【正文】 控制閥控制方式改成了給水泵轉(zhuǎn)速控制方式。隨著負(fù)荷逐漸升高，給水壓力增大，閥門處因節(jié)流產(chǎn)生的壓差也隨之增大。當(dāng)負(fù)荷增大和控制閥門開度增大以后，如果當(dāng)控制閥對(duì)給水調(diào) 節(jié)不起作用時(shí)，應(yīng)該手動(dòng)升高電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速，增大給水流量，提高給水壓頭。 （ 2） 帶 25%負(fù)荷階段?？刂圃砣鐖D 45 所示。此階段過程中采用單沖量給水控制系統(tǒng)。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 44 串級(jí)三重量給水控制系統(tǒng) 300M 機(jī)組給水控制過程分析 機(jī)組給水控制系統(tǒng) 的 SAMA 圖如圖 45 所示。當(dāng)給水流量發(fā)生自發(fā)性擾動(dòng)或蒸汽流量發(fā)生改變時(shí)，給水流量很快發(fā)生改變，使得給水流量與蒸汽流量相等。主調(diào)節(jié)器 PI1為一比例積分調(diào)節(jié)器，其作用是保證水位控制無靜態(tài)偏差。因此，該系統(tǒng)僅在啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行階段起作用。但它不能克服虛假水位現(xiàn)象的影響。 該系統(tǒng)由測量變送單元、調(diào)節(jié) 器、被控對(duì)象和執(zhí)行器構(gòu)成，通過給水流量控制汽 包水位，汽包水位作為唯一輸入信號(hào) [7]。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 1）單沖量給水控制系統(tǒng) 其系統(tǒng)圖如圖 43所示。此外，在 啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行階段，由于鍋爐給水量較小，使得給水泵工作流量較小，從而 導(dǎo)致給水泵得不到足夠的冷卻而引起泵的氣蝕，甚至震動(dòng)。 圖 42 全程給水控制流程圖 控制方案設(shè)計(jì) 鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷階段，由于汽包水位變化不大，虛假水位現(xiàn)象不太明顯， 對(duì)汽包水位調(diào)節(jié)要求不高，所以一般采用單沖量控制方案，即控制器只接受汽包 水位唯一一個(gè)被控參數(shù)。給水泵包括兩臺(tái)電動(dòng)泵和一臺(tái)汽動(dòng)泵，電動(dòng)泵容量為 50%額定給水流量，汽動(dòng)泵容量為 100%額定給水流量。 圖 41 300MW 機(jī)組給水熱力系統(tǒng)示意圖 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 給水全程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 除氧器 給水泵 再循環(huán) 凝結(jié)水 高加 給水流量 減溫水閥 主給水電動(dòng)門 電動(dòng)截門 啟動(dòng)旁閥 省煤器 汽包 過熱器 蒸汽流量 去汽輪機(jī) 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 300MW機(jī)組 給水控制系統(tǒng) 流程 圖如圖 42所示。低負(fù)荷階段旁路調(diào)節(jié)閥通過控制鍋爐給水量來調(diào)節(jié)汽包水位，電動(dòng)泵在最低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，目的是使泵在安全狀態(tài)下運(yùn)行。 在啟動(dòng)和低負(fù)荷階段電動(dòng)泵運(yùn)行，高負(fù)荷階段（超過 30%額定負(fù)荷 )汽動(dòng)泵投運(yùn)，電動(dòng)泵還可以作為氣動(dòng)泵的備用。 給水從除氧器出來后，由給水泵送入高 壓加熱器，再經(jīng)省煤器進(jìn)入汽包。所以在給水控制系統(tǒng)里常常 引入 給水流量 、 爐膛熱負(fù)荷 作為前饋信號(hào)，以改善外部擾動(dòng)時(shí)的 調(diào)節(jié) 品質(zhì)，這 便 是目前大型 機(jī)組 給水控制系統(tǒng)采 用三沖量或多沖量的根本原因?；谄蛔兓母臼瞧湮镔|(zhì)平衡或能量平衡遭到破壞之原因， 分別分析研究了給水流量、蒸汽流量和爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)汽包水位的動(dòng)態(tài)特性。因 此 ，燃料量擾動(dòng)下的 虛 假水位 現(xiàn)象相比較爐膛熱 負(fù)荷擾動(dòng)下要緩和得 多。 燃料量增加會(huì)使?fàn)t膛 熱負(fù)荷增加，鍋爐吸收熱量 增加從而使 蒸發(fā)強(qiáng)度增加 。但實(shí)際上，汽輪機(jī)用氣量 的變化必然引起汽包內(nèi)力壓的變化，汽壓變化也會(huì)影響到汽包水面下容積的改 變，所以實(shí)際情況下 “虛假水位 ”現(xiàn)象會(huì)比理論上更嚴(yán)重。 圖 36 為蒸汽流量擾動(dòng)對(duì)的水位影響在 MATLAB/Simulink 下的建模仿真，響 應(yīng)速度為 ，曲線時(shí)間常數(shù)為 50，放大倍數(shù)為 20，仿真步長為 300s。 由圖 37 還可以看出，當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，汽包水位變化有方式為： 當(dāng)負(fù)荷突然增加時(shí)，雖然鍋爐蒸發(fā)量大于給水流量，但在負(fù)荷變化初期，蒸發(fā)強(qiáng) 度增加使汽包水面以下容積增加，且汽包容積變化速度較快，對(duì)水位變化起主要 作用，導(dǎo)致汽包水位不僅不下降反而迅速上升，這種現(xiàn)象稱為 “虛假水位 ”現(xiàn)象。但是當(dāng)鍋爐蒸發(fā) 量突然增加時(shí)，鍋爐蒸發(fā)強(qiáng)度增加，使得汽包水面以下容積也迅速增加，又因鍋 爐蒸發(fā)強(qiáng)度的增加是有一定限度的，不可能一直增加，所以由負(fù)荷增大引起的汽 包容積增大而引起的水位變化可以用慣性環(huán)節(jié)來表示，如圖 37 中黃色曲線所 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 示。 在蒸汽流量產(chǎn)生 階躍擾動(dòng)時(shí)，水位變化的階躍響應(yīng)曲線如圖 37 所示。圖 3圖 35 分別表示的 鍋爐容量小和鍋爐容量相對(duì)較大時(shí)的仿真結(jié)果，因此可以得出以下結(jié)論：用鍋爐 容量的增加來計(jì)算響應(yīng)速度，響應(yīng)速度越來越快，表明隨著鍋爐容量的增加和參 數(shù)的提高，水位控制要求越來越嚴(yán)格。 圖 34 為當(dāng)響應(yīng)時(shí)間變化為 ，延遲時(shí)間仍為 50，仿真步長變化為 1000s 時(shí)的仿真模型，仿真結(jié)果為圖 35 所示。圖 33 中的藍(lán) 色曲線為僅考慮給水流量增加后水位變化曲線，不考慮因給水流量增加所引起水 面以下汽包容積的變化，呈現(xiàn)積分特性環(huán)節(jié)；黃色曲線為只考慮給水流量增加所 造成汽包水面以下汽包容積的變化，沒有考慮物質(zhì)平衡關(guān)系，呈現(xiàn)慣性特性環(huán)節(jié)； 紅色曲線為給水流量增加后水位的實(shí)際變化。 圖 32 為用 MATLAB/ Simulink 軟件對(duì)汽包水位特性進(jìn)行建模仿真，其中響 應(yīng)速度為 ，延遲時(shí)間為 50s，仿真步長為 500。當(dāng)水面以下 汽包容積變化達(dá)到平衡后，汽包水位因?yàn)榻o水流量的增加而使水位開始上升。鍋爐汽包具有慣性和無自平衡能力的動(dòng)態(tài)特性。給水調(diào)節(jié)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析的主要任務(wù)就是研究以上擾動(dòng)引起汽包水位變化與汽包水位之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 3 章 給水調(diào)節(jié)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析 給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 汽包鍋爐給水調(diào)節(jié)對(duì)象結(jié)構(gòu)示意圖如下 ： 過熱器 D 省煤器 W 給水調(diào)節(jié)閥 汽包 水 循 環(huán) 圖 31 給水 調(diào)節(jié) 對(duì)象結(jié)構(gòu)示意圖 如圖 31 所示，給水從給水泵出來經(jīng)過給水母管，通過控制給水調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)進(jìn)入省煤器的給水流量，經(jīng)省煤器加熱后的給水進(jìn)入汽包，再經(jīng)過汽水分離裝置分離后，水經(jīng)下降管進(jìn)入再循環(huán)，蒸汽去再熱器進(jìn)一步加熱，到達(dá)規(guī)定數(shù)值后進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)做功。低負(fù)荷階段通過改變閥門開度維持給水泵的出口壓力，而高負(fù)荷階段時(shí)通過改變調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制汽包水位，于是還存 在閥門與調(diào)速泵之間過渡切換問題。此時(shí)，對(duì)給水控制系統(tǒng)的要求是保證歲負(fù)荷變化時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種控制系統(tǒng)之間的無擾切換。在低負(fù)荷階段（蒸汽流量小于 30%額定值）時(shí)，機(jī)組采 （ 4） 用滑壓運(yùn)行方式，參數(shù)較低，負(fù)荷波動(dòng)范圍較小，虛假水位現(xiàn)象不明顯，一般采用單沖量控制系統(tǒng)，其由單回路控制系統(tǒng)構(gòu)成，汽包水位為唯一的反饋信號(hào)。因此在給水全程控制系統(tǒng)中一是要滿足給水流量控制的要求，二是要保證給水泵在正常范圍內(nèi)工作。低負(fù)荷時(shí)虛假水位現(xiàn)象不明顯，高負(fù)荷時(shí)虛假水位明顯，因此，為了保證汽包水位、給水流量和蒸汽流量的測量準(zhǔn)確性，確保給水全程控制，必須要求這些測量信號(hào)能自動(dòng)進(jìn)行壓力、溫度校正，保證測量精度實(shí)現(xiàn)更好調(diào)節(jié)。 對(duì)給水控制系統(tǒng)的要求 在給水控制系統(tǒng)的控制過程中，自動(dòng)保證汽包水位在正常工作范圍內(nèi)，無華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 需要人員操作的干涉。 為滿足上述任務(wù)的要求，必須控制進(jìn)入鍋爐的給水量。汽包水位 的高低 同時(shí)受 到 鍋爐 負(fù)荷 和汽 輪機(jī)用氣量 的 共同作用 ， 所以 當(dāng)鍋爐負(fù)荷 產(chǎn)生擾動(dòng) 或汽 輪 機(jī)用汽量發(fā)生變化時(shí)， 必須保證 給水控制系統(tǒng)能 夠維持 汽包水位 在正常工作 范圍內(nèi)變化。給水全程控制 包括以下幾個(gè) 過程 ： [3] （ 1）鍋爐的點(diǎn)火、升溫升壓過程； （ 2）啟動(dòng)帶負(fù)荷過程； （ 3）帶小負(fù)荷過程； （ 4）由小負(fù)荷到大負(fù)荷過程； （ 5）由大負(fù)荷又降到小負(fù)荷過程； （ 6）鍋爐滅火后冷卻降溫降壓過程。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的概述 鍋爐給水自動(dòng)控制的概念 所謂 的鍋爐給水自動(dòng) 控制系統(tǒng)是指機(jī)組在啟 動(dòng)和停止 過程 、 正常運(yùn)行 階段、變負(fù)荷過程中都可以 實(shí)現(xiàn) 鍋爐給水 自動(dòng)控制的系統(tǒng)。 第五章對(duì)所設(shè)計(jì)的給水控制系統(tǒng)進(jìn)行低負(fù)荷階段和高負(fù)荷階段進(jìn)行仿真， 研究不同負(fù)荷下給水控制系統(tǒng)的控制方案并整定出調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組在不同負(fù)荷下均能精準(zhǔn)對(duì)汽包水位、調(diào)節(jié)閥壓差進(jìn)行控制，保證機(jī)組從鍋爐啟動(dòng)上水到滿負(fù)荷狀態(tài)的安全運(yùn)行。 本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)安排如下： 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第二章 為給水控制系統(tǒng)的概述，首先介紹了給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的概念，然后闡述了給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)，最后對(duì)給水控制系統(tǒng)提出了一些要求。本設(shè)計(jì)的意義就在于，通過對(duì)不同負(fù)荷下控制方案進(jìn)行模擬仿真，改進(jìn)優(yōu)化方案和獲取調(diào)節(jié)器最佳整定參數(shù)，最終提高機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性。因此必然導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷產(chǎn)生擾動(dòng)時(shí)，汽包水位快速變化，使得人工調(diào)節(jié)變得非常困難，給火電廠運(yùn)行和管理帶來困難。 （ 2）由于機(jī)組容量提高和蒸汽參數(shù)不斷擴(kuò)大，使得鍋爐蒸發(fā)受熱面積的熱負(fù)荷也隨之增大。汽包水位過低時(shí)，水循環(huán)不能完成，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成水冷壁管道破損；汽包水位過高時(shí)，容易造成汽水分離器分離不徹底，蒸汽品質(zhì)變差，出口蒸汽攜帶水分，水中含有的溶解性鹽類在經(jīng)過過熱器時(shí)造成過熱器管壁以及汽輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)。因此控制汽包水位就要調(diào)節(jié)好鍋爐負(fù)荷、鍋爐蒸發(fā)量、給水流量三者之間的關(guān)系。 DCS 系統(tǒng)擁有靈活的態(tài)，再加上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有其自身的優(yōu)越性，將其二者結(jié)合后的控制系統(tǒng)可以完成傳統(tǒng)儀表無法實(shí)現(xiàn)的控制，從而為各個(gè)控制系統(tǒng)的全程調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)提供了可能。 高負(fù)荷時(shí)大多采用串級(jí) 三沖量控制華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 系統(tǒng) ，因?yàn)檫@個(gè)階段汽包 水位動(dòng)態(tài)特性 比較 復(fù)雜 ,“虛假水位 ”現(xiàn)象 非常嚴(yán)重 ,而采用三沖量控制方式可以有效抑制虛假水位。在啟動(dòng)和低負(fù)荷 階段， 蒸汽參數(shù) 較 低 ,負(fù)荷 波動(dòng)不大 ,虛假水位現(xiàn)象不 明顯 ,所以汽包水位比較容易維持在正常工作范圍內(nèi)。 因此 ,為了 保證 機(jī)組的安全 性 和經(jīng)濟(jì) 性需要滿足機(jī)組從鍋爐啟動(dòng)上水到滿負(fù)荷狀態(tài)以及在減負(fù)荷的過程中都能實(shí)現(xiàn)全程給水自動(dòng)控制。因此，汽包水位控制一直很受重視。汽包水位過低時(shí)，水循環(huán)不能完成，嚴(yán)重時(shí)造成水冷壁管道破損；汽包水位過高時(shí)，容易造成汽水分離器分離不徹底，蒸汽品質(zhì)變差，分離器出口蒸汽攜帶水分，水中含有的溶解性鹽類在經(jīng)過過熱器時(shí)造成過熱器管壁以及汽輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)。 汽包水位受到給水流量和鍋爐蒸發(fā)量的共同影響，而鍋爐負(fù)荷決定鍋爐蒸發(fā)量，因此控制汽包水位就要調(diào)節(jié)好鍋爐負(fù)荷、鍋爐蒸發(fā)量、給水流量三者之間的關(guān)系。因此，為適應(yīng)大容量、高參數(shù)機(jī)組的快速發(fā)展，電廠熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)也在不斷的改進(jìn)和提高技術(shù)。 simulation 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 課題研究背景 隨著 國內(nèi) 電力需求的 逐漸擴(kuò)大 ,并且考慮到 能源和環(huán)保的要求 ,大容量、高參數(shù)的大型機(jī)組 逐漸代替小容量、低參數(shù)機(jī)組成為主流機(jī)組 。 three impulse。s economy and security. Key words: 300MW unit。 關(guān)鍵字： 300MW 機(jī)組；給水控制系統(tǒng)；三沖量；設(shè)計(jì)；仿真 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） The Design and Simulation Analysis of Feed Water Control System for 300 MW Unit Based on the MATLAB Abstract With the gradual expansion of domestic electricity demand, and taking into account the requirements of energy and environmental protection, largecapacity, highparameter large units gradually re