【正文】 的熱應(yīng)力以及汽包疲勞壽命的分析，得出了汽包應(yīng)力的控制原則和預(yù)防措施。水位過(guò)高將影響汽水分離效果，引起管壁結(jié)垢，使用汽設(shè)備發(fā)生故障，而水位過(guò)低，則破壞汽水循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鍋爐爆管。給水量穩(wěn)定，有助于省煤器和給水管道的安全運(yùn)行。 汽包 ： 1：是工質(zhì)加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱三過(guò)程的連接樞紐，保證鍋爐正常的水循環(huán)。 汽包的作用 1：是工質(zhì)加熱、蒸發(fā)、過(guò)熱三過(guò)程的連接樞紐，保證鍋爐正常的水循環(huán)。 汽包的工作流程 汽 包 工 作 流 程 如 下 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 6 頁(yè) 從水冷壁來(lái)的汽水混合物經(jīng)過(guò)汽包上部引入管進(jìn)入汽包內(nèi)部，沿著汽包內(nèi)壁與弧形襯板形成的狹窄的環(huán)形通道流下，使汽水混合物以適當(dāng)?shù)牧魉倬鶆虻膫鳠峤o汽包內(nèi)壁，這樣克服了鍋爐啟停時(shí)汽包上下壁溫差過(guò)大的困難，可以較快的啟動(dòng)。 汽包中的水循環(huán) 汽包中通常是屬于汽水共存的。只有電力產(chǎn)業(yè)的 迅速發(fā)展才有可能保證整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速而穩(wěn)步的發(fā)展。電力工業(yè)中電廠熱工生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)相對(duì)于其它民用工業(yè)部門(mén)有較長(zhǎng)的歷史和較高的 自動(dòng)化水平，電廠熱工自動(dòng)化水平的高低是衡量電廠生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)與否和企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。 鍋爐概述 鍋爐由汽鍋和爐子組成。國(guó)外的鍋爐控制工業(yè)50～ 60 年代發(fā)展最快， 70 年代達(dá)到高峰。鍋爐的自動(dòng)化控制，經(jīng)歷了三四十年代單參數(shù)儀表控制，四五十年代單元組合儀表綜合參數(shù)儀表控制，以及六十年代初期平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 8 頁(yè) 的計(jì)算機(jī)過(guò)程控制幾個(gè)階段，隨著六十年代第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用以及此后計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)逐漸進(jìn)入了鍋爐控制領(lǐng)域并正在成為這一領(lǐng)域的主要角色。故鍋爐汽 包給水控制系統(tǒng)的任務(wù)是保證汽包水位在允許的范圍內(nèi)，并兼顧鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。 由此可見(jiàn)，隨著鍋爐朝大容量、高參數(shù)的發(fā)展，給水系統(tǒng)采用自動(dòng)控制是必不可少的，它可以大大減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證鍋爐的安全運(yùn)行。此外，汽包內(nèi)還裝有給水管和連續(xù)排污管。但由于驅(qū)動(dòng)小汽輪機(jī)的蒸汽一般采用主汽輪機(jī)的抽汽，在機(jī)組啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)抽汽氣壓太低，無(wú)法維持氣動(dòng)泵運(yùn)行，因此采用氣動(dòng)給水泵的系統(tǒng)，一般都配有一定容量的電動(dòng)泵，作為機(jī)組啟停和低負(fù)荷時(shí)使用以及氣動(dòng)泵故障時(shí)的備用泵。泵的下限特性曲線，亦稱為最大流量曲線，它表示給水泵在不同轉(zhuǎn)速下允許的最大流量，大于這個(gè)流量，泵的工作效率降低，而且可 能使泵內(nèi)靜壓最低值低于給水溫度下的飽和壓力，在流道靜壓最低值部分給水將發(fā)生汽化，導(dǎo)致汽蝕。鍋爐的水位是影響安全運(yùn)行的重要因素。所以，正常運(yùn)行時(shí)汽包水位應(yīng)在給定值的 ? 15mm 上下范圍波動(dòng)。實(shí)踐證明，無(wú)論是電站鍋爐，或者是工業(yè)鍋爐，用人工操作調(diào)節(jié)水位，既不安全，也不經(jīng)濟(jì)，其最有效的方法是實(shí)現(xiàn)給水自動(dòng)調(diào)節(jié)。所以，水位不僅受汽包儲(chǔ)水量變化的影響，而且還受到汽水混合物中汽泡容積變化的影響。汽包水位過(guò)低，會(huì)影響鍋爐的汽水自然循環(huán)，如不及時(shí)調(diào)節(jié)，就會(huì)使汽包里的水全部汽化掉，可能導(dǎo)致鍋爐燒塌和爆炸事故。因此，我們主要考慮給水量和蒸汽流量對(duì)水位的影響。影響水位變化的原因是很 多的，其中鍋爐的蒸發(fā)量和給水流量的變化是主要的，其它還有爐膛熱負(fù)荷、汽包壓力的變化等原因。事實(shí)上也就是因?yàn)榻o水溫度遠(yuǎn)低于省煤器的溫度，即給水有一定的過(guò)冷度，水進(jìn)入省煤器后，使一部分汽變成了水，特別是沸騰式省煤器，給水減輕了省煤器內(nèi)的沸騰度，省煤器內(nèi)汽泡總?cè)莘e減少，因此，進(jìn)入省煤器內(nèi)的水首先用來(lái)填補(bǔ)省煤器中因汽泡破滅容積減少而降低的水位，經(jīng)過(guò)一段遲延甚至水位下降后，才能因給水不斷從省煤器進(jìn)入汽包而使水位上升。 水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示為： )1(1)( ssssWHsW h ?????? ?????? 其擾動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖如圖 23 所示，可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)或串聯(lián)的兩種形式。水位實(shí)際變化曲線是 H1和 H2 之和。汽輪機(jī)甩負(fù)荷擾動(dòng)下的“虛假水位”現(xiàn)象是相當(dāng)嚴(yán)重的，這給組成水位自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來(lái)了困難。隨著汽包壓力的升高，汽水混合物中汽泡的比例將減小，又使得汽水總?cè)莘e下降；其次，在汽壓升高時(shí)，汽的比容變小，水的比容變大，總的效果是汽水混合物的比容變化不大。 從各種擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性可估計(jì)到水位調(diào)節(jié)的一些缺點(diǎn)：由于存在延遲，等到水位偏離規(guī)定值后再去進(jìn)行調(diào)節(jié)，水位必然會(huì)有較大的變化（尤其是水位反應(yīng)快的鍋爐），水位的偏差也大；在負(fù)荷變化時(shí)，由于“虛假水位”現(xiàn)象，水位將迅速變化，這種變化幅度不可能用調(diào)節(jié)給水 量來(lái)減小。全廠所有的給水泵都連在給水母管上；而每臺(tái)鍋爐的給水調(diào)節(jié)則用 各自連接在給水母管上的給水調(diào)節(jié)門(mén)進(jìn)行。為了檢修方便，在主給水管路上又安裝了總的電動(dòng)截門(mén) 7。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 16 頁(yè) 汽動(dòng)泵電動(dòng)泵混合型給水系統(tǒng)共有三臺(tái)主給水泵，其中兩臺(tái)是可變速的汽動(dòng)泵，它們?cè)诟哓?fù)荷時(shí)使用。為了保證泵在低負(fù)荷時(shí)出口有足夠的流量，防止給水泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，安裝了再循環(huán)管路。為了實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制，要求這些信號(hào)能夠自動(dòng)地進(jìn)行壓力、溫度校正。通?？梢圆捎靡韵路椒ㄟM(jìn)行壓力校正。密度 a? 與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取50℃時(shí)水的密度。計(jì)算和試驗(yàn)表明，密度與汽包之間的函數(shù)曲線可以看出 sa ?? ? 與 bp 的關(guān)系在較大范圍內(nèi)可以近似地認(rèn)為是線性關(guān)系，即 39。1 bsa pkkHH ??? ?? bsa pkkH 21)( ??? ?? 則式（ 41）可以改寫(xiě)為 )(21 bb bpf ppkkh ???? （ 43） 按式（ 43）可設(shè)計(jì)出較為簡(jiǎn)便的水位自動(dòng)校正線路，如圖 44所示。當(dāng)被測(cè)過(guò)熱蒸汽的壓力和溫度偏離 設(shè)計(jì)值時(shí)，蒸汽的密度變化很大，這就會(huì)給流量測(cè)量造成誤差，所以要進(jìn)行壓力和溫度的校正。所以，對(duì)給水流量測(cè)量信號(hào)可以只采用溫度校正，其校正回路如圖 46 所 示。上面的一路為主給水，在高負(fù)荷時(shí)使用；下面一路為流量較小的旁路給水，鍋爐啟停過(guò)程中及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)用它供水；中間一路為輔助給水，當(dāng)主給水管路發(fā)生故障或因水壓過(guò)低而主給水供不應(yīng)求時(shí)使用。在鍋爐啟停及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，用旁路孔板 2 測(cè)量給水量，高負(fù)荷時(shí)用主管路孔板 1 測(cè)量給水量。當(dāng)給水流量大于 25%時(shí)， k 值由 1 向零逐漸變小，當(dāng)流量達(dá)到 30%時(shí) 0?k ，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。 圖 49 給水流量測(cè)量信號(hào)系統(tǒng) 在圖 49中， 1W 經(jīng)過(guò)大孔板的給水流量； 2W 經(jīng)過(guò)小孔板的給水流量； ?1r 大孔板、流量變送器、 I/U 轉(zhuǎn)換及開(kāi)方器合在一起的測(cè)量系統(tǒng)總的系數(shù)； 2r ?小孔板等測(cè)量系統(tǒng)總的系數(shù)； W 最后測(cè)得的給水流量信號(hào)，它如用指示表表示出來(lái)，系數(shù)值用 1r （即按大孔板測(cè)量范圍作為指示儀表的測(cè)量范圍）； k 0～ 1變化的系數(shù)。 現(xiàn)把實(shí)現(xiàn)式（ 15）的線路原理說(shuō)明如下： 當(dāng) 1m ≥ GH 值時(shí)，比例組件輸入為負(fù)值，反向截止使輸出 N=0，由乘法器中 10nk? ，得到 0?k 。 兩個(gè)乘法器的輸入輸出關(guān)系為 kmnmU ???? 110101 krrmnrrmU ?????? 21221202 10)( 加法器 ? 的輸出為 krrmkmmUUmm2121102020 ??????? = krrmkm ??? 2121 )1( krmkrmrm ???? 22111 )1( 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 25 頁(yè) 因?yàn)? 111 rmW? ；222 rmW? ；1rmW? 所以 kWkWW ???? 21 )1( 例如，當(dāng)流量較小， GH 1m =，可得到 ???n ； ?? nk 21 WWW ?? 即從大孔板測(cè)量值取 60%，從小孔板測(cè)量值取 40%，構(gòu)成給水流量測(cè)量信號(hào)。 從圖 410 可以看出，在低負(fù)荷時(shí)，繼電器接點(diǎn) KJ 斷 開(kāi)，定值組件 GH 發(fā)出 10V的階躍信號(hào)，經(jīng)過(guò)加法器，直接送到小閥回路中的乘法器，即 10?b V。這是因?yàn)?KJ 斷開(kāi)，限速組件≦的輸出信號(hào) b 為 0，則大閥 回路中乘法器輸出 010 0 ????? ac baU大。當(dāng) b 信號(hào)降為零時(shí)，小閥門(mén)回路的乘法器輸出 00 ????? cac baU小。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 27 頁(yè) 調(diào)節(jié)閥的切換與截門(mén)的切換密切 配合，截門(mén)應(yīng)在調(diào)節(jié)閥投入工作之前打開(kāi)。于是出現(xiàn)了低負(fù)荷時(shí)采用單沖量，高負(fù)荷時(shí)采用三沖量給水控制系統(tǒng)，如圖 411 所示。兩套控制系統(tǒng)的切換是根據(jù)鍋爐負(fù)荷（蒸汽流量）的大小進(jìn)行的。系統(tǒng)的切換在 25%負(fù)荷左右進(jìn)行。最簡(jiǎn)單的原理圖如圖 412 所示。若 A 是變化量，則 B 信號(hào)跟隨 A 信號(hào)變化，始終保持 B 與 A 相等。 圖 413 正端輸入跟蹤線路原理圖 （ a）原理電路圖；（ b）原理框圖 如果在 信號(hào)跟隨電路中客觀需要加入一些其他信號(hào)，例如圖 411中，串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求副調(diào)節(jié)器給定信號(hào)跟隨給水流量信號(hào) W，在 PI1 調(diào)節(jié)的積分器后又加入了蒸汽流量信號(hào)D，即中間加入了附加信號(hào)，仍能使從動(dòng)信號(hào)跟隨主動(dòng)信號(hào)。這樣在所需的相同的泵出口壓力條件下，可使泵進(jìn)入上限特性右邊的安全工作區(qū)工作，如圖 314 中，泵工作點(diǎn)由 1a 移到1b 點(diǎn)。在鍋爐負(fù)荷升高到一定程度，即泵流量較大時(shí)，為了不使泵在下限特性右邊區(qū)域工作，也需適當(dāng)提高上水通道阻力，以使泵出口壓力提高，這樣給水調(diào)節(jié)門(mén)又保證了泵在下限特性左邊安全 區(qū)工作。 圖 51 單沖量單回路自動(dòng)調(diào)節(jié) 這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是不能適應(yīng)較大的負(fù)荷擾動(dòng)。水位的第二次升高值是調(diào)節(jié)器接受虛假水位信號(hào)后產(chǎn)生的誤動(dòng)作造成的。當(dāng)給水流量自發(fā)變化時(shí)，要等到汽包水位變化后，才有信號(hào)輸入控制器。 雙沖量控制系統(tǒng)能消除內(nèi)擾，有效補(bǔ)償外擾引起的水位變化，克服 “ 虛假水位 ” 的影響，改善了控制質(zhì)量，但由于給水流量對(duì)水位的影響，其延遲要比蒸發(fā)量對(duì)水位影響大，平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術(shù)學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 32 頁(yè) 用水位作為反饋信號(hào)去控制不及時(shí)，使得動(dòng)態(tài)偏差增大。三沖量給水系統(tǒng)又分為單級(jí)三沖量和串級(jí)三沖量給水系統(tǒng)。 但是，在系統(tǒng)參數(shù)整定時(shí)，內(nèi)外回路相互關(guān)聯(lián)相互影響，不容易確定參數(shù)，從而得不到希望的調(diào)節(jié)效果，且負(fù)荷變化時(shí)水位靜態(tài)值是根據(jù) “ 靜態(tài)對(duì)比 ” 來(lái)進(jìn)行整定的。主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位，這比單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的工作更為 合理，故串級(jí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量比單級(jí)系統(tǒng)要好一些。 3．當(dāng)給水流量信號(hào) WI 和蒸汽流量信號(hào) DI 兩個(gè)信號(hào)中由于變送器故障而失去一個(gè)信號(hào)，或變送器特性發(fā)生變化， DI 和 WI 平衡關(guān)系失去時(shí)，主調(diào)節(jié)器由于積分作用可補(bǔ)償失去平衡的電流，使系統(tǒng)暫時(shí)維持工作；而單級(jí)系統(tǒng)當(dāng) DI 或 WI 因產(chǎn)生故障而失去時(shí)，則無(wú)法控制水位在額定值，因此，串級(jí)系統(tǒng)的安全性較好。汽包水位過(guò)高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口的蒸汽水分含量過(guò)多，導(dǎo)致過(guò)熱器管壁結(jié)垢而被