【正文】 態(tài)，直到泵出口壓力大于高壓加熱器出口給水壓力時，才按高壓加熱器出口的給水壓力進行調(diào)節(jié)，控制兩個閥門的開度。為了保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)，設(shè)計了一個給水泵出口壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)（ PI3），通過改變閥門開度來改變泵的出口壓力。此方案經(jīng)濟性好，切換簡單，實現(xiàn)方便。此方案在低負荷時用 PI1 調(diào)節(jié)器改變閥門開度來改變給水量，保持水位。而在高負荷時，閥門開到最大，三沖量調(diào)節(jié)器 PI2 的輸出大于 nmin 值，故它的輸出去改變 PI3 的輸出，使泵的轉(zhuǎn)速改變，從而調(diào)節(jié)給水量，所以這時是一段調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器 PI3 保證調(diào)速泵出口壓力為一定值 Ps（要求 Ps Pb +H p+ k 2G ），（ Pb 為汽包壓力、 H p 為泵出口到汽包的壓力損失， k 2G 為阻力），既保證調(diào)速泵工作在安全區(qū)內(nèi)，同時又使泵在熱態(tài)啟動和冷態(tài)啟動時有相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。但由于高低負荷都采用閥門調(diào)節(jié)，特別是高負荷時節(jié)流損失大，經(jīng)濟性較差。這是一個兩段調(diào)節(jié)的方案，用改變調(diào)節(jié)閥門的開度來控制給水量。設(shè)計跟蹤系統(tǒng)的基本原則是：當三沖量系統(tǒng)運行時，要求 PI1 調(diào)節(jié)器的輸出跟蹤 PI3 調(diào)節(jié)器的輸出；單沖量系統(tǒng)運 行時，要求 PI3 調(diào)節(jié)器的輸出跟蹤 PI1調(diào)節(jié)器的輸出；主調(diào)節(jié)器 PI2的輸出應(yīng)保證加法器的輸出跟蹤給水流量信號。當單沖量系統(tǒng)運行時， lC閉合， 3C斷開。 圖中 PIl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（圖中未表示水位信號的自動校正回路）的水位信號。 鍋爐在不同的負荷和參數(shù)下，其給水被控對象的動態(tài)特性是不同的。主調(diào)節(jié)器的輸出信號和給水流量、蒸汽流量信號都作用到副調(diào)節(jié)器 PI2，一般副調(diào)節(jié)器都采用比例控制規(guī)律，以保證副調(diào)節(jié)回路的快速性。 （ 3） 所以在設(shè)計給水控制系統(tǒng)時，應(yīng)考慮采用以蒸汽流量 D為前饋信號的前饋控制，以改善給水控制系統(tǒng)的品質(zhì)。 調(diào)節(jié)閥的切換與截門的切換應(yīng)密切配合，截門應(yīng)在調(diào)節(jié)閥投入工作之前打開。 與此同時，加法器的輸出信號，即小閥門回路中的 小b 信號如圖中所示，為一個由大到小的斜坡信號。 a 信號即為調(diào)節(jié)器的輸出信號，所以小閥回路中的控制信號即為調(diào)節(jié)器輸出信號，小閥處于工作狀態(tài)。在負荷變化時，大小閥門就需要進行無擾切換。當流量達到 30%時 k=0，這時旁路給水流量信號消失，轉(zhuǎn)入主給水管路的給水流量測量。對于 這種采用兩個測量元件的給水流量測量系統(tǒng)，需要用一個流量信號運算回路，如圖 所示。圖中 ＃ ＃ ＃ 3 為截止閥， ＃ ＃ ＃ 6 為調(diào)節(jié)閥， ＃ 7為總截止閥。通過控制給水調(diào)節(jié)閥的開度來維持給水泵的出口壓力，保證給水泵工作點不落在最低壓力 Pmin 線下和下限特性工作曲線之外。根據(jù)鍋爐負荷要求，控制給水泵轉(zhuǎn)速，改變給水流量。解決問題的辦法是關(guān)小給水調(diào)節(jié)閥門，使泵的出口壓力升高，同時使水泵轉(zhuǎn)速由 n1 增至 n2，當給水流量達到負荷要 求數(shù)值時，工作點將由 a 點移到 b 點，不會滑到安全工作區(qū)以外，保證了給水泵的安全運行。目前采用的方法是提高上水管道的阻力，即關(guān)小泵出口流量調(diào)節(jié)閥門，以提高泵的出口壓力，使工作點重新移入安全區(qū)內(nèi)。目前采用的方法是在泵出口至除氧器水箱之間安裝再循環(huán)管道，當泵的流量低于某一設(shè)定的最小流量時，再循環(huán)門自動開啟，增加泵體內(nèi)的流量，從而使低負荷階段給水泵的工作點也在上限特性曲線之內(nèi)。此外，變速泵的運行還必須滿足鍋爐安全運行的要求，即泵出口壓力（給水壓力）不得高于鍋爐運行的最高給水壓力 Pmax且不得低于最低給水壓力 Pmin。無論哪種類型的變速泵，保證泵的安全工作區(qū)是首先要考慮的問題。 給水泵安全特性要求 在給水系統(tǒng)全過程運行中，保證給水泵總是工作在安全工作區(qū)內(nèi)，是一個重要問題。 給水流量信號的溫度校正 計算和試 驗結(jié)果表明當給水溫度為 100℃不變，壓力在 ～ 范圍內(nèi)變化時，給水流量的測量誤差為 %?？梢园聪铝泄竭M行校正 圖 水位壓力自動校正線路之二 圖 采用雙室平衡容器的水位測量系統(tǒng) 和壓力自動校正回路 PTPPkPkD??????? ? (35) 式中 D—— 熱蒸汽流量； P—— 過熱蒸汽壓力； T— — 過熱蒸汽溫度； ?P—— 節(jié)流件差壓； ?—— 過熱蒸汽密度 ； k—— 流量系數(shù)。 過熱蒸汽流量信號的壓力、溫度校正 過熱蒸汽流量測量通常采用標準噴嘴。239。計算和試驗表明，密度與汽包壓力之間的函數(shù)曲線如圖 所示。密度 a? 與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取50℃時水的密度。 采用電氣校正回路進行壓力校正。測量信號自動校正的基本方法是，先推導(dǎo)出被測參數(shù)隨溫度、壓力變化的數(shù)學(xué)模型，然后利用各種元件構(gòu)成運算電路進行運算，便可實現(xiàn)自動校正。蒸汽流量 D和燃料量 B的變化是產(chǎn)生“虛假水位”的根源。另外，由于蒸發(fā)量隨燃料量的增加有慣性和時滯，如圖 虛線所示，這就導(dǎo)致遲延時間τ較長。若此時汽輪機負荷 未增加，則汽輪機側(cè)調(diào)節(jié)閥開度不變。只有當汽泡體積與負荷適應(yīng)而不再變化時，水位的變化就僅由物質(zhì)平衡關(guān)系來決定，這時水位就隨負荷增大而下降，呈無自平衡特性。但當鍋爐蒸發(fā)量突然增加時，汽包水下面的汽泡容積也迅速增大，即鍋爐的蒸發(fā)強度增加，從而使水位升高，因蒸發(fā)強度的增加是有一定限度的，故汽泡容積增大而引起的水位變化可用慣性環(huán)節(jié)特性來描述，如圖 中 H2 曲線所示。但按鍋爐容量的增大來計算響應(yīng)速度，則得到的相對響應(yīng)速度逐漸增大，說明隨著鍋τs)1( ε )( )( ??? sSW SHw w 爐容量和參數(shù)的提高，對水位 H控制的要求也越高。這種特性可由下列近似傳遞函數(shù)表示： 式中： ε 水位響應(yīng)速度，即單位給水量擾動時，水位的變化速度， 1? .? ； τ 遲延時間， s。 圖 給水流量階躍擾動下水位響應(yīng)曲線 當給水流量階躍增加Δ W后，水位 H的變化如圖中曲線 H所示。汽包水位動態(tài)特性較為復(fù)雜，一是對汽包水位擾動有四個來源，二是“虛假水位”問題的存在，特別是后一個問題使得人們設(shè)計出“三沖量”給水控制系統(tǒng)。以給水控制系統(tǒng)為例，常規(guī)串級三沖量給水系統(tǒng)只能在負荷達到額定負荷 70%時，才能投入自動，在此以前全部為手動操作，而全程給水系統(tǒng)從鍋爐點火啟動開始便可以投入自動。隨著機組容量的增大、參數(shù)的提高，在啟動和停機過程中需要監(jiān)視和操作的項目增多，操作的頻率也增高，采用人工調(diào)節(jié)已不適應(yīng)生產(chǎn)要求，而必須在啟、停過程中也實現(xiàn)自動控制。 (3 )對給水控制的經(jīng)濟性進行的分析，提出了自己思考的改進辦法。 本論文主要作了以下幾方面的研究工作 : (I )深入分析給水對象的動態(tài)特性，闡述了現(xiàn)今給水全程控制中存 在的缺陷和不足。給水系統(tǒng)一般采用經(jīng)濟性極佳的變速給水泵，除采用液力偶合器的電動給水泵、汽動給水泵外，還需要采用一套調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證給水泵工作在安全區(qū)域內(nèi)。 在最近幾年，通過對老機組的技術(shù)改造，特別是分散控制系統(tǒng)（ DCS）的改造成功，已經(jīng)使機組的自動化水平上了一個臺階。汽包水位控制系統(tǒng)在國內(nèi)新建機組中基本都實現(xiàn)了水位全程調(diào)節(jié)，但在老機組的控制系統(tǒng)中由于存在各種客觀和主觀因素，真正實現(xiàn)鍋爐給水全程控制的機組還為數(shù)不多，大多數(shù)只實現(xiàn)了高負荷時水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的投入。但是，由于給水系統(tǒng)的復(fù)雜 性，真正能實現(xiàn)全程給水控制火電機組還很少。水位過低則會破壞水循環(huán)，嚴重時將引起水冷壁管道破裂。 汽包水位是汽包鍋爐非常重要的運行參數(shù)，同時它還是衡量鍋爐汽水 系統(tǒng)是否平衡的標志。 此外還提出了在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注意的幾個關(guān)鍵問題 ，這 對單元機組給水全程控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試均具有一定的參考價值。本文應(yīng)用自動控制理論對單元機組給水的要求和特點進行了全面的分析，使單元機組給水全程控制從鍋爐點火到機組滿負荷運行，始終保持汽包水位在允許的范圍內(nèi)，而且系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差小，控制精度高，超調(diào)量小。 。嚴重時，會導(dǎo)致蒸汽帶水， 造成汽輪機水沖擊而損 壞設(shè)備。這必將加大水位控制的難 度，從而對水位控制系統(tǒng)提出了更高的要求。同時，隨著電力行業(yè)體制改革及電網(wǎng)商業(yè)化運營、競價上網(wǎng)的需要，以及火電機組要適應(yīng)電網(wǎng)自動發(fā)電控制 (AGC)的需求，這必然要求機組各控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，因而對火電廠熱工自動化系統(tǒng)進行技術(shù)改造已成為必然。同時，因為就地控制設(shè)備的可靠性不高，使得當時國內(nèi)火電廠熱工自動化水平整體較落后。在大型火力發(fā)電機組鍋爐給水全程控制中，由于機組在高、低負荷下運行時具有不同的對象特性，一般控制系統(tǒng)采用單沖量、三沖量控制等變結(jié)構(gòu)控制方案。 課題主要研究工作 本文圍繞給水控制優(yōu)化這一主題，立足于低負荷給水控制優(yōu)化設(shè)計，同時對高負荷階段給水泵協(xié)調(diào)控制方法進行了研究，從真正意義上實現(xiàn)從機組的啟動到正常運行，又到停爐冷卻全部過程均能自動控制。在充分利用 PID調(diào)節(jié)器進行控制的條件下，提出了以多變量解耦控制理論