给水全程控制系统设计

300MW机组给水全程控制系统设计

摘 要

本文在讨论给水调节系统的被控对象动态特性、热工测量信号、调节机构特性的基础上，分析了三冲量给水控制系统的结构及工作原理，提出了实现单元制给水全程控制系统应考虑的问题及控制方案。随着锅炉朝大容量、高参数发展，给水系统采用自动控制系统是必不可少的，它可以减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行。对于大容量高参数锅炉，其给水系统是非常复杂和完善的。针对目前发电厂给水系统的现状及其存在的问题，结合发电厂300MW 机组配置 ,发电厂300MW 机组给水全程调节系统的构成原理和控制功能，分析了系统的总体结构、工作原理、控制过程、系统切换方式、控制逻辑、调试及参数整定原则。

关键词：给水全程，给水控制，控制系统，汽包水位，自动调节

I

沈阳工程学院课程设计论文

Abstract

Based on the discussion of the feed water regulating system controlled object dynamic characteristic, thermal measurement signals, adjusting mechanism on the basis of analysis of the characteristics, structure and working principle of the three element feed-water control system, is proposed to realize the unit water supply problems should be considered in system and control scheme of the whole control. With the large capacity, high parameter boiler towards development, water supply systems using automatic control system is essential way, it can reduce the labor intensity of the operation personnel, to ensure the safe operation of the boiler. For the large capacity and high parameters of the boiler, the water supply system is very complex and perfect. In view of the present situation of water supply system of power plant and its existing problems, combined with the configuration of 300MW power plant, the whole feed water regulating system for 300MW unit of power plant construction principle and control function, analysis of the overall structure, working principle, control process, the system switching mode, control logic, debugging and tuning principle.

Key Words feed water, feed water control, control system, drum water level, automatic regulation

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300MW机组给水全程控制系统设计

目录

摘 要 ............................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................. II 引 言.........................................................................................................................................- 1 - 1 汽包水位全程控制的介绍 .......................................................................................................- 2 - 2 给水控制对象的动态特性 .......................................................................................................- 3 -

2.1 给水流量扰动下水位的动态特性 ................................................................................- 3 -

2.1.1 给水流量扰动下水位的动态特性 .....................................................................- 3 - 2.1.2 蒸汽流量扰动下水位的动态特性 .....................................................................- 4 - 2.1.3 炉膛热负荷扰动下水位的动态特性 .................................................................- 5 -

3 热工测量信号 ...........................................................................................................................- 6 -

3.1 水位信号 ........................................................................................................................- 6 - 3.2 蒸汽流量信号 ................................................................................................................- 7 - 3.3 给水流量信号 ................................................................................................................- 7 - 4 调节阀和调速泵的特性 ...........................................................................................................- 9 -

4.1调节阀门的静特性 .........................................................................................................- 9 - 4.2调速泵的安全特性 .........................................................................................................- 9 - 5 控制过程分析 ........................................................................................................................ - 11 -

5.1水位调节主回路及电动给水泵跟随系统 .................................................................. - 11 - 5.2汽动给水泵副回路控制系统 ...................................................................................... - 11 - 5.3锅炉单冲量三冲量无扰切换和汽泵转速控制系统 .................................................. - 12 - 5.4流量测量信号 .............................................................................................................. - 13 - 5.5旁路辅助及保护回路 .................................................................................................. - 14 - 5.6汽包水位自动失灵切手动保护 .................................................................................. - 15 - 结论 ............................................................................................................................................- 17 - 致谢 ........................................................................................................................................... - 18 - 参考文献.................................................................................................................................... - 19 -

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引 言

汽包锅炉给水自动调节的任务就是在机组带负荷运行的整个工况下，自动控制锅炉的给水流量，使其适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内变化。 汽包水位过高，会影响到汽包内汽水分离装置的正常工作，使出口蒸汽含水过 多而使过热器结垢，容易造成过热器损坏，同时汽包出口蒸汽中含水过多，也会使过热器的温度急剧变化，直接影响机组的安全经济运行；汽包水位过低，则可能破坏锅炉的水循环系统，造成水冷壁管破裂。因而，保持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全经济运行的必要条件，然而，汽包水位又是锅炉运行中变化最频繁的参数，故给水流量的调节操作也是运行中最频繁的操作，锅炉给水自动调节是十分重要的调节系统。

在锅炉的启停过程中，给水控制十分重要，因此在大型机组中，汽包水位的全程控制系统被首先采用。汽包水位是锅炉安全、稳定、经济运行的一个非常重要的监控参数，维持汽包水位正常是保持汽轮机和锅炉安全运行的重要条件。水位高低反映了汽包内工质流入量与流出量的平衡关系，也就是锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。负荷变化必然引起汽包水位波动，这就需要通过调节给水流量使之与变化后的蒸汽负荷相适应来维持水位在给定的范围内。汽包锅炉给水自动调节的任务就是在机组带负荷运行的整个工况下，自动控制锅炉的给水流量，使其适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内变化。

大型机组的控制与运行管理相当复杂，尤其是当机组承担调峰任务时，负荷波动频繁，而且机组的启停次数相应增加。这时，运行人员要依靠自动化系统的功能，保证机组的安全运行。因此，大容量发电机组要求具有在不同负荷和工况下，都能充分发挥控制作用的自动调节系统，这就产生了全程调节系统。所谓全程调节系统是指在机组启停过程和正常运行的全过程都能实现自动调节的调节系统。给水全程控制是现代控制理论发展的必然趋势，它最大程度地节省锅炉从点火升压到带满负荷及至事故状态下紧急停炉的繁杂操作，可以实现对汽包水位有一个高速度、高稳定性的控制过程，提高系统的调节品质。

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图5.2 汽动给水副回路系统

汽动给水泵的调节与电动给水泵类似，有手自动无扰切换调节阀信号上下限幅，调节阀失灵信号，流量品质检测，汽泵大偏差和差流量品质自动切换到到手动。由图可知自动调节自动切手动可能是自动调节器失灵，自动调节品质差时或调节阀失灵都会触发自动切手动。

5.3锅炉单冲量三冲量无扰切换和汽泵转速控制系统

锅炉的启动时要从单冲量自动的无扰切换到三冲量给水调剂系统，还包括在单冲量和三冲量手制动切换的跟踪。汽泵可以作为自动跟踪的执行器，也可以作为手动远程调速当自动失灵或自动品质较差时。

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图5.3 给水单冲量与三冲量无扰切换与汽动给水泵转速控制

由图5.4可以知道当主汽流量小于X%时是单冲量，没有手动时，三冲量跟踪单冲量。当流量大于X%时，单冲量跟踪三冲量，形成了单冲量与三冲量的无扰切换。汽动给水泵的转速可以远程调速，也可以作为控制水位的主要执行器。

5.4流量测量信号

给水泵的水和省煤器入口的水都是未饱和水，影响测量的最大的因素是温度，所以给水泵出口流量和省煤器入口流量都是有温度补偿的。

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图5.4 给水流量测量信号

省煤器前的给水一部分进入汽包作为水冷壁的减温水，另一部分作为过热器的减温水。所以省煤器入口给水流量是锅炉的最终负荷。省煤器入口的水流量在启动时还会有一部分水作为锅炉的排污直接排出。大选小选器对主给水的温度和压力品质监控，当主给水流量坏品质时，自动品质差，切换到手动状态。

5.5旁路辅助及保护回路

汽包的水位因为水冷壁带气泡的因素所以受压力变化影响较大所以水位用压力补偿，来提高水位的测量精度。当发生主蒸汽流量过小时

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图5.5 给水流量测量信号

汽包水位采用大选小选器，去掉最小和最大的误差较大，防止有一个水位或气压系统损坏影响整个锅炉的控制品质。当汽包水位偏差大时，会认为自动调节器失败，自动切换到手动状态。当调节阀位置偏差大时发出调节阀失灵信号。当自动调节品质差时，旁路调节阀手动可以降低系统参数起保护作用。当低负荷运行时旁路回路可以保证水泵工作在安全经济区范围。

5.6汽包水位自动失灵切手动保护

如果一些设备故障或测量参数误差较大时，自动控制程序可能控制品质变差，或不能很好控制水位，就需要将自动调节自动切换到手动调节。

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图5.6 汽包水位自动手动切换

当电泵的自动参数变坏时，系统将自动切到手动控制电泵。当A或B汽泵的控制品质变坏时将A或B汽泵切换到手动状态。当汽包水位或省煤器入口水的参数品质变坏时，将所有给水泵切换到手动调节状态，并实现手动到自动之间切换的无扰切换。

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结论

给水控制系统的最终目的是维持汽包水位在规定的范围内。因为水位过高，影响汽水分离，水位过低引起水冷壁的烧坏。准确点的控制水位，要控制的扰动有给水量扰动，蒸汽负荷扰动，炉膛热负荷扰动和汽包压力的扰动。

给水在低负荷时由于温度和压力参数比较低，汽包内的虚假水位的现象不明显对锅炉的水位的精度要求不高所以采用但冲量控制的方式，当负荷较大时虚假水位严重而且锅炉的参数较高，要有对汽包的水位有较高的精度，采用串级三冲量控制。低负荷时采用电动给水泵因为锅炉的压力还不能启动汽动给水泵，当锅炉负荷较高时启动汽动给水泵，电动给水泵关闭作为备用，可以提高发电效率。

给水的流量由两部分组成，一部分进入汽包的给水，另一部分是喷水减温器的流量。汽包的给水由于受压力影响较小，受温度的影响较大，所以流量需要温度的补偿。蒸汽的流量信号由主蒸汽的流量和旁路蒸汽的流量组成。蒸汽的流量测量一般用压力代替加上温度的补偿间接测量而不是直接的测量，因为直接的测量会产生较大的节流损失。水位的测量因为水位由水冷壁的气泡和汽包的水位构成所以汽包水位的测量要用压力的补偿气泡体积的变化对水位的影响。

给水泵作为给水控制系统的主要执行器对系统的设计比较的重要。汽包的水位通过改变泵的转速控制给水泵以达到水位的稳定。泵的出口压力控制通过给水调节阀的开度控制给水泵的出口压力，以保证泵在经济安全区域内运行。泵的最小流量控制系统通过控制泵的再循环阀门的开或关，保证通过泵的流量不低于泵所规定的最小流量。之所以才采用变速给水泵一方面可以减小调节阀的压力另一方面可以增加调节阀的寿命，另一方面可以减少给水泵的消耗功率。

单级冲量虽然结果简单，响应快。串级的三冲量给水流量因为受负荷可给水泵的转速的影响所以控制的干扰多，将他作为副回路可以消除给水压力的扰动。蒸汽的流量作为前馈可以消除虚假水位的影响，还可以快速响应负荷变化。水位作为负反馈可以消除水位控制的静态偏差，形成的控制更加的精确。

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致谢

在完成论文之际，我要感谢我的邓玮老师。从论文选题到最终定稿， 自始至终都得到了邓老师的悉心指导。在论文写作过程中，邓老师以极其认真负责的态度，帮助我收集论文所需的资料，对论文涉及的每一个问题，都不厌其烦地给予详细的指导，使我在茫然无绪中豁然开朗。邓老师对整篇论文的初稿、二稿、三稿都仔细的阅读，并多次提出了宝贵的修改意见。没有邓老师的悉心指导，我的这篇论文就不可能顺利完成。邓老师渊博的知识、严谨的治学态度、谦逊的为人令我终身收益。

同时，也要感谢沈阳过程学院、系领导及各任课老师对我的教育与培养，感谢沈阳工程学院自动化学院的林盛，李玉杰老师对我的帮助。此外还要感谢孟奇，范艺增，刘帅为，贾傲等师兄弟在学习和生活方面给予我的热情帮助。

感谢家人对我的关心和爱护，感谢他们一直以来对我的支持和鼓励，是他们温暖的亲情使我能够顺利完成我的学业。

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参考文献

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