【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(shí)，才按高壓加熱器出口的給水壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制兩個(gè)閥門的開(kāi)度。為了保證給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)，設(shè)計(jì)了一個(gè)給水泵出口壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)（ PI3），通過(guò)改變閥門開(kāi)度來(lái)改變泵的出口壓力。此方案經(jīng)濟(jì)性好，切換簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便。此方案在低負(fù)荷時(shí)用 PI1 調(diào)節(jié)器改變閥門開(kāi)度來(lái)改變給水量，保持水位。而在高負(fù)荷時(shí)，閥門開(kāi)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(shí)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(shí)又使泵在熱態(tài)啟動(dòng)和冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)有相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。但由于高低負(fù)荷都采用閥門調(diào)節(jié)，特別是高負(fù)荷時(shí)節(jié)流損失大，經(jīng)濟(jì)性較差。這是一個(gè)兩段調(diào)節(jié)的方案，用改變調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度來(lái)控制給水量。設(shè)計(jì)跟蹤系統(tǒng)的基本原則是：當(dāng)三沖量系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，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(yùn) 行時(shí)，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(hào)。當(dāng)單沖量系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)， lC閉合， 3C斷開(kāi)。 圖中 PIl是低負(fù)荷時(shí)的單沖量給水調(diào)節(jié)器，它只接受經(jīng)過(guò)自動(dòng)校正后（圖中未表示水位信號(hào)的自動(dòng)校正回路）的水位信號(hào)。 鍋爐在不同的負(fù)荷和參數(shù)下，其給水被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是不同的。主調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)和給水流量、蒸汽流量信號(hào)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(jì)給水控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮采用以蒸汽流量 D為前饋信號(hào)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(kāi)。 與此同時(shí)，加法器的輸出信號(hào)，即小閥門回路中的 小b 信號(hào)如圖中所示，為一個(gè)由大到小的斜坡信號(hào)。 a 信號(hào)即為調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，所以小閥回路中的控制信號(hào)即為調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)，小閥處于工作狀態(tài)。在負(fù)荷變化時(shí)，大小閥門就需要進(jìn)行無(wú)擾切換。當(dāng)流量達(dá)到 30%時(shí) k=0，這時(shí)旁路給水流量信號(hào)消失，轉(zhuǎn)入主給水管路的給水流量測(cè)量。對(duì)于 這種采用兩個(gè)測(cè)量元件的給水流量測(cè)量系統(tǒng)，需要用一個(gè)流量信號(hào)運(yùn)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(guò)控制給水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)維持給水泵的出口壓力，保證給水泵工作點(diǎn)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(fù)荷要求，控制給水泵轉(zhuǎn)速，改變給水流量。解決問(wèn)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(shí)使水泵轉(zhuǎn)速由 n1 增至 n2，當(dāng)給水流量達(dá)到負(fù)荷要 求數(shù)值時(shí)，工作點(diǎn)將由 a 點(diǎn)移到 b 點(diǎn)，不會(huì)滑到安全工作區(qū)以外，保證了給水泵的安全運(yùn)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(diǎn)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(dāng)泵的流量低于某一設(shè)定的最小流量時(shí)，再循環(huán)門自動(dòng)開(kāi)啟，增加泵體內(nèi)的流量，從而使低負(fù)荷階段給水泵的工作點(diǎn)也在上限特性曲線之內(nèi)。此外，變速泵的運(yùn)行還必須滿足鍋爐安全運(yùn)行的要求，即泵出口壓力（給水壓力）不得高于鍋爐運(yùn)行的最高給水壓力 Pmax且不得低于最低給水壓力 Pmin。無(wú)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(wèn)題。 給水泵安全特性要求 在給水系統(tǒng)全過(guò)程運(yùn)行中，保證給水泵總是工作在安全工作區(qū)內(nèi)，是一個(gè)重要問(wèn)題。 給水流量信號(hào)的溫度校正 計(jì)算和試 驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)給水溫度為 100℃不變，壓力在 ～ 范圍內(nèi)變化時(shí)，給水流量的測(cè)量誤差為 %。可以按下列公式進(jìn)行校正 圖 水位壓力自動(dòng)校正線路之二 圖 采用雙室平衡容器的水位測(cè)量系統(tǒng) 和壓力自動(dòng)校正回路 PTPPkPkD??????? ? (35) 式中 D—— 熱蒸汽流量； P—— 過(guò)熱蒸汽壓力； T— — 過(guò)熱蒸汽溫度； ?P—— 節(jié)流件差壓； ?—— 過(guò)熱蒸汽密度 ； k—— 流量系數(shù)。 過(guò)熱蒸汽流量信號(hào)的壓力、溫度校正 過(guò)熱蒸汽流量測(cè)量通常采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴。239。計(jì)算和試驗(yàn)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(shí)水的密度。 采用電氣校正回路進(jìn)行壓力校正。測(cè)量信號(hào)自動(dòng)校正的基本方法是，先推導(dǎo)出被測(cè)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(yùn)算電路進(jìn)行運(yùn)算，便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)滯，如圖 虛線所示，這就導(dǎo)致遲延時(shí)間τ較長(zhǎng)。若此時(shí)汽輪機(jī)負(fù)荷 未增加，則汽輪機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度不變。只有當(dāng)汽泡體積與負(fù)荷適應(yīng)而不再變化時(shí)，水位的變化就僅由物質(zhì)平衡關(guān)系來(lái)決定，這時(shí)水位就隨負(fù)荷增大而下降，呈無(wú)自平衡特性。但當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量突然增加時(shí)，汽包水下面的汽泡容積也迅速增大，即鍋爐的蒸發(fā)強(qiáng)度增加，從而使水位升高，因蒸發(fā)強(qiáng)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(lái)描述，如圖 中 H2 曲線所示。但按鍋爐容量的增大來(lái)計(jì)算響應(yīng)速度，則得到的相對(duì)響應(yīng)速度逐漸增大，說(shuō)明隨著鍋τs)1( ε )( )( ??? sSW SHw w 爐容量和參數(shù)的提高，對(duì)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(dòng)時(shí)，水位的變化速度， 1? .? ； τ 遲延時(shí)間， s。 圖 給水流量階躍擾動(dòng)下水位響應(yīng)曲線 當(dāng)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(dòng)態(tài)特性較為復(fù)雜，一是對(duì)汽包水位擾動(dòng)有四個(gè)來(lái)源，二是“虛假水位”問(wèn)題的存在，特別是后一個(gè)問(wèn)題使得人們?cè)O(shè)計(jì)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(jí)三沖量給水系統(tǒng)只能在負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷 70%時(shí)，才能投入自動(dòng)，在此以前全部為手動(dòng)操作，而全程給水系統(tǒng)從鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)開(kāi)始便可以投入自動(dòng)。隨著機(jī)組容量的增大、參數(shù)的提高，在啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程中需要監(jiān)視和操作的項(xiàng)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(guò)程中也實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 (3 )對(duì)給水控制的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行的分析，提出了自己思考的改進(jìn)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(duì)象的動(dòng)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(jì)性極佳的變速給水泵，除采用液力偶合器的電動(dòng)給水泵、汽動(dòng)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(guò)對(duì)老機(jī)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(jī)組的自動(dòng)化水平上了一個(gè)臺(tái)階。汽包水位控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)新建機(jī)組中基本都實(shí)現(xiàn)了水位全程調(diào)節(jié)，但在老機(jī)組的控制系統(tǒng)中由于存在各種客觀和主觀因素，真正實(shí)現(xiàn)鍋爐給水全程控制的機(jī)組還為數(shù)不多，大多數(shù)只實(shí)現(xiàn)了高負(fù)荷時(shí)水位自動(dòng)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(shí)現(xiàn)全程給水控制火電機(jī)組還很少。水位過(guò)低則會(huì)破壞水循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)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(yùn)行參數(shù)，同時(shí)它還是衡量鍋爐汽水 系統(tǒng)是否平衡的標(biāo)志。 此外還提出了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題 ，這 對(duì)單元機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試均具有一定的參考價(jià)值。本文應(yīng)用自動(dòng)控制理論對(duì)單元機(jī)組給水的要求和特點(diǎn)進(jìn)行了全面的分析，使單元機(jī)組給水全程控制從鍋爐點(diǎn)火到機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)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(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水， 造成汽輪機(jī)水沖擊而損 壞設(shè)備。這必將加大水位控制的難 度，從而對(duì)水位控制系統(tǒng)提出了更高的要求。同時(shí)，隨著電力行業(yè)體制改革及電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的需要，以及火電機(jī)組要適應(yīng)電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制 (AGC)的需求，這必然要求機(jī)組各控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而對(duì)火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造已成為必然。同時(shí)，因?yàn)榫偷乜刂圃O(shè)備的可靠性不高，使得當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)火電廠熱工自動(dòng)化水平整體較落后。在大型火力發(fā)電機(jī)組鍋爐給水全程控制中，由于機(jī)組在高、低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)具有不同的對(duì)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(fù)荷給水控制優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)高負(fù)荷階段給水泵協(xié)調(diào)控制方法進(jìn)行了研究，從真正意義上實(shí)現(xiàn)從機(jī)組的啟動(dòng)到正常運(yùn)行，又到停爐冷卻全部過(guò)程均能自動(dòng)控制。在充分利用 PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制的條件下，提出了以多變量解耦控制理論