2）若KWKD,3）若KWKD,特点：具有单冲量和双冲量控制的优点，但对比值参数要求严格,4. 串级三冲量控制,特点：具有单冲量和双冲量控制的优点，比值参数的误差可通过主调节器校正,控制系统结构图,控制系统原理图,四、 汽包炉单元机组给水控制系统,1. 给水热力系统,给水热力系统示意图二,给水泵的安全工作区如图所示。图中阴影区由泵的上、下限特性、最高转速nmax和最低转速

3、nmin，泵出口最高压力Pmax和最低压力Pmin，泵出口最高压力Pmax和最低低压力Pmin围成。给水泵不允许在安全工作区以外工作。为了满足上限特性要求，在锅炉负荷很低时，必须打开再循环门，以增加通过泵的流量。这样，在所需的相同的泵出口压力条件下，可使泵进入上限特性右边的安全区工作，泵工作点由a1移到b1点,2 . 给水泵安全工作特性要求,由于给水泵有最低转速nmin的要求，在给水泵已接近nmin时就不能以继续降低转速的方式来调节给水量。这就需要用改变上水通道阻力，即设置给水调节阀的方式，使泵工作在安全区内。由于兼用改变泵转速和上水通道阻力两种方式调节给水量，增加了全程给水自动控制系统的复杂

4、性。在锅炉负荷升到一定程度，即泵流量较大时，为了不使泵在下限特性右边区域工作，也需适当提高上水通道阻力，以使泵出口压力提高，这样给水调节门又保证了泵在下限特性左边安全区工作。如图泵工作点由a 2移至b2,对给水全程自动控制系统提出以下要求 在给水全程控制系统中不仅要满足给水量调节的要求，同时还要保证变速给水泵工作在安全工作区内。这往往需要有两套控制系统来完成，即所谓两段调节。 由于机组在高、低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。即随着负荷的变化，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，并且必须有两套系统相互无扰切换的控制线路,3

5、)由于全程控制系统的工作范围较宽，对各个信号的准确测量提出了更严格的要求。例如，在高低负荷不同工况下，给水流量的数值相差很大，必须采用不同的孔板进行测量，这样就产生了给水流量测量装置的切换问题；再如，在锅炉启停过程中，汽压变化很大，汽包水位不仅与平衡容器式水位计测得的差压有关，同时还是主汽压力的函数，因此需要设计用主汽压力对水位差压进行校正的线路。同样，主汽温度和压力在全过程中变化也很大，需要对主蒸汽流量进行校正,4）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，调节阀门的切换伴随着有关截止门的切换，而截止门的切换过程需要一定的

6、时间，导致了水位保持的困难。在低负荷时采用改变阀门的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。点火后，在升温升压过程中，由于锅炉没有输出蒸汽量，给水量及其变化量都很小，此时单冲量调节系统也不十分理想，就需要用开启阀门的方法（双位调节方式）进行水位调节。在这些切换中，系统都必须有相应的安全可靠的系统，保证给水泵工作在安全工作区内。 （5）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 锅炉从启动到正常运行或是从正常运行到停炉的过程中，蒸汽参数和负荷在很大的范围内变化，这就使水位、给水流

7、量和蒸汽流量测量信号的准确性受到影响。为了实现全程自动控制，要求这些测量信号能够自动地进行压力、温度校正。测量信号自动校正的基本方法是，先推导出被测参数随温度、压力变化的数学模型，然后利用各种元件构成运算电路进行运算，便可实现自动校正。按参数变化范围和要求的校正精度不同，可建立不同的数学模型，因而可设计出不同的自动校正方案,由于汽包中饱和水和饱和蒸汽的密度随压力变化，所以影响水位测量的准确性,单室平衡容器水位测量,单室平衡容器水位测量校正,采用电气校正回路进行压力校正。就是在水位差压变送器后引入校正回路，图表示单容平衡容器的测量系统,双室平衡容器水位测量校正,过热蒸汽流量信号的压力、温度校正

8、过热蒸汽流量测量通常采用标准喷嘴。这种喷嘴基本上是按定压运行额定工况参数设计，在该参数下运行时，测量精度是较高的。但在全程控制时，运行工况不能基本固定。当被测过热蒸汽的压力和温度偏离设计值时，蒸汽的密度变化很大，这就会给流量测量造成误差，所以要进行压力和温度的校正。可以按下列公式进行校正,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0.19619.6MPa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100290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，其校正回路如图所示。若给水温度

9、变化不大，则不必对给水流量测量信号进行校正,给水流量测量装置切换系统 在全程控制中给水流量测量信号的准确性与压力、温度的校正精度有关，但主要取决于高、低负荷时流量测量的精度。一般，大型单元机组的给水管路系统如图所示,全程控制原理图,给水全程控制方案一,该系统为两段式控制的给水全程控制系统。 1. 014%负荷阶段。主给水电动截止门关闭，PI1调节器的输出控制电动泵转速，保证给水泵出口与汽包之间的差压相对稳定，以保证旁路阀的正常有效工作，使汽包上水自如。而汽包水位则是采用单冲量控制方式通过PI2调节器控制旁路调节阀的开度变化实现的。 2. 1425%负荷阶段。控制系统自动开启主给水电动截止门，连

10、锁逻辑通过T1选择IM为电动泵的调速指令。K1=2，电泵比率 =IC/IFD=(IFD-( IA +IB )/ IFD =1-（ IA +IB ）/ IFD =1。 3. 2535%负荷阶段。连锁逻辑通过T2选择三冲量控制系统结构，由PI4和PI5控制电动泵。 K1=2，=1。 4.3550%负荷阶段。当机组负荷升至35%时附近时，启动一台汽动泵，当转速达到3100r/min以上时，系统可转入CCS控制给水泵转速。 K1=2， K2=0.5，=1-（ IA +IB ）/ IFD,50%负荷以上阶段。当机组负荷升至50%附近时，另一台汽动泵当其转速大于3100r/min以上时，即转入CCS控制转

11、速。这时，可采用三种方式实现负荷转移： （1）电动泵自动，汽动泵手动。 电泵的输出为： IC =IFD = IFD -（IA + IB ） 当手动调整汽泵输出使增加时，电泵输出会自动减少，即电泵自动承担了汽泵剩余的负荷。 （2）汽动泵自动，电动泵手动。 汽泵的输出为： IQ =0.5（IFD - IC ） 当手动调整电泵输出使IC减少时，汽泵输出IQ会自动增加，即汽泵自动承担了电泵剩余的负荷,3）当电泵、汽泵均在自动时，连锁逻辑通过T3将电泵的比率控制权给运行人员，可在通过操作站M/A3，改变电泵比率，改变电泵、汽泵的负荷分配。 逐步降低电泵负荷而增加汽泵负荷。当电泵负荷降到接近最低值、汽泵工

12、作正常、水位稳定时，可停运电泵，作为备用。至此，系统由两台汽泵采用串级三冲量方式控制汽包水位。 当采用两台汽泵控制水位时，运行人员可通过M/A4输出调整信号给A、B两侧，使两侧的汽泵出力平衡,给水泵是单元机组最主要的辅机之一，它的单机功耗最大。为了提高运行经济性，在大型单元机组中一般采用小汽机驱动两台气动泵，配备一台电动泵作为启停及备用。电动泵调速采用液力偶合器。小汽机采用变压运行方式，为满足给水泵的运行要求，小汽机也必须采用变速运行。这种驱动方式的优点是： （1）可满足给水泵向高转速发展的驱动要求，并提供不受限制的驱动功率。 （2）小汽机采用主机抽汽作为汽源，可使主机末级蒸汽量减少，从而降低

13、了末级叶片高度，和末级汽流的余速损失，提高了机组的效率,给水泵汽轮机数字电液控制系统MEH,3）小汽机与给水泵独立于电网之外，不受电网频率的影响，可保持给水泵转速的稳定。 （4）小汽机与给水泵直接连接，传动效率高于液力偶合器,一、MEH的组成 由于汽动泵是通过控制汽泵转速来实现给水流量控制的，小汽机的转速控制贯穿于机组运行全部过程中。也是一种数字电液控制系统。它接受来自CCS的锅炉给水自动控制系统的转速控制信号，直接控制小汽机的进汽调速阀，改变进汽量以满足锅炉所需的汽泵转速。 MEH系统由电子控制系统、液压伺服回路、接口部件组成。 MEH系统的电子控制系统可以是独立的系统，也可是DCS的组成部

14、分。MEH的主处理器采用双机并行，互为备用，软件监控程序来切换,驱动给水泵小汽机的蒸汽设计为两路： 一路是高压汽源，采用锅炉的输出新蒸汽，另一路是主机的四段抽汽。 当主机负荷低于25%时，用新蒸汽供汽，由高压调阀控制进入小汽机的蒸汽量，从而改变小汽机的转速，以控制给水泵的给水量。 当主机负荷高于25%而低于40%时，由高压汽源和抽汽汽源同时供汽。这时低压调速阀全开，高压调速阀调速，以控制给水泵的给水量。 当主机负荷高于40%时，全部用抽汽供汽，由低压调阀控制小汽机的转速，以控制给水泵的给水量,在实际运行过程中，30%以下负荷，用电泵调速，控制给水流量。而负荷高于30%时，才开始启动汽泵。故较多

15、是直接利用四段抽气汽源,三、运行方式及切换 手动控制方式 手动控制方式是MEH的后备控制方式。正常运行情况下，转速控制范围为600r/min以下。当运行中发生双机故障、失去电源、转速通道故障、实际转速与转速定值偏差大、小汽机脱扣等异常时，系统强制转为手动方式，运行人员也可选择手动控制方式。 转速控制方式 当转速大于600r/min，若无双机故障信号，运行人员在操作盘上按下“转速自动”按键，可投入转速自动。在转速自动方式下，运行人员在操作盘上按“转速增加”、转速减少“按键，可设定目标值,遥控方式 MEH 进入遥控方式的条件是： （1）MEH 系统处于转速自动控制方式； （2）小汽机转速及转速定值

16、均在3100r/min以上； （3）CCS来“遥控允许”信号； （4）来自CCS的转速指令在31005750r/min之内（420mA）； （5）超速试验钥匙开关在“正常”位置。 在上述条件全满足时，在操作盘上按“遥控”按键，MEH进入遥控方式。在遥控方式下接受锅炉给水控制系统的汽泵转速指令。使给水流量满足机组负荷需求,4. 运行方式的切换 小汽机刚启动或脱扣复位后，以及计算机电源刚合上时，控制器的初始状态处于手动方式。按“阀位增加”按键，使调门开启，下汽机升速。当转速升到大于600r/min时，可按“转速自动”按键，当系统切至转速自动方式后，按“转速增加”按键，增加转速定目标值，使转速继续增

17、加。从手动切到自动时，由于切换前转速定值跟踪实际转速，故切换可保持阀位开度不变，保证无扰切换。当转速升到大于3100r/min时，且超速试验钥匙开关在“正常”位置，主机接受到CCS来的“遥控允许”的信号后，可按“遥控”按键，系统切换至遥控方式，MEH以来自CCS的420mA给水流量需求信号控制小汽机的转速。切换前CCS已跟踪了实际转速,四、汽机脱扣与超速保护 （1）正常超速保护。当转速超过110%额定转速（6325r/min)时，测速板发出脱扣信号，通过超速保护板式主汽阀和调节阀全部关闭，控制器软件超速保护动作转速定为6320r/min。到此转速后输出脱扣开关量。为确保安全，如果110%额定转速脱扣发生故障，当转速超过120%额定转速（6900r/min)时，再次发出脱扣信号，不管是否是在进行试验，立即脱扣。遇到紧急情况，可按“汽机脱扣”按键使汽机脱扣。 （2）电气超速保护试验。将超速保护试验钥匙处于“电气”位