给水系统课程设计

1、沈阳工程学院课程设计摘 要火力发电厂在我国电力工业中占有主要地位，是我国的重点能源工业之一。大型火力发电机组具有效率高、投资省、自动化水平高等优点，在国内外发展很快。给水控制系统是火电厂非常重要的控制子系统。汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，同时它还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志，因此水位控制系统一直受到重视。本文第二章首先讨论了给水系统的控制任务，介绍了常规水位控制系统的控制原理以及测量部分、控制器部分和执行器部分的结构。第三章分析了汽包锅炉给水系统的动态特性，介绍了水位、给水量、和蒸汽量的测量方法，分析了三冲量的扰动对控制系统的影响。第四章中集中讨论了锅炉水位控制略, 探讨了汽包锅炉

2、在热工控制上的技术特点，具体介绍了单冲量、双冲量和三冲量等控制方式。关键字：汽包水位，三冲量，控制策略AbstractThe power plant is a major part of the power industry in our country, as well as one of the most important energy industries. Large turbine-generator units have the advantages of higher efficiency, less investment and higher level of automat

3、ion, which develop rapidly around the world. Feed-water control system is a very important subsystem of the power plant. Water level of boiler drum in power station is one of the main control parameters for safe operation, which reflects the balance of boiler load and feed-water. Thus the water leve

4、l control system is always highly concerned. Chapter two firstly discussed the target of the water level control system, then introduces the theory of common water level control system and the structures of its transducers, controllers and actuator. Chapter three analyzes the dynamic characteristics

5、 of drum boiler feed-water system, introduces the measurements of water level, feed-water flow and steam flow (the so-called three impulses). The impact of three impulses disturbances on the control system is discussed as well. In chapter four we mainly discussed the control strategic of water level

6、 control system. Such as single impulse, pairs of impulse and three impulses, etc. Key Words：water level ,three impulses ,control strategic目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 绪论11.1课题的研究背景及意义11.2国内外的发展状况12 给水控制系统原理32.1 给水控制系统的任务32.2给水调节对象的动态特性32.3系统扰动分析72.3.1 给水扰动72.3.2 蒸汽流量扰动82.3.3 燃料量扰动92.3.4其他扰动103 丰城电厂300M

7、W机组给水控制系统分析113.1 300MW机组给水系统简介113.2 MAX1000给水控制画面分析123.2.1 MAX1000中CCS画面基本功能介绍143.2.2 给水系统主要操作过程143.3 给水控制系统的逻辑分析163.3.1 给水控制系统逻辑简图163.3.2 给水控制系统逻辑分析173.3.3给水全程控制系统分析18结 论21致 谢22参考文献23231 绪论1.1课题的研究背景及意义火力发电厂在我国电力工业中占有主要的地位，是我国的重点能源工业之一。大型火力发电具有效率高、投资省、自动化水平高等优点，在国内外发展快。随着电力需求的日益增长，以及能源和环保的要求，我国的火电建

8、设开始向大容量、高参数的大型机组靠拢。但是，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度也要求越高。给水控制系统是火电厂非常重要的控制子系统。汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，同时他还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志。随着机组容量的增大，运行参数的不断提高，对汽包水位的的控制品质要求也会越高，为了机组的安全、经济运行，需要采用设计更合理、功能更完善的控制系统，给水自动控制系统可以大大减轻人员的劳动强度，汽包水位的稳定性也得到极大的提高，保障了几组的安全、稳定运行。为了实现电能生产的“高效洁净、经济、可靠、安全”的要求，火电厂汽轮机的参数经历了低压、中压、高压、超高压、亚临界和超临界参数的发

9、张阶段，目前正向超临界参数的方向发展。1.2国内外的发展状况我国自上世纪80年代引进亚临界火电机组技术以来，虽在改进、优化和发展取得一定的经验，并使300MW、600MW的亚临界火电机组成为我国火力发电的主力机组，但这种亚临界机组依然存在重大问题，这已成为制约我国电力工业发展的瓶颈。因此，借鉴国际上最先进的技术，研究并发展600MW1000MW超临界火电机组，是提高电机机组的热效率，实现节能降耗和改善环保状况的有效途径。随着火电机组的参数的提高，水的饱和温度相应提高，气化潜热减少；当压力提高倒22.115MPa时，气化潜热为零，气和水的密度差也等于零，该压力成为临界压力。在临界点时，饱和水与饱

10、和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在。当机组工作参数高于这一临界状态参数时，称之为超临界机组。对蒸汽动力装置循环的理论分析表明，提高循环蒸汽的初始参数和降低循环的终结参数都可以提高循环的热效率。实际上，蒸汽动力装置的发展和进步一直都是沿着提高工作参数的方向进行的。超临界火电技术是目前唯一先进、成熟和达到商业化应用的洁净煤发电技术。随着火电机组容量的提高及参数的增加，机组在启停过程中需要坚实的参数及控制的项目越来越多。超临界机组锅炉给水控制系统是超临界机组控制系统中的重点和难点。我国火电机组的单容量不足20MW,平均供电煤耗达到399g（kw/h），比国外先进水平高7080g(kw/h),高出

11、25%以上，资源浪费严重，从而也加大了对大气的污染。因此，超临界机组锅炉给水控制系统的研究至关重要。近年来，我国通过研究超临界机组给水系统并建立了一些超临界火电机组给水系统的数学模型。2 给水控制系统原理2.1 给水控制系统的任务给水系统是发电厂热力系统的重要组成部分，因此在任何情况下都要保证不间断向锅炉供水。其中，工质流量大、压力高，对发电厂安全、经济、灵活运行至关重要。给水泵是给水系统的心脏，为工质的传送提供动力。传统小容量机组一般采用定速泵配合给水操作平台的方式工作，随着单机容量不断增大，操作平台中调节阀承受的压力差越来越大，节流损失越来越严重，安全性和经济性也就得不到保障。为此，现代大

12、容量火电机组大都采用变速给水泵，一般采用汽动给水泵作为运行泵，电动给水泵仅在启动阶段或事故情况下使用，正常运行工况下作为备用泵。对于汽包锅炉而言，汽包水位是锅炉运行的重要指标，保持水位在一定的范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，水位过高、过低、都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利的影响。首先，水位过高，会影响汽包内的汽水分离，饱和水蒸汽将会带水过多，导致过热器管壁结垢并损坏，使过热蒸汽的温度严重下降。如以此过热蒸汽带动气轮机，则将因蒸汽带液损坏汽轮机的叶片，造成运行的安全事故。然而，水位过低，则因汽包内的水量较小，而负荷很大，加快水的汽化速度，使汽包内水量的变化速度很快，如不及时的加以控制，

13、有可能使汽包内的水完全汽化。由于汽包是无自平衡的单容环节，且给水是先经过省煤器，该对象的特点是有延迟、有惯性、无自平衡能力，所以其特性是惯性环节，积分环节和有一定的延迟的组合。汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内，保持汽包水位正常同时保持给水流量稳定。给水控制对象的被控量是汽包水位H。影响水位变化的因素很多，主要的有锅炉蒸发量D、给水量w、汽包压力P、锅炉负荷等。2.2给水调节对象的动态特性 汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，是锅炉蒸汽负荷与给水间物质是否平衡的重要标志，维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包锅

14、炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定范围内波动。其中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的两种主要扰动，前者来自调节器，称为内扰，后者来自负荷侧，称为外扰。汽包炉给水控制对象的结构如图3.1所示。影响水位的因素主要有：锅炉蒸发量（负荷D），给水量G，炉膛热负荷（燃烧率M），汽包压力P。控制系统的物质平衡方程为： （3-1）将式（3-1）进一步变换得： （3-2）令 ，则上式变为： （3-3）图3.1 给水调节对象锅炉给水控制对象的动态特性有以下特点：（1）由于对象的内扰动态特性存在一定的延迟和惯性，控制系统应考虑采用串级控制方案。（2）由于对象在蒸汽流量和热

15、负荷扰动时有虚假水位现象，控制系统应考虑采用以主要扰动(蒸汽流量D)为前馈信号的前馈控制，以改善给水控制系统的控制质量。（3）负荷变化时出现的虚假水位现象是锅炉运行中的必然现象，是无法通过控制给水流量来克服的，只有限制负荷的一次突变量和变负荷速度来减小。给水流量扰动下水位的动态特性:给水流量是调节机构所改变的控制量，给水流量扰动是来自控制侧的扰动，又称内扰。给水量流量扰动下水位的阶跃响应曲线如图112所示。当给水流量阶跃增加W后，水位的变化如图中曲线2所示。水位控制对象的动态特性表现为有惯性的无自平衡能力的特点。当给水流量突然增加后，给水流量虽然大于蒸发量，但由于给水温度低于汽包内饱和水的温度

16、，给水吸收了原有饱和水中的部分热量使水面下汽泡容积减小，所以扰动初期水位不会立即升高。当水面下汽泡容积的变化过程逐渐平衡，水位就反应出由于汽包中贮水量的增加而逐渐上升的趋势，最后当水面下汽泡容积不再变化时，由于进、出工质流量不平衡，水位将以一定的速度直线上升。图中曲线1为不考虑水面下汽泡容积变化，仅考虑物质不平衡时的水位反应曲线，为积分环节的特性，曲线3为不考虑物质不平衡关系，只考虑给水流量变化时水面下汽泡容积变化所引起的水位变化，可认为是惯性环节的特性。在给水流量扰动下实际的水位变化曲线2可以认为是曲线1和3的合成。图112因此，给水流量扰动下汽包水位的动态特性，可用传递函数表示为： 迟延时

17、间（s）； 响应速度，即给水流量改变一个单位流量时，水位的变化速度mm.s-1/(t.h-1)和可由水位阶跃响应曲线上求得，即延长图112中曲线2的直线段与时间轴的交点为A，与纵坐标轴的交点为B，则迟延时间 =OA其中 W给水流量的阶跃值。当然，也可以采用的倒数Ta=1/（称为响应时间）来表示水位对扰动响应的快慢。响应时间的物理意义可定义为；当扰动量为100（从满负荷突然变化到0），水位（被调量）变化100所需要的时间。例一台410t/h锅炉，其水位的允许最大变化范围规定为200mm，若已知水位的响应时间Ta为30s，则当锅炉在满负荷运行突然停止供水时，汽包水位将在30s内下降200mm；或者

18、说，如果锅炉给水流量突然减少1%，则水位将在20s内下降20mm 。和的大小与锅炉的容量及参数有关，容量为410t/h ，参数为9.8MPa 、540的高压炉，=10s，=0.015mm.s-1/(t.h-1) ；对于容量为670t/h，参数为13.72MPa、540的超高压炉，=510s ，=0.00950.0125mm.s-1/(t.h-1) 。由此可见，随着锅炉容量的增大和参数的提高，水位内扰特性的迟延时间减小，对水位H的控制是有利的。但是，如果按锅炉容量的增大来计算响应速度（以额定容量的1来计算）则得到的相对响应速度逐渐增大，说明随着锅炉容量和参数的提高，对水位H控制的要求也越高。蒸汽

19、流量扰动下的水位的动态特性蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负荷变化，属外部扰动。在蒸汽流量D扰动下水位变化的阶跃响应曲线如图113所示。当蒸汽流量突然阶跃增大时，由于汽包水位对象是无自平衡能力的，这时水位应按积分规律下降，如图中H1曲线所示，但是当锅炉蒸发量突然增加时，汽包水下面的汽泡容积也迅速增大，即锅炉的蒸发强度增加，从而使水位升高，因蒸发强度的增加是有一定限度的，故汽泡容积增大而引起的水位变化可用惯性环节特性来描述，如图中曲线H2 所示，实际的水位变化曲线H则为H1和H2的合成。由图中可以看出，当锅炉蒸汽负荷变化时，汽包水位的变化具有特殊的形式：在负荷突然增加时，虽然锅炉的给水流量小于

20、蒸发量，但开始阶段的水位不仅不下降，反而迅速上升（反之，当负荷突然减少时，水位反而先下降），这种现象称为“虚假水位”现象，这显然是因为在负荷变化的初始阶段，水面下汽泡的体积变化很快，它对水位的变化起主要影响作用的缘故，因此水位随汽泡体积增大而上升。只有当汽泡容积与负荷适应而不再变化时，水位的变化就仅由物质平衡关系来决定，这时水位就随负荷增大而下降，呈无自平衡特性。蒸汽流量扰动下的水位响应特性可用下述近似传递函数来描述：式中 T2H2曲线的时间常数 K2H2曲线的放大系数 H1曲线的响应速度上面所述的蒸汽流量扰动下的水位控制对象动态特性，只是从蒸发强度变化对汽泡容积的影响方面定性地说明水位变化的

21、特点。实际上，改变汽轮机的用汽量引起的蒸汽流量的阶跃扰动，必定引起汽压的变化，汽压变化也会影响到水面下汽泡的体积变化，所以实际的虚假水位现象会更严重些。炉膛热负荷扰动下水位控制对象的动态特性当燃料量扰动时，例如燃料量增加使炉膛热负荷增强，从而使锅炉蒸发强度增大。若此时汽轮机负荷未增加，则汽轮机侧调节阀开度不变。随着炉膛热负荷的增大，锅炉出口压力提高，蒸汽流量也相应增加，这样蒸汽流量大于给水流量，水位应该下降。但是蒸发强度增大同样也使水面下汽泡容积增大，因此也会出现虚假水位现象。燃料量扰动下的水位阶跃响应曲线如图114所示，它和图113有些相似。只是，在这种情况下，蒸汽流量增加的同时汽压也增大了

22、，因而使汽泡体积的增加比蒸汽流量扰动时要小，从而使水位上升较少。另外，由于蒸发量随燃料量的增加有惯性和时滞，如图114中虚线所示，这就导致迟延时间B较长。2.3系统扰动分析2.3.1 给水扰动汽包水位在给水流量作用下的动态特性：给水量是锅炉的输入量，如果蒸汽负荷不变，那么给水流量变化时，汽包水位的运动方程式可以表示为： （3-5）可以得到汽包水位在给水流量作用下的传递函数为： （3-6）对于中压锅炉，上式中Tw的数值很小，常常可以忽略不计，因此可以进一步改写为： （3-7）给水量扰动时水位阶跃响应曲线如图3.5所示。（a） 沸腾式 （b） 非沸腾式图3.5 给水量扰动时水位阶跃响应曲线图3.5

23、中曲线（a）为沸腾式省煤器情形下水位的动态特性，曲线（b）为非沸腾式省煤器情形下水位的动态特性。从物质平衡的观点来看，加大了给水量G，水位应立即上升，但实际上并不是这样，而是经过一段迟延，甚至先下降后再上升。这是因为给水温度远低于省煤器的温度，即给水有一定的过冷度，水进入省煤器后，使一部分汽变成了水，特别是沸腾式省煤器，给水减轻了省煤器内的沸腾度，省煤器内的汽泡总容积减少，因此，进入省煤器内的水首先用来填补省煤器中因汽泡破灭容积减少而降低的水位，经过一段迟延甚至水位下降后，才能因给水量不断从省煤器进入汽包而使水位上升。在此过程中，负荷还未发生变化，汽包中水仍然在蒸发，因此水位也有下降趋势。2.

24、3.2 蒸汽流量扰动汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性，可以用下式表示（假定给水量不变） （3-8）则 （3-9）上式可通过两个动态环节的并联来等效，即 （3-10）式中： 。图3.6 蒸汽量D扰动下的水位阶跃响应曲线如果只从物质平衡的角度来看，蒸发量突然增加时，蒸发量高于给水量，汽包水位是无自平衡能力的，所以水位应该直线下降，如图3.6中H1(t)所示那样，但实际水位是先上升，后下降，这种现象称为“虚假水位”现象，如图中H(t)所示。其原因是由于负荷增加时，在汽水循环回路中的蒸发强度也将成比例增加，水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃料量M还来不及增加，汽包中汽压下降，汽包膨胀，使汽泡体积增

25、大而水位上升。如图3.7中H2(t)所示。在开始的一段时间H2(t)的作用大于H1(t)。当过了一段时间后，当汽泡容积和负荷相适应而达到稳定后，水位就要反映出物质平衡关系而下降。因此，水位的变化应是上述两者之和，即 （3-11）2.3.3 燃料量扰动炉膛热负荷扰动即是指燃料量M的扰动。燃料量增加时，锅炉吸收更多的热量，使蒸发强度增大，如果不调节蒸汽阀门，由于锅炉出口汽压提高，蒸汽流量也增大，这时蒸发量大于给水量，说位应下降。但由于在热负荷增加时蒸发强度的提高，使汽水混合物中的汽泡容积增加，而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水位先上升，从而引起“虚假水位”现象。当蒸发量与燃烧量相

26、适应时，水位便会迅速下降，这种“假水位”现象比蒸汽量扰动时要小一些，但其持续时间较长。图3.7 燃料量扰动下水位阶跃响应曲线2.3.4其他扰动以上三种扰动在锅炉运行中都可能经常发生。但是由于控制通道在给水侧，因此蒸汽流量D和燃料量M习惯上称为外部扰动，它们只影响水位波动的幅度。而给水量G扰动在控制系统的闭合回路里产生，一般称为内部扰动。因此，汽包水位对于给水扰动的动态参数是给水控制系统调节器参数整定的依据，此外，由于蒸汽流量D和燃料量M的变化也是经常发生的外部扰动。所以常引入D、M信号作为给水控制系统里的前馈信号，以改善外部扰动时的控制品质。影响水位的因素除上述之外，还有给水压力、汽包压力、汽

27、轮机调节汽门开度、二次风分配等。不过这些因素几乎都可以用D、M、G的变化体现出来。为了保证汽压的稳定，燃料量和蒸发量必须保持平衡，所以这两者往往是一起变化的，只是先后的差别。 3 丰城电厂300MW机组给水控制系统分析3.1 300MW机组给水系统简介3.1 给水系统结构图如图3.1所示，本机给水系统设置2台50%容量、带前置泵的汽动给水泵组和一台50%额定容量带前置泵的电动调速给水泵组。两台汽动泵为正常运行，电动泵用于机组启动初期给水和正常运行事故备用。各给水泵出口均设置独立的再循环装置。其作用是保证给水泵有一定的工作流量以免发生汽蚀。水泵的最小流量一般是泵设计流量的1/51/3，当泵的工作

28、流量小于或等于最小流量时，就应该开启再循环阀门，使给水返回到除氧器给水箱，保证给水泵正常工作。每条再循环管路上装设一套最小流量调节装置，其调节信号取自前置泵和给水泵之间管路上的文丘里流量计。从三台给水主泵的中间抽头各引出一根支管，每根管上装一个止回阀和一个闸阀，三根管子最后汇合成一根133×10的总管通往再热器减温器。三台给水泵的出口管均为298.5×36，在电动闸阀后合并成一根406.4×55的给水总管接往高加。高加前的给水总管上引出两根133×16管道，一根向汽机高压旁路阀提供减温水，管道设有电动闸阀和气动调节阀；另一根向锅炉过热器提供减温水，管路上

29、设有流量测量装置、气动闸阀温度控制阀和电动闸阀。三台高加采用带三通阀和快速关断阀的大旁路系统。三通阀始终保证一路是畅通的。采用大旁路使系统简化，但高加任何一台故障，三台高加都必须同时切除。省煤器前设一容量较大的电动闸阀和与其并联的15%容量的旁路调节阀及前后两个闸阀。小旁路在机组启动初期给锅炉上水和低负荷时用，此时给水量由旁路调节阀开度和电泵转速配合调节。当给水量大于一定负荷（20%额定给水量）时切至给水主路，此时给水流量仅靠给水泵转速调节。3.2 MAX1000给水控制画面分析丰城电厂300MW机组分散控制系统（DCS）采用的是美国MCS公司的MAX1000产品,图3.2所示为给水全程控制系

30、统设计方案的SAMA图，结合该SAMA图，利用MAX1000系统应用处理器提供的系统软件工具，可完成符合控制策略的组态工作。它采用电动给水泵及调节阀相结合的方式控制汽包水位，根据负荷指令（蒸汽流量）控制给水流量，能在不同负荷下保持汽包水位为给定值。3.2 锅炉给水全程控制系统图3.2.1 MAX1000中CCS画面基本功能介绍在主菜单上部或任一画面的底部点击CCS菜单按钮，可进入CCS系统主菜单，单击其中任一菜单按钮，即可进入相应CCS闭环控制画面。CCS系统画面由操作器控制面板组成，如图3.3所示，在各操作面板上，主要有以下显示操作量：hPV：过程变量，以数值及棒图显示。hSP：设定值，以数

31、值及指针显示。hDMD：操作指令量，以数值及棒图显示。hOUT：控制器输出，以数值及棒图显示；手动状态下点击可弹出一对话框，可使操作员键入对控制器输出的期望值。hDEV：控制器输出与阀位反馈间的偏差，以指针显示。hSP、SP Bias：设定值或设定值偏置值的组合框显示，在其内以数值形式显示设定值或设定偏置。在其上点击，可弹出一对话框，允许操作员键入控制器的设定值或设定值偏置。h自动按钮 ：点击该按钮进行控制器向自动方式的切换，当控制器为自动方式时，该按钮以亮色显示。h手动按钮：点击该按钮进行控制器向手动方式切换，当控制器为手动方式时，该按钮以亮色显示。图3.3CCS操作器控制面板hLOC按钮；

32、点击该按钮进行控制器向本地方式切换，当控制器为本地方式时，该按钮显示“LOC”，此时只能在盘台硬手操上操作。h控制器输出手动增减按钮:当控制器在手动状态下，单击这两个按钮，可以一定的步距值增减控制器的输出，当阀位反馈为关到位时，减按钮为亮色，开到位时增按钮为亮色。h设定值/偏置值增减按钮：可以一定的步距值增减控制器的设定值或偏置值。每个CCS画面中都有一组切换画面区域，使操作员切换到任一CCS画面。3.2.2 给水系统主要操作过程锅炉上水前的准备开启高加出口电动阀，出口阀全开后开启进口三通阀，高加水侧投入。打开电泵中间抽头阀。就地开启电泵再循环隔离门。CCS将电泵最小流量再循环调节阀投自动。开

33、启电泵辅助油泵，并投入联锁。查除氧器水位正常，水位调节正常。开启电泵前置泵进口电动门，准备启动电泵给锅炉上水。锅炉点火冲转后，升负荷负荷升至60MW时开启四抽电动总门及逆止门，做汽泵A、B启动前的准备。就地开启汽泵最小流量再循环隔离门。CCS将最小流量再循环调节门投自动。打开汽泵前置泵进口阀，启动前置泵，检查前置泵电流及出口压力正常。如图3.4，给水控制1画面。3.4给水控制2的CCS控制画面负荷升至120MW时，当给水量20%(约180t/h)时，关闭锅炉省煤器再循环阀。将锅炉给水由启动旁路切至主路(打开主给水阀，关闭启动旁路调节阀)。切换过程应力求平稳，减少对汽包水位的影响。由于主给水阀容

34、量较大，为此切换前应适当降低电泵转速。切换完成后汽包水位由电泵转速调节。给水流量25%时，给水控制自动由单冲量切至三冲量，此时应注意维持汽包水位，可在CCS菜单的给水2画面中将电泵转速投自动。如图3.5所示。随后启动一台汽动给水泵运行，调整好电泵与汽泵并列运行的负荷分配，汽泵启动时注意维持汽包水位。图3.5给水控制2的CCS控制画面负荷至180MW，启动另一台汽动给水泵，启动步骤同第一台。当两台汽泵均交给CCS调节后，逐渐均衡增加两台汽泵转速，同时降低电泵转速。当电泵出口压力小于给水母管压力后，停电泵并投入备用。汽泵、电泵切换过程注意维持汽包水位，当水位稳定后，可投入汽包水位自动调节。3.3

35、给水控制系统的逻辑分析3.3.1 给水控制系统逻辑简图如图3.6所示为给水控制系统的逻辑简图。系统总体设计思路为：当锅炉启动或低负荷时，由一台给水泵供水；高负荷时由两台给水泵供水，另外一台备用。给水调节系统在低负荷时，采用单冲量水位控制方式,由低负荷调节门给水；高负荷时采用给水串级三冲量控制方式，由主给水调节门给水。这是因为低负荷时用水量很少，水位波动较大，如此时用主给水管道给水，会降低调节精度，致使汽包水位不稳定；高负荷时锅炉用水量大，低负荷管路给水不能满足蒸发量，必须用主给水管道给水。因此，根据负荷变化，给水全程控制回路可分为：低负荷时单冲量给水控制；高、低负荷给水切换控制；高负荷三冲量给

36、水控制三部分。在机组负荷达到额定负荷25%时，低负荷调节门切换为主给水调节门工作，一台给水泵作定速运行，在切换过程中通过流量偏差修正功能保证切换时给水流量不致产生大的扰动。具体的方法是：当两个调节门状态均在手动时，不进行流量偏差修正；只有一个调节门状态在自动时，才进行流量偏差修正；正常使用中不允许两个调节门都工作在自动状态。图3.6给水控制系统逻辑简3.3.2 给水控制系统逻辑分析1、 全程控制的基本概念 所谓全程控制是指在机组正常运行、负荷变化以及启停过程中均能对被控参数进行自动控制。而给水全程自动控制系统是指对锅炉的给水量在机组正常运行、负荷变化以及启停过程中均能进行自动控制的系统。显然，

37、给水全程控制系统要比常规给水控制系统复杂。2、 给水流量的调节的实现方法， u 其一是通过改变调节阀门的开度来改变给水流量（即改变给水管道阻力的方法），特点：节流损失大，给水泵消耗功率多，不经济；  其二是通过改变给水泵转速来改变给水流量（即改变给水压力的方法），特点：经济，节流损失小，但要保证给水泵工作在安全工作区内。 现场中，单元机组的大型锅炉一般均采用第二种方法。3、 系统的组成 给水全程控制系统是由单冲量给水控制系统和串级三冲量给水自动控制系统组成的，两个系统之间随着机组负荷的变化通过无扰切换实现全程控制（

38、一般在额定负荷的30时进行切换）。在整个控制过程中，所采用控制手段依次为 显然，机组在高、低负荷下呈现不同的对象特性，要求给水全程控制系统能适应这种变参数的特性，主要是调节器的参数要随着被控对象特性的变化而自适应的调整，实际是一个自适应控制的问题。3.3.3给水全程控制系统分析1启动、冲转及带l5负荷此阶段采用单冲量控制系统，调节器采用水位单冲量调节器PID1，调节器将水位偏差进行运算处理,控制给水旁路调节阀开度，从而使汽包水位在给定范围内。此时A、B两汽动给水泵MA站强迫为手动状态，汽泵超弛全关，主给水截止阀关闭。此外，在该阶段电动给水泵接受PID2的控制信号，通过调节电泵转速来控

39、制给水泵出口与汽包之间的差压，以保证调节阀的线性度以及足够的给水压力，使汽包上水自如。2升负荷l530旁路阀开到80时，切换开启电动主截止阀，将旁路调节阀全开，关旁路截止阀。此时采用电泵单冲量控制系统。电泵接受单冲量调节器PID3的输出控制电动给水泵转速来调节给水量。当机组负荷升至20额定负荷，第一台汽动给水泵开始冲转升速。当负荷大于30MCR,汽泵转速达到3250rmin时，第一台汽动给水泵就可并入给水系统。而且系统也将切换到串级三冲量控制方式。3. 30l00负荷阶段,此阶段采用三冲量系统控制给水泵转速方案，这是控制系统的正常工况。 (1) 30%负荷阶段。可采用电泵三冲量控制系统，也可采

40、用汽泵三冲量控制系统。若为电泵三冲量控制系统，则调节器采用PID4、PID5;若为汽泵三冲量控制系统，则采用PID6、PID7。其中PID4和PID6为主调节器，PID5和PID7为副调节器。主调节器接受水位测量值和给定值，其输出中与蒸汽D相叠加作为副调节器的给定值，副调节器的测量值为给水量W。蒸汽流量信号D在这里的作用是作为给水流量指令的前馈信号，用以补偿汽包水位的变化和克服“虚假水位”。给水流量信号W的作用一方面是与蒸汽量信号D达到平衡，另一方面也可克服给水量的自发性扰动。主调节器的作用是使汽包水位等于给定值，起细调作用，副调节器的作用是快速克服给水的自发性扰动，使给水量等于蒸汽量，起粗调

41、作用。4.泵出口流量平衡控制回路模块11、PID8、T12、T13组成泵出口流量平衡控制回路，其目的是为了A、B两台汽泵之间流量平衡切换，即实现给水流量的自动转移，达到两台泵之间无扰切换的目的。当A泵和B泵流量不相等时，其偏差通过调节器PID8运算输出分别给两台泵一个D相叠加作为副调节器的给定加指令、一个减指令(6、7)，直到两台泵输出相等为止，通过PID8的设定值可人为调整两泵的负荷分配。此平衡回路起作用的前提是两泵均处于自动状态。本系统在设计中未设计泵出口流量测量装置，即两台泵的流量转移要人为进行，其原理同一般的两台并列运行的执行机构的工作原理。5.给水泵最小流量再循环电动给水泵和汽动给水

42、泵都设计有最小流量控制系统，通过给水再循环，保证给水泵出口流量不低于最小流量设定值，从而保证给水泵的工作特性在安全区内。图7-20 给水泵的流量-压力特性曲线给水泵在安全工作区内可在泵的流量-压力特性曲线表示出来，如图7-20所示。泵的安全工作区有6条曲线围成：泵的最高转数曲线和最低转数;泵的下限特性曲线和上限特性曲线;泵出口最高压力和最低压力。若泵的工作特点在上限特性曲线左侧，则给水流量太小将使泵的冷却水不够而引起等的汽蚀，甚至振动；若泵工作在下限特性曲线右侧，则泵在大流量下的压力太低，也会引起泵汽蚀。因此在整个给水全程控制过程中要采取适当的措施保证泵工作在安全经济工作区域内。在锅炉启动、停

43、炉或低负荷运行时，泵的工作点有可能落在上限特性之外。为防止出这种情况，通常采取的方法是在泵出口至除氧器水箱之问安装再循环管道，当泵的流量低于某一设定的最小流量时，再循环门自动开启，增加泵体内的流量，从而使低负荷阶段的给水泵工作点在上限特性曲线之内。随着机组负荷的逐渐增大，给水流量也会增大，当流量高于一定值时，再循环门将自动关闭。一般机组中给水泵最小流量控制系统是用PLC实现。给水泵启动前，必须投入最小流量在循环阀自动控制系统，给水泵启动后，其出口流量再循环阀的调节信号来自给水泵出口管道上流量装置的流量信号。当给水泵出口流量大于最小流量（148t/h）时，自动关闭再循环阀。给水泵在正常运行中，应

44、将最小流量阀控制方式，只有这样，当给水泵出口流量小于最小流量时，最小流量阀才可自动启动。当给水泵出口流量小于最小流量，而最小流量阀不开启时，延时10S给水泵跳闸。该部分内容在图中看不到。结 论本文主要介绍全程给水控制系统的基本概念以及涉及的一些知识，结合丰城电厂给水控制系统的SAMA图对其控制逻辑进行详细分析，从而更为熟悉国产300MW机组给水全程控制的运行流程及控制特点。 丰城电厂300MW机组给水控制是典型的汽动泵电动泵混合型给水系统。共有三台主给水泵，其中两台可变速的汽动泵在高负荷时应用，另一台是液力偶合器调节转速的电动给水泵，在单元机组启动及低负荷时应用。由于机组启动阶段不能得到稳定的汽源，先用电动泵通过控制转速维持给水母管压力，同时使用给水调节阀来调节给水量。为了保