【正文】 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 6 擾動 下的假水位比負荷擾動下要緩和得多。所以在給水控制系統(tǒng)里常常引入 D、B 信號作為前饋信號，以改善外部擾動時的控制品質(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。為了實現(xiàn)全程自動控制。 測量信號自動校正的基本方法是： 先推 導 出被測參數(shù)溫度、壓力變化的數(shù)學模型，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。 水位信號的壓力校正 B B? t 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 對汽包鍋爐通常利用差壓原理來測量其水位，鍋爐從啟、停到正常負荷的整個運行 范圍內(nèi)，汽包壓力變化很大，汽包內(nèi)飽和蒸汽和飽和水密度的變化也很大，這樣就不能直接用差壓信號來代表水位，而必須對其進行壓力修正。 圖 表示 單 容平衡容器的測量系統(tǒng)。密度 C? 與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取50℃時水位的密度。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（ ）可寫成 ： 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 h=)()( bb Pf PPF ?? () 根據(jù)上式即可設計出水位壓力的自動校正線路。這種噴嘴基本上是按定壓運行額定工況參數(shù)設計，在該參數(shù)下運行時，測量精度是較高的。 一般按下式進行校正： D= Pk? =K???????????????PTPP () 式（ ）中： D過熱蒸汽流量 (Kg/H)； P過熱蒸汽壓力 (MPa)； T過熱蒸汽溫度 (C? )； p? 節(jié)流件差壓 (MPa)； K流量系數(shù) ； ? ：過熱蒸汽重度 ( 3mN )。Northrup 公司提出了用汽機調(diào)節(jié)級壓力 P1 的溫度補償信號來代替蒸汽流量信號 ， 如圖 。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。 TBW E1 )(xf E1 TBW TBY )(xf 蒸汽流量 主蒸汽溫度 t 汽機調(diào)速級壓力 P 華北電力大學本科畢業(yè)設計（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組的熱效率，節(jié)約廠用電及提高經(jīng)濟效益，采用小型汽輪機代替電動機驅(qū)動鍋爐給水泵是有效的措施之一。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性和快速響應功能。 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。 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? 華北電力大學本科畢業(yè)設計（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（即設置給水調(diào)節(jié)閥）的方式，使泵工作在安全區(qū)內(nèi)。 在鍋爐負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。 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，當泵的流量低于設定的最小流量時，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，從而使低負荷階段的給水泵工作點也在上限特性曲線之內(nèi)，隨著機組負荷的增加，給水流量也增大，當泵的流量高于設定的最大流量時，再循環(huán)門將自動關(guān)閉 。具有中間再熱的單元機組多采用定壓法進行滑參數(shù)啟動。 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)。 給水全程自動控制的任務是：在上述過程中，控制鍋爐的進水量，以保持汽包水位在允許范圍內(nèi)變化。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。 單元制 機組 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)。汽包中的水在水冷壁中進行自然或強制循環(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)過多級過熱器進一步加熱成過熱蒸汽。蒸汽的高溫和高壓是為了提高單元機組的熱效率。從高壓汽輪機排出的蒸汽，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 進入中、低壓汽輪機做 工，最后成為乏汽從低壓汽輪機尾部排入冷凝器冷凝為凝結(jié)水。 主 給水 系統(tǒng)流程 華北電力大學本科畢業(yè)設計（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。 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。給水泵排出的水，經(jīng)高壓加熱器換熱后到給水站。 給水站出來的水經(jīng)省煤器送 入 汽包 。 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)。 4) 在低負荷時采用改變閥門開度來保持水位，高負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。 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等于蒸發(fā)量，就可以保證汽包水位大致不變。 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。從而引入汽包水位的三沖量控制。 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。例如，當耗汽量 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)機構(gòu) 增加給水量。 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 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 指揮調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。 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。 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，通過試驗法進行整定。 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 從而推導出 IW? =WW??1 因此內(nèi)回路可以簡化為： 華北電力大學本科畢業(yè)設計（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，以給水流量 W 作為輸入信號，汽包水位反饋信號 HI 作為輸出信號，做階躍擾動試驗，在階躍響應曲線上求得調(diào)節(jié)對象 owW (s)的遲延時間τ和反應速度 ε ，建議采用以下公式計算主回路參數(shù)： W WWWW? ? ? ? ??????? ??????? 增大給水流量分流系數(shù) w? ，相當于增加主回路等效比例調(diào)節(jié)器的比例帶，使調(diào)節(jié)動作減慢，穩(wěn)定性提高；但對于內(nèi)回路，相當于增加了內(nèi)回路開環(huán)放大系數(shù)，使內(nèi)回路穩(wěn)定性下降。 3) 前饋通道的分析整定 內(nèi)回路和主回路的整定后，三沖量給水自動控制系統(tǒng)簡化方框圖如圖 : 1WW??Δ IWI0ID+W0 W( s )HγHIHH2H1W0 D( s )DγDαD前 饋 通 道 圖 三沖量給水自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖 華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文） 17 蒸汽流量前饋通道不在控制系統(tǒng)的閉環(huán)回路以內(nèi)，因此不會影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實踐證明 D? 只要滿足比例特性，就可以保證在蒸汽流量 D 變化時使汽包水位 H 穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。所以，采用水位串級控制系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器的任務是當給水流量擾動時，迅速動作使給水量保持不變；當蒸汽流量擾動時，迅速改變給水量，保持給水和蒸汽量的平衡。可考慮副調(diào)節(jié)器為純比例調(diào)節(jié)，比例系數(shù) K2 應取得較大些。比如當保證內(nèi)回路不發(fā)生振蕩而使 W? 減小時，應相應地減少主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) K1， 以保證主回路的穩(wěn)定性。比如蒸汽流量信號 D? 取 1，給水流量信號 W? 可視情況取 ～ 1。主回路用于直接控制水位，主調(diào)節(jié)器一般都采用比例積分動作，維持穩(wěn)態(tài)水位不變。引入蒸汽流量作為靜態(tài)前饋信號，所以是一個帶有靜態(tài)前饋的串級控制系統(tǒng)。 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)多用了一個調(diào)節(jié)器，這是缺點，但是它卻使得對信號的靜態(tài)配合要求不那么嚴格了，也不需要估計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，這是因為主調(diào)節(jié)器能自動校正信號配合不準所引起的誤差。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)。于是出現(xiàn)了低負荷時采用單沖量，高負荷時采用三沖量的給水全程控制系統(tǒng)。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。 1) 單沖量控制系統(tǒng)到三沖量控制系統(tǒng)的切