【文章內(nèi)容簡介】 ? )； p? 節(jié)流件差壓 (MPa)； K流量系數(shù) ； ? ：過熱蒸汽重度 ( 3mN )。 為了避免高溫高壓節(jié)流元件因磨損帶來的誤差，美國 Leedsamp。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 。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 用 P1代替蒸汽量測量校正線路 給水流量測量信號的溫度校正 計算結(jié)果表明：當(dāng)給水溫度為 100℃ 不變，壓力在 ～ 范圍內(nèi)變化時，給水流量的測量誤差為 %；若給水壓力位 不變，給水溫度在 100～ 290℃范圍 內(nèi)變化時，給水流量的測量誤差為 13%。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。若給水溫度變化不大，則不必對給水流量測量信號進(jìn)行校正 。 TBW E1 )(xf E1 TBW TBY )(xf 蒸汽流量 主蒸汽溫度 t 汽機(jī)調(diào)速級壓力 P 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 給水泵 安全運行特性要求 為了提高大型火電廠機(jī)組的熱效率，節(jié)約廠用電及提高經(jīng)濟(jì)效益，采用小型汽輪機(jī)代替電動機(jī)驅(qū)動鍋爐給水泵是有效的措施之一。汽動給水泵具有較高的經(jīng)濟(jì)性。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(jī)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(jī)組具有較高的經(jīng)濟(jì)性，又能在啟停和異常事故工況下使機(jī)組具備良好的適應(yīng)性和快速響應(yīng)功能。 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。 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。 為了滿足上限特性要求，在鍋爐負(fù)荷很低的時候，須打開再循環(huán)門，以增加通過泵的流量，這樣在所需的相同泵出口壓力條件下，可使泵進(jìn)入上限特性右邊的安全區(qū)工作，如圖 中， 泵的工作點由 a1 點移到 b1 點。 由于給水泵有最低轉(zhuǎn)速 minn 的要求，這樣在給水泵已接近 maxn 時就不能以繼續(xù)降低轉(zhuǎn)TBW E1 )(xf E1 ? TBY 蒸汽流量 給水溫度 t 給水流量信號 P? 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 速方式來調(diào)節(jié)給水量，這就需要用改變上水通道阻力（即設(shè)置給水調(diào)節(jié)閥）的方式，使泵工作在安全區(qū)內(nèi)。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。 在鍋爐負(fù)荷開到一定程度的時候，即泵流量較大時，為了不使在下限特性右邊區(qū)域工作，也須適當(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)門又起到保證泵在下限特性左邊安全工作的作用。如圖中泵工作點由 a2 移至 b2 點。 圖 給水泵安全工作示意圖 為了防止泵的工作點落入上限特性之外 ，目前采取的辦法是在泵出口至除氧器之間安裝再循環(huán)管道，當(dāng)泵的流量低于設(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，讓一部分水回到除氧器中，從而使低負(fù)荷階段的給水泵工作點也在上限特性曲線之內(nèi)，隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，給水流量也增大，當(dāng)泵的流量高于設(shè)定的最大流量時，再循環(huán)門將自動關(guān)閉 。華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 3 單元制給水全程自動控制系統(tǒng) 目前，大型火電單元機(jī)組都采用機(jī)、爐聯(lián)合啟動的方式，鍋爐、汽輪機(jī)按照啟動曲線要求進(jìn)行滑參數(shù)啟動。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。隨著機(jī)組容量的增大、參數(shù)的提高，在啟動和停機(jī)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，而在啟、停過程中也實現(xiàn)自動控制。 常規(guī)的 串級 三沖量給水控制系統(tǒng)往往只是在機(jī)組負(fù)荷達(dá)到 30%以上才能投入運行，而機(jī)組的頻繁的操作項目又幾乎都集中在機(jī)組 啟 動，停機(jī)，停爐過程中，特別是隨著機(jī)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(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運行，要求有更合理、更先進(jìn)、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)。 所謂給水全程控制系統(tǒng)是指鍋爐在啟停過程和正常運行時均能實現(xiàn)自動操作的控 制系統(tǒng) ,也是單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的主要子系統(tǒng)之一 ,是由單沖量和三沖量控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合所構(gòu)成的給水控制系統(tǒng)。 給水全程自動控制的任務(wù)是：在上述過程中，控制鍋爐的進(jìn)水量，以保持汽包水位在允許范圍內(nèi)變化。同時對鍋爐的水循環(huán)和省煤器要有保護(hù)作用。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(yuǎn)不能完成全程控制的任務(wù)。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)。 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)。在汽水系統(tǒng)中，鍋爐的給水由給水泵 打出，先經(jīng)過高壓加熱器，再經(jīng)過省煤器回收一部分煙氣中的余熱后進(jìn)入汽包。汽包中的水在水冷壁中進(jìn)行自然或強(qiáng)制循環(huán)，不斷吸收爐膛輻射熱量，由此產(chǎn)生的飽和蒸汽由汽包頂部流出，再經(jīng)過多級過熱器進(jìn)一步加熱成過熱蒸汽。這個具有一定壓力和溫度的過熱蒸汽就是鍋爐的產(chǎn)品。蒸汽的高溫和高壓是為了提高單元機(jī)組的熱效率。 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，帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生電能。從高壓汽輪機(jī)排出的蒸汽，其溫度、壓力都降低了，為了提高熱效率，需要把這部分蒸汽送回鍋爐，在再熱器中再次加熱，然后 再 進(jìn)入中、低壓汽輪機(jī)做 工，最后成為乏汽從低壓汽輪機(jī)尾部排入冷凝器冷凝為凝結(jié)水。凝結(jié)水與補(bǔ)充水一起經(jīng)過凝結(jié)水泵先達(dá)到低壓加熱器，然后進(jìn)入除氧器，除氧后進(jìn)入給水泵，至此完成了汽水系統(tǒng)的一次循環(huán)。 主 給水 系統(tǒng)流程 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 給水系統(tǒng)圖 由 圖可知，給水泵包括兩臺電動泵，一臺汽泵。每臺電動泵容量為 50%MCR(最大額定流量 )，汽動泵容量為 100%MCR。 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(fù)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。每臺泵都有再循環(huán)管路，當(dāng)系統(tǒng)工作在低負(fù)荷時再循環(huán)管路的閥門能自動打開，保證泵出口有足夠流量，防止汽蝕。給水泵排出的水，經(jīng)高壓加熱器換熱后到給水站。小負(fù)荷運行時旁路閥工作，調(diào)節(jié)鍋爐給水量，控制水位，同時電動泵維持在最低轉(zhuǎn)速運行，保證泵的安全特性 此時為兩段調(diào)節(jié) ； 高負(fù)荷時，閥門開到最大，為減小阻力主給水電動門也打開，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)。 給水站出來的水經(jīng)省煤器送 入 汽包 。 鍋爐給水全程控 制的特點 鍋爐給水全程控制系統(tǒng)可以不需要運行人員參與而自動完成鍋爐啟、停和正常運行工況下對給水熱力系統(tǒng)中全部設(shè)備的自動控制，以保持汽包水位在設(shè)定的允許范圍以內(nèi)，其控制過程具有以下主要特點： 1) 鍋爐從啟動到正常運行的過程中，汽水參數(shù)和負(fù)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(jìn)行壓力和溫度的校正。 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，同時還要保證變速給水泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。 3) 由于鍋爐給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性與負(fù)荷有關(guān)，在低負(fù)荷時可以采用以汽包水位為反饋信號的單回路控制系統(tǒng)；在高負(fù)荷時為 克服“虛假水位”需要采用三沖量控制系統(tǒng)，因此在鍋爐負(fù)荷變化時要保證兩種控制系統(tǒng)之間的雙向無擾切換。 4) 在低負(fù)荷時采用改變閥門開度來保持水位，高負(fù)荷時用改變給水泵的轉(zhuǎn)速保持水位，因此產(chǎn)生了閥門與給水泵間的過渡切換問題。 5) 給水全程控制系統(tǒng)要適應(yīng)機(jī)組定壓運行和滑壓運行工況，以及機(jī)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。 汽包水位 三沖量給水控制系統(tǒng) 三沖量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 如果從物質(zhì)平衡的觀點出發(fā)，理論上只要保證給水量永遠(yuǎn)等于蒸發(fā)量，就可以保證汽包水位大致不變。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。 圖 比值控制系統(tǒng)方框圖 從圖中可看到，比值控制系統(tǒng)對于汽包水位來說只是開環(huán)控制。如果耗汽量和給水量的測量不準(zhǔn)或者由于有鍋爐排污及管道泄漏等，蒸汽量與給水量之間并非總是確定的比值，那整個系統(tǒng)就無法達(dá)到汽水平衡，也就不能保持汽包的水位。從而引入汽包水位的三沖量控制。 如圖 所示為汽包水位三沖量控制的系統(tǒng)圖。 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。 這個系統(tǒng)對上述兩種方案取長補(bǔ)短，極大地提高了水位控制質(zhì)量。例如，當(dāng)耗汽量 D 突然階躍增大時，一方面由于假水位現(xiàn)象水位會暫時升高，它使調(diào)節(jié)器錯誤地指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)減小給水量；另一方面， D 的增大又通過比值控制作用指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 增加給水量。實際給水量是增大還是減小，取決于系統(tǒng)參數(shù)的整定 。 當(dāng)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(jī)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(jī)構(gòu)動作。只要參數(shù)整定合適，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)以后，給水流量必然等于蒸汽流量，水位 H 也就會維持在設(shè)定值。 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。 但必須指出，引入蒸汽流量信號只是削弱了假水位期間調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的誤動作，但并不能消除假水位現(xiàn)象，并且由于 水位 H 對負(fù)荷（蒸汽量）擾動 D 的響應(yīng)速度要比對基本擾動W 的響應(yīng)速度快得多，因此，在外部擾動下被調(diào)量的變化幅度還是比較大，必須對負(fù)荷變化的幅度加以限制。 三沖量控制系統(tǒng)的工程整定 1) 內(nèi)回路的整定 在內(nèi)回路中， 圖 所示的內(nèi)回路原理方框圖中 ， 可以把調(diào)節(jié)器以外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)閥、變送器和分流器作為廣義調(diào)節(jié)對象處理，則其動態(tài)特性近似為比例環(huán)節(jié)，因此 PI調(diào)節(jié)器的比例帶δ和積分時間 Ti 可以取較小值，通過試驗法進(jìn)行整定。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。 圖 內(nèi)回路原理方框圖 2) 主回路的整定 在主回路中可以把內(nèi)回路看作快速隨動系統(tǒng)處理，即輸入信號Δ I 改變時調(diào)節(jié)器可以迅速改變給水流量 W，使輸入信號Δ I 與反饋信號 wI 保持平衡，即： I? = wI = w? w? W 從而推導(dǎo)出 IW? =WW??1 因此內(nèi)回路可以簡化為： 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 1WW??Δ I W 在此基礎(chǔ)上可得主回路簡化方框圖： 1WW??Δ I WI 0ID+W0 W( s )HγHIHH2H1 根據(jù)主回路簡化方框圖，主回路的等效調(diào)節(jié)器可以看作比 例調(diào)節(jié)器，其等效比例帶為：*w? = w? w? 整定主回路時，以