1、模拟量控制系统（MCS）给水控制系统给水控制系统汽包锅炉给水自动控制的任务 维持汽包水位在设定值 汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。维持汽包水位是保证机炉安全运行的重要条件。锅炉汽包水位过高，影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽中水分过多，结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时还会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低，则可能使锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁管供水不足而烧坏。图11-1 锅炉给水系统工艺流程简图1除氧器给水箱；2给水前置泵；3电动调速给水泵；4电动调速给水泵(备用)；5液力联轴器；6
2、电机；7液力联轴器调节机构；8主给水泵再循环调节阀；9备用泵再循环调节阀；10流量测量装置；11高旁减温水；121级减温器减温水；132级减温器减温水；14再热器减温水；15锅炉启动阀；16主给水电动阀；17,18,19高压加热器；20省煤器；21汽包；22下降管；23水冷壁下联箱；24省煤器再循环； 25总给水流量测量装置11121316151820101010334222188914252123222224A6A7A8MMMMMMM555MMM1719777666给水控制对象的动态特性给水控制对象的动态特性（一）给水量扰（一）给水量扰动下的水位特性动下的水位特性给水控制对象在给水量W扰动下
3、的动态特性是系统调节通道的特性。在给水量阶跃扰动下汽包对象的特点是有迟延、有惯性、没有自平衡能力。H为实际水位响应曲线；H1为仅考虑锅内贮水量变化的水位响应特性；H2为仅考虑锅内工质容积变化所引起的水位变化特性 ssWHsWOW1蒸汽流量扰动下的水位特性是负荷外部扰动下的动态特性。在蒸汽负荷扰动下，汽包有虚假水位现象。（二）蒸汽流量扰动下的水位特性（二）蒸汽流量扰动下的水位特性H为实际水位响应曲线；H1为仅考虑锅内贮水量变化的水位响应特性；H2为仅考虑锅内工质容积变化所引起的水位变化特性 负荷扰动下水位的响应曲线 t DH2H1H0 0 Ht2T2KD ssTKDHsWOD221当锅炉燃料量发
4、生扰动(增加)时，炉内换热面的吸热量增加使汽包内蒸发加强。若此时汽轮机负荷未增加，则汽轮机侧调节阀开度不变，但由于蒸发加强，主蒸汽流量实际上有所增加，所以这种扰动下水位特性与蒸汽流量扰动下的特性接近，只是“虚假水位”现象不太严重，水位小幅上升，迟延时间较长。 00ttBHBB燃料量扰动下的水位特性（三）燃料量扰动下的水位特性（三）燃料量扰动下的水位特性汽包炉给水控制对象的动态特性有以下特点：调节通道中存在迟延和惯性迟延和惯性，并且无自平衡能力无自平衡能力。迟延和惯性的存在使给水调节机构的动作相对水位变化的影响存在滞后，因此调节过程中将会出现动态偏差。无自平衡能力的响应速度越大，水位对扰动反应越
5、敏感，调节的难度也相应增大，调节过程中水位动态偏差也将增大。蒸汽负荷扰动(外扰)时，存在“虚假水位虚假水位”现象。虚假水位现象是不能通过闭环系统用调节给水流量的办法来减小的，这也增大了水位调节的难度。显然由于虚假水位现象的存在，是不能只根据水位H一个信号进行调节的。鉴于以上原因，现代大型汽包炉的给水调节多应用三冲量调节系统三冲量调节系统，即以水位水位H作系统的被调量信号；以蒸汽流量作系统的被调量信号；以蒸汽流量D作为系统的前馈信号；以作为系统的前馈信号；以给水流量给水流量W构成系统的辅助被调量，形成三冲量给水调节系统。构成系统的辅助被调量，形成三冲量给水调节系统。由于给水量调节器位于系统的闭环
6、以内，所以给水量W扰动下的水位特性最为重要，是系统整定的主要依据。 给水全程控制中的一些特殊问题 一、给水全程控制的概念一、给水全程控制的概念 全程控制系统是指机组在启停、正常运行和负荷变化启停、正常运行和负荷变化过程中均能进行自动控制的系统。电力生产的“全程”具体包括以下几个过程： 1.锅炉点火、升温升压； 2.开始带负荷； 3.带小负荷； 4.由小负荷到大负荷运行； 5.由大负荷又降到小荷负； 6.锅炉灭火后冷却降温降压。 给水全程自动控制的任务是在上述过程中，控制锅炉的进水量，保持汽包水位在正常范围内变化，同时具有对锅炉的水循环和省煤器的保护作用，实现水位和给水流量两个参数的协调。水位是
7、靠调节给水流量来保持的，而给水流量变化得过分剧烈，将会对省煤器的安全运行带来威胁。所以，给水控制的任给水控制的任务实际上包括两方面的内容：即保持水位在工艺允许范围内变化的条件下，尽务实际上包括两方面的内容：即保持水位在工艺允许范围内变化的条件下，尽量保持给水流量稳定。量保持给水流量稳定。 二、给水全程控制中的特殊问题二、给水全程控制中的特殊问题（一）对给水全程控制系统的要求（一）对给水全程控制系统的要求给水全程控制要求在锅炉运行的全过程都自动地完成给水调节所规定的两项任务，它比常规给水控制复杂得多。给水全程控制存在以下难点及要求：（1）实现给水全程控制可以采用改变给水调节阀开度即改变给水管道阻
8、力的方法来改变给采用改变给水调节阀开度即改变给水管道阻力的方法来改变给水量水量，也可以采用改变给水泵转速即改变给水压力的方法来改变给水量改变给水泵转速即改变给水压力的方法来改变给水量。前一种方法节流损失大，给水泵的消耗功率多，不经济，故在一般单元机组的大型锅炉中都采用后一种方法。在给水全程控制系统不中仅要满足给水调节的要求，同时要保证给水泵工作在安全工作区内，这就需要有两两套控制系统套控制系统来完成。（2）由于机组在不同的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。随着负荷的增高和降低，系统要从单冲量单冲量过渡到三冲量系统三冲量系统，或从三冲量过渡到单冲量系统，由此产生了系统的切换
9、问题，必须有保证两套系统相互无扰切换保证两套系统相互无扰切换的控制线路。（3）由于全程控制系统的工作范围较广，对各个信号的准确测量提出了更严格的要求。例如，在机组启停过程及高低负荷等不同工况下，给水流量和汽温、汽压等参数都变化很大，所以给水流量、蒸汽流量和汽包水位信号都要进行温度压力的补偿给水流量、蒸汽流量和汽包水位信号都要进行温度压力的补偿。（4）在多种调节机构的复杂切换中，给水全程控制系统都必须保证无扰。高低负荷需用不同的阀门，调节阀门的切换调节阀门的切换伴随着有关截止门的切换。在低负荷时通过改变阀门的开度来保持泵的出口压力，高负荷时通过改变调速泵的转速保持水位，阀门与调速泵间的切换阀门与
10、调速泵间的切换都要求安全无扰地进行。（二）测量信号的自动校正（二）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、给水流量和蒸汽流量的测量准确性受到很大影响。为了实现全程自动控制，需要自动地对这些测量信号进行温度、压力校正。 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、压力变化的数学关系，然后利用各种运算模块进行运算，实现自动校正。（三）给水控制中的阀门切换（三）给水控制中的阀门切换 当机组启动时，机组的负荷较低，称为低负荷状态（负荷低于30%BMCR），由电动变速泵和旁路调节阀电动变速泵和旁路调节阀共同完成给水控制
11、的任务。此时，主给水电动阀处于关闭位置。 当旁路给水调节阀开度大于设定值(如90%开度)时，若汽包水位正常，主燃料系统正常，则主给水电动阀自动打开，随后过渡到由变速水泵完成给水控制任务。（四）给水控制系统的无扰切换（四）给水控制系统的无扰切换 一般给水全程控制系统在低负荷状态采用单冲量控制系统，在高负荷状态采用三冲量控制系统，需解决好系统之间的无扰切换问题。（五）给水泵安全运行的特殊（五）给水泵安全运行的特殊要求要求 采用变速泵的给水全程控制系统要求给水泵运行在安全工作区内。电动变速泵的速度控制借助液力齿轮联轴器完成，通过改变液力联轴器勺管位置的高低，控制工作油量的多少以达到控制速度的目的。变
12、速给水泵的安全工作区可以在泵的流量压力特性曲线上表示出来，如图所示。变速泵的安全工作区由六条曲线围成：最高转速曲线 ；最低转速曲线 ；最高压力曲线 ；最低压力曲线 ；上限特性曲线 ；下限特性曲线 。其中，最高和最低转速曲线由泵组的调速装置所限制，工作点不会越出其外边，且高性能现代高速给水泵的出口最高压力均高于管道的承压能力，所以保证给水泵安全运行应采取的措施主要是不使泵的工作点处在上限和下限特性曲线之外，不使泵出口压力落入最低压力线之下。 maxnminnmaxpminpminQmaxQ采用变速泵构成全程给水调节系统时，应考虑设置以下几个子系统：给水泵转速调节系统给水泵转速调节系统。该系统根据
13、锅炉的负荷要求，通过调节给水泵转速的方法来调整给水量的大小。给水泵最小流量控制系统。给水泵最小流量控制系统。低负荷时为了不使水泵的工作点落在上限特性曲线的外边，可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。给水泵出口压力调节系统。给水泵出口压力调节系统。该系统的任务是通过调节给水调节阀门的开度来维持给水泵出口压力，保证给水泵工作点不落在下限工作特性曲线之外及最低压力线之下。 （二）一段式给水控制方案（二）一段式给水控制方案高速限制低速限制勺管(泵转速)（a）水位调节系统（b）给水泵出口压力调节系统变速泵一段式给水调节方案Pp给水调节阀ZPI2PI3minM3maxHD
14、W0H+_PI1+WF(x)minpmax变速泵用于调节水位，给水阀用于维持给水泵的出口压力，保证水泵安全工作。优点：充分利用变速泵的调速范围，减小节流损失。下限特性曲线350MW机组给水控制系统介绍350MW机组全程给水控制系统由以下三个子控制系统三个子控制系统构成，即：给水旁路调节阀（启动调节阀）控制系统；给水旁路调节阀（启动调节阀）控制系统；变速给水泵转速控制系统（三台泵各自设置一套）；变速给水泵转速控制系统（三台泵各自设置一套）；给水泵最小流量控制系统（三台泵各自设置一套）。给水泵最小流量控制系统（三台泵各自设置一套）。这三个子系统共同完成给水全程控制的各项任务。在任何负荷下都要维持汽
15、包水位稳定在设定值，同时要尽可能使给水流量相对稳定，以保护省煤器和给水管道系统的安全运行；还要保证给水泵工作在安全工作区内。任何工况下都是通过调整给水泵转速来改变给水流量，以维持汽包水位；启动阀控制系统的作用是在启动和低负荷阶段通过调整给水启动调节阀的开度改变给水管道的阻力特性，维持一定的给水母管压力。 由于全程给水的运行条件变化较大，要求全程给水控制系统的结构形式随运行条件的变化而进行各种切换，且要求切换时无扰。具体的切换有：同一系统中控制偏差信号的切换；单冲量与三冲量控制系统之间的切换；阀门之间的切换；给水泵之间的切换等。 锅炉给水启动调节阀控制系统锅炉给水启动调节阀控制系统 锅炉给水启动
16、调节阀控制系统工作原理示意图给水泵转速控制系统给水泵转速控制系统主要由以下几部分组成：单冲量控制信号的形成回路；三冲量控制信号的形成回路；单/三冲量控制信号的无扰切换回路；给水泵安全保护回路；运行给水泵出力同步回路；各台泵启动控制回路；各台泵转速控制回路等。给水泵转速控制系统工作原理示意图单三冲量无扰切换回路 给水泵安全工作区保护回路给水泵最小流量控制系统给水泵最小流量控制系统 当给水泵出口流量低于泵安全工作的最小流量值时，为防止给水泵汽蚀，将最小流量调节阀（给水泵再循环阀）开到相应开度，保证给水泵不落入上限流量特性曲线的左侧。给水泵在一定的转速下，对应有允许的最小入口流量，最小流量定值由给水泵的特性曲线得出。加一定的正向偏置以提高给水泵运行的安全性。给水泵A前流量测量值经滤波后与最小流量定值进行比较，偏差经PI控制器运算，输出最小流量调节阀开度的。当给水泵A的流量测量值小于最小流量设定值时，强开最小流量调节阀，并根据自动控制指令调节最小流量调节阀的开度。最小流量控制系统
