第三章鍋爐給水控制系統

第三章鍋爐給水(jǐshuǐ)控制系統§3.1汽包鍋爐(guōlú)給水控制汽包鍋爐(guōlú)給水全程控制系統實例分析§3.3直流鍋爐(guōlú)給水控制§3.4直流鍋爐(guōlú)給水控制系統實例分析1第一頁，共50頁。§3-1汽包鍋爐(guōlú)給水控制2第二頁，共50頁。一、給水控制任務汽包鍋爐給水控制的任務是使給水量適應鍋爐蒸發量，并使汽包的水位保持在一定范圍內：（1）維持汽包水位在一定的范圍內汽包水位是影響鍋爐安全的重要因素。水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴重時會導致蒸汽帶水增多，從而增加(zēngjiā)在過熱器管壁上和汽輪機葉片上的結垢，甚至使汽輪機發生水沖擊而毀壞葉片；水位過低，則會破壞水循環，引起水冷壁的破裂。

3第三頁，共50頁。正常運行時水位波動(bōdòng)范圍：±（30～50）mm異常情況:±200mm事故情況：超出（±350mm）（2）保持穩定的給水量穩定工況下，給水量不應該時大時小地劇烈波動(bōdòng)，否則，將對省煤器和給水管道的安全運行不利。4第四頁，共50頁。二、給水控制對象的動態特性汽包爐給水控制對象結構(jiégòu)如下圖:圖.汽包爐給水(jǐshuǐ)控制的結構系統5第五頁，共50頁。影響水位的因素主要(zhǔyào)有：鍋爐蒸發量（負荷D）給水量W爐膛熱負荷（燃燒率M）汽包壓力Pb1、給水量擾動下水位(shuǐwèi)變化的動態特性水位(shuǐwèi)在給水擾動下的傳遞函數可表示為6第六頁，共50頁。左圖中曲線1為沸騰式省煤器時水位(shuǐwèi)的動態特性。曲線2則是非沸騰式省煤器時的水位(shuǐwèi)動態特性。圖.給水量擾動時水位階躍響應(xiǎngyìng)曲線7第七頁，共50頁。水位對象(duìxiàng)可近似認為是一個積分環節和一個慣性環節并聯的形式：2．蒸汽(zhēnɡqì)流量擾動下水位的動態特性“虛假水位”：由于負荷增加時，在汽水循環回路中的蒸發強度也將成比例增加，水面下汽泡的容積(róngjī)增加得也很快，此時燃燒率M還來不及增加，汽包中水的體積增大而水位上升。傳遞函數

8第八頁，共50頁。當過了一段時間后，即汽泡容積(róngjī)和負荷相適應而達到穩定后，水位就要反映出物質平衡關系而下降。9第九頁，共50頁。3．爐膛熱負荷擾動下水位變化的動態(dòngtài)特性圖.燃料擾動(rǎodòng)下水位階躍響應曲線10第十頁，共50頁。爐膛熱負荷擾動即是指燃燒率M的擾動。燃燒率增加時，鍋爐吸收更多的熱量，使蒸發強度增大，如果不調節(tiáojié)蒸汽閥門，由于鍋爐出口汽壓提高，蒸汽流量也增大，這時蒸發量大于給水量，水位應下降。但由于在熱負荷增加時蒸發強度的提高，使汽水混合物中的汽泡容積增加，而且這種現象必然先于蒸發量增加之前發生，從而使汽包水位先上升，從而引起“虛假水位”現象。當蒸發量與燃燒量相適應時，水位便會迅速下降，這種“虛假水位”現象比蒸汽量擾動要小一些，但其持續時間長。11第十一頁，共50頁。§4-3給水(jǐshuǐ)控制的基本方案12第十二頁，共50頁。三、給水控制的基本方案(fāngàn)1、單級三沖量給水控制系統圖.單級三沖量給水(jǐshuǐ)控制系統結構圖13第十三頁，共50頁。工作(gōngzuò)原理:調節器接受三個信號（H、W、D），其輸出通過執行機構去控制給水量W，其中水位H是主要控制信號，水位高時應減少給水流量，水位低時應增加給水流量。蒸汽流量D和給水流量W的變化是引起水位變化的主要原因（擾動信號），它們分別作為水位控制的前饋信號和反饋信號。當D改變時，調節器PI動作。適當地改變給水量W，保證D和W比值不變；而當W自發地改變時，PI也立即動作使W恢復原來(yuánlái)數值，有效地控制水位的變化。

14第十四頁，共50頁。2、串級三沖量給水(jǐshuǐ)控制系統15第十五頁，共50頁。串級三沖量給水控制系統如左圖。有主調節器PI1和副調節器PI2。主調節器PI1接受水位信號作為主控信號去控制副調節器PI2。副調節器除接受主調節器信號IH外，還接受給水量反饋信號IW和蒸汽流量信號ID，組成一個三沖量的串級控制系統，其中副調節器的作用主要是通過內回路進行蒸汽流量D和給水流量W的比值(bǐzhí)調節，并快速消除來自給水側的擾動。1、工作(gōngzuò)原理:16第十六頁，共50頁。2、系統特點（1）兩個調節器任務不同，參數整定相對獨立(dúlì)；（2）在負荷變化時，水位靜態值是靠主調節器PI1來維持的，并不要求進入副調節器的蒸汽流量信號的作用強度按所謂“靜態對比”來進行整定。恰巧相反，在這時可以根據對象在外擾下虛假水位的嚴重程度來適當加強蒸汽流量信號的作用強度，以便在負荷變化時，使蒸汽流量信號能更快地補償虛假水位的影響，從而改變蒸汽負荷擾動下的水位控制質量。17第十七頁，共50頁。§3-2汽包鍋爐全程給水(jǐshuǐ)控制系統實例分析18第十八頁，共50頁。一、給水全程控制定義在鍋爐給水全過程中都是自動控制的，即能在控制設備正常的條件(tiáojiàn)下，不需要操作人員的干涉，就能保持汽包水位在允許的范圍內。二、給水全程自動控制系統的要求（1）實現給水全程控制可以采用改變調門開度即改變給水管路阻力的方法來改變給水量，也可以采用改變給水泵轉速即改變給水壓力的方法來改變給水量。19第十九頁，共50頁。前一種方法(改變調門開度)節流損失大，給水泵的消耗功率多，不經濟，故在一般單元機組的大型鍋爐中都采用后一種方法(改變給水泵轉速)。

兩段調節:在給水全程控制系統中不僅要滿足給水量調節的要求，同時還要保證(bǎozhèng)給水泵工作在安全區。這往往需要有兩套控制系統來完成，即所謂兩段調節。20第二十頁，共50頁。（2）系統的切換問題。由于機組(jīzǔ)在高、低負荷下呈現不同的對象特性，要求控制系統能適應這樣的特性。即隨著負荷的增加和下降，系統要從單沖量過渡到三沖量系統，或從三沖量過渡到單沖量系統，由此產生了系統的切換問題。21第二十一頁，共50頁。（3）由于全程控制系統的工作范圍較寬，對各個信號的準確測量提出了更嚴格的要求。例如，在高低負荷不同工況下，給水流量的數值相差很大，必須采用不同的孔板進行測量，這樣就產生了給水流量測量裝置的切換問題(wèntí)；同樣，主汽溫度和壓力在全過程中變化也很大，需要對主蒸汽流量進行校正。（4）給水全程控制還必須適應機組定壓運行和滑壓運行工況，必須適應冷態起動和熱態起動情況。（5）在多種調節機構的復雜切換過程中，給水全程控制系統都必須保證無干擾。22第二十二頁，共50頁。閥門的切換:高低負荷需要用不同的調節閥門，必須解決切換問題，調節閥門的切換伴隨著有關截止門的切換，而截止門的切換過程需要一定的時間，導致了水位保持的困難。閥門與調速泵間切換:在低負荷時采用改變閥門的開度來保持泵的出口壓力，高負荷時用改變調速泵的轉速保持水位，這又產生了閥門與調速泵間的過渡切換問題。調節方式:點火后，在升溫升壓過程中，由于鍋爐沒有輸出蒸汽量，給水量及其變化量都很小，此時單沖量調節系統也不十分理想，就需要用開啟閥門的方法（雙位調節方式）進行水位調節。在這些(zhèxiē)切換中，系統都必須有相應的安全可靠的系統，保證給水泵工作在安全區內。23第二十三頁，共50頁。三、給水(jǐshuǐ)控制系統結構1.汽泵控制系統24第二十四頁，共50頁。25第二十五頁，共50頁。26第二十六頁，共50頁。二、系統工作原理（1）起動、沖轉及帶25%負荷。此階段采用單沖量系統通過調節給水旁路門開度來維持汽包水位在給定范圍內，電動給水泵維持在最低轉速，汽動給水泵手/自動操作器1AM強迫為手動狀態，汽泵超馳全關，主給水門也關閉，給水旁路閥從0%-100%調節。單沖量調節器4PI（IE）的輸入為水位測量(cèliáng)值H和給定值H0的偏差，其輸出經3AM手/自動操作器去控制給水旁路閥，同時可進行閥位顯示。三沖量電動泵的副調節器（3PI）處于自動跟蹤狀態，通過切換開關T2的NC點使3PI的輸出跟蹤函數發生器F1(х)的輸出，再通過2AM手/自動操作器使電動泵維持在最低轉速nmin運行。27第二十七頁，共50頁。（2）升負荷25%~30%。此階段采用單沖量系統調節電動給水泵轉速。此時三沖量系統尚不能使用，給水旁路門已全開，只能(zhīnénɡ)提高給水泵轉速來滿足給水量的增加，T2仍接NC，F（х）的輸出值隨調節信號變化，通過3PI的自動跟蹤使調節信號控制電動泵轉速，實現由閥門控制到電動泵轉速控制給水量的無擾過渡。由于單沖量調閥系統與單沖量調泵系統對象特性不同，且調節器整定參數不同，所以4PI為變參數調節器。（3）30%~100%階段。此階段采用三沖量系統調節給水泵轉速方案。這是調節系統的正常工況。給水旁路閥鎖定在全開位置不再關閉，以減少系統不必要的擾動。28第二十八頁，共50頁。1）負荷達w％，電動泵轉速為nx時打開主給水電動門。此時泵的轉速已提高，當主給水電動門打開以后，管道阻力突然減少，調節系統使泵轉速自動下降一些時，泵轉速已有可能下降。另外，在三沖量系統投運情況下開主給水電動門，由于三沖量系統抗內擾能力比單沖量系統強得多，所以調節質量能得到保證。2）30％~A％負荷階段采用電動泵控制給水量。此時系統為三沖量電動泵調節，3PI（3E電泵副調節器）不再跟蹤4PI（IE）的輸出，而是處于自動調節狀態，通過2AM手／自動操作器控制電動泵轉速。三沖量主凋節器1PI在0％~30％負荷階段或手操階段一直跟蹤(G-D)信號(xìnhào)（G為給水流量），從而防止三沖量系統投自動時副調節器處于積分飽和狀態（相當于副調節器的給定信號(xìnhào)跟蹤給水流量G）。29第二十九頁，共50頁。3）D>A％負荷時，開始啟動汽動泵，完成(wánchéng)汽動泵和電動泵的轉換之后，汽動泵取代電動泵運行，電動泵通過T的切換和2AM的跟蹤處于超馳全關狀態，直到滿負荷運行。此時，2PI（3E汽動泵副調節器）處于自動調節狀態，通過1AM手／自動操作控制汽動泵轉速，同時可進行轉速顯示。若執行機構發生故障可發出邏輯信號使泵切手動。(4)降負荷過程中控制順序與上述相反，同時各負荷的切換考慮了2％的不靈敏區，避免由于負荷波動系統在切換處來回切換。30第三十頁，共50頁。§3-3直流鍋爐(guōlú)給水控制31第三十一頁，共50頁。一、給水控制系統的主要任務超臨界發電機組沒有汽包，鍋爐給水控制系統的主要任務不再是控制汽包水位，而是以汽水分離器出口溫度(wēndù)或焓值作為表征量，保證給水量與燃料量的比例不變，滿足機組不同負荷下給水量的要求。靜態和動態燃水比值及隨負荷變化的焓值校正是超臨界直流鍋爐給水系統的主要控制特征。32第三十二頁，共50頁。二、帶固定(gùdìng)負荷直流鍋爐控制方案以燃料量作為主動流量，調節鍋爐負荷，以給水流量作為從動流量，跟隨燃料量變化，保持(bǎochí)燃水比例不變，調節微過熱汽溫的配對選擇方案。33第三十三頁，共50頁。對于直流鍋爐來說，給水流量的改變可以有效的改變蒸汽流量。因此該方案以給水流量作為主動(zhǔdòng)流量，調節鍋爐負荷。以燃料量作為從動流量，跟隨給水流量變化，調節燃水比及汽溫。加熱(jiārè)段某點水溫代表煙氣溫度三、帶變動(biàndòng)負荷直流鍋爐控制方案34第三十四頁，共50頁。§3-4直流鍋爐給水控制系統實例(shílì)分析35第三十五頁，共50頁。一、給水控制系統的工藝流程某電廠600MW超臨界壓力(yālì)機組的鍋爐為螺旋管圈、變壓運行直流鍋爐，其啟動系統配有兩只內置式啟動分離器，在鍋爐啟動和低負荷運行時，分離器處于濕態運行，同汽包一樣起著汽水分離的作用，此時適當控制分離器水位，通過循環回收合格工質；當鍋爐進入直流運行階段，分離器處于干態運行，成為（過熱）蒸汽通道。機組配備有二臺50%BMCR汽動給水泵和一臺30%BMCR的電動給水泵：36第三十六頁，共50頁。汽動給水泵：由變速汽輪機拖動的鍋爐給水泵，布置在汽機房13.70米層，每臺汽動給水泵配有一臺定速電動機拖動的前置泵，布置在除氧間零米層，給水泵汽輪機的轉速接受(jiēshòu)給水控制系統的信號進行調節，以改變給水流量；電動給水泵：液力偶合器調速的電動給水泵，作為啟動和備用，前置泵與主泵用同一電動機拖動，它布置在除氧間零米層。在機組啟動時，電動給水泵以最低轉速運行，用其出口管道旁路上的氣動調節閥控制給水流量，當機組負荷上升，給水流量加大時，以給水控制系統的信號控制給水泵的轉速，對給水流量進行調節，直至汽動給水泵投入，停止電動給水泵運行，使其處于備用狀態。37第三十七頁，共50頁。啟動過程中，蒸汽加熱除氧器給水，主給水泵的出水分別經三級高壓加熱器后進入省煤器，考慮到低負荷下直流鍋爐對重量流速的要求，在啟動和低負荷階段最小給水流量設置為40%BMCR，流過水冷壁管的汽水混合物進入分離器，分離器疏水分兩路，一路進入除氧器，進行合格工質及熱量的回收；另一路經擴容器擴容后進入疏擴箱，由擴疏泵輸送至凝汽器或直接向外排放。隨著循環加熱的進行，當給水達到一定溫度后，鍋爐允許點火。給水系統按要求的流量、壓力和溫度供給鍋爐給水以及向有關設備供給各種運行工況所需要的減溫水，以保證(bǎozhèng)機組的正常運行。38第三十八頁，共50頁。二、給水系統的控制策略在機組燃燒率低于40%BMCR，鍋爐處于(chǔyú)非直流運行方式，分離器處于(chǔyú)濕態運行,分離器中的水位由分離器至除氧器以及分離器至擴容器的組合控制閥進行調節，給水系統處于(chǔyú)循環工作方式；在機組燃燒率大于40%BMCR后，鍋爐逐步進入直流運行狀態。因此，超臨界機組鍋爐給水控制分低負荷時（40%MCR以下）的汽水分離器水位調節及鍋爐直流運行（40%MCR以上）時的煤/水比調節。39第三十九頁，共50頁。40第四十頁，共50頁。41第四十一頁，共50頁。1、焓值維持特定的燃水比來控制汽水行程中某一點焓（分離器出口焓）達到規定要求，是一個切實有效的調溫手段。當給水量或燃料量擾動時，汽水行程中各點工質焓值的動態特性相似；在鍋爐的燃水比保持不變時（工況穩定），汽水行程中某點工質的焓值保持不變，所以采用微過熱蒸汽焓替代該點溫度(wēndù)作為燃水比校正是可行的，其優點在于：1)

分離器出口焓（中間點焓）值對燃水比失配的反應快，系統校正迅速；42第四十二頁，共50頁。2)

焓值代表了過熱蒸汽的作功能力，隨工況改變焓給定值不但有利于負荷控制，而且也能實現過熱汽溫（粗）調正。3)

焓值物理概念(gàiniàn)明確，用“焓增”來分析各受熱面的吸熱分布更為科學。它不僅受溫度變化影響，還受壓力變化影響，在低負荷壓力升高時（分離器出口溫度有可能進入飽和區），焓值的明顯變化有助于判斷，進而能及時采取相應措施。

因此，靜態和動態燃水比值及隨負荷變化的焓值校正是超臨界直流鍋爐給水系統的主要控制特征。43第四十三頁，共50頁。2、一級減溫器前后溫差(wēnchā)如果各受熱面的吸熱比例不變，過熱器出口焓值為一常數，那么減溫器后蒸汽焓值也是一常數，與負荷無關，保持減溫器前后溫差(wēnchā)為一常數，也就間接保持了減溫器前蒸汽溫度為一常數，相當于用減溫器前微過熱汽溫作為校正燃水比信號。通過將一級噴水減溫器前后溫差(wēnchā)（ΔTPDS）與代表適量噴水的溫差(wēnchā)設定值相比較，形成一級溫差(wēnchā)偏差（ΔTPDSerror）。用該一級溫差(wēnchā)偏差去修正燃水比（F/W）。44第四十四頁，共50頁。由于在運行過程中，上、下排噴燃器的切換以及蒸汽吹灰的投入與否，過熱器屬于對流過熱或輻射的吸熱特性等諸多因素，鍋爐(guōlú)受熱面在不同負荷時吸熱比例變化較大，若要保持微過熱段汽溫和各級減溫器出口汽溫為定值，則各級噴水量變化就較大。為了克服上述缺點，采用保持減溫器前后溫差的調節系統，與直接調節微過熱段汽溫調節系統相比，其調節品質有降低，但有改善一級減溫器工作條件的優點。45第四十五頁，共50頁。4、總給水量A側一級減