【正文】 同時(shí)還要感謝我的父母多年來(lái)對(duì)我的栽培 ，沒(méi)有他們，就沒(méi)有今天的我。在論文寫(xiě)作過(guò)程中，馬老師以極其負(fù)責(zé)的態(tài)度，幫助我收集論文所需的參考資料，對(duì)我在論文撰寫(xiě)的過(guò)程 中遇到的每一個(gè)問(wèn)題都不厭其煩地給予詳細(xì)的指導(dǎo)，對(duì)整篇論文的初稿到最后定稿都仔細(xì)閱讀，并給予細(xì) 心的修改。例如：在機(jī)組由 低負(fù)荷向高負(fù)荷的過(guò)渡階段，控制系統(tǒng)自動(dòng)從單沖量調(diào)節(jié)方式切換為串級(jí)三沖量控制方式 ， 與此同時(shí)還要進(jìn)行給水調(diào)節(jié)閥的切換。共有三臺(tái)主給水泵，其中兩臺(tái)可變速的汽動(dòng)泵在高負(fù)荷時(shí)應(yīng)用，另一臺(tái)是 液力偶合器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的電動(dòng)給水 泵 ， 在單元機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷時(shí)應(yīng)用 。同時(shí)保持給水流量基本穩(wěn)定，不致對(duì)水位產(chǎn)生大的擾動(dòng)。以此達(dá)到分擔(dān)前一臺(tái)泵的一半負(fù)荷，使泵工作在安全特性區(qū)內(nèi)的目的。 4) 升負(fù)荷至滿(mǎn)負(fù)荷 此階段仍采用串級(jí)三沖量系統(tǒng)，由于負(fù)荷較高，采用控制兩臺(tái)給水泵轉(zhuǎn)速方案，這是控制系統(tǒng)的正常工況。 3) 升至 30%MCR，負(fù)荷達(dá)到 120MW 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 此階段采用串級(jí)三沖量系統(tǒng)控制， 啟動(dòng)一臺(tái)汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，調(diào)整好電泵與汽泵并列運(yùn)行 的負(fù)荷分配，汽泵啟動(dòng)時(shí)注意維持汽包水位 ，主給水調(diào)節(jié)閥基本處于全開(kāi)位置不再關(guān)閉，以減少系統(tǒng)不必要的擾動(dòng)。 2) 升負(fù)荷至 25%~30%MCR 此階段仍采用單沖量系統(tǒng)，通過(guò)控制主給水調(diào)節(jié)閥來(lái)維持汽包水位，為滿(mǎn)足給水量的要求，可通過(guò)工作泵勺管軟操作器適當(dāng)提高給水泵轉(zhuǎn)速。 附錄所附圖 中 ， 單沖量調(diào)節(jié)器 LD_3L_PID 工作 ,其輸入為水位測(cè)量值 LD 和給定值 SET的偏差 ,其輸出經(jīng) FW_VLV_PID 調(diào)節(jié)器對(duì)旁路閥進(jìn)行調(diào)節(jié) ,同時(shí)可進(jìn)行閥位顯示。具體的方法是 ：當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)門(mén)狀態(tài)均在手動(dòng)時(shí)，不進(jìn)行流量偏差修正；只有一個(gè)調(diào)節(jié)門(mén)狀態(tài)在自動(dòng)時(shí)，才進(jìn)行流量偏差修正；正常使用中不允許兩個(gè)調(diào)節(jié)門(mén)都工作在自動(dòng)狀態(tài)。給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)，采用單沖量水位控制方式 ,由低負(fù)荷調(diào)節(jié)門(mén)給水；高負(fù)荷時(shí)采用 給水串級(jí)三沖量控制方式，由主給水調(diào)節(jié)門(mén)給水。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。 如圖 所示。切換過(guò)程應(yīng)力求平穩(wěn)，減少對(duì)汽包水位的影響。打開(kāi)汽泵前置泵進(jìn)口閥，啟動(dòng)前置泵，檢查前置泵電流及出口壓力正常。開(kāi)啟電泵前置泵進(jìn)口電動(dòng)門(mén)，準(zhǔn)備啟動(dòng)電泵給鍋爐上水。就地開(kāi)啟電泵再循環(huán)隔離門(mén)。 ? 設(shè)定值 /偏置值增減按鈕：可以一定的步距值增減控制器的設(shè)定值或偏置值。 CCS 系統(tǒng)畫(huà)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(guò)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(dòng)狀態(tài)下點(diǎn)擊可彈出一對(duì)話框，可使操作員鍵入對(duì)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。當(dāng)給水量大于一定負(fù)荷（ 20%額定給水量）時(shí)切至給水主路，此時(shí)給水流量?jī)H靠給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。三通閥始終保證一路是暢通的。 從三臺(tái)給水主泵的中間抽頭各引出一根支管，每根管上裝一個(gè)止回閥和一個(gè)閘閥，三根管子最后匯合成一根Φ 133 10 的總管通往再熱器減溫器。 各給水泵出口均設(shè)置獨(dú)立的 再循環(huán)裝置。當(dāng)切回自動(dòng)時(shí) PI3 繼續(xù)通過(guò) f1(x)和 T2 的 NC 點(diǎn)跟蹤 PI4 的輸出。 三泵間設(shè)計(jì)有平衡回路，并具有各自的軟、硬手操器，在軟手操器上可以進(jìn)行偏置設(shè)定，在上級(jí)具有一個(gè)給水總操。 閥門(mén)與泵的運(yùn)行及切換 低負(fù)荷時(shí)采用旁路閥門(mén)控制給水流 量，高負(fù)荷時(shí)采用改變泵的轉(zhuǎn)速控制給水流量。高負(fù)荷時(shí)采用串級(jí)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(hào)； PI3 為副調(diào)節(jié)器，除接受主調(diào)節(jié)器校正信號(hào)外，還接受蒸汽流量信號(hào)及給水流量信號(hào) G。低負(fù)荷時(shí)由于蒸汽參數(shù)低，負(fù)荷變化下，假水位現(xiàn)象不太嚴(yán)重，對(duì)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)。引入蒸汽流量作為靜態(tài)前饋信號(hào)，所以是一個(gè)帶有靜態(tài)前饋的串級(jí)控制系統(tǒng)。比如蒸汽流量信號(hào) D? 取 1，給水流量信號(hào) W? 可視情況取 ～ 1?？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。所以，采用水位串級(jí)控制系統(tǒng)。 3) 前饋通道的分析整定 內(nèi)回路和主回路的整定后，三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化方框圖如圖 : 1WW??Δ IWI0ID+W0 W( s )HγHIHH2H1W0 D( s )DγDαD前 饋 通 道 圖 三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 蒸汽流量前饋通道不在控制系統(tǒng)的閉環(huán)回路以?xún)?nèi)，因此不會(huì)影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 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(duì)象處理，則其動(dòng)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(shí)間 Ti 可以取較小值，通過(guò)試驗(yàn)法進(jìn)行整定。 當(dāng)假水位現(xiàn)象消失后，水位和蒸汽信號(hào)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(jì)（論文） 15 指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 WT( s ) KZKμW0 W( s )W0 D( s )γDαDγHγWαWIHI0IDIW+WW1W2DH前 饋 通 道主 回 路內(nèi) 回 路擾 動(dòng)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(gè)測(cè)量信號(hào)：汽包水位、給水流量、蒸汽流量。 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(duì)于汽包水位來(lái)說(shuō)只是開(kāi)環(huán)控制。 4) 在低負(fù)荷時(shí)采用改變閥門(mén)開(kāi)度來(lái)保持水位，高負(fù)荷時(shí)用改變給水泵的轉(zhuǎn)速保持水位，因此產(chǎn)生了閥門(mén)與給水泵間的過(guò)渡切換問(wèn)題。 給水站出來(lái)的水經(jīng)省煤器送 入 汽包 。 經(jīng)除氧器后的給水，先到一臺(tái)汽動(dòng)泵和兩臺(tái)電動(dòng)泵 ， 在啟動(dòng)和低負(fù)荷工況下電動(dòng)泵運(yùn)行，正常工況下汽動(dòng)泵運(yùn)行，兩臺(tái)電動(dòng)泵的另一個(gè)功能是作為汽動(dòng)泵的備用。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。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(guò)多級(jí)過(guò)熱器進(jìn)一步加熱成過(guò)熱蒸汽。一個(gè)常規(guī)三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)只適合于鍋爐正常運(yùn)行狀態(tài)，遠(yuǎn)不能完成全程控制的任務(wù)。 常規(guī)的 串級(jí) 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(yùn)行，而機(jī)組的頻繁的操作項(xiàng)目又幾乎都集中在機(jī)組 啟 動(dòng)，停機(jī)，停爐過(guò)程中，特別是隨著機(jī)組容量的不斷增大，運(yùn)行參數(shù)的不斷提高，運(yùn)行人員在啟動(dòng)停止過(guò)程中的操作量越來(lái)越繁重，為了保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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)。 圖 給水泵安全工作示意圖 為了防止泵的工作點(diǎn)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(shí)，再循環(huán)門(mén)自動(dòng)開(kāi)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(diǎn)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(shí)，再循環(huán)門(mén)將自動(dòng)關(guān)閉 。 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(shí)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(hào) P? 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 速方式來(lái)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)。而電動(dòng)給水泵具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)迅速、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，所以大容量機(jī)組的給水系 統(tǒng)泵組的設(shè)計(jì)是由電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵共同構(gòu)成，充分利用兩種泵的優(yōu)勢(shì)，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。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 所示。 一般按下式進(jìn)行校正： D= Pk? =K???????????????PTPP () 式（ ）中： D過(guò)熱蒸汽流量 (Kg/H)； P過(guò)熱蒸汽壓力 (MPa)； T過(guò)熱蒸汽溫度 (C? )； p? 節(jié)流件差壓 (MPa)； K流量系數(shù) ； ? ：過(guò)熱蒸汽重度 ( 3mN )。而飽和水和飽和蒸汽的 重 度W? 和 s? 均為汽包壓力 bP 的函數(shù)，即： C? s? = F( bP ) W? s? = f( bP ) 所以式（ ）可寫(xiě)成 ： 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 h=)()( bb Pf PPF ?? () 根據(jù)上式即可設(shè)計(jì)出水位壓力的自動(dòng)校正線路。 圖 表示 單 容平衡容器的測(cè)量系統(tǒng)。 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)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。所以在給水控制系統(tǒng)里常常引入 D、B 信號(hào)作為前饋信號(hào)，以改善外部擾動(dòng)時(shí)的控制品質(zhì)，而這也是目前大型鍋爐給水控制系統(tǒng)采用三沖量或多沖量的根本原因。 圖 汽機(jī)耗汽量 D 階躍擾動(dòng)下的水位響應(yīng)曲線 燃料量擾動(dòng)對(duì)水位的影響 當(dāng)燃料量 B 擾動(dòng)時(shí)，必然會(huì)引起蒸汽量 D 的變化 ，燃料量增加會(huì)使?fàn)t膛熱負(fù)荷增加，鍋爐吸收更多的熱量蒸發(fā)強(qiáng)度增加，若此時(shí)，汽輪機(jī)所帶負(fù)荷不變，那么隨著爐膛熱負(fù)荷的增加，鍋爐出口壓力 dp 提高，蒸汽流量就會(huì)相應(yīng)的增加上去，然后蒸汽量的變化就會(huì)造成“虛假水位”的現(xiàn)象，即水位先上升，隨后再下降，響應(yīng)曲線如圖 所示。 但 當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量突然增加時(shí)，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。水位 H（ 即曲線 3） 的實(shí)際響應(yīng)曲線是曲線 1 和曲線 2 的總和。在給水流量 W 的階躍擾動(dòng)下，水位 H 的響應(yīng)曲線可以用圖 來(lái)說(shuō)明。 3) 對(duì)給水系統(tǒng)的控制邏輯進(jìn)行詳細(xì)地分析。能順利實(shí)現(xiàn)全程給水控制，這一方面得益于其合理、完善的設(shè) 計(jì)，另一方面在于其 DCS 控制系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性，為實(shí)現(xiàn)其控制策略提供了軟、硬件上的保證。其控制特點(diǎn)是：在三沖量控制系統(tǒng)中引入了汽包壓力的負(fù)微分前饋和蒸汽流量的微分前饋。 國(guó)外現(xiàn)狀綜述 以 西門(mén)子公司設(shè)計(jì)的 某 350MW 機(jī)組全程給水控制系統(tǒng) 為例，系統(tǒng) 分為給水啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)和給水泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)兩部分。 二 是一段式給水控制 ,采用變速給水泵控制汽包水位 ,采用給水調(diào)節(jié)閥控制給水母管壓力 ,這一方案將給水控制系統(tǒng)和汽包水位控制系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)考慮 ,這樣更有利于機(jī)組效率的提高和給水泵的安全、高效運(yùn)行 ,但必須克服兩系統(tǒng)之間的相互影響。另外，機(jī)組在高負(fù)荷時(shí)，雖然可以實(shí)現(xiàn)三沖量給水自動(dòng)且正常情況時(shí)效果也不錯(cuò)。