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1、给水自动控制系统,山西漳山发电有限责任公司 生产技术部 郄英杰,第一章、给水全程控制系统的概念,1、给水控制系统的重要性 汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位在设定值。汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。维持汽包水位是保证机炉安全运行的重要条件。锅炉汽包水位过高，影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽中水分过多，结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时还会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低，则可能使炉水循环泵正常运行工况破坏，造成供水设备损坏或水冷壁管因供水不足而烧坏。,2、给水全程控制系统的概念
2、：所谓全程控制系统，是指机组在正常运行、负荷变化和启停过程中均能进行自动控制的系统。所谓全程包括以下几个过程：A.锅炉点火、升温升压；B.开始带负荷；C.带小负荷；D.由小负荷到大负荷运行；E.由大负荷又降到小荷负；F.锅炉灭火后冷却降温降压。给水全程自动控制的任务是：在上述过程中，控制锅炉的进水量，以保持汽包水位在正常范围内变化，同时对锅炉的水循环和省煤器要有保护作用。保持水位和保护省煤器实际体现在水位和给水流量两个参数的协调。水位是靠调节给水流量来保持的，而给水流量变化得过分剧烈，将会对省煤器的安全运行带来威胁。所以，给水控制的任务实际上包括两方面的内容：即在保持水位在工艺允许的范围内变化
3、的条件下，尽量保持给水流量稳定,1 、锅炉给水系统的工艺流程 ：在热力系统中，通常将除氧器出口到锅炉省煤器之间的供水管道及所属设备称为给水系统。给水系统的主要设备有除氧器及给水箱、高压加热器、给水前置泵和给水泵等。,第二章、给水全程控制系统的主要设备,由除氧器出来的除氧水，经给水前置泵升压后进入主给水泵，主给水泵升压出来的水到给水母管，然后分成三路：一路从给水母管经过三级高压加热器加热升温后，依次送至给水操作平台(即启动用给水调节阀和主给水阀)，给水流量测量装置，然后送至省煤器；旁路给水容量不小于15%BMCR。从给水母管上引出一路向过热器的减温器，提供适当压力的减温水。由给水母管上引出另一路
4、去高压旁路，作为高压旁路减温用水。给水泵设计一中间抽头，向再热器的减温器提供减温水。再热减温水管道从给水泵中间抽头引出，通过一个母管进入再热器喷水。每台泵出口安装一再循环管，直接与除氧器水箱1相连，其作用是通过测量前置泵与主给水泵之间给水管道上的流量，并调整再循环调节阀的开度，保证给水泵出口流量大于最小流量。正常运行时，两台50%容量的电动给水泵向锅炉省煤器供水，一台50%容量的电动给水泵作为工作给水泵的备用泵。三台给水泵组都是单轴布置，即主泵和前置泵在同一平台上，它们都是由一台马达驱动。锅炉给水泵并联运行时，每台泵的流量是相等的，泵并联运行流量偏差不得超过允许设定范围。,第三章、 给水泵安全
5、运行的特殊要求,采用变速泵的给水全程控制系统要求给水泵运行在安全工作区内。电动变速泵的速度控制借助液力齿轮联轴器完成，通过改变液力联轴器勺管位置的高低，控制工作油量的多少以达到控制速度的目的。在整个运行过程中，保证泵组的安全运行是至关重要的问题。变速给水泵的安全工作区可以在泵的流量压力特性曲线上表示出来，如图5-2所示。变速泵的安全工作区由六条曲线围成：最高转速曲线；最低转速曲线；最高压力曲线；最低压力曲线；上限特性曲线；下限特性曲线。其中，最高和最低转速曲线由泵组的调速装置所限制，工作点不会越出其外边，且高性能现代高速给水泵的出口最高压力均高于管道的承压能力，所以保证给水泵安全运行应采取的措
6、施主要是不使泵的工作点处在上限和下限特性曲线之外，不使泵出口压力落入最低压力线之下。图中的阴影线包围的部分即为变速泵的安全工作区。由图可见，压力高时，安全区范围较宽，压力低时安全区的范围变窄。图中还作出了锅炉在定压运行和滑压启动过程中的压力负荷(给水流量)曲线。定压运行的压力负荷曲线为一条水平直线，工作点大部分都在安全区以内，仅有一个小部分落在上限特性曲线以外。如果主给水泵为全容量泵，基本上可不用采取措施，也能确保水泵安全运行。对于滑压启动和运行的单元机组，锅炉在某段时间内的运行压力较低，所以主给水泵的出口压力也较低，由图5-2可以看出，在滑压运行中如果负荷较大，压力负荷曲线可能越出下限特性曲
7、线之外，此时要采取保证给水泵安全运行的措施。,无论是定压运行还是滑压运行，低负荷阶段，给水泵工作点都会落在上限特性曲线之外，为防止出现这种情况，最有效的措施是低负荷时增加给水泵的流量，目前采取的办法是在泵出口至除氧器水箱之间安装再循环管道，当泵的流量低于某一设定的最小流量时，再循环门自动开启，增加泵体内的流量，从而使低负荷阶段的给水泵工作点也在上限曲线之内。随着机组负荷的地逐渐增大，给水流量也会增大，当流量高于某一设定值时，再循环门将自动关闭。变速泵下限特性曲线决定了不同压力下水泵的最大负荷能力。当给水流量较大时，如果安全工作区窄，则工作点可能会移到下限特性曲线之外，这是不能允许的，因此要采取
8、措施加以防止。目前采用的方法是提高上水管道的阻力，即关小泵出口流量调节阀门，以提高水泵的出口压力，使工作点重新移入安全区以内，如图5-3所示。在滑压运行时，设给水泵工作点在“a”点处，当机组负荷增大，给水流量要求增大时，如果水泵仍在该转速下运行，通过开大给水调节阀门来增大给水流量，则工作点将沿曲线由“a”点移到“c”点，落在水泵安全工作区以外，这是不允许的。解决问题的办法是关小给水调节阀门，使泵的出口压力升高，同时使水泵转速升高，当给水流量达到负荷要求数值时，工作点将由“a”点移动到“b”点，不会滑到安全工作区以外，保证了给水泵的安全运行。,综上所述，采用变速泵构成全程给水调节系统时，应考虑设
9、置以下几个子系统：给水泵转速调节系统。该系统根据锅炉的负荷要求，通过调节给水泵转速的方法来调整给水量的大小。给水泵最小流量控制系统。低负荷时为了不使水泵的工作点落在上限特性曲线的外边，可通过增大水泵再循环流量的办法来维持水泵流量不低于设计要求的最小流量值。给水泵出口压力调节系统。该系统的任务是通过调节给水调节阀门的开度来维持给水泵出口压力，保证给水泵工作点不落在下限工作特性曲线之外及最低压力线之下。以上三个子系统中，第一个是必须设置的；第二个子系统，对于现代大型高速给水泵组来说，自身已设置了这套控制系统，用户一般不必要再另外设计；对第三个子系统要根据所选泵型的特性及系统设计方案来具体考虑，若能
10、保证水泵安全运行，则可以不设置该系统。,第四章 一段式给水与两段式给水,1单冲量和三冲量的概念1.1汽包水位三冲量给水调节系统A、所谓冲量，是指调节器接受的被调量的信号； B、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成； C、在汽包水位三冲量给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，如图所示。其中，汽包水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量信号是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量
11、扰动时的调节质量；蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号作为介质反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。,虚假水位是锅炉运行时不真实的水位。虚假水位的产生是由于当汽包压力突降时，炉水饱和温度下降到压力较低时的饱和温度，使炉水大量放出热量来进行蒸发。于是炉水内的汽泡增加，汽水混合物体积膨胀，促使水位很快上升，形成虚假水位。当汽包压力突升时，则相应的饱和温度提高一部分热量被用于加热炉水，而用来蒸发炉水的热量则减少，炉水中汽泡量减少，使汽水
12、混合物的体积收缩，促使水位很快下降，形成虚假水位。此外当锅炉内热负荷增加或骤减时，水的比容将增大或减小，也会形成虚假水位。锅炉负荷突变、灭火、安全门动作、燃烧不稳时，都会产生虚假水位。 在大、中型火力发电厂锅炉汽包水位的变化速度比较快，“虚假水位”现象较为严重，为了达到生产过程中对汽包水位调节的质量要求，因而广泛采用了三冲量汽包水位调节系统。 关于测量信号接入调节器的极性说明：当信号值增大时要求开大调节阀，该信号标以“+”号；反之，当信号值减小时要求关小调节阀，该信号标以“”号。在给水调节系统中，当蒸汽流量信号增大时，要求开大调节阀，该信号标以“+”号；给水流量信号增大时，要求关小调节阀，该信
13、号标以“”号；当汽包水位升高时，差压减小，水位测量信号减小，要求关小调节阀，则该信号标以“+”号。,2.1 变速泵给水控制系统的基本方案 采用变速泵的给水控制系统有两种基本方案，即两段式控制方案和一段式控制方案，现对这两种方案的工作原理简单介绍如下。,2.1.1 两段式给水控制系统两段式给水控制方案的工作原理如图所示。这种控制方案中设置了两个子控制系统： 汽包水位控制系统汽包水位控制系统（图）是一个串级三冲量给水控制系统。该系统的任务是根据水位偏差的校正信号、蒸汽流量前馈及给水流量反馈三个信号的综合作用，控制给水调节阀门开度，以调整给水流量W，维持汽包水位等于其给定值， 调节阀前后差压控制系统
14、调节阀前后差压控制系统（图）是一个单回路控制系统，其任务是通过调节变速泵的转速来维持调节阀前后差压不变，保证调节阀在整个调整过程的流量特性接近理想流量特性，同时也可防止低负荷时调节阀承受过大差压。该系统也可称为给水泵出口压力控制系统。,2.1.2一段式给水控制方案 汽包水位控制系统汽包水位控制系统（图5-8(a)）也是一个串级三冲量给水控制系统，与两段式控制方案的区别在于这个系统输出的调节作用是控制变速泵的转速。通过调整给水泵转速来调节给水流量的大小，维持汽包水位为给定值。 泵出口压力控制系统由于给水泵的安全工作区范围较窄，系统中又设置了泵出口压力调节系统（图5-8(b)）通过调节给水调节阀的
15、开度来控制泵的出口压力，防止工作点落在下限特性以外。,第五章 600MW机组给水控制系统介绍,我厂给水系统由以下几个子控制系统构成，即：给水旁路调节阀控制系统；变速给水泵转速控制系统(三台泵各自设置一套)；给水泵最小流量控制系统(三台泵各自设置一套)。这三个子系统共同完成给水全程控制的各项任务。在任何负荷下都要维持汽包水位稳定在设定值，同时要尽可能使给水流量相对稳定，以保护省煤器和给水管道系统的安全运行；还要保证给水泵工作在安全工作区内。因全程给水的运行条件变化较大，要求全程给水控制系统的结构形式随运行条件的变化进行各种切换，且要求切换时无扰。具体的切换有：同一系统中控制偏差信号的切换；单冲量
16、与三冲量控制系统之间的切换；给水泵之间的切换等。,5.1给水旁路阀控制系统控制系统,图为锅炉给水旁路阀控制系统总体结构示意图。该系统由一单冲量单回路反馈控制系统和一个串级三冲量控制系统构成。其作用是当给水泵启动或低负荷时，用来维持汽包水位在设定值。5.1.1单冲量单回路控制信号由所得到的汽包压力校正后的汽包水位测量信号，与在M/A操作站设定的汽包水位设定值比较，即可得到汽包水位偏差信号。该水位偏差经过PID控制器运算后的输出就是单冲量单回路反馈控制信号。显然，单冲量单回路控制信号工作的条件是如下逻辑条件均有效： 主蒸汽流量或给水流量测量信号故障或者机组负荷小于设定值； 给水旁路调节在自动方式。
17、否则，单冲量单回路控制系统处于跟踪状态，1#PID控制器跟踪给水旁路阀调节指令,5.2三冲量控制,汽包水位三冲量控制是在单冲量控制的基础上引入了主汽流量和给水流量信号参与控制，能够跟准确的反映汽包水位的变化。当主汽流量大于400t/h的时候，给水控制自动切换为三冲量控制。全程自动控制给水系统要求给水泵能够自动实现流量平衡、压力平衡，同时要能保证给水泵在启停和正常工作状态下不偏离给水泵工作区。汽包水位三取中信号与设定值比较后，引入给水流量扰动和主汽流量扰动得到偏差信号，偏差信号经过给水压力和流量修正后保证给水泵始终在工作区。最后在平均分配到运行给水泵，经过流量平衡修正后作为给水泵控制器的控制输入
18、。,5.3给水旁路阀调节指令M/A操作站的输出信号就是给水旁路阀调节指令。所以，给水旁路阀调节指令可以自动形成，也可手动设定。当“给水旁路调节投自动”信号有效时，给水旁路阀M/A操作站工作在自动方式。此时，M/A操作站接收图5-17所形成的单冲量控制信号或者串级三冲量控制信号并将其输出作为给水旁路阀开度调节指令。如果下列条件任意一个满足，给水旁路阀调节指令处于手动设定方式： 汽包水位测量信号故障； 自动投主给水电动门后5秒时间内。手动方式时，给水旁路阀调节指令有运行人员通过M/A操作站手动设定。当接收到“开给水旁路调节”逻辑信号后5秒内，给水旁路阀M/A操作站处于跟踪状态，其输出跟踪100，即
19、将给水旁路阀置于全开位置。,5.4 单/三冲量控制信号的形成给水泵转速控制系统在不同负荷段，采用不同的控制信号。一般情况，在低负荷运行工况，采用单冲量控制系统控制给水泵转速；在高负荷运行工况，采用三冲量控制系统控制给水泵转速一维持汽包水位稳定。单冲量控制信号经汽包压力校正后的汽包水位测量信号，与汽包水位设定值比较，即可得到汽包水位偏差信号。该水位偏差经过PID控制器运算后的输出就是单冲量控制信号。显然，单冲量控制回路工作的条件是如下逻辑信号均有效： 主蒸汽流量或给水流量测量信号故障或者主蒸汽流量不大于越限设定值；给水泵转速控制在自动方式；当主汽流量大于400t/h时，给水控制自动切至三冲量。主汽流量为第一级蒸汽压力计算并且经过温度压力修正后所得流量。,
