【正文】 在此謹(jǐn)向我的導(dǎo)師致以崇高的敬意和 衷心 的感謝。 為了保證泵在低負(fù)荷時(shí)出口有足夠的流量防止汽蝕， 給水泵 安裝了再循環(huán)管路。當(dāng)電泵出口壓力小于給水母管壓力后，停電泵并投入備用。 圖中三沖量調(diào)節(jié)器 LD_3L_PID 及 FWF_PID 工作，三沖量串級控制系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器FWF_PID 不再跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器 LD_1L_PID 的輸出，而是處于自動(dòng)控制狀態(tài)，其輸出經(jīng)分配塊 F(1/n)分配后去工作給水泵勺管軟操作器控制給水泵轉(zhuǎn)速。電泵勺管通過其軟操作器的輸出使電動(dòng)泵按要求維持在一定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。因此，根據(jù)負(fù)荷變化，給水全程控制回路可分為：低負(fù)荷時(shí)單沖量給水控制；高、低負(fù)荷給水切換控制；高負(fù)荷三沖量給水控制三部分。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 2的 CCS控制畫面 負(fù)荷至 180MW，啟動(dòng)另一臺汽動(dòng)給 水泵，啟動(dòng)步驟同第一臺。 2的 CCS控制畫面 負(fù)荷升至 120MW 時(shí)，當(dāng)給水量 ＞ 20%(約 180t/h)時(shí)，關(guān)閉鍋爐省煤器再 循環(huán)閥。開啟電泵輔助油泵，并投入聯(lián)鎖。 ? 手動(dòng)按鈕：點(diǎn)擊該按鈕進(jìn)行控制器向手動(dòng)方式切換，當(dāng)控制器為手動(dòng)方式時(shí)，該按鈕以亮色顯示； ? LOC 按鈕；點(diǎn)擊該按鈕進(jìn)行控制器向本地方式切換，當(dāng)控制器為本地方式時(shí)，該按鈕顯示“ LOC” ，此時(shí)只能在盤臺硬手操上操作。 省煤器前設(shè)一容量較大的電動(dòng)閘閥和與其并聯(lián)的 15%容量的旁路調(diào)節(jié)閥及前后兩個(gè)閘華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 操作器控制面板 閥。水泵的最小流量一般是泵設(shè)計(jì)流量的 1/5～ 1/3，當(dāng)泵的工作流量小于或等于最小流量時(shí)，就應(yīng)該開啟再循環(huán)閥門，使給水返回到除氧器給水箱，保證給水泵正常工作。 2) 汽動(dòng)泵的手、自動(dòng)切換：此時(shí)汽動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器 PI2 的輸出跟蹤汽動(dòng)泵操作器1AM 的輸出，如果此時(shí)電動(dòng)泵也處于手動(dòng)，則三沖量主調(diào)節(jié)器 PI1 的輸出跟蹤（ DW）信號。 1) 單沖量控制系統(tǒng)到三沖量控制系統(tǒng)的切換：此時(shí)三沖量主調(diào)節(jié)器 PI1 的輸出跟蹤（ DW）信號，同時(shí)電動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器 PI3 的輸出通過 f1(x)和 T2 跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器 PI4 的輸出。 HDK DnpKwK)(2 sG cHK)( sG p)(1 SG CDHW 圖 水位串級控制系統(tǒng)原理圖 串級系統(tǒng)比三沖量系統(tǒng)多用了一個(gè)調(diào)節(jié)器，這是缺點(diǎn)，但是它卻使得對信號的靜態(tài)配合要求不那么嚴(yán)格了，也不需要估計(jì)因蒸汽壓力變化或鍋爐排污量變化而引起配比關(guān)系的改變，這是因?yàn)橹髡{(diào)節(jié)器能自動(dòng)校正信號配合不準(zhǔn)所引起的誤差。比如當(dāng)保證內(nèi)回路不發(fā)生振蕩而使 W? 減小時(shí)，應(yīng)相應(yīng)地減少主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) K1， 以保證主回路的穩(wěn)定性。實(shí)踐證明 D? 只要滿足比例特性，就可以保證在蒸汽流量 D 變化時(shí)使汽包水位 H 穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。 給水控制是串級調(diào)節(jié)系 統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器接受水位信號，對水位起校正作用，是細(xì)調(diào)；其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的被調(diào)量是給水流量，目的是快速消除來自水側(cè)的擾動(dòng)。從而引入汽包水位的三沖量控制。 2) 在給水全程控制系統(tǒng)中不僅要滿足給水量控制的要求，同時(shí)還要保證變速給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。 主 給水 系統(tǒng)流程 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 給水系統(tǒng)圖 由 圖可知，給水泵包括兩臺電動(dòng)泵，一臺汽泵。 單元制 機(jī)組 給水系統(tǒng) 介紹 汽水循環(huán)過程概述 根據(jù)生產(chǎn)流程，可以把鍋爐分成燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)。具有中間再熱的單元機(jī)組多采用定壓法進(jìn)行滑參數(shù)啟動(dòng)。 給水泵的安全工作區(qū)如圖 所示 ，圖中陰影區(qū)由泵的上、下限特性 ( minQ 、 maxQ )、最高轉(zhuǎn)速 maxn 和最低轉(zhuǎn)速 minn 、最高壓力（泵出口） maxP 和最低壓力 minP 所圍成，給水泵不允許在安全工作區(qū)以外工作。Northrup 公司提出了用汽機(jī)調(diào)節(jié)級壓力 P1 的溫度補(bǔ)償信號來代替蒸汽流量信號 ， 如圖 。密度 C? 與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取50℃時(shí)水位的密度。為了實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制。只有當(dāng)汽 包 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)系來決定，這時(shí)水位就隨負(fù)荷增大而下降，而這種反常的現(xiàn)象，通常被稱為“虛假水位”。但是在實(shí)際情況中，當(dāng)給水流量突然增加的時(shí)候，因?yàn)榻o水溫度低于汽包內(nèi)的飽和水溫度，當(dāng)它進(jìn)入汽包后吸收了原有的飽和水中的一部分熱量，使鍋爐的蒸汽產(chǎn)量下降，水面以下的汽泡總體積 sV 也就相應(yīng)減小，導(dǎo)致水位下降。 具體要求如下： 1) 通過參考資料的查閱，對火電廠給水系統(tǒng)構(gòu)成、給水控制系統(tǒng)的作用、現(xiàn)狀和發(fā)展有一個(gè)基本的認(rèn)識和了解。 這是一個(gè)前饋 反饋控制系統(tǒng)。 因此，如何真正實(shí)現(xiàn)全程給水控制是現(xiàn)今控制工程人員急于解決的一個(gè)課題。因此，對全程給水控制進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)給水系統(tǒng)的控制效果和適應(yīng)能力成為迫切需要解決 的問題。 在單元機(jī)組若干重要參數(shù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及整定中，汽包水位是鍋爐安全運(yùn)行的主要參數(shù)之一 ， 同時(shí)它還是衡量鍋爐汽水系統(tǒng)是否平衡的標(biāo)志。維持汽包水位在允許范圍內(nèi)，是保證 機(jī)組 安全運(yùn)行的必要條件。但是，火電機(jī)組越大，其設(shè)備結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，自動(dòng)化程度要求也越高。 另一方面，隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的增大，汽包的相對容積減 少，負(fù)荷變化和其他擾動(dòng)對水位的影響將相對增大。但是，實(shí)際上由于給水系統(tǒng)和機(jī)組運(yùn)行的復(fù)雜性，機(jī)組在啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)往往投不上自動(dòng)。 由于不同容量的機(jī)組其給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不一樣，其控制方式及控制設(shè)備也有區(qū)別，因而實(shí) 現(xiàn)給水全程自動(dòng)系統(tǒng)的方案也有不同，這就要求在考慮方案時(shí)，要結(jié)合具體的控制對象進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，同時(shí)參考其它同類型機(jī)組一些成功的設(shè)計(jì)、調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，重新完善原汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及組態(tài)，最終選定一種合理且切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案，來實(shí)現(xiàn)鍋爐給水自動(dòng)系統(tǒng)的全程控制。 總體來說，國外關(guān)于全程給水控制方案的設(shè)計(jì)及全程給水控制系統(tǒng)的投運(yùn)在熱工自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)已比較成熟。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 給水全程控制 系統(tǒng) 給水調(diào)節(jié)對象的動(dòng)態(tài)特性 給水?dāng)_動(dòng)對水位的影響 給水量的擾動(dòng)是給水自動(dòng)控制系統(tǒng)中影響汽包水位的主要擾動(dòng)之一，因?yàn)樗莵碜钥刂苽?cè)的擾動(dòng)，又稱內(nèi)擾。當(dāng)汽機(jī)耗汽量 D 突然階躍增加時(shí)，如華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 果只從物質(zhì)平衡的角度來講，一方面改變了汽包內(nèi)的物質(zhì)平衡狀態(tài)，使得水位下降，如圖 中的曲線 1。 由以上分析可知，給水量擾動(dòng)下水位響應(yīng)過程具有純延遲；負(fù)荷擾動(dòng)下水位響應(yīng)過程具有假水位現(xiàn)象；燃料量擾動(dòng)也會出現(xiàn)假水位現(xiàn)象。根據(jù)很多大型機(jī)組運(yùn)行的情況反映，大容量機(jī)組汽 包 水位的測量不宜采用帶中間抽頭式（即雙室平衡容器）的測量筒，而要采用單室平衡容器取樣裝置。但在全程控制時(shí)，運(yùn)行工況不能基本固定，當(dāng)被測蒸汽壓力和溫度偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，蒸汽度的密度變化很大，這就會給測量造成誤差，所以要 進(jìn)行壓力和溫度的校正。汽動(dòng)給水泵具有較高的經(jīng)濟(jì)性。如圖中泵工作點(diǎn)由 a2 移至 b2 點(diǎn)。同時(shí)對鍋爐的水循環(huán)和省煤器要有保護(hù)作用。 高壓汽輪機(jī)接受從鍋爐供給的過熱蒸汽，其轉(zhuǎn)子被蒸汽推動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電能。小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)旁路閥工作，調(diào)節(jié)鍋爐給水量，控制水位，同時(shí)電動(dòng)泵維持在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，保證泵的安全特性 此時(shí)為兩段調(diào)節(jié) ； 高負(fù)荷時(shí)，閥門開到最大，為減小阻力主給水電動(dòng)門也打開，通過調(diào)節(jié)給水轉(zhuǎn)速直接控制給水流量， 為一段調(diào)節(jié)。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(jī)的耗汽量 D 作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)定值，使給水量 W 跟蹤蒸汽量 D。實(shí)際給水量是增大還是減小，取決于系統(tǒng)參數(shù)的整定 。因此當(dāng) 增大給水流量分流系數(shù) w? 以提高主回路穩(wěn)定性時(shí)，必須相應(yīng)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。兩個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定可以相對獨(dú)立，內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)速度要快。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(dòng)作。圖 中 PI1 是低負(fù)荷時(shí)的單沖量給水調(diào)節(jié) 器 ，它只接受經(jīng)過自動(dòng)校正后的水位信號。電動(dòng)泵在控制系統(tǒng)的控制下自動(dòng)降速，當(dāng)兩泵出口流量相同時(shí)，汽動(dòng)泵投自動(dòng)，電動(dòng)泵切手動(dòng)，并逐漸把電動(dòng)泵降至最低轉(zhuǎn)速后停泵。兩臺汽動(dòng)泵為正常運(yùn)行，電動(dòng)泵用于機(jī)組啟動(dòng)初期給水和正常運(yùn)行事故備用。 三臺高加采用帶三通閥和快速關(guān)斷閥的大旁路系統(tǒng)。 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(diǎn)擊 CCS 菜單按鈕，可進(jìn)入 CCS 系統(tǒng)主菜單，單擊其中任一菜單按鈕，即可進(jìn)入相應(yīng) CCS 閉環(huán)控制畫面。打開電泵中間抽頭閥。 CCS 將最小流量再循環(huán)調(diào)節(jié)門投自動(dòng)。給水流量 ＞ 25%時(shí) ， 給水控制自動(dòng)由單沖量切至三沖量 ，此時(shí)應(yīng)注意維持汽包水位 ， 可在 CCS 菜單的給水 2 畫面中將電泵轉(zhuǎn)速投自動(dòng)。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路為：當(dāng)鍋爐啟動(dòng)或低負(fù)荷時(shí)，由一臺給水泵供水；高負(fù)荷時(shí)由兩臺給水泵供水，另外一臺備用。因此，低負(fù)荷時(shí)采用單沖量控制系統(tǒng)。切換過程中因?yàn)閮煞N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(dòng)。啟動(dòng)第二臺泵后，逐漸開大相應(yīng)勺管，通過分配塊 F(1/n)的處理，第一臺泵的勺管將自動(dòng)逐漸關(guān)小，給水泵轉(zhuǎn)速 將自動(dòng)減小。豐城電廠 300MW 機(jī)組給水控制是典型的汽動(dòng)泵電動(dòng)泵混合型給水系統(tǒng)。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(dǎo)。此外還要感謝十舍 124 的姐妹們在學(xué)習(xí)和生活方面給予我的熱情幫助。給水調(diào)節(jié)閥的切換現(xiàn)在大多還由手動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)的一個(gè)盲點(diǎn)。由于三沖量系統(tǒng)抗內(nèi)擾的能力比單沖量系統(tǒng)強(qiáng)得多，故控制質(zhì)量能得到保證 。根據(jù)泵的特性及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在負(fù)荷增大到 180MW 時(shí)，啟動(dòng)第二臺泵， 啟動(dòng)步驟同第一臺， 分擔(dān)前一臺泵的一半負(fù)荷，使泵工作在安全特性區(qū)內(nèi)。在負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷 25%時(shí)，低負(fù)荷調(diào)節(jié)閥無擾切換至主給水調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dòng)、沖轉(zhuǎn)、鍋爐點(diǎn)火 此階段采用單沖量系統(tǒng)通過控制低負(fù)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(dòng)給水泵運(yùn)行 ,對應(yīng)其操作器工作在手動(dòng)狀態(tài)， 開啟給水旁路調(diào)節(jié)閥前后截止閥。汽泵、電泵切換過程注意維持汽包水位，當(dāng)水位穩(wěn)定后，可投入汽包水位自動(dòng)調(diào)節(jié)。由于主給水閥容量較大，為此切換前應(yīng)適當(dāng)降低電泵轉(zhuǎn)速。 2) 鍋爐點(diǎn)火沖轉(zhuǎn)后，升負(fù)荷 負(fù)荷升至 60MW 時(shí)開啟四抽電動(dòng)總門及逆止門，做汽泵 A、 B 啟動(dòng)前的準(zhǔn)備。 每個(gè) 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 。 MAX1000 給 水控制 畫面分析 豐城電廠 300MW 機(jī)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(shè)計(jì)方案的 SAMA 圖，結(jié)合該 SAMA 圖，利用 MAX1000系統(tǒng)應(yīng)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。三臺給水泵的出口管均為Φ 36，在電動(dòng)閘閥后合并成一根Φ 55 的給水總管接往高加。 b) 當(dāng) D30％時(shí) ,采用三沖量系統(tǒng)， T2 切至 NO，電動(dòng)泵副調(diào)節(jié)器 PI3 的輸出跟蹤電動(dòng)泵操作器 2AM 的輸出，如果此時(shí)汽泵也處于手動(dòng)，則 PI1 跟蹤（ DW ）信號。兩者間的無擾切換通過 f1(x)、 T2 和電動(dòng)泵三沖量副調(diào)節(jié)器 PI3 的跟蹤而實(shí)現(xiàn)。在低負(fù)荷時(shí)如果采用各種自動(dòng)校正措施，則會使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整定困難，同時(shí)仍然存在誤差。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如 。 1) 兩個(gè)調(diào)節(jié)器任務(wù)不同，主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位。當(dāng)給水流量分流系數(shù) W? 改變后，只需相應(yīng)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