【正文】 畢業(yè)設計（論文） 12 3 單元制給水全程自動控制系統(tǒng) 目前，大型火電單元機組都采用機、爐聯(lián)合啟動的方式，鍋爐、汽輪機按照啟動曲線要求進行滑參數(shù)啟動。 所謂給水全程控制系統(tǒng)是指鍋爐在啟停過程和正常運行時均能實現(xiàn)自動操作的控 制系統(tǒng) ,也是單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的主要子系統(tǒng)之一 ,是由單沖量和三沖量控制系統(tǒng)有機結合所構成的給水控制系統(tǒng)。要完成這樣的任務，必須采用更加復雜的全程控制系統(tǒng)。這個具有一定壓力和溫度的過熱蒸汽就是鍋爐的產(chǎn)品。凝結水與補充水一起經(jīng)過凝結水泵先達到低壓加熱器，然后進入除氧器，除氧后進入給水泵，至此完成了汽水系統(tǒng)的一次循環(huán)。每臺泵都有再循環(huán)管路，當系統(tǒng)工作在低負荷時再循環(huán)管路的閥門能自動打開，保證泵出口有足夠流量，防止汽蝕。 鍋爐給水全程控 制的特點 鍋爐給水全程控制系統(tǒng)可以不需要運行人員參與而自動完成鍋爐啟、停和正常運行工況下對給水熱力系統(tǒng)中全部設備的自動控制，以保持汽包水位在設定的允許范圍以內(nèi)，其控制過程具有以下主要特點： 1) 鍋爐從啟動到正常運行的過程中，汽水參數(shù)和負荷在很大范圍內(nèi)變化，因此需要對水位、流量等測量信號自動進行壓力和溫度的校正。 5) 給水全程控制系統(tǒng)要適應機組定壓運行和滑壓運行工況，以及機組的冷態(tài)啟動和熱華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 態(tài)啟動工況。如果耗汽量和給水量的測量不準或者由于有鍋爐排污及管道泄漏等，蒸汽量與給水量之間并非總是確定的比值，那整個系統(tǒng)就無法達到汽水平衡，也就不能保持汽包的水位。 這個系統(tǒng)對上述兩種方案取長補短，極大地提高了水位控制質(zhì)量。只要參數(shù)整定合適，當系統(tǒng)恢復平衡狀態(tài)以后，給水流量必然等于蒸汽流量，水位 H 也就會維持在設定值。當給水流量分流系數(shù) W? 改變后，只需相應改變 PI 調(diào)節(jié)器的比例帶δ使 ?w? 保持不變，以保證內(nèi)回路開環(huán)放大倍數(shù)不變?？梢愿鶕?jù)蒸汽流量 D 擾動時使汽包水位 H 不發(fā)生變化的原則確定蒸汽流量分流系數(shù) D? . 根據(jù)以上原則可得到： 因此可得蒸汽流量分流系數(shù) D? ： ? ?? ?00DWWDDWWsWs?????? 此時蒸汽流量分流系數(shù) D? 是一個復雜的動態(tài)環(huán)節(jié)，在工程中很難實現(xiàn)。 1) 兩個調(diào)節(jié)器任務不同，主調(diào)節(jié)器的任務是校正水位。 2) 給水流量信號靈敏度 W? 會影響主、副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 18 系統(tǒng)結構圖如 。為了保證 給水系統(tǒng)的汽水平衡，應有DWD KKn ? ,而其它的部分的整定則與一般串級系統(tǒng)完全相同。在低負荷時如果采用各種自動校正措施，則會使系統(tǒng)結構復雜，整定困難，同時仍然存在誤差。兩套控制系統(tǒng)的切換時根據(jù)鍋爐負荷（蒸汽流量）大小進行的。兩者間的無擾切換通過 f1(x)、 T2 和電動泵三沖量副調(diào)節(jié)器 PI3 的跟蹤而實現(xiàn)。 執(zhí)行機構的手、自動切換 1) 旁路閥門的手、 自動切換：此時 T1 切換到 NO，單沖量調(diào)節(jié)器 PI4 通過 f4(x) 跟蹤小閥操作器 3AM 的輸出。 b) 當 D30％時 ,采用三沖量系統(tǒng)， T2 切至 NO，電動泵副調(diào)節(jié)器 PI3 的輸出跟蹤電動泵操作器 2AM 的輸出，如果此時汽泵也處于手動，則 PI1 跟蹤（ DW ）信號。其作用是保證給水泵有一定的工作流量以免發(fā)生汽蝕。三臺給水泵的出口管均為Φ 36，在電動閘閥后合并成一根Φ 55 的給水總管接往高加。采用大旁路使系統(tǒng)簡化，但高加任何一臺故障，三臺高加都必須同時切除。 MAX1000 給 水控制 畫面分析 豐城電廠 300MW 機組分散控制系統(tǒng)（ DCS）采用的是美國 MCS 公司的 MAX1000 產(chǎn)品 ,圖 所示為給水全程控制系統(tǒng)設計方案的 SAMA 圖，結合該 SAMA 圖，利用 MAX1000系統(tǒng)應用處理器提供的系統(tǒng)軟件工具，可完成符合控制策略的組態(tài)工作。在其上點擊，可彈出一對話框，允許操作員鍵入控制器的設定值或設定值偏置； ? 自動按鈕 ：點擊該按鈕進行控制器向自動方式的切換，當控制器為自動方式時，該按鈕以亮色顯示。 每個 CCS 畫面中都有一組切換畫面區(qū)域，使操作員切換到任一 CCS 畫面 。 CCS 將電泵最 小流量再循環(huán)調(diào)節(jié)閥投自動。 2) 鍋爐點火沖轉后，升負荷 負荷升至 60MW 時開啟四抽電動總門及逆止門，做汽泵 A、 B 啟動前的準備。 如圖 ，給水控制 1 畫面。由于主給水閥容量較大，為此切換前應適當降低電泵轉速。 隨后啟動一臺汽動給水泵運行，調(diào)整好電泵與汽泵并列運行的負荷分配，汽泵啟動時注意維持汽包水位。汽泵、電泵切換過程注意維持汽包水位，當水位穩(wěn)定后，可投入汽包水位自動調(diào)節(jié)。這是因為低負荷時用水量很少，水位波動較大，如此時用主給水管道給水，會降低調(diào)節(jié)精度，致使汽包水位不穩(wěn)定；高負荷時鍋爐用水量大，低負荷管路給水不能滿足蒸發(fā)量，必須用主給水管道給水。 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 圖 給水控制系統(tǒng)邏輯簡 給水控制 系統(tǒng)邏輯 分析 1) 啟動、沖轉、鍋爐點火 此階段采用單沖量系統(tǒng)通過控制低負荷調(diào)節(jié)閥開度來維持汽包水位在給定范圍內(nèi)，一臺電動給水泵運行 ,對應其操作器工作在手動狀態(tài)， 開啟給水旁路調(diào)節(jié)閥前后截止閥。串級三沖量控制系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器 FWF_PID處于自動跟蹤狀態(tài) ,主調(diào)節(jié)器 LD_3L_PID的輸出應保證加法器 ? 的輸出跟蹤給水流量信號。在負荷達到額定負荷 25%時，低負荷調(diào)節(jié)閥無擾切換至主給水調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)。在高負荷階段（大于額定負荷 30%）時，由于鍋爐汽包水位虛假水位現(xiàn)象嚴重，為了取得較好的調(diào)節(jié)效果，采用三沖量串級控制系統(tǒng)。根據(jù)泵的特性及運行經(jīng)驗，在負荷增大到 180MW 時，啟動第二臺泵， 啟動步驟同第一臺， 分擔前一臺泵的一半負荷，使泵工作在安全特性區(qū)內(nèi)。 當兩臺汽泵均交給 CCS 調(diào)節(jié)后，逐漸均衡增加兩臺汽泵轉速，同時降低電泵轉速。由于三沖量系統(tǒng)抗內(nèi)擾的能力比單沖量系統(tǒng)強得多，故控制質(zhì)量能得到保證 。 由于機組啟動階段不能得到穩(wěn)定的 汽 源，先用電動泵 通過控制轉速維持給水母管壓力 ，同時使用給水調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)給水量 。給水調(diào)節(jié)閥的切換現(xiàn)在大多還由手動操作完成，其操作效果直接來源于人的操作水平，這 也 是全程給水實現(xiàn)自動的一個盲點。沒有馬老師的指導，我的這篇論文就不可能順利完成。此外還要感謝十舍 124 的姐妹們在學習和生活方面給予我的熱情幫助。 感謝我的母校四年來對我的培養(yǎng)，給我提供了良好的學習和生活環(huán)境，感謝所有自動化系的 系領導及 任課老師對我的培養(yǎng)與教育。從論文選題到最終定稿，自始至終都得到了馬良玉老師的悉心指導。 雖然給水系統(tǒng)已能實現(xiàn)全程控制，但是還是存在很多問題。豐城電廠 300MW 機組給水控制是典型的汽動泵電動泵混合型給水系統(tǒng)。汽泵、電泵切換過程注意維持汽包水位，當水位穩(wěn)定后，可投入汽包水位自動調(diào)節(jié)。啟動第二臺泵后，逐漸開大相應勺管，通過分配塊 F(1/n)的處理，第一臺泵的勺管將自動逐漸關小，給水泵轉速 將自動減小。三沖量主調(diào)節(jié)器LD_3L_PID 接受水位測量值 LD 和給定值 SET 的偏差 ,其輸出和蒸汽流量 D 的前饋信號求和作為副調(diào)節(jié)器 FWF_PID 的給定信號，同時 FWF_PID 還接受給水流量 W 的反饋信號。切換過程中因為兩種閥門流通量不同，通過流量偏差修正處理，保持系統(tǒng)給水流量基本穩(wěn)定，不至于對水位產(chǎn)生大的擾動。軟操作器指令可修改，用于調(diào)整泵的轉速。因此，低負荷時采用單沖量控制系統(tǒng)。 在機組負荷達到額定負荷 25%時，低負荷調(diào)節(jié)門切換為主給水調(diào)節(jié)門工作，一臺給水泵作定速運行，在切換過程中通過流量偏差修正功能保證切換時給水流量不致產(chǎn)生大的擾動。 系統(tǒng)總體設計思路為：當鍋爐啟動或低負荷時，由一臺給水泵供水；高負荷時由兩臺給水泵供水，另外一臺備用。當兩臺汽泵均交給 CCS調(diào)節(jié)后，逐漸均衡增加兩臺汽泵轉速，同時降低電泵轉速。給水流量 ＞ 25%時 ， 給水控制自動由單沖量切至三沖量 ，此時應注意維持汽包水位 ， 可在 CCS 菜單的給水 2 畫面中將電泵轉速投自動。將鍋爐給水由啟動旁路切至主路 (打開主給水閥，關閉啟動旁路調(diào)節(jié)閥 )。 CCS 將最小流量再循環(huán)調(diào)節(jié)門投自動。查除氧器水位正常，水位調(diào)節(jié)正常。打開電泵中間抽頭閥。 ? 控制器輸出手動增減按鈕 :當控制器在手動狀態(tài)下，單擊這兩個按鈕，可以一定的步距值增減控制器的輸出，當閥位反饋為關到位時，減按鈕為亮色，開到位時增按鈕為亮色。 MAX1000 中 CCS 畫面 基本 功能介紹 在主菜單上部或任一畫面的底部點擊 CCS 菜單按鈕，可進入 CCS 系統(tǒng)主菜單，單擊其中任一菜單按鈕，即可進入相應 CCS 閉環(huán)控制畫面。小旁路在機組啟動初期給鍋爐上水和低負荷時用，此時給水量由旁路調(diào) 節(jié)閥開度和電泵轉速配合調(diào)節(jié)。 三臺高加采用帶三通閥和快速關斷閥的大旁路系統(tǒng)。每條再循環(huán)管路上裝設一套最小流量調(diào)節(jié)裝置，其調(diào)節(jié)信號取自前置泵和給水泵之間管路上的文丘里流量計。兩臺汽動泵為正常運行，電動泵用于機組啟動初期給水和正常運行事故備用。 3) 電動泵的手、自動切換： a) 當 D30％時電動泵處于手動狀態(tài)， T2 切至 NO，電動泵副調(diào)節(jié)器 PI3 的輸出跟蹤電動泵操作器 2AM 的輸出，同時 T1 的 NC 點接通，單沖量調(diào)節(jié)器 PI4 通過 f3(x)跟蹤 PI3 的輸出。電動泵在控制系統(tǒng)的控制下自動降速，當兩泵出口流量相同時，汽動泵投自動，電動泵切手動，并逐漸把電動泵降至最低轉速后停泵。 2) 三沖量控制系統(tǒng)到單沖量控制系統(tǒng)的切換：此時單沖量調(diào)節(jié)器 PI4 的輸出通過 T1跟蹤電動泵三沖量副調(diào)節(jié)器 PI3 的輸出。圖 中 PI1 是低負荷時的單沖量給水調(diào)節(jié) 器 ，它只接受經(jīng)過自動校正后的水位信號。 控制中的跟蹤與切 換 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 19 圖 給水全程控制系統(tǒng)原理圖 三沖量與單沖量之間的無擾切換 鍋爐在不同負荷和參數(shù)時，其給水被控對象的動態(tài)特性是不同的。副回路是流量系統(tǒng)，副調(diào)節(jié)器可以用比例或比例積分動作。 3) 蒸汽流量信號不一定與給水流量信號進行嚴格的配合，可依據(jù)鍋爐的“虛假水位”情況而定，適當調(diào)整蒸汽流量信號的作用強度。兩個調(diào)節(jié)器參數(shù)整定可以相對獨立，內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)速度要快。通常采用蒸汽流量信號 DI 與給水流量信號 WI 靜態(tài)配合的原則確定 D? ，即： D D W W? ? ? ?? （ ） 從而推導出： WWDWD??????? （ ） 汽包水位的串級控制系統(tǒng) 通過三沖量水位控制系統(tǒng)的整定可以看到，為了保證系統(tǒng)有良好的靜特性，各輸入信號之間有嚴格的靜態(tài)配合關系，并且動態(tài)整定過程也比較復雜，給系統(tǒng)的整定帶來了一定的困難。因此當 增大給水流量分流系數(shù) w? 以提高主回路穩(wěn)定性時，必須相應增加內(nèi)回路 PI調(diào)節(jié)器的比例帶，以保持內(nèi)回路的穩(wěn)定。 但必須指出，引入蒸汽流量信號只是削弱了假水位期間調(diào)節(jié)機構的誤動作，但并不能消除假水位現(xiàn)象，并且由于 水位 H 對負荷（蒸汽量）擾動 D 的響應速度要比對基本擾動W 的響應速度快得多，因此，在外部擾動下被調(diào)量的變化幅度還是比較大，必須對負荷變化的幅度加以限制。實際給水量是增大還是減小，取決于系統(tǒng)參數(shù)的整定 。 如圖 所示為汽包水位三沖量控制的系統(tǒng)圖。因此采用比值控制系統(tǒng)，如圖 所示，其中流量調(diào) 節(jié)器是 PI 調(diào)節(jié)器，并用汽機的耗汽量 D 作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設定值，使給水量 W 跟蹤蒸汽量 D。 3) 由于鍋爐給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性與負荷有關，在低負荷時可以采用以汽包水位為反饋信號的單回路控制系統(tǒng)；在高負荷時為 克服“虛假水位”需要采用三沖量控制系統(tǒng)，因此在鍋爐負荷變化時要保證兩種控制系統(tǒng)之間的雙向無擾切換。小負荷運行時旁路閥工作，調(diào)節(jié)鍋爐