【正文】 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。要完成這樣的任務(wù)，必須采用更加復(fù)雜的全程控制系統(tǒng)。 但是無論使用哪種方案，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)，始終是一個重要問題。 設(shè) ： bP — 汽包壓力（ aP ） L— 汽水連通管之間的垂直距離，即最大的變化范圍（ M） h— 汽包水位高度 ?21,PP 加在差壓變送器兩側(cè)的壓力（ aP ） ?s? 飽和蒸汽的 重度 （ 3mN ） ?W? 飽和水的 重度 （ 3mN ） ?C? 汽包外平衡容器內(nèi)水柱的 重度 （ 3mN ） 從圖 中可看出： 1P = W? *h+ s? *(Lh) 2P = C? *L P? = 2P 1P = C? *L W? *h s? *(Lh) SWsc PLh ???? ? ????? *)( （ ） 當 L 一定時 ,水位 h 時差壓和汽、水密度的函數(shù)。因此汽包水位 H 的實際響應(yīng)曲線（圖 中圖 3 所示）是曲線 1與曲線 2 疊加的結(jié)果。 論文的主要工作 本文圍繞單元機組給水全程控制系統(tǒng)這一主題，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)展有一個基本的認識和了解后 ， 針對豐城電廠 300MW 機組 ， 結(jié)合仿 真實習(xí)， 對給水控制系統(tǒng) 邏輯 進行深入分析 。但其控制系統(tǒng)的魯棒性較差，適應(yīng)異常工況的能力和出現(xiàn)設(shè)備故障的情況時的自調(diào)整能力也較差。 我國最近幾年新建的 3OOMW、 600MW 火電機組基本上都采用國內(nèi) 外最先進的分散控制系統(tǒng) (DCS)，對全廠各個生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視和控制。自動化裝置已成為大型設(shè)備不可分割的重要組成部分，大型生產(chǎn)過程都是依賴于這樣的配置來運行的。另外，機組在高負荷時，雖然可以實現(xiàn)三沖量給水自動且正常情況時效果也不錯。能順利實現(xiàn)全程給水控制，這一方面得益于其合理、完善的設(shè) 計，另一方面在于其 DCS 控制系統(tǒng)的先進性、可靠性，為實現(xiàn)其控制策略提供了軟、硬件上的保證。 但 當鍋爐蒸發(fā)量突然增加時，迫使鍋內(nèi)汽泡的增多，燃料量維持不變，汽 包壓力 dp 下降， 使 水面以下的蒸汽泡膨脹，總體積 sV 增大，從而使得汽包水位的上升，如圖 的曲線 2 所示。 圖 表示 單 容平衡容器的測量系統(tǒng)。而電動給水泵具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、啟動迅速、可靠性高等優(yōu)勢，所以大容量機組的給水系 統(tǒng)泵組的設(shè)計是由電動給水泵和汽動給水泵共同構(gòu)成，充分利用兩種泵的優(yōu)勢，使在正常工況下機組具有較高的經(jīng)濟性，又能在啟停和異常事故工況下使機組具備良好的適應(yīng)性和快速響應(yīng)功能。一個常規(guī)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)只適合于鍋爐正常運行狀態(tài)，遠不能完成全程控制的任務(wù)。 給水站出來的水經(jīng)省煤器送 入 汽包 。 當假水位現(xiàn)象消失后，水位和蒸汽信號都能正確地變送器 蒸汽量 流量調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)機構(gòu) 變送器 給水量 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 指揮調(diào)節(jié)機構(gòu)動作?？煽紤]副調(diào)節(jié)器為純比例調(diào)節(jié)，比例系數(shù) K2 應(yīng)取得較大些。高負荷時采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)，其中 PI2 為主調(diào)節(jié)器，接受水位信號； PI3 為副調(diào)節(jié)器，除接受主調(diào)節(jié)器校正信號外，還接受蒸汽流量信號及給水流量信號 G。 各給水泵出口均設(shè)置獨立的 再循環(huán)裝置。 CCS 系統(tǒng)畫面由操作器控制面板組成，如圖 所示，在各操作面板上，主要有以下顯示操作量： ? PV：過程變量，以數(shù)值及棒圖顯示； ? SP：設(shè)定值，以數(shù)值及指針顯示； ? DMD：操作指令量，以數(shù)值及棒圖顯示； ? OUT：控制器輸出，以數(shù)值及棒圖顯示；手動狀態(tài)下點擊可彈出一對話框，可使操作員鍵入對控制器輸出的期 望值； ? DEV：控制器輸出與閥位反饋間的偏差，以指針顯示； ? SP、 SP Bias：設(shè)定值或設(shè)定值偏置值的組合框顯示，在其內(nèi)以數(shù)值形式顯示設(shè)定值或設(shè)定偏置。打開汽泵前置泵進口閥，啟動前置泵，檢查前置泵電流及出口壓力正常。給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)在低負荷時，采用單沖量水位控制方式 ,由低負荷調(diào)節(jié)門給水；高負荷時采用 給水串級三沖量控制方式，由主給水調(diào)節(jié)門給水。 3) 升至 30%MCR，負荷達到 120MW 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 此階段采用串級三沖量系統(tǒng)控制， 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 ，主給水調(diào)節(jié)閥基本處于全開位置不再關(guān)閉，以減少系統(tǒng)不必要的擾動。共有三臺主給水泵，其中兩臺可變速的汽動泵在高負荷時應(yīng)用，另一臺是 液力偶合器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的電動給水 泵 ， 在單元機組啟動及低負荷時應(yīng)用 。 同時還要感謝我的父母多年來對我的栽培 ，沒有他們，就沒有今天的我。同時保持給水流量基本穩(wěn)定，不致對水位產(chǎn)生大的擾動。 2) 升負荷至 25%~30%MCR 此階段仍采用單沖量系統(tǒng)，通過控制主給水調(diào)節(jié)閥來維持汽包水位，為滿足給水量的要求，可通過工作泵勺管軟操作器適當提高給水泵轉(zhuǎn)速。當電泵出口壓力小于給水母管壓力后，停電泵并投入備用。開啟電泵前置泵進口電動門，準備啟動電泵給鍋爐上水。當給水量大于一定負荷（ 20%額定給水量）時切至給水主路，此時給水流量僅靠給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。當切回自動時 PI3 繼續(xù)通過 f1(x)和 T2 的 NC 點跟蹤 PI4 的輸出。低負荷時由于蒸汽參數(shù)低，負荷變化下，假水位現(xiàn)象不太嚴重，對維持水位恒定的要求又不高，所以允許采用單沖量給水控制系統(tǒng)。所以，采用水位串級控制系統(tǒng)。 WT( s ) KZKμW0 W( s )W0 D( s )γDαDγHγWαWIHI0IDIW+WW1W2DH前 饋 通 道主 回 路內(nèi) 回 路擾 動通 道Δ IP I 調(diào) 節(jié) 器H1H2 圖 三沖量給水控制系統(tǒng)圖 所謂三 沖量，指的是引入了三個測量信號：汽包水位、給水流量、蒸汽流量。 經(jīng)除氧器后的給水，先到一臺汽動泵和兩臺電動泵 ， 在啟動和低負荷工況下電動泵運行，正常工況下汽動泵運行，兩臺電動泵的另一個功能是作為汽動泵的備用。 常規(guī)的 串級 三沖量給水控制系統(tǒng)往往只是在機組負荷達到 30%以上才能投入運行，而機組的頻繁的操作項目又幾乎都集中在機組 啟 動，停機，停爐過程中，特別是隨著機組容量的不斷增大，運行參數(shù)的不斷提高，運行人員在啟動停止過程中的操作量越來越繁重，為了保證機組安全經(jīng)濟運行，要求有更合理、更先進、調(diào)節(jié)范圍更寬的控制系統(tǒng)，也就是所謂的全程控制系統(tǒng)。所以，對給水流量測量信號可以只采用溫度校正，其校正回路如圖 所示。 測量信號自動校正的基本方法是： 先推 導(dǎo) 出被測參數(shù)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。水位 H（ 即曲線 3） 的實際響應(yīng)曲線是曲線 1 和曲線 2 的總和。其控制特點是：在三沖量控制系統(tǒng)中引入了汽包壓力的負微分前饋和蒸汽流量的微分前饋。 我 國大型火電機組的給水控制基本上還是采用經(jīng)典的 PID 控制算法。豐城電廠 300MW 機組 是典型的汽動泵 和 電動泵 共同使用的 混合型給水系統(tǒng)。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。 總的來說，國內(nèi)機組實現(xiàn)全程給水控制考慮的方案一般是在低負荷時，用啟動調(diào)節(jié)閥控制汽包水位，調(diào)速給水泵維持給水母管壓力，采用單沖量的控制方式；高負荷時，使用調(diào)速給水泵控制汽包水位，大旁路調(diào)節(jié)閥維持給水壓力，采用三沖量的控制方式。 4) 通過整個研究畢業(yè)設(shè)計，掌握從事工程技術(shù)工作時分析問題、解決問題的一般思路和基本方法。 但是燃料量 B 的增大只能使 D 緩慢增大，而且 dp 還慢 慢上升，它將使汽泡體積減小。 C?變 送 器LW?bP s?P 1P 2+h 圖 汽包水位單容平衡容器的測量系統(tǒng) 過熱蒸汽流量信號壓力、溫度校正 大容量高參數(shù)鍋爐的過熱蒸汽流量通常采用標準節(jié)流裝置進行測量。由于兼用改變泵轉(zhuǎn)速和上水通道阻力兩種方式調(diào)節(jié)給水量，增加了全程給水自動控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。這個具有一定壓力和溫度的過熱蒸汽就是鍋爐的產(chǎn)品。 5) 給水全程控制系統(tǒng)要適應(yīng)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 態(tài)啟動工況。當給水流量分流系數(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。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如 。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)。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。 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 。由于主給水閥容量較大，為此切換前應(yīng)適當降低電泵轉(zhuǎn)速。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(zhuǎn)、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(yīng)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。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)。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。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)。啟動第二臺泵后，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逐漸關(guān)小，給水泵轉(zhuǎn)速 將自動減小。因此，低負荷時采用單沖量控制系統(tǒng)。給水流量 ＞ 25%時 ， 給水控制自動由單沖量切至三沖量 ，此時應(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。打開電泵中間抽頭閥。 三臺高加采用帶三通閥和快速關(guān)斷閥的大旁路系統(tǒng)。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(zhuǎn)速后停泵。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。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(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。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(shè)定值，使給水量 W 跟蹤蒸汽量 D。 高壓汽輪機接受從鍋爐供給的過熱蒸汽，其轉(zhuǎn)子被蒸汽推動，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生電能。如圖中泵工作點由 a2 移至 b2 點。但在全程控制時，運行工況不能基本固定，當被測蒸汽壓力和溫度偏離設(shè)計值時，蒸汽度的密度變化很大，這就會給測量造成誤差，所以要 進行壓力和溫度的校正。 由以上分析可知，給水量擾動下水位響應(yīng)過程具有純延遲；負荷擾動下水位響應(yīng)過程具有假水位現(xiàn)象；燃料量擾動也會出現(xiàn)假水位現(xiàn)象。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2 給水全程控制 系統(tǒng) 給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性 給水擾動對水位的影響 給水量的擾動是給水自動控制系統(tǒng)中影響汽包水位的主要擾動之一，因為它是來自控制側(cè)的擾動，又稱內(nèi)擾。 由于不同容量的機組其給水系統(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 現(xiàn)給水全程自動系統(tǒng)的方案也有不同，這就要求在考慮方案時，要結(jié)合具體的控制對象進行