【正文】 ....34 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） V 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 控制系統(tǒng)的意義 火力發(fā)電廠在我國電力工業(yè)中占有主要地位，是我國的重點能源工業(yè)之一。大型火力發(fā)電機(jī)組具有效率高、投資省、自動化水平高等優(yōu)點，在國內(nèi)外發(fā)展很快。給水控制系統(tǒng)是火電廠非常重要的控制子系統(tǒng)。汽包水位是鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，同時它還是衡量鍋爐汽水系統(tǒng)物質(zhì)是否平衡的標(biāo)志，因此水位控制系統(tǒng)一直受到重視。 隨著機(jī)組容量的增大，運(yùn)行參數(shù)的不斷提高，對汽包水位的控制品質(zhì)要求也會越高，為了機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要采用設(shè)計更合理、功能更完善的控制系統(tǒng)，給水自動控制系統(tǒng) 可以大大減輕運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，汽包水位的穩(wěn)定性也得到極大的提高，保障了機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。 在 王進(jìn) 的“ 汽包水位控制 ” [1]中 介紹和分析了汽包鍋爐給水對象的動態(tài)特性以及鍋爐水位控制策略，探討了汽包鍋爐在熱工控制上的技術(shù)特點。對于汽包鍋爐而言，汽包水位是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)，保持水位在一定的范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的首要條件，水位過高、過低、都會給鍋爐及蒸汽用戶的安全操作帶來不利的影響。 在 徐春梅，張浩，楊平 的“ 汽包水位串級三沖量非線性 PID 控制系統(tǒng) ” [2]中 針對鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的特點 ，提出了基于非線性 PID 控制器 (NLPID)的汽包水位二三沖量串級控制方案。在串級控制中，內(nèi)回路采用 P 控制以快速消除給水?dāng)_動，外回路采用非線性PID 控制以保證汽包水位穩(wěn)定在給定值，并有效克服蒸汽流量的擾動 該控制策略結(jié)構(gòu)和算法簡單，通過仿真結(jié)果驗證，相對于常規(guī)串級 PI— P 控制方案，該控制方案具有良好控制品質(zhì)和較強(qiáng)的魯棒性，可有效克服蒸汽流量擾動和給水流量擾動。且在對象參數(shù)變化較大時仍能獲得穩(wěn)定的調(diào)節(jié)品質(zhì)。 在 吳小亮，代芳 的“ 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鍋爐汽包水位控制器的設(shè)計 ” [3]中 將模糊網(wǎng)絡(luò)理論引入鍋爐汽 包水位控制系統(tǒng)中，以解決水位穩(wěn)定性控制的問題，針對 DSP 具有高速運(yùn)算能力的特點，采用 TMS320LF2407 對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、運(yùn)算處理，試驗結(jié)果證明了其時效性。使水位顯示具有較好的實時性，而且實驗室模擬鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的水位誤差很小，不超過 5 mm。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 在 吳小亮，代芳 的“ 基于無模型自適應(yīng)改進(jìn)算法的汽包水位控制 ” [4]中 ：在基本無模型白適應(yīng)控制算法的基礎(chǔ)上，對算法進(jìn)行改進(jìn)，并在 MatlabSimulink 平臺上開發(fā)無模型自適應(yīng)控制器，對汽包水位進(jìn)行控制。仿真結(jié)果表明．改進(jìn)算法的無模型自適應(yīng)控翻響應(yīng)速 度更快，穩(wěn)定性更好。 在 朱少華，李 智 的“ 基于模糊自整定 PID 的鍋爐汽包水位控制研究 ” [5]中介紹 火電廠鍋爐的汽包水位在負(fù)荷變動較大的情況下，采用傳統(tǒng)的 PID 控制效果并不理想。為此，將模糊自整定控制引入鍋爐汽包水位的三沖量控制系統(tǒng)中，同時設(shè)計了模糊控制器，很好地實現(xiàn)了 PID 控制器參數(shù)的在線調(diào)整。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)的動態(tài)性能好，自適應(yīng)能力強(qiáng)，控制效果良好。 在 陳建國 的“ 300MW 機(jī)組給水系統(tǒng)優(yōu)化改造的實踐與思考 ” [6]中 通過對目前火電廠300MW 機(jī)組給水系統(tǒng)的配置及運(yùn) 行情況進(jìn)行分析 ,發(fā)現(xiàn)如果采用給水泵汽輪機(jī)備用汽源改造等措施 ,可以成功實現(xiàn)機(jī)組無電泵啟動 ,這為提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性和啟停機(jī)的靈活性提供了新的思路。在此基礎(chǔ)上 ,引出了大型火電機(jī)組是否有必要配置電動給水泵的思考 ,并提出了在條件合適的機(jī)組上取消配置電動給水泵的建議。 在 鄭國強(qiáng) 的“ 300MW 機(jī)組給水系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化 ” [7]中 主要分析茂名熱電廠 I*300MW機(jī)組給水最小流量閥在給水邏輯臨界流量負(fù)荷時，采取的人為干預(yù)的方法對運(yùn)行方式產(chǎn)生的影響。給水泵最小流量保護(hù)裝置在火電廠中盡管占得比重比較小，但她的正常投入和運(yùn)行，及合理的改變運(yùn)行方式，卻對給水泵的安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及設(shè)備的安全運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。茂名熱電廠 6 機(jī)組在臨界給水再循環(huán)工況下采取的切換最小流量閥運(yùn)行方式的辦法是可行并且是有效地。 在 鄭煒 的“ 珠江電廠 300MW 機(jī)組給水自動控制系統(tǒng)改進(jìn) ” [8]中 介紹了珠江電廠給水自動控制系統(tǒng)存在的問題，通過改進(jìn)，一電一汽并列運(yùn)行時可投給水自動，并可投給水全程自動。通過對給水全程自動控制系統(tǒng)的改進(jìn)，使鍋爐汽包水位的穩(wěn)定得到了較大的保證，減輕了運(yùn)行人員的操作強(qiáng)度，并能夠滿足機(jī)組協(xié)調(diào)控制及特殊工況下對汽包水位控制的要求，有力地保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。 在 潘廣立，馮瓊，馮平平 的“ 鍋爐給水系統(tǒng)的改造 ” [9]中提出 鍋爐給水系統(tǒng)的改造的實施關(guān)鍵是解決了硫化熱水池?zé)崴刑亢凇⒛z沫、懸浮油脂等的過濾問題，并將其回收用于除氧器供水；完善凝結(jié)水回收系統(tǒng)、回收利用鍋爐排污的熱量，使除氧器的上水溫度由華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 20℃ 提高到 87℃ ，降低了鍋爐排污率，節(jié)約了大量能源。 在 羅洋 的“ 汽泵全程給水在國產(chǎn) 300MW 機(jī)組上的應(yīng)用 ” [10]中 以國電安順發(fā)電有限公司一期 1 號 2 號機(jī)組為例，介紹了國產(chǎn) 300MW 機(jī)組給水系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行情況，分析了國產(chǎn)300MW 機(jī)組給水系統(tǒng)運(yùn)行方式所存在的問題，進(jìn)行了給水系統(tǒng)運(yùn)行方式的改進(jìn)，對機(jī)組啟停時全程應(yīng)用汽動給水泵控制鍋爐上水進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論。經(jīng)過改造后，很大程度的降低了廠用電耗、提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性。同時為國內(nèi)同類型機(jī)組使用汽泵全程給水提供了一定的參考價值。 在 王祥薇 的“ 300MW 火電機(jī)組仿真機(jī)給水調(diào)節(jié)方案的改進(jìn) ” [11]中 針對仿真機(jī)調(diào)試過程中有關(guān)給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)原控制方案存在的設(shè)計缺陷進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)方案，對仿真機(jī)有關(guān)設(shè)計模塊和程序進(jìn)行修改后，給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)大大提高，實現(xiàn)了 原來不能實現(xiàn)的保護(hù)功能：后又在生產(chǎn)實踐中得到進(jìn)一步證實，說明了仿真機(jī)不僅能進(jìn)行崗位培訓(xùn)．還具有很強(qiáng)的調(diào)試試驗功能。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二章 給水控制系統(tǒng)原理 給水系統(tǒng)是發(fā)電廠熱力系統(tǒng)的重要組成部分 ,因此在任何情況下都要保證不間斷向鍋爐供水。其中 ,工質(zhì)流量大、壓力高 ,對發(fā)電廠安全、經(jīng)濟(jì)、靈活運(yùn)行至關(guān)重要 .。給水泵是給水系統(tǒng)的心臟 ,為工質(zhì)的傳送提供動力。傳統(tǒng)小容量機(jī)組一般采用定速泵配合給水操作平臺的方式工作 . 隨著單機(jī)容量不斷增大 ,操作平臺中調(diào)節(jié)閥承受的壓力差越來 越大 ,節(jié)流損失越來越嚴(yán)重 ,安全性和經(jīng)濟(jì)性也就得不到保障 .。為此 ,現(xiàn)代大容量火電機(jī)組大都采用變速給水泵 ,一般采用汽動給水泵作為運(yùn)行泵 ,電動給水泵僅在啟動階段或事故情況下使用 ,正常運(yùn)行工況下作為備用泵。 國產(chǎn)引進(jìn)型 300MW火力發(fā)電機(jī)組的給水系統(tǒng)的基本配置是采用二臺 50 %容量的汽動給水泵及一臺 50 %(有些機(jī)組采用 30 %) 容量的電動給水泵 ,給水系統(tǒng)不設(shè)主給水調(diào)整平臺 ,考慮啟動需要 ,在電泵出口閥處設(shè) 15 %BMCR調(diào)節(jié)閥 ,以滿足機(jī)組啟動前的小流量的需求。其設(shè)計的思路是 :在起動時采用電動給水泵 ,當(dāng)負(fù)荷 升至 20 %～ 30 %時 ,逐漸切換至汽動給水泵運(yùn)行。 正常運(yùn)行時 ,由兩臺汽動給水泵提供鍋爐的全部給水量。當(dāng)一臺汽泵故障時 ,電泵自動投入 ,可滿足鍋爐約 80 %～ 90 %MCR負(fù)荷的給水量。 對于汽包鍋爐而言，汽包水位是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)，保持水位在一定的范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的首要條件，水位過高、過低、都會給鍋爐及蒸汽用戶的安全操作帶來不利的影響。首先，水位過高，會影響汽包內(nèi)的汽水分離，飽和水蒸汽將會帶水過多，導(dǎo)致過熱器管壁結(jié)垢并損壞，使過熱蒸汽的溫度嚴(yán)重下降。如以此過熱蒸汽帶動氣輪機(jī)，則將因蒸汽帶 液損壞汽輪機(jī)的葉片，造成運(yùn)行的安全事故。然而，水位過低，則因汽包內(nèi)的水量較小，而負(fù)荷很大，加快水的汽化速度，使汽包內(nèi)水量的變化速度很快，如不及時的加以控制，有可能使汽包內(nèi)的水完全汽化。尤其大型鍋爐，水在汽包內(nèi)的停留時問極短，從而導(dǎo)致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸，所以對水位必須嚴(yán)格的加以控制。給水主要是通過給水泵供給，在小負(fù)荷時，一般采用給水旁路進(jìn)水，在比較大的負(fù)荷時，一般采取調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)給水。由于汽包是無自平衡的單容環(huán)節(jié)，且給水是先經(jīng)過省煤器，該對象的特點是有延遲、有慣性、無自平衡能力，所以其特性是慣性環(huán) 節(jié)，積分環(huán)節(jié)和有一定的延遲的組合。 汽包鍋爐給水自動控制的任務(wù)是使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)，保持汽包水位正常同時保持給水流量穩(wěn)定。給水控制對象的被控量是汽包華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 水位 H。影響水位變化的因素很多，主要的有鍋爐蒸發(fā)量 D、給水量 w、汽包壓力 Ph、鍋爐負(fù)荷等。 常規(guī)的水位控制系統(tǒng)由測量部分、調(diào)節(jié)控制部分、和執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥部分以及調(diào)節(jié)對象等組成。 測量部分 通常在各種類型的蒸汽鍋爐中最常用的汽包水位測量方式，是采用雙室平衡容 器接差壓變送器的測量方式。測量原理圖如圖 1所示。 調(diào)節(jié)器部分 在控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器部分一般分為用單元組合式儀表和計算機(jī)控制系統(tǒng)兩種形式。其主要作用是將檢測到的水位信號與工藝給出的給定信號進(jìn)行比較得到偏差信號。然后對偏差信號進(jìn)行常規(guī)的比例微分和積分運(yùn)算。將運(yùn)算結(jié)果送給執(zhí)行器。 執(zhí)行器部分 鍋爐裝置中常用的執(zhí)行器是電動式執(zhí)行器和專用的調(diào)節(jié)閥。其作用是將調(diào)節(jié)器給出的經(jīng)過處理后的偏差信號和位置發(fā)送器的反饋信號進(jìn)行比較，最經(jīng)放大器放大 到足夠的功率，驅(qū)動伺服電動機(jī)。轉(zhuǎn)換成扭力矩或者機(jī)械位移，帶動調(diào)節(jié)閥門的閥芯動作。調(diào)節(jié)閥的不同開度使之相應(yīng)的改變流經(jīng)閥門的水流量。 常規(guī)的汽包水位控制系統(tǒng) 由變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥組成的常規(guī)的水位控制系統(tǒng)方框如如圖 2所示。測量到的真實的氣包液位參數(shù)與工藝給定的液位參數(shù)在調(diào)解器里進(jìn)行比較兩者不等的時候，將產(chǎn)生出偏差值。當(dāng)調(diào)節(jié)器接受到偏差信號后，按一定的運(yùn)算規(guī)律輸出控制信號，以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動調(diào)節(jié)閥門改變閥門的開度，使供給氣包的水流量得到改華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 變，從而使被控參數(shù)回到給定值上來 。 以水位增高為例：水位增高導(dǎo)致變送器的輸出增高。在與給定值