300mw机组给水控制系统设计分析

300mw机组给水控制系统设计分析内容摘要：

的优势，使在正常工况下机组具有较高的经济性，又能在启停和异常事故工况下使机组具备良好的适应性和快速响应功能。 但是无论使用哪种方案，在给水系统全过程运行中，保证给水泵总是工作在安全工作区内，始终是一个重要问题。 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 ( minQ 、 maxQ )、最高转速 maxn 和最低转速 minn 、最高压力（泵出口） maxP 和最低压力 minP 所围成，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，在锅炉负荷很低的时候，须打开再循环门，以增加通过泵的流量，这样在所需的相同泵出口压力条件下，可使泵进入上限特性右边的安全区工作，如图 中， 泵的工作点由 a1 点移到 b1 点。 由于给水泵有最低转速 minn 的要求，这样在给水泵已接近 maxn 时就不能以继续降低转TBW E1 )(xf E1  TBY 蒸汽流量 给水温度 t 给水流量信号 P 华北电力大学本科毕业设计（论文） 11 速方式来调节给水量，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性。 在锅炉负荷开到一定程度的时候，即泵流量较大时，为了不使在下限特性右边区域工作，也须适当提高上水通道阻力，以使泵出口压力提高，这样给水调节门又起到保证泵在下限特性左边安全工作的作用。 如图中泵工作点由 a2 移至 b2 点。 图 给水泵安全工作示意图 为了防止泵的工作点落入上限特性之外 ，目前采取的办法是在泵出口至除氧器之间安装再循环管道，当泵的流量低于设定的最小流量时，再循环门自动开启，增加泵体内的流量，让一部分水回到除氧器中，从而使低负荷阶段的给水泵工作点也在上限特性曲线之内，随着机组负荷的增加，给水流量也增大，当泵的流量高于设定的最大流量时，再循环门将自动关闭。 华北电力大学本科毕业设计（论文） 12 3 单元制给水全程自动控制系统 目前，大型火电单元机组都采用机、炉联合启动的方式，锅炉、汽轮机按照启动曲线要求进行滑参数启动。 具有中间再热的单元机组多采用定压法进行滑参数启动。 随着机组容量的增大、参数的提高，在启动和停机过程 中需要监视和操作的项目增多，操作的频率也增高，采用人工调节已不适应生产要求，而在启、停过程中也实现自动控制。 常规的 串级 三冲量给水控制系统往往只是在机组负荷达到 30%以上才能投入运行，而机组的频繁的操作项目又几乎都集中在机组 启 动，停机，停炉过程中，特别是随着机组容量的不断增大，运行参数的不断提高，运行人员在启动停止过程中的操作量越来越繁重，为了保证机组安全经济运行，要求有更合理、更先进、调节范围更宽的控制系统，也就是所谓的全程控制系统。 所谓给水全程控制系统是指锅炉在启停过程和正常运行时均能实现自动操作的控 制系统 ,也是单元机组协调控制系统中的主要子系统之一 ,是由单冲量和三冲量控制系统有机结合所构成的给水控制系统。 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，以保持汽包水位在允许范围内变化。 同时对锅炉的水循环和省煤器要有保护作用。 一个常规三冲量给水调节系统只适合于锅炉正常运行状态，远不能完成全程控制的任 务。 要完成这样的任务，必须采用更加复杂的全程控制系统。 单元制 机组 给水系统 介绍 汽水循环过程概述 根据生产流程，可以把锅炉分成燃烧系统和汽水系统。 在汽水系统中，锅炉的给水由给水泵 打出，先经过高压加热器，再经过省煤器回收一部分烟气中的余热后进入汽包。 汽包中的水在水冷壁中进行自然或强制循环，不断吸收炉膛辐射热量，由此产生的饱和蒸汽由汽包顶部流出，再经过多级过热器进一步加热成过热蒸汽。 这个具有一定压力和温度的过热蒸汽就是锅炉的产品。 蒸汽的高温和高压是为了提高单元机组的热效率。 高压汽轮机接受从锅炉供给的过热蒸汽，其转子被蒸汽推动，带动发电机转动而产生电能。 从高压汽轮机排出的蒸汽，其温度、压力都降低了，为了提高热效率，需要把这部分蒸汽送回锅炉，在再热器中再次加热，然后 再 进入中、低压汽轮机做 工，最后成为乏汽从低压汽轮机尾部排入冷凝器冷凝为凝结水。 凝结水与补充水一起经过凝结水泵先达到低压加热器，然后进入除氧器，除氧后进入给水泵，至此完成了汽水系统的一次循环。 主 给水 系统流程 华北电力大学本科毕业设计（论文） 13 图 给水系统图 由 图可知，给水泵包括两台电动泵，一台汽泵。 每台电动泵容量为 50%MCR(最大额定流量 )，汽动泵容量为 100%MCR。 经除氧器后的给水，先到一台汽动泵和两台电动泵 ， 在启动和低负荷工况下电动泵运行，正常工况下汽动泵运行，两台电动泵的另一个功能是作为汽动泵的备用。 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。 给水泵排出的水，经高压加热器换热后到给水站。 小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 此时为两段调节 ； 高负荷时，阀门开到最大，为减小阻力主给水电动门也打开，通过调节给水转速直接控制给水流量， 为一段调节。 给水站出来的水经省煤器送 入 汽包。 锅炉给水全程控 制的特点 锅炉给水全程控制系统可以不需要运行人员参与而自动完成锅炉启、停和正常运行工况下对给水热力系统中全部设备的自动控制，以保持汽包水位在设定的允许范围以内，其控制过程具有以下主要特点： 1) 锅炉从启动到正常运行的过程中，汽水参数和负荷在很大范围内变化，因此需要对水位、流量等测量信号自动进行压力和温度的校正。 2) 在给水全程控制系统中不仅要满足给水量控制的要求，同时还要保证变速给水泵工作在安全工作区内。 3) 由于锅炉给水调节对象的动态特性与负荷有关，在低负荷时可以采用以汽包水位为反馈信号的单回路控制系统；在高负荷时为 克服“虚假水位”需要采用三冲量控制系统，因此在锅炉负荷变化时要保证两种控制系统之间的双向无扰切换。 4) 在低负荷时采用改变阀门开度来保持水位，高负荷时用改变给水泵的转速保持水位，因此产生了阀门与给水泵间的过渡切换问题。 5) 给水全程控制系统要适应机组定压运行和滑压运行工况，以及机组的冷态启动和热华北电力大学本科毕业设计（论文） 14 态启动工况。 汽包水位 三冲量给水控制系统 三冲量控制系统结构原理 如果从物质平衡的观点出发，理论上只要保证给水量永远等于蒸发量，就可以保证汽包水位大致不变。 因此采用比值控制系统，如图 所示，其中流量调 节器是 PI 调节器，并用汽机的耗汽量 D 作为调节系统的设定值，使给水量 W 跟踪蒸汽量 D。 图 比值控制系统方框图 从图中可看到，比值控制系统对于汽包水位来说只是开环控制。 如果耗汽量和给水量的测量不准或者由于有锅炉排污及管道泄漏等，蒸汽量与给水量之间并非总是确定的比值，那整个系统就无法达到汽水平衡，也就不能保持汽包的水位。 从而引入汽包水位的三冲量控制。 如图 所示为汽包水位三冲量控制的系统图。 WT( s ) KZKμW0 W( s )W0 D( s )γDαDγHγWαWIHI0IDIW+WW1W2DH前 馈 通 道主 回 路内 回 路扰 动通 道Δ IP I 调 节 器H1H2 图 三冲量给水控制系统图 所谓三 冲量，指的是引入了三个测量信号：汽包水位、给水流量、蒸汽流量。 这个系统对上述两种方案取长补短，极大地提高了水位控制质量。 例如，当耗汽量 D 突然阶跃增大时，一方面由于假水位现象水位会暂时升高，它使调节器错误地指挥调节机构减小给水量；另一方面， D 的增大又通过比值控制作用指挥调节机构 增加给水量。 实际给水量是增大还是减小，取决于系统参数的整定。 当假水位现象消失后，水位和蒸汽信号都能正确地变送器 蒸汽量 流量调节器 调节机构 变送器 给水量 华北电力大学本科毕业设计（论文） 15 指挥调节机构动作。 只要参数整定合适，当系统恢复平衡状态以后，给水流量必然等于蒸汽流量，水位 H 也就会维持在设定值。 给水控制是串级调节系 统，主调节器接受水位信号，对水位起校正作用，是细调；其输出作为副调节器的给定值，副调节器的被调量是给水流量，目的是快速消除来自水侧的扰动。 但必须指出，引入蒸汽流量信号只是削弱了假水位期间调节机构的误动作，但并不能消除假水位现象，并且由于 水位 H 对负荷（蒸汽量）扰动 D 的响应速 度要比对基本扰动W 的响应速度快得多，因此，在外部扰动下被调量的变化幅度还是比较大，必须对负荷变化的幅度加以限制。 三冲量控制系统的工程整定 1) 内回路的整定 在内回路中， 图 所示的内回路原理方框图中 ， 可以把调节器以外的执行机构、调节阀、变送器和分流器作为广义调节对象处理，则其动态特性近似为比例环节，因此 PI调节器的比例带δ和积分时间 Ti 可以取较小值，通过试验法进行整定。 当给水流量分流系数 W 改变后，只需相应改变 PI 调节器的比例带δ使 w 保持不变，以保证内回路开环放大倍数不变。 图 内回路原理方框图 2) 主回路的整定 在主回路中可以把内回路看作快速随动系统处理，即输入信号Δ I 改变时调节器可以迅速改变给水流量 W，使输入信号Δ I 与反馈信号 wI 保持平衡，即： I = wI = w w W 从而推导出 IW =WW1 因此内回路可以简化为： 华北电力大学本科毕业设计（论文） 16 1WWΔ I W 在此基础上可得主回路简化方框图： 1WWΔ I WI 0ID+W0 W( s )HγHIHH2H1 根据主回路简化方框图，主回路的等效调节器可以看作比 例调节器，其等效比例带为：*w = w w 整定主回路时，以给水流量 W 作为输入信号，汽包水位反馈信号 HI 作为输出信号，做阶跃扰动试验，在阶跃响应曲线上求得调节对象 owW (s)的迟延时间τ和反应速度 ε ，建议采用以下公式计算主回路参数： W WWWW      增大给水流量分流系数 w ，相当于增加主回路等效比例调节器的比例带，使调节动作减慢，稳定性提高；但对于内回路，相当于增加了内回路开环放大系数，使内回路稳定性下降。 因此当 增大给水流量分流系数 w 以提高主回路稳定性时，必须相应增加内回路 PI调节器的比例带，以保持内回路的稳定。 3) 前馈通道的分析整定 内回。