第二章 锅炉控制2

1、2-42-4汽包锅炉给水控制系统汽包锅炉给水控制系统 2-42-41 概述概述 一、给水控制任务一、给水控制任务 使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内，同时保持维持汽包水位在规定的范围内，同时保持稳定的给水流量。稳定的给水流量。 汽包水位是一个重要的监控参数，反映汽包水位是一个重要的监控参数，反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。 水位高：水位高： 水位过低水位过低 ：二、对象特性二、对象特性 给水给水省省煤煤器器汽包汽包给水调节阀给水调节阀过热器过热器过热蒸汽过热蒸汽水水循循环环管管路路图图1

2、11 给水调节对象结构示意图给水调节对象结构示意图三个主要扰动因素：三个主要扰动因素：给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷扰动给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷扰动 1、给水流量扰动下水位的动态特性、给水流量扰动下水位的动态特性 图图112给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线给水流量阶跃扰动下的水位响应曲线t0WWBA1t0HH32)1 (1)()()(sssssWsHsGHW+HWss12、蒸汽流量扰动下的水位动态特性、蒸汽流量扰动下的水位动态特性 图图114 蒸汽流量阶跃扰动下的水位响应曲线蒸汽流量阶跃扰动下的水位响应曲线t0DDH1t0HHH2ssTKsDsHsGHD221)()()(+_HDsTK2

3、21 s3、炉膛热负荷扰动下水位动态特性、炉膛热负荷扰动下水位动态特性 Dt0BBt0HH图图116 燃料量扰动下的水位特性燃料量扰动下的水位特性2-4-22-4-2 给水流量调节方式给水流量调节方式 一、节流调节方式一、节流调节方式 图图117 节流调节系统示意图节流调节系统示意图给水给水定速泵定速泵调节阀调节阀省省煤煤器器汽包汽包过热器过热器过热蒸汽过热蒸汽调节器调节器高压加热器高压加热器HVV=100%n=c管路性能曲线管路性能曲线泵特性曲线泵特性曲线AMBWWBWAWV=5图图11-8 节流调节原理节流调节原理二、给水泵调速方式二、给水泵调速方式 变速泵变速泵图图119 水泵变速调节系

4、统示意图水泵变速调节系统示意图给水给水高压加热器高压加热器过热蒸汽过热蒸汽省省煤煤器器汽包汽包过热器过热器调节器调节器图图11-10水泵变速调节原理水泵变速调节原理HnmaxMAnminB管路性能曲线管路性能曲线泵特性曲线泵特性曲线WWminWmaxW调速泵有：调速泵有：（1）电动调速泵，原动机是定速电动机，电）电动调速泵，原动机是定速电动机，电动机与水泵之间的轴联接采用液力联轴器，动机与水泵之间的轴联接采用液力联轴器，改变液力联轴器中的油位高度即实现水泵改变液力联轴器中的油位高度即实现水泵转速的改变。转速的改变。（2）汽动调速泵，动力是小汽轮机，改变小）汽动调速泵，动力是小汽轮机，改变小汽轮

5、机的进汽流量实现给水泵转速的改变。汽轮机的进汽流量实现给水泵转速的改变。小汽轮机转速由独立的小汽轮机转速由独立的MEH控制。控制。三、组合方式三、组合方式 300MW及以上机组，采用节流调节方式和给水泵调速方及以上机组，采用节流调节方式和给水泵调速方式相组合的方式调节给水量。式相组合的方式调节给水量。 在低负荷阶段利用电动给水泵保证泵出口与汽包之间的差在低负荷阶段利用电动给水泵保证泵出口与汽包之间的差压（或泵出口压头），由给水调节阀（或给水旁路调节阀）压（或泵出口压头），由给水调节阀（或给水旁路调节阀）来调节给水流量，进而控制汽包水位；来调节给水流量，进而控制汽包水位； 在负荷超过某一值（对应

6、的给水流量需求接近调节阀的最在负荷超过某一值（对应的给水流量需求接近调节阀的最大通流能力）且汽动给水泵尚未启动时，由电动调速给水大通流能力）且汽动给水泵尚未启动时，由电动调速给水泵来调节给水流量，进而控制汽包水位；泵来调节给水流量，进而控制汽包水位； 在汽动给水泵启动后，逐步由电动调速给水泵过渡到汽动在汽动给水泵启动后，逐步由电动调速给水泵过渡到汽动给水泵来调节给水流量。电动给水泵只在机组启动阶段或给水泵来调节给水流量。电动给水泵只在机组启动阶段或汽动给水泵故障时使用。汽动给水泵故障时使用。2-4-32-4-3 给水控制基本方案给水控制基本方案 一一 、单冲量给水控制系统、单冲量给水控制系统

7、图图111111 11 单冲量给水控制系统单冲量给水控制系统汽包水位汽包水位PID水位给定值水位给定值调节机构调节机构二二. 串级三冲量给水控制系统串级三冲量给水控制系统 图图1113 串级三冲量给水控制系统串级三冲量给水控制系统过热器过热器省省煤煤器器汽包汽包蒸汽流量蒸汽流量DpDPID1pKzpWPID2给给水水流流量量WWKDWWHHSHGHD(s)DDKZGHW(s)Gc1(s)Gc2(s)图图11-14 串级三冲量給水控制系统原理框图串级三冲量給水控制系统原理框图HWGHW(s)H1/WWGc1(s)图图11-16 主回路等效方框图主回路等效方框图WWDD2-4-4 给水全程控制 一

8、、全程控制概述一、全程控制概述 是指单元机组在启停过程和正常运行时是指单元机组在启停过程和正常运行时均能实现自动控制的系统。均能实现自动控制的系统。二、对给水全程控制系统的要求二、对给水全程控制系统的要求（1）对测量信号进行压力、温度校正。）对测量信号进行压力、温度校正。（2）保证给水泵工作在安全工作区内。）保证给水泵工作在安全工作区内。（3）保证控制系统切换应是双向无扰的。）保证控制系统切换应是双向无扰的。（4）需解决好阀门与调速泵间过渡切换问题。）需解决好阀门与调速泵间过渡切换问题。（5）适应机组定压运行和滑压运行工况，必）适应机组定压运行和滑压运行工况，必须适应冷态启动和热态启动情况。须

9、适应冷态启动和热态启动情况。 三、信号测量校正三、信号测量校正 1. 汽包水位测量汽包水位测量 图17 单室平衡容器水位测量示意图 平衡容器输出差压平衡容器输出差压p为为 ()()()awsaswspppLHLHLH )()(swsapLH)(1bsapf)(2bswpf)()(21bbpfpLpfH 由于汽包中心水位线与联通管下部开孔中心垂直距离为由于汽包中心水位线与联通管下部开孔中心垂直距离为B mm，因此，汽包中相对于中心水位线的水位为，因此，汽包中相对于中心水位线的水位为aBHha为修正值为修正值 图18 密度与汽包压力关系 图19 差压汽包水位测量原理图 2. 给水流量测量给水流量测

10、量 每台给水泵入口设有流量孔板，测量单台给水泵流量。在主每台给水泵入口设有流量孔板，测量单台给水泵流量。在主给水管道上设有给水流量喷嘴，测量进入锅炉的主给水流量。给水管道上设有给水流量喷嘴，测量进入锅炉的主给水流量。Wkp0),(pptkW只考虑温度只考虑温度 修正修正3. 蒸汽流量测量蒸汽流量测量 弗留格流量计算公式是目前应用于蒸汽流量计算中较为普遍的方法。弗留格流量计算公式是目前应用于蒸汽流量计算中较为普遍的方法。（1）在所考虑的变动工况范围内，当级组内的各级隔板喷嘴和动叶栅）在所考虑的变动工况范围内，当级组内的各级隔板喷嘴和动叶栅中的汽流均未达到临界状态时，且有背压的汽轮机组，则中的汽流

11、均未达到临界状态时，且有背压的汽轮机组，则10120220122210TTppppDD式中式中D0参考工况下级组内的蒸汽流量，参考工况下级组内的蒸汽流量，kgh； p01参考工况下级组前的蒸汽压力，参考工况下级组前的蒸汽压力，MPa； T01参考工况下级组前的蒸汽温度，参考工况下级组前的蒸汽温度，K； P02参考工况下级组后的蒸汽压力，参考工况下级组后的蒸汽压力，MPa； D变动工况下级组内的蒸汽流量，变动工况下级组内的蒸汽流量，kgh； P1变动工况下级组前的蒸汽压力，变动工况下级组前的蒸汽压力，MPa； T1变动工况下级组前的蒸汽温度，变动工况下级组前的蒸汽温度，K； P2变动工况下级组后

12、的蒸汽压力，变动工况下级组后的蒸汽压力，MPa。 （2）而当在所考虑的变动工况范围内，当级组内始终有）而当在所考虑的变动工况范围内，当级组内始终有一列或一列以上的喷嘴或动叶栅中的汽流处在临界状一列或一列以上的喷嘴或动叶栅中的汽流处在临界状态或超临界状态时，由于级组后的蒸汽压力的变化不态或超临界状态时，由于级组后的蒸汽压力的变化不可能对级组前的蒸汽压力状态产生影响，且背压为真可能对级组前的蒸汽压力状态产生影响，且背压为真空的机组，这时空的机组，这时 1010110TTppDD某某300MW机组的蒸汽流量计算公式为机组的蒸汽流量计算公式为 01110100111010273273ppttDppTT

13、DD D主蒸汽流量，主蒸汽流量，th； D0额定工况下的主蒸汽流量，为额定工况下的主蒸汽流量，为985th； p1调速级压力；调速级压力； p01额定工况下的调速级压力，额定工况下的调速级压力， 1316MPa ； t1调速级温度，调速级温度，； t01额定工况下的调速级温度额定工况下的调速级温度, 5406； 以上关系式确定的首要前提是：汽机通流部分以上关系式确定的首要前提是：汽机通流部分的结构特征保持不变。当汽机通流部分由于叶片的结构特征保持不变。当汽机通流部分由于叶片表面结垢、破损、变形或动静部分间隙发生变化表面结垢、破损、变形或动静部分间隙发生变化而导致汽道面积改变时，应用上述公式计算

14、所得而导致汽道面积改变时，应用上述公式计算所得的数值中会附带有相应的误差。所以要以汽机运的数值中会附带有相应的误差。所以要以汽机运行及其性能试验中实测的数据为准。行及其性能试验中实测的数据为准。 四、给水泵运行问题四、给水泵运行问题 保证泵的安全工作区是首先要考虑的问题。保证泵的安全工作区是首先要考虑的问题。图20 给水泵的安全工作区 因此，采用变速泵构成给水全程控制系因此，采用变速泵构成给水全程控制系统时，一般会有：统时，一般会有： （1）给水泵转速控制系统：根据锅炉负荷要求，）给水泵转速控制系统：根据锅炉负荷要求，调节给水泵转速，改变给水流量；调节给水泵转速，改变给水流量；（2）给水泵最小

15、流量控制系统：低负荷时，通过）给水泵最小流量控制系统：低负荷时，通过水泵再循环办法来维持水泵流量不低于设计要求水泵再循环办法来维持水泵流量不低于设计要求的最小流量值，以保证给水泵工作点不落在上限的最小流量值，以保证给水泵工作点不落在上限特性曲线的外边；特性曲线的外边；（3）流量增加闭锁回路（或给水泵出口压力控制）流量增加闭锁回路（或给水泵出口压力控制系统），保证给水泵工作点不落在最低压力线下系统），保证给水泵工作点不落在最低压力线下和下限工作特性曲线之外。和下限工作特性曲线之外。五、全程给水一般控制方案五、全程给水一般控制方案 300MW以上机组通常配置以上机组通常配置3台给水泵：台给水泵：（

16、1）电动给水泵）电动给水泵1台，容量为额定容量的台，容量为额定容量的25或或30，一，一般是作为启动泵和备用泵；般是作为启动泵和备用泵；（2）汽动给水泵两台，容量各为额定容量）汽动给水泵两台，容量各为额定容量50，正常运行，正常运行时用。时用。 汽包锅炉给水控制系统包括汽包水位控制系统和给水汽包锅炉给水控制系统包括汽包水位控制系统和给水泵（电动和汽动给水泵）最小流量控制系统。泵（电动和汽动给水泵）最小流量控制系统。 为适应机组的各种运行方式，汽包水位控制系统设计为适应机组的各种运行方式，汽包水位控制系统设计为多回路变结构控制系统。为多回路变结构控制系统。 1测量系统测量系统 ),(bppfH（

17、1）汽包水位测量）汽包水位测量 （2）主蒸汽流量测量）主蒸汽流量测量 ),(1sTpfD （3）主给水流量测量）主给水流量测量 ),(WTpfWniiTWWW12汽包水位控制系统汽包水位控制系统 图图21 汽包水位全程控制系统原理性功能框图汽包水位全程控制系统原理性功能框图f(x)A汽包压力汽包压力pb汽包水位汽包水位f(x)给水旁路调节阀给水旁路调节阀蒸汽流量蒸汽流量泵出口压力泵出口压力Tf(x)电动给水泵电动给水泵BALANCERAA给水流量给水流量Tf(x)汽动给水泵汽动给水泵ATf(x)汽动给水泵汽动给水泵BAPID1PID2PID3PID4PID5TAAAT2T1（1）旁路阀单冲量控

18、制回路旁路阀单冲量控制回路 （2）电动给水泵转速单冲量控制回路电动给水泵转速单冲量控制回路 （3）给水泵转速三冲量控制回路给水泵转速三冲量控制回路 3. 给水泵最小流量控制系统给水泵最小流量控制系统 图图11-22 给水泵最小流量控制系统原理给水泵最小流量控制系统原理图图NTf(x)循环回路调节阀循环回路调节阀泵入口流量泵入口流量APID泵最小流量泵最小流量给定值给定值Y100%A0%T1T2AA流量小于某定值流量小于某定值流量大于某定值流量大于某定值YN11 5 600MW机组给水全程控制实例机组给水全程控制实例一、给水热力系统及调节机构一、给水热力系统及调节机构 图23给水热力系统示意图去汽轮机去旁路主给水电动截止阀给水旁路调节阀高压加热器电动给水泵汽动给水泵B汽包省煤器给水旁路电动截止阀汽动给水泵A除氧器再循环过热器给水流量减温水阀二、给水控制系统二、给水控制系统 水位差压信号p1K水位差压信号p2K水位差压信号p3Kf1(x)f2(x)MEDIANSELECT汽包压力pb1汽包压力pb2汽包压力pb3MEDIANSELECT汽包水位H图24 汽包水位测量回路12()()bbHk fpp fp 图25 主蒸汽流量测量回路+主汽温T11/2主汽温T12f(x)MEDIANSELECT汽机第