過(guò)程控制給水課程設(shè)計(jì)

1、目 錄 摘 要：2關(guān)鍵詞：21選題背景31.1系統(tǒng)的任務(wù)31.2相關(guān)的技術(shù)要求42設(shè)計(jì)理念43設(shè)計(jì)過(guò)程的詳細(xì)分析53.1給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性53.2給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本方案73.3三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)83.3.1單級(jí)三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)83.3.2串級(jí)三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)93.4變速泵的給水控制103.5信號(hào)的測(cè)量及校正103.5.1汽包水位信號(hào)103.5.2給水流量信號(hào)123.5.3主蒸汽流量信號(hào)133.6各種工況之間的互相切換與跟蹤133.6.1工況之間的切換133.6.2 工況之間的跟蹤143.7給水泵最小流量控制系統(tǒng)153.8鍋爐給水全程控制方案153.9 300MW火電機(jī)組

2、給水熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖164 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制分析164.1總控制原理圖164.1.1單沖量控制方式164.1.2三沖量控制方式174.2邏輯框圖184.3系統(tǒng)的組成185設(shè)計(jì)系統(tǒng)總結(jié)196心得體會(huì)197參考文獻(xiàn)20 300MW火電機(jī)組給水控制的設(shè)計(jì)摘 要：隨著發(fā)電機(jī)組容量的增加和參數(shù)的不斷提高，機(jī)組的控制與運(yùn)行管理變得越來(lái)越復(fù)雜和困難。為了減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證機(jī)組的安全運(yùn)行，要求實(shí)現(xiàn)更為先進(jìn)，適合范圍更寬，功能更為完備的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這就產(chǎn)生了全程控制系統(tǒng)。所謂全程控制系統(tǒng)是指在啟停和正常運(yùn)行時(shí)均能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)。給水控制系統(tǒng)是火力發(fā)電廠非常重要的控制子系統(tǒng)，穩(wěn)定的汽包水位是汽包鍋爐安全

3、運(yùn)行的重要指標(biāo)?；痣姀S給水系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，汽包水位受到機(jī)組負(fù)荷，汽包壓力、溫度，給水量等多項(xiàng)參數(shù)的影響；不同負(fù)荷階段，給水設(shè)備不同，又需要采取不同的控制方式。關(guān)鍵詞：全程控制系統(tǒng) 無(wú)擾切換 單級(jí)三沖量 串級(jí)三沖量300 MW thermal power unit water control designAbstract：Along with the increase of generating unit capacity and parameter unceasing enhancement, the unit control and operation management become mo

4、re and more complex and difficult. In order to reduce the operational personnel Labour intensity, guarantee the unit operation, demanding more advanced, suitable for a wider, function and more complete automatic control system. This creates the whole control system. So-called process control system

5、refers to the start-stop and normal operation are to achieve automatic control system. Water control system is the coal-fired power plant very important control subsystem, stable drum drum water level is an important index of the safe operation of the boiler. Thermal water system structure is comple

6、x, the drum water level by the unit loads, steam pressure, temperature, water etc. Several parameters influence; Different load stage, water supply equipment, and the need to adopt different different control modes.Key words：Process control system Undisturbed switch Single grade three impulse Cascad

7、e three impulse 1選題背景火電廠在我國(guó)電力工業(yè)中占有主要地位，是我國(guó)重點(diǎn)的能源工業(yè)之一。大型火力發(fā)電機(jī)組具有效率高、投資省、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快。給水控制系是電廠非常重要的控制子系統(tǒng)。汽包水位是鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，同時(shí)它還是衡量著鍋爐汽水系統(tǒng)物質(zhì)是否平衡的標(biāo)志，因此水位控制系統(tǒng)一直受到重視。 隨著發(fā)電機(jī)組容量的增加和參數(shù)的不斷提高，機(jī)組的控制與運(yùn)行管理變得越來(lái)越復(fù)雜和困難。為了減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證機(jī)組的安全運(yùn)行，要求實(shí)現(xiàn)更為先進(jìn)，適合范圍更寬，功能更為完備的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這就產(chǎn)生了全程控制系統(tǒng)。所謂全程控制是指在機(jī)組正常運(yùn)行、負(fù)荷變化以及啟停過(guò)程中均

8、能對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制。而給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)是指對(duì)鍋爐的給水量在機(jī)組正常運(yùn)行、負(fù)荷變化以及啟停過(guò)程中均能進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。顯然，給水全程控制系統(tǒng)要比常規(guī)給水控制系統(tǒng)復(fù)雜。汽包鍋爐給水自動(dòng)控制的任務(wù)是維持汽包水位在一定的范圍內(nèi)變化。隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的擴(kuò)大，對(duì)給水控制提出了更高要求。因?yàn)槠蛔兓酶欤仩t負(fù)荷變化對(duì)水位的影響更大，給水系統(tǒng)也相應(yīng)更復(fù)雜。對(duì)大容量、高參數(shù)鍋爐來(lái)講，給水系統(tǒng)采用自動(dòng)控制是必不可少。本次課程設(shè)計(jì)主要研究發(fā)電廠給水控制系統(tǒng)，即鍋爐汽包水位控制。鍋爐汽包水位是一種非線(xiàn)性、時(shí)變大、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。在鍋爐運(yùn)行中，水位是一個(gè)很重要的參數(shù)。若水位過(guò)高，則會(huì)影響

9、汽水分離的效果，使用氣設(shè)備發(fā)生故障；而水位過(guò)低，則會(huì)破壞汽水循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鍋爐爆炸。同時(shí)高性能的鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量很大，而汽包的體積相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，所以鍋爐水位控制顯得非常重要。鍋爐水位自動(dòng)控制的任務(wù)，就是控制給水流量，使其與蒸發(fā)量保持平衡，維持汽包內(nèi)水位在允許的范圍內(nèi)變化。本次課程設(shè)計(jì)研究發(fā)電廠給水控制系統(tǒng)的控制方式及整定。1.1系統(tǒng)的任務(wù)鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)是在鍋爐啟動(dòng)、停爐及正常運(yùn)行過(guò)程中控制鍋爐的給水量，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，并保持汽包水位在允許范圍內(nèi)，及對(duì)鍋爐的水循環(huán)和省煤器起保護(hù)作用。具體有以下兩個(gè)方面的要求：（1）保持汽包水位在一定的范圍內(nèi)。汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要

10、因素，水為過(guò)高，會(huì)破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水增多，從而增加在過(guò)熱器壁上合汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢，甚至使汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉片。水位過(guò)低，則會(huì)破壞水循環(huán)，引起水冷壁的破裂。正常運(yùn)行時(shí)的水位波動(dòng)范圍：±（30-50）mm異常情況：±200mm事故情況：>±350mm（2）保持穩(wěn)定的給水量。在穩(wěn)定工況下，給水量不應(yīng)該時(shí)大時(shí)小地劇烈波動(dòng)，否則，將對(duì)省煤器和給水管道的安全運(yùn)行不利。1.2相關(guān)的技術(shù)要求300MW火電機(jī)組給水控制比常規(guī)控制給水控制要復(fù)雜的多，因此，對(duì)給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)提出以下要求：（1）實(shí)現(xiàn)全程控制可以采用該變調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，但是

11、由于在大型機(jī)組中給水泵消耗功率多，不經(jīng)濟(jì)，所以一般采用改變給水泵轉(zhuǎn)速來(lái)改變給水量，在全程控制中，不僅要滿(mǎn)足給水量調(diào)節(jié)要求，同時(shí)還要保證給水泵工作在安全區(qū)內(nèi)。（2）由于機(jī)組在高，低負(fù)荷呈現(xiàn)不同的對(duì)象特性，要求控制系統(tǒng)能適應(yīng)這樣的特性，隨著負(fù)荷的增長(zhǎng)和下降，系統(tǒng)要從單沖量過(guò)渡到串級(jí)三沖量系統(tǒng)，或者從串級(jí)三沖量系統(tǒng)過(guò)渡到單沖量，由此產(chǎn)生了系統(tǒng)的切換問(wèn)題，并且必須有保證實(shí)現(xiàn)相互無(wú)擾切換。（3）由于全程控制系統(tǒng)的工作范圍較寬，對(duì)各個(gè)信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量提出了更嚴(yán)格的要求，例如，在高低負(fù)荷不同的情況下，給水流量的數(shù)值相差很大，必須采用不同的孔板測(cè)量，這就產(chǎn)生了給水流量裝置切換的問(wèn)題。（4）在各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的工作過(guò)

12、程中，給水全程控制系統(tǒng)都必須保證無(wú)干擾，隨著負(fù)荷大小的變化，需要不同的調(diào)節(jié)閥門(mén)調(diào)節(jié)給水，這就要求解決切換問(wèn)題，在低負(fù)荷時(shí)采用改變閥門(mén)的開(kāi)放來(lái)保持泵的出口壓力，高負(fù)荷時(shí)采用改變調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速來(lái)保持水位，這由產(chǎn)生了閥門(mén)與調(diào)速泵間的切換問(wèn)題。點(diǎn)火后升溫升壓過(guò)程中，由于鍋爐沒(méi)有輸出蒸汽量，給水量及其變化量很小，此時(shí)單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)也不十分理想，就需要開(kāi)啟閥門(mén)的方法（雙位調(diào)節(jié)方式）進(jìn)行水位調(diào)節(jié)，在這些切換中，系統(tǒng)都必須相應(yīng)的安全可靠，才能保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。（5）給水全程控制系統(tǒng)還必須適應(yīng)機(jī)組定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行工況。必須適應(yīng)冷態(tài)起動(dòng)和熱態(tài)起動(dòng)。（6）測(cè)量信號(hào)能自動(dòng)地進(jìn)行壓力、溫度校正。2設(shè)計(jì)理念本

13、設(shè)計(jì)首先分析了給水控制對(duì)象運(yùn)行特性，在此基礎(chǔ)上確定了給水控制系統(tǒng)的基本方案，即以汽包水位為主信號(hào)，蒸汽流量為前饋信號(hào)，給水流量為反饋信號(hào)的單級(jí)三沖量自動(dòng)控制方案。為了進(jìn)一步提高控制質(zhì)量，本設(shè)計(jì)也采用了串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)。也就是說(shuō)，給水全程自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩套控制系統(tǒng)：?jiǎn)螞_量給水控制和三沖量給水控制。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，鍋爐給水控制一般采用三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)；在啟停爐過(guò)程中，當(dāng)負(fù)荷低于滿(mǎn)負(fù)荷的30%時(shí)，蒸汽流量信號(hào)很小，測(cè)量誤差相對(duì)增大，此時(shí)由三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)改為單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。此外，給水全程自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)還對(duì)水位測(cè)量信號(hào)進(jìn)行壓力修正，以及進(jìn)行旁路給水和主給水管道閥門(mén)的切換等。3設(shè)計(jì)過(guò)程的詳細(xì)

14、分析3.1給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性汽包水位是工業(yè)蒸汽鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，是鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水間物質(zhì)是否平衡的重要標(biāo)志，維持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的作用是使鍋爐的給水量自動(dòng)適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定范圍內(nèi)波動(dòng)。汽包爐給水控制對(duì)象的結(jié)構(gòu)如圖1所示。汽包水位是由汽包中儲(chǔ)水量和水面下汽包容積所決定的。因此，凡是引起汽包中儲(chǔ)水量和水面下汽包容積的各個(gè)因素都是給水控制對(duì)象的擾動(dòng)。具體地說(shuō)，有四個(gè)方面：給水量W擾動(dòng)，蒸汽負(fù)荷D擾動(dòng)，鍋爐爐膛熱負(fù)荷Q擾動(dòng)及汽包壓力的擾動(dòng)。由于汽包壓力擾動(dòng)經(jīng)常是伴著蒸汽負(fù)荷或熱負(fù)荷擾動(dòng)而產(chǎn)生的，所以不單獨(dú)討論。圖

15、1 給水控制對(duì)象結(jié)構(gòu)示意圖（1）給水量擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性圖2為給水量擾動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。圖2 給水量擾動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示如下：水位對(duì)象可近似為一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)的串聯(lián)或反向并聯(lián)。（2）蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)下水位變化的動(dòng)態(tài)特性圖3為蒸汽負(fù)荷D擾動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。圖3 蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。水位在蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示如下：水位被控對(duì)象可視為積分環(huán)節(jié)與慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)。（3）鍋爐爐膛熱負(fù)荷下水位變化的動(dòng)態(tài)特性鍋爐爐膛熱負(fù)荷Q就是指燃料量M的擾動(dòng)。圖4為燃料量M擾動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。圖4 燃料量M擾動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。水位被控對(duì)象和在蒸汽負(fù)荷

16、D擾動(dòng)下的水位被控對(duì)象相似，即積分環(huán)節(jié)與慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)，但是增加了一個(gè)純延遲環(huán)節(jié)。水位自動(dòng)控制系統(tǒng)中，影響水位變化的主要因素是蒸汽負(fù)荷，燃料量和給水量。其中前兩個(gè)因素是由鍋爐負(fù)荷所決定的，屬于對(duì)象的干擾作用，習(xí)慣上稱(chēng)成為外擾；而給水量是維持水位的調(diào)節(jié)量，屬于對(duì)象的調(diào)節(jié)作用，習(xí)慣上稱(chēng)成為內(nèi)擾。因此，給水量擾動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)特征參數(shù)是影響控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量的主要參數(shù)，是計(jì)算和整定參數(shù)的主要依據(jù)。3.2給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本方案據(jù)前面對(duì)給水控制對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的分析，在設(shè)計(jì)給水控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該考慮以下問(wèn)題：（1）由于給水量改變后到水位變化存在一定的遲延和慣性，所以，若僅僅根據(jù)水位變化，通過(guò)調(diào)節(jié)器去調(diào)節(jié)給水量，必然使

17、得水位偏差較大。（2）由于在蒸汽流量的熱負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)存在虛假水位現(xiàn)象，且反應(yīng)速度比較快，為了克服虛假水位現(xiàn)象對(duì)控制的不利影響，應(yīng)該考慮引入蒸汽流量作為前饋信號(hào)。（3）給水壓力使波動(dòng)的，為了穩(wěn)定給水量，應(yīng)該考慮將給水量信號(hào)作為反饋信號(hào)，用于消除內(nèi)部擾動(dòng)。為了滿(mǎn)足上述要求，本設(shè)計(jì)采用了三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)方案。3.3三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)3.3.1單級(jí)三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)圖5為單級(jí)三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的方案圖。圖5 單級(jí)三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的方案圖。單級(jí)三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理框圖如圖6所示。圖6 單級(jí)三沖量原理框圖單級(jí)三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的SAMA圖如圖7所示。圖7 單級(jí)三沖量給水自

18、動(dòng)控制系統(tǒng)的SAMA圖單級(jí)三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)以汽包水位為主信號(hào)，蒸汽流量為前饋信號(hào)，給水流量為反饋信號(hào)，其中，汽包水位是系統(tǒng)的被調(diào)量，水位升高時(shí)應(yīng)該減小給水量，水位降低時(shí)應(yīng)該增加給水量。蒸汽流量作為前饋信號(hào)主要是克服虛假水位。給水流量作為反饋信號(hào)主要是克服給水流量的自發(fā)性擾動(dòng)。3.3.2串級(jí)三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)圖8為串級(jí)三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理框圖。圖8 串級(jí)三沖量原理框圖與單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)相比，串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)有兩個(gè)控制器，即主控制器和副控制器。主控制器采用PI控制規(guī)律，以保證水位無(wú)靜態(tài)偏差。副控制器接受主控制器輸出，給水量和蒸汽流量信號(hào)，一般采用P控制規(guī)律。其作用是通

19、過(guò)內(nèi)回路進(jìn)行蒸汽流量和給水量的比值調(diào)節(jié)，并快速消除來(lái)自給水側(cè)的擾動(dòng)。和單級(jí)三沖量給水系統(tǒng)相比，串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：（1)串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器任務(wù)不同，參數(shù)整定相對(duì)獨(dú)立。副調(diào)節(jié)器的作用是當(dāng)給水?dāng)_動(dòng)時(shí)，迅速動(dòng)作使給水量不變，當(dāng)蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，副調(diào)節(jié)器迅速改變給水量，保持給水和蒸汽平衡。主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位，這比單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)的工作更為合理。（2)在負(fù)荷變化時(shí)，水位靜態(tài)值是靠主調(diào)節(jié)器維持的，并不要求進(jìn)入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度按所謂"靜態(tài)配比"來(lái)進(jìn)行整定。恰巧相反，在這里可以根據(jù)對(duì)象在外擾下虛假水位的嚴(yán)重程度來(lái)適當(dāng)加強(qiáng)蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)

20、度，以便在負(fù)荷變化時(shí)，使蒸汽流量信號(hào)能更好地補(bǔ)償虛假水位的影響，從而改變蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)下的水位控制質(zhì)量。對(duì)于虛假水位較嚴(yán)重的被控制對(duì)象，這一點(diǎn)更有意義。（3)串級(jí)系統(tǒng)還可以接入其他沖量信號(hào)(如燃燒信號(hào)等)形成多參數(shù)串級(jí)系統(tǒng)。串級(jí)系統(tǒng)的缺點(diǎn)是在汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，它的過(guò)渡過(guò)程和響應(yīng)速度不如單級(jí)系統(tǒng)快。3.4變速泵的給水控制定速泵的缺點(diǎn)是給水泵消耗功率大，調(diào)節(jié)閥門(mén)承受的壓力大，容易造成磨損。為了節(jié)約能源，多采用變速泵控制。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了電動(dòng)調(diào)速泵和汽動(dòng)調(diào)速泵協(xié)調(diào)控制。工作中必須保證變速給水泵工作在安全經(jīng)濟(jì)區(qū)。變速給水泵的安全經(jīng)濟(jì)區(qū)是由泵的上限特性，泵的下限特性，鍋爐正常運(yùn)行時(shí)的最高給水壓力，最低給水壓

21、力和泵的最高轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速所包圍的區(qū)域，如圖9（圖9中未標(biāo)出鍋爐正常運(yùn)行時(shí)的最高給水壓力，最低給水壓力）。圖9 變速給水泵的安全經(jīng)濟(jì)區(qū)3.5信號(hào)的測(cè)量及校正3.5.1汽包水位信號(hào)水位測(cè)量的原理是利用簡(jiǎn)單平衡容器內(nèi)水柱重量產(chǎn)生的壓力與汽包高度產(chǎn)生的液柱壓力相比較，從而獲得一個(gè)與汽包水位有一定關(guān)系的差壓值，以此來(lái)間接測(cè)量汽包水位。汽包水位的測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖8所示。如圖10所示，三路汽包水位測(cè)量信號(hào)分別經(jīng)過(guò)壓力補(bǔ)償，采取“三取中”的方法，選取中間值作為系統(tǒng)控制使用的汽包水位測(cè)量信號(hào)H。位防止變送器故障，將信號(hào)H分別與三路補(bǔ)償后的水位信號(hào)進(jìn)行比較。如果偏差值超限，產(chǎn)生低值報(bào)警的邏輯信號(hào)，使系統(tǒng)切手動(dòng)

22、，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，待故障變送器切除后，系統(tǒng)才正常工作。圖10汽包水位測(cè)量信號(hào)影響汽包水位測(cè)量精度的主要原因是汽包壓力的變化，實(shí)際使用中采用對(duì)差壓信號(hào)進(jìn)行壓力校正來(lái)補(bǔ)償汽包壓力變化的影響。汽包水位要采用壓力補(bǔ)償?shù)脑蛴幸韵氯c(diǎn)：（1）當(dāng)汽包壓力變化時(shí)，會(huì)引起飽和水，飽和汽的重度變化發(fā)生變化，造成差壓輸出有誤差。（2）平衡容器補(bǔ)償裝置是按水位處于零水位情況下設(shè)計(jì)計(jì)算的，鍋爐運(yùn)行時(shí)水位偏離零水位就會(huì)引起測(cè)量誤差。（3）當(dāng)汽包壓力突然下降時(shí)，由于正壓側(cè)凝結(jié)水可能被蒸發(fā)掉，將會(huì)導(dǎo)致差壓輸出失常。汽包水位測(cè)量系統(tǒng)如圖11所示。圖11 汽包水位測(cè)量系統(tǒng)汽包水位測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為其中Pb為汽包壓力，只有保

23、證汽包壓力不變，才能保證水位完全取決于壓差P。校正原理圖如圖12所示。圖12 汽包水位校正原理圖3.5.2給水流量信號(hào)給水流量的測(cè)量方法為測(cè)量給水管道流量孔板差壓，經(jīng)過(guò)開(kāi)平方運(yùn)算后變換為給水流量信號(hào)。省煤器前給水流量的測(cè)量值靖給水溫度修正后，匯總過(guò)熱器一、二級(jí)減溫器的噴水量和鍋爐連續(xù)排污流量后，形成控制使用的給水流量測(cè)量信號(hào)W。給水流量測(cè)量信號(hào)可以只采用溫度校正，因?yàn)榻o水壓力對(duì)給水流量影響不大。其校正原理圖如圖13所示。 圖13給水流量信號(hào)校正原理圖3.5.3主蒸汽流量信號(hào)蒸汽流量的測(cè)量方法為高壓環(huán)管壓力，經(jīng)過(guò)F（X）發(fā)生器后變換為蒸汽流量信號(hào)。主蒸汽流量信號(hào)的獲取采用了兩種方法：一種是采用汽

24、輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力經(jīng)主氣溫修正后形成主蒸汽流量D；另一種方法是采用調(diào)節(jié)級(jí)壓力和一級(jí)抽氣壓力經(jīng)一級(jí)抽氣溫度修正后形成主氣流量D。擋高壓旁路投入時(shí)，主蒸汽流量信號(hào)還要加上旁路蒸汽流量。3.6各種工況之間的互相切換與跟蹤3.6.1工況之間的切換 在各工況之間切換時(shí)都設(shè)計(jì)有回差，以避免過(guò)于頻繁的切換工況。這個(gè)回差一般設(shè)定為2%5%MCR。圖14是一個(gè)各工況切換的例子。工況四工況三工況二工況一12 15工況負(fù)荷(%)025 3045 50100圖14 全程給水控制系統(tǒng)各工況之間的切換示意圖圖注：圖中的數(shù)字為額定負(fù)荷（MCR）的百分比。用負(fù)荷的高低劃分，可分為以下四種工況：工況一：0到12%15%額定負(fù)荷（M

25、CR），由旁路給水調(diào)節(jié)閥控制水位（單沖量水位控制系統(tǒng)工作），電泵定速運(yùn)行。電泵最小流量控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)保證電泵的流量大于其允許最小流量。泵出口壓力控制系統(tǒng)和汽泵不工作。工況二：12%15%到25%30%MCR，由電泵調(diào)速控制水位（單沖量系統(tǒng)工作），旁路給水調(diào)節(jié)閥控制電泵出口壓力。因流量大于電泵額定流量的30%，電泵最小流量控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉。汽泵不工作。工況三：25%30%到45%50%MCR，由電泵調(diào)速控制水位（三沖量系統(tǒng)工作），主給水調(diào)節(jié)閥控制電泵出口壓力。因流量大于電泵額定流量的30%，電泵最小流量控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉。汽泵不工作。工況四：45%50%到100%MCR，汽動(dòng)泵調(diào)速控制水位（三沖量系

26、統(tǒng)工作），主給水閥控制汽泵出口壓力。電泵不工作。3.6.2 工況之間的跟蹤電動(dòng)泵單級(jí)單沖量工作時(shí)，電動(dòng)泵三沖量副調(diào)跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器輸出；電動(dòng)泵三沖量工作時(shí)，單沖量調(diào)節(jié)器跟蹤閥位信號(hào)（電動(dòng)泵手動(dòng)）；電動(dòng)泵手動(dòng)時(shí)， 單沖量調(diào)節(jié)器跟蹤副調(diào)輸出（電動(dòng)泵自動(dòng)）；汽動(dòng)泵手動(dòng)工作時(shí)，三沖量主調(diào)跟蹤給水流量信號(hào)，副調(diào)跟蹤閥位信號(hào)。3.7給水泵最小流量控制系統(tǒng)當(dāng)汽動(dòng)給水泵A、汽動(dòng)給水泵B或電動(dòng)給水泵運(yùn)行時(shí)，為了保證給水泵的安全，在任何工況下都不允許通過(guò)給水泵的流量低于最小允許流量。因此，當(dāng)鍋爐負(fù)荷很低時(shí)，為了保證給水泵出口有足夠的流量（應(yīng)大于泵的最小流量），給水泵應(yīng)該保證在最低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。這時(shí)，給水泵出口多余的

27、水則經(jīng)過(guò)與給水泵并聯(lián)的再循環(huán)控制閥又流回到給水泵入口。給水泵最小流量控制回路為一單回路控制系統(tǒng)。汽動(dòng)給水泵A、汽動(dòng)給水泵B和電動(dòng)給水泵的再循環(huán)流量控制系統(tǒng)互相獨(dú)立，結(jié)構(gòu)完全相同，下面以汽動(dòng)給水泵A再循環(huán)流量控制系統(tǒng)為例加以說(shuō)明。汽動(dòng)給水泵A最小允許流量可由運(yùn)行人員在操作畫(huà)面上手動(dòng)設(shè)定。為了防止設(shè)定值的階躍突變對(duì)控制系統(tǒng)的沖擊和運(yùn)行人員誤將設(shè)定值操作到合理范圍之外，該設(shè)定值應(yīng)經(jīng)過(guò)速率限制和上、下限限制。系統(tǒng)自動(dòng)時(shí)，汽動(dòng)給水泵A最小允許流量設(shè)定值和汽泵A入口流量測(cè)定值的偏差經(jīng)PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分運(yùn)算，其輸出作為汽泵A再循環(huán)閥門(mén)的開(kāi)度控制指令。汽泵A入口流量測(cè)量值還需經(jīng)過(guò)汽泵A入口給水溫度的修正

28、。給水泵最小流量控制系統(tǒng)僅工作在給水泵汽動(dòng)和低負(fù)荷階段；鍋爐給水流量只要大于最小流量定值，給水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥門(mén)就關(guān)閉。最小流量給水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥門(mén)常設(shè)計(jì)為反方向動(dòng)作，即控制系統(tǒng)輸出為0時(shí)，閥門(mén)全開(kāi)；輸出為100%時(shí)，閥門(mén)全關(guān)。這樣在失電或失去氣源時(shí)，閥門(mén)全開(kāi)，可保證設(shè)備的安全。3.8鍋爐給水全程控制方案鍋爐給水全程控制方案如圖15所示。圖15 鍋爐給水全程控制方案此方案是一個(gè)一段式的控制方案。在低負(fù)荷時(shí)采用PI1單沖量系統(tǒng)，使泵維持在最低轉(zhuǎn)速。高負(fù)荷時(shí)，閥門(mén)開(kāi)到最大，采用三沖量控制系統(tǒng)，可以直接改變調(diào)速泵轉(zhuǎn)速控制給水量。3.9 300MW火電機(jī)組給水熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖300MW火電機(jī)組給水熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如

29、圖16.圖16 300MW火電機(jī)組給水熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖該機(jī)組配有兩臺(tái)50%額定容量的汽動(dòng)給水泵和一臺(tái)50%額定容量的電動(dòng)給水泵，在機(jī)組啟動(dòng)階段，由于汽源不夠穩(wěn)定，故先使用電動(dòng)給水泵。正常運(yùn)行時(shí)，主給水閥全開(kāi)，通過(guò)調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速控制汽包水位。電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速通過(guò)液力耦合器調(diào)整，兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵由小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。4 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制分析4.1總控制原理圖 300MW火電機(jī)組給水控制系統(tǒng)的控制原理圖詳見(jiàn)1號(hào)圖紙。4.1.1單沖量控制方式單沖量水位控制器接受實(shí)測(cè)汽包水位和水位設(shè)定值的差值，經(jīng)過(guò)PI作用處理后，其輸出控制30%給水調(diào)節(jié)閥。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于25%時(shí)，原則上可以切換到三沖量給水控制。給水全程控制系統(tǒng)如1號(hào)圖紙所

30、示，在機(jī)組啟、停及低負(fù)荷運(yùn)行工況，采用單沖量控制方案，通過(guò)單沖量調(diào)節(jié)器PI1控制給水旁路閥和電動(dòng)閥。給水旁路閥及每臺(tái)給水泵操作回路均配有手動(dòng)/自動(dòng)（M/A）操作站。汽包水位測(cè)量值H與汽包水位設(shè)定值進(jìn)行比較，其偏差經(jīng)單沖量調(diào)節(jié)器、切換器、比例器K2和M/A操作站去控制給水旁路調(diào)節(jié)閥，此時(shí)電動(dòng)泵保持一定轉(zhuǎn)速，一滿(mǎn)足啟動(dòng)和低負(fù)荷下給水流量的需求。當(dāng)旁路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度大于95%時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)主給水電動(dòng)門(mén)，電動(dòng)泵可進(jìn)入自動(dòng)方式運(yùn)行。此階段仍采用單沖量控制方式，當(dāng)沖量調(diào)節(jié)器PI1的輸出經(jīng)比例器K1和M/A操作站控制電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)換，以維持汽包水位，由于采用旁路閥水位控制系統(tǒng)與電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速水位控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同，

31、采用了不同的比例系數(shù)K1和K2。其中，比例系數(shù)K1和K2的函數(shù)關(guān)系如圖16.圖16 K1和K2的函數(shù)關(guān)系4.1.2三沖量控制方式三沖量汽包水位控制以串級(jí)方式為基礎(chǔ)。水位調(diào)節(jié)器接收實(shí)測(cè)水位和水位給定值的差值，經(jīng)過(guò)PI作用之后，其輸出作為給水流量調(diào)節(jié)器的流量給定值分量，該值和蒸汽流量之和（相加）作為總的給水流量的給定值。給水流量調(diào)節(jié)器接受實(shí)測(cè)流量和給水流量給定值之和（相減），經(jīng)過(guò)PI作用之后，其輸出控制100%給水調(diào)節(jié)閥。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于30%時(shí)，采用串級(jí)三沖量控制方案，系統(tǒng)中電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器PI3和汽動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器PI4共用一個(gè)主調(diào)節(jié)器PI2。在給水流量和蒸汽流量信號(hào)測(cè)量可靠，且蒸汽流量大于或等于30

32、%時(shí)，系統(tǒng)可切換到三沖量控制方式。這是一個(gè)以汽包水位為主信號(hào)，以蒸汽流量為前饋信號(hào)，以給水流量為反饋信號(hào)的串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)。三沖量主調(diào)節(jié)器輸出加上蒸汽流量D作為副調(diào)節(jié)器的給定信號(hào)，給水流量W是反饋信號(hào)。在負(fù)荷由30%繼續(xù)升到100%滿(mǎn)負(fù)荷階段，均采用串級(jí)三沖量控制方案。在汽動(dòng)泵未運(yùn)行前，采用電動(dòng)泵控制給水流量，三沖量主調(diào)PI2和電動(dòng)泵副調(diào)PI3構(gòu)成串級(jí)三沖量控制方式。當(dāng)負(fù)荷繼續(xù)升到30%40%時(shí)，汽動(dòng)泵小汽機(jī)開(kāi)始沖轉(zhuǎn)，升速，當(dāng)汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速進(jìn)一步上升，汽動(dòng)泵流量逐漸提高，電動(dòng)泵逐漸下降后，可投入汽動(dòng)泵自動(dòng)，是電動(dòng)泵退回手動(dòng)。當(dāng)負(fù)荷升到40%50%時(shí)，啟動(dòng)第二臺(tái)汽動(dòng)泵運(yùn)行。這時(shí)，三沖量主調(diào)PI2和

33、汽動(dòng)泵副調(diào)PI4構(gòu)成串級(jí)三沖量汽動(dòng)泵控制方式，MEH系統(tǒng)以汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速控制信號(hào)控制小汽機(jī)轉(zhuǎn)速。4.2邏輯框圖 300MW火電機(jī)組給水控制系統(tǒng)的邏輯框圖詳見(jiàn)2號(hào)圖紙。主要邏輯如下：（1）單，三沖量控制方式之間的切換。鍋爐負(fù)荷高于X%（一般為30%）時(shí)，只要三個(gè)給水泵M/A控制單元有一個(gè)為自動(dòng)方式，系統(tǒng)即自動(dòng)選擇三沖量控制方式。如果鍋爐負(fù)荷低于X%且給水為自動(dòng)，則控制邏輯自動(dòng)回到單沖量控制方式。為了便于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)無(wú)擾切換，系統(tǒng)設(shè)置了一系列跟蹤功能：若A,B汽動(dòng)泵均手松或系統(tǒng)選定單沖量控制方式時(shí)，汽動(dòng)泵副調(diào)處于跟蹤狀態(tài)，跟蹤兩臺(tái)汽動(dòng)泵控制指令的平均值；若給水旁路們手動(dòng)或系統(tǒng)處于三沖量控制方式時(shí)，單沖量調(diào)節(jié)器處于跟蹤狀態(tài)，跟蹤給水旁路門(mén)指令和電動(dòng)泵指令；若電動(dòng)泵手動(dòng)或系統(tǒng)選定單沖量控制或汽動(dòng)泵跳閘后電動(dòng)泵啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)泵副調(diào)處于跟蹤狀態(tài)，有切換器跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)或跟蹤汽動(dòng)泵控制指令；若汽動(dòng)泵副調(diào)和電動(dòng)泵副調(diào)均處于跟蹤狀態(tài)，則三沖量主調(diào)也處于跟蹤狀態(tài)，跟蹤給水流量測(cè)量信號(hào)。（2）旁路調(diào)節(jié)閥控制。當(dāng)出現(xiàn)給水流量變送器故障，第一級(jí)壓力變送器故障，A和B汽動(dòng)泵均手動(dòng)或