锅炉给水调节系统

1、汽包锅炉给水自动调节系统第一节 给水调节任务与给水调节对象动态特性一、 给 水调节的任务汽包锅炉给水调节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。汽包水位反映了汽包锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系， 是锅炉运行中一个非常重 要的监控参数， 保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。 汽包水位过高， 会影响汽包内汽水别离器的正常工作， 造成出口蒸汽湿度过大 蒸汽带水 而使过热器管壁 结垢，容易导致过热器烧坏。同时，汽包出口蒸汽湿度过大蒸汽带水也会使过热汽温产 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， 则可能破坏锅炉水循环， 造成

2、水冷壁管烧坏而破裂。二、 给 水调节对象动态特性汽包水位是由汽包中的储水量和水面下的气泡容积所决定的， 因此但凡引起汽包中储水 量变化和水面下的气泡容积变化的各种因素都是给水调节的扰动。（1）给水流量扰动。这个扰动来自给水调节门的开度变化、省煤器可动喷嘴开关动作、给水压力变化、给水泵转速波动等引起锅炉给水量改变的一切因素。（2）蒸汽负荷扰动。这个扰动是指汽轮机负荷变化而引起的蒸汽流量的改变，它使水位发生变化。（3）锅炉炉膛热负荷扰动。 这个扰动主要是由锅炉燃烧率的变化改变了蒸发强度而引起的， 它影响锅炉的输出蒸汽流量和汽水容积中的气泡体积。给水调节对象的动态特性是指由上述引起水位变化的扰动与汽

3、包水位间的动态关系。 当 给水流量扰动时，水位调节对象的动态特性表现为有惯性的无自平衡能力特征，也就是说， 当给水流量改变后水位并不会立即变化。 给水流量增加， 一方面使进入锅炉汽包的给水量增 加；另一方面使温度较低的给水进入省煤器、 汽包及水循环系统， 吸收了原有饱和水中的一 部分热量，致使水面下气泡体积减小。当蒸汽流量扰动时， 汽包水位将出现 “虚假水位” 现象。原因是在蒸汽负荷突然增加时， 虽然锅炉的给水流量小于蒸发量，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 。因为在负荷变化的初始阶段，水面下的气泡体积变化 很快， 对水位变化起着主要影响作用。

4、 同时， 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气泡的体积变化， 所以实际的虚假水 位现象会更严重些。当燃料量扰动时， 例如燃料量增加使炉膛热负荷增强， 这时锅炉蒸发强度增大而使汽压 升高，即使蒸汽流量调节设备汽轮机调门不动，蒸汽流量也会有所增加。这样，蒸汽流 量大于给水流量， 水位应该下降。 但蒸发强度增大同样也使水面下气泡体积增大， 因此也会 出现虚假水位现象。一般， 给水流量变化作为维持水位的调节手段， 称在给水流量扰动下的对象动态特性为 内扰特性。对蒸汽负荷和炉膛热负荷扰动下的对象动态特性则称为对象的外扰特性。给水调节系统中，一般考

5、虑采用以主要扰动蒸汽流量 为前馈信号的前馈调节， 以改 善给水调节系统的调节质量。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， 是无法通过调节给水 流量来克服的。 如果在负荷扰动中， 汽包虚假水位变化过大而超出了运行允许范围， 则只有 通过限制负荷的一次突变量和变负荷速度来减小。第二节 给水自动主调节方案串级三冲量给水调节系统给水调节器根据汽包水位、 蒸汽流量和给水流量三个信号去调节给水流量。 其中水位是 主信号，水位升高时减少给水流量，水位降低时增加给水流量。蒸汽流量 D 和给水流量 W 是引起水位变化的原因扰动信号 ，把它们作为水位调节的前馈信号。当蒸汽流量D 改变时，调节

6、器立即动作适当地改变给水流量， 而当给水流量自发地变化时， 调节器也能立即动 作使给水流量恢复到原来的数值， 这样无疑会有效地控制水位的变化。 在水位 H 变化和蒸汽 流量D变化而引起调节器动作时， 给水流量信号 W又是调节器动作的反馈信号。由于采用了蒸汽流量信号D,当负荷改变时就有一个使给水量与负荷同方向变化的信号，从而减少或抵 消了由于“虚假水位”现象而使给水量向与负荷相反方向变化的趋势。参见MCS1-图SH157。汽包水位H简图：串级给水调节系统方框图主调节器采用PI调节规律，以保证汽包水位无静态偏差，主调节器的输出信号和给水、 蒸汽流量信号都作用到副调节器上。一般串级调节系统的副调节器

7、可采用比例调节器，以保证副回路的快速性。主要是因为副回路是具有近似比例特性的快速随动系统，以使副回路具有快速消除内扰及快速跟踪蒸汽流量的能力。这样，串级系统主、副调节器的任务不同，副调节器的任务是用以消除因给水压力波动等因素引起的给水流量的自发扰动以及当蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量，以保证给水流量和蒸汽流量平衡。主调节器的任务是校正汽包水位偏差。单冲量调节就是调节器仅仅根据汽包水位信号H去调节给水量。这个时候要特别注意 锅炉水位“虚假水位”现象。只有电动给水泵具有单冲量自动调节功能，汽动给泵不具备条件。 在三冲量条件不成立时，汽动给泵控制强制手动方式。第三节给水全程调节系统1/2U给水系统有

8、三台给水泵，两台容量为50%的汽动给泵由小机转速变化调节给水量和一台容量为 25%的电动给泵用给水调节阀调节给水量。在给水泵的出口有再循环管，给水泵的出水可以通过此管路打回除氧器，以保证在低负荷时泵的最小流量。简图锅炉给水系统对给水调节系统，要求在锅炉启、停过程、正常运行及事故处理中均能控制锅炉的进水 量，保持汽包水位在允许范围内，实现全程自动调节。在锅炉正常运行阶段给水调节采用三冲量调节方式，通过改变汽动给水泵转速来调节给水量；在锅炉起动、低负荷阶段或FCB等事故情况下，给水调节为单冲量方式。 在使用电动给水泵时调节电动泵出口给水调节阀开度来调节给水流量。锅炉起动时的单冲量给水调节系统，一直

9、工作到锅炉负荷升到 20%额定负荷根据主蒸汽量信号，汽动给泵投入并通过转速变化来调节给水量，给水调节系统即切换为三冲量方 式。当汽动给泵投入可靠后，并且给泵的流量控制手/自动开关已置于自动侧后，电动泵给水调节阀逐渐关闭，起动作用的电动给泵停运。低负荷时的单冲量控制方式和正常负荷范围时的三冲量控制方式的切换是自动进行的。一、信号的校正锅炉从启动到正常运行的过程中，蒸汽参数和负荷在很大范围内变化，这就使水位、给水流量和蒸汽流量的测量准确性受到影响。为了实现全程调节，首先必须保证在各种工况下都能得到正确的水位信号、 蒸汽流量信号和给水流量信号，所以需要对这些测量信号进行压力、温度变化的自动校正。1汽

10、包水位的校正参见 MCS-1图SH154、155。对汽包锅炉通常利用压差原理来测 量其水位。锅炉从启、停到正常负荷的整个运行范围内，汽包压力变化很大，汽包内饱和蒸汽和饱和水密度的变化也很大，这样就不能直接用压差信号来代表水位，对大容量锅炉这个误差尤其严重，故必须根据汽包压力对所测量到的水位差信号进行修正，才能得到反映真实水位的信号。水位H是差压和汽、水密度的函数。H= Ki-K2Pd-A P/f Pd2蒸汽流量的校正参见 MCS-1图SH6。过热蒸汽流量通常采用标准节流装置进行测量，测量流量与装置输出差压间的关系表达：D=K A Pg，没有采用修正。3给水流量的校正。对给水流量的测量只需采取温

11、度校正。假设给水温度变化也不大 的话，则可不必对给水流量进行校正。系统没有采用。二、给水单冲量调节方式在启、停及低负荷阶段采用单冲量、高负荷时采用三冲量的结构。1、概述在正常工况下，给水调节采用三冲量调节方式，但在锅炉启停阶段， 或者在机组发生局部事故需要转入低负荷运行时，给水流量和蒸汽流量的测量精确度很差，另外在机组启动过程中，由于暖管操作需要消耗一部分蒸汽，此时给水流量和蒸汽流量测量值已不能反映汽包输入与输出之间的物质平衡关系。因此，在这些情况下都采用单冲量调节方式。2、电泵给水调节阀门切换在以控制电动泵出口阀门开度来调节汽包水位的单冲量调节系统中，为了得到平滑的流量控制，所以在电动给泵出

12、口设置了2只并联的调节阀主阀和付阀。起动时，调节器控制通流能力较小的付阀， 当给水量增大到一定值时， 系统自动切换到通流能力较大的主阀 的控制。图 5 - 4- 52由于王阀即使是微小的开度也会有相当的流 量通过，为使调节门切换时流量平稳，所以主阀与 副阀切换时考虑有一定的重叠度调节裕度上述主阀与付阀的切换顺序是通过逻辑电路 图5-4-53自动实现的：增加时： 付阀开度在 90%以下时，一直处于自动调节 状态； 付阀开度在 70%以下时，主阀处于强制关闭 状态； 当付阀开度70%时，主阀开始强制开后， 并保持20%助开度; 当付阀开度90%寸，保持此开度不变，主阀投入自动调节状态。减小时： 付

13、阀保持90%开度，主阀自动调节； 主阀开度V 20%付阀开度V 90%寸，增加指令由主阀接受，减小指令由付阀接受; 付阀开度V 90%主阀保持20%f度，付阀参予自动调节； 付阀开度V 20%主阀强制全关，付阀自动调节 。3、汽包压力对调节器参数的校正参见MCS-1图SH160在单冲量给水调节系统中还考虑了汽压变化时调节器参数校正的功能。因为通过给水阀的流量W不仅与开度有关，且与阀门两端压力有关，在同样的阀门开度时， 汽包压力不同,给水流量就会不同。 所以需要考虑压力修正。 压力修正是通过改变调节器的比例增益来实现 的。当汽包压力降低时，为了保持住某一给水量W，阀门开度应相应减小；汽包压力升高

14、时，为了保持住某一给水量 W，阀门开度应该相应增大。图汽包压力对调节器参数的校正4、电泵给水调节强制手动条件参见MCS-1图SH163主阀全关副阀全关 电泵停止 电泵给水调节强制手动汽包水位信号异常 汽包水位设定值与实际偏差大 主阀指令与反馈偏差大副阀指令与反馈偏差大一三、三冲量给水调节方式锅炉负荷增加到 20%额定负荷根据主蒸汽流量信号时，给水调节系统自动地从单 冲量方式切换为三冲量方式。这是一个串级调节系统。汽包水位是调节主信号， 主蒸汽流量作为先行信号，代表与负荷相应的给水需求量，总给水量作为反馈信号，总给水流量W是进入锅炉的给水量和进入过热器减温的喷水流量相加而成。水位信号加到给水调节

15、器、它的输出与蒸汽流量信号D、给水流量信号 W叠加成为给水主指令，通过平衡模块分配后，分别加到三个平行的流量调节回路，调节各台给泵的流量。1、流量调节回路参见 MCS-1图SH158、159、160流量调节回路是具体实现给水流量调节的控制回路，它使给水量与主调节器输出的给水主指令相适应。三个流量调节回路的结构是相似的，下面以A泵汽动给泵为例说明之。A泵流量调节回路接受平衡模块输出的给水主指令，再附加给水偏置流量信号，再循环流量校正信号，经过函数器 f(x)转换后，通过逻辑执行回路，作用到脉冲马达 已无脉冲马达，去控制汽动泵的转速。设置函数器f(x)是因为汽动给泵输出流量与流量调节器的控制信号之

16、间的关系是非线性的，为使控制信号和给泵的流量关系线性化，所以设置了函数器。2、再循环流量修正参见 MCS-1图SH158、159、160在负荷较低时，为防止给水泵在低流量运行发生过热现象，为此在给泵的出口到除氧器之间设置再循环管。流量小于一定值应为143T/H丨时，再循环管上自动隔绝阀联锁自动打开。为消除该阀动作时对给泵流量控制的影响，在流量调节器回路中设置了再循环流量补偿回路。它由信号发生器、切换开关和惯性延迟器LAG超前/滞后环节组成。当再循环门打开时，就有一个与再循环水流量相当的流量信号由信号发生器予先整定好的信号通过切换开关直接加到流量调节器上，使给水泵流量指令增大，以保持给泵出口真正

17、进入锅炉的给水量仍与给水主指令相符合实际进入锅炉的给水量=前置泵流量一再循环流量。如果没有补偿回路。当再循环门打开时，给泵实际向锅炉提供的水量就减少了，这虽可以通过总给水量信号减小值反映出来，但在流量控制回路上增加了上述补偿回路，就能更快地消除这类扰动。电动给泵再循环流量修正只有在三冲量调节方式下才起作用，单冲量调节方式下仅跟据汽包水位来调节。3、偏置信号参见 MCS-1图SH157在两台汽动给泵和一台电动给泵流量控制回路的输入指令中，还加入了由设定器设置的偏置信号，目的是实现在泵并列运行时，可以由运行人员根据具体运行情况改变给泵之间 的流量分配。四、单冲量/三冲量给水调节方式切换参见 MCS

18、-1图SH163锅炉起动、低负荷时的单冲量调节方式与正常运行时的切换是通过逻辑控制回路自动 地进行的。主蒸汽流量与给水流量偏差正常 给水流量信号正常 主蒸汽流量信号正常 三冲量条件无FCB动作信号 主蒸汽流量20%额定当系统满足三冲量条件时， 投入汽动给泵的 MCS自动方式，可以使汽动给泵接受 MCS 控制指令，否则也是不行的。当系统三冲量条件不成立时，小机强制MCS手动方式。虽然在正常情况下，用电泵给水调节门调节给水量仅用于起动及低负荷阶段，但考虑到汽动给泵故障及其它故障状态下，电动给泵仍能参与给水泵调节工作，所以在给水自动调节系统中考虑了三台泵不管如何组合均能投入自动的可能。因此无论系统是

19、处于三冲量方式还是处于单冲量方式时，电动给泵的出口给水调节门均能接受调节器的指令调节汽包水位。当电动泵给水流量控制由单冲量 三冲量切换时，为了实现无扰动，设置了 跟踪回路。五、事故状态下给水控制系统的功能1、RB发生时参见 MCS-1图SH163RB的发生，说明锅炉主要辅机出现严重故障，为了确保运行安全，应将能运行的给泵都投入自动方式，给水调节系统通过A B C三台泵流量调节的控制逻辑回路实现了这种功能。只要RB信号一出现，给水调节系统通过其逻辑回路把原来不处于自动方式的给泵切 到三冲量强制自动方式包括电泵给水调节强制自动。2、FCB 发生时参见 MCS-1 图 SH158、159、164FCB发生时，锅炉应快速减负荷至30%，由于负荷很低，汽动给泵不能参与给水调节强制手动方式，所以需要退出调节，而处于保持最低转速运行维持再循环流量的准 备状态，电动给水泵自动起动，FCB时的给水自动调节主要靠调节容量较小的电动泵出口给水调节阀进行。所以FCB发生时： 汽动泵A、