第五讲给水控制

单元机组协调控制系统5．给水控制系统5.1直流锅炉给水控制概述一、直流锅炉给水控制的特点直流锅炉的给水是在给水泵压头作用下，顺序地通过加热区、蒸发区和过热区，一次性地将给水全部变为过热蒸汽，其循环倍率等于1。在直流锅炉中，给水变为过热蒸汽是一次完成的。这样，锅炉的蒸发量不仅取决于燃烧率，同时也决定于给水流量。因此，为了满足负荷变化的需要，①给水控制和燃烧率控制是密切相关而不能独立的。负荷控制要求W与B同时动作。②给水流量控制回路是控制锅炉出口主蒸汽温度的一个最基本手段。由于超临界机组采用直流锅炉，给水流量的波动将对机组负荷、主蒸汽压力和主蒸汽温度等机组运行重要过程参数均产生较大影响。由于机组负荷和主蒸汽压力已设计有其它控制手段，而一旦给水控制回路如果工作欠佳的话，将导致煤水比动态失调。而这时锅炉出口主蒸汽温度仅靠喷水减温控制是无法满足机组运行对主蒸汽温度的要求。因此，③给水流量调节回路起到了控制锅炉总能量平衡(保持恰当的煤水比)并维持分离器出口蒸汽温度在一定范围内变化的作用。在本系统中，当超临界直流锅炉由湿式分离器到干式分离器的切换过程中，自动控制系统是自然进行的，无需设计专门的控制回路。控制系统唯一的要求是在任何工况下使省煤器入口给水流量不要低于400T/H。二、给水系统的组成大机组锅炉给水控制系统通常采用三台变速泵来控制给水流量，变速泵又分为电动变速泵和汽动变速泵。电动变速泵的驱动电动机经液力联轴器与水泵相连接，通过改变液力联轴器中勺管的径向行程，改变联轴器的工作油量，实现给水泵转速的改变。汽动给水泵由小汽机直接驱动，通过控制小汽机的进汽量，改变汽动泵的转速。汽动给水泵可直接将蒸汽的热能转变为机械能，有较高的效率，但由于驱动小汽轮机的蒸汽一般采用主汽轮机的中压缸抽汽，在机组启动和低负荷时，汽轮机高压缸的抽汽汽压太低，无法维持汽动泵的正常运行。因此，采用汽动给水泵的系统，一般都配有一定容量的电动泵，作为机组起停和低负荷时使用。本机组锅炉给水控制系统中，采用两台分别带50％负荷的汽动给水泵作为正常负荷下的供水，一台带30％负荷的电动给水泵作为启动及带低负荷或当两台汽动给水泵中有一台故障时作为备用泵使用。三、信号测量回路机组MCS控制系统重要控制用测量信号通常设置三个测点，采用三取中值逻辑供调节系统使用，即冗余信号取中值。当任意一个测点与中值比较超差，或测点信号故障，或测点量程超限时均发出报警信号。当两个测点同时发生故障，则延时5秒，发出“测点坏质量”信号，相关自动控制系统强制切到手动方式。测点信号正常后，必须人为复位才能重新投入自动。给水流量控制系统中省煤器入口流量、省煤器入口给水温度均设有三个测点，正常情况下选取中间值输出。分离器出口温度有两个测点，正常情况下选取平均值输出。1．给水母管温度测量给水母管温度选择回路采用三台变送器测量后选中值输出，测量系统组态SAMA图所示。水冷壁出口集汽联箱给水温度也采用三台变送器测量后选中值输出的方案。2．锅炉给水流量测量。通常给水流量的测量准确性与给水温度和给水压力有关，其中温度影响尤甚。因此，为了测量的准确，给水流量测量加入了温度补偿环节。锅炉给水流量测量受给水母管温度影响较大，因此在测量回路中引入了温度补偿信号，并经开方块作线性化处理。同理，过热器一级和二级减温水流量也同样经过温度校正。5．2给水流量控制回路给水流量控制为一串级调节系统，其控制回路可分为两大部分，即给水流量指令形成回路和给水泵控制回路。一、给水流量指令形成回路省煤器入口的给水流量指令IT2由前馈信号FW和主调节器PID输出的校正信号IT1两部分叠加而成，前馈信号主要实现锅炉的煤水配比，前馈信号为锅炉主指令信号经动态延时环节F1(t)和函数发生块F1(x)后给出省煤器入口给水流量指令的基本值。1．前馈信号F1(t)--滤波环节，目的是为了补偿燃料量和给水流量对水冷壁出口联箱给水温度的动态特性差异。因给水流量对水冷壁出口联箱给水温度的影响比燃料量要快得多，加负荷先加B，F1(t)延时后加水。为了防止总燃料量信号快速波动对给水系统的影响(如一台磨煤机跳闸后快速启动另一台磨煤机)，该值应经过一个速率限制(由模拟量延时块DELAY来实现)。F1(X)--函数发生器,确定煤水比。Dt）--上水冷壁出口联箱给水温度的微分,动态校正，当分离器出口温度上升时，动态增加给水流量2．校正信号由主调节器PID输出，它根据水冷壁出口联箱给水温度和水冷壁出口联箱给水温度设定值之间的偏差进行运算后得到。水冷壁出口联箱给水温度的设定值由以下两部分组成：(1)根据汽水分离器储水罐压力信号经函数发生器后给出水冷壁出口联箱给水温度设定值的近似值。F2(t):消除汽水分离器储水罐压力信号的高频波动，设计了一个滤波环节。F2(X):分离器压力对应的饱和温度+过热度。(2)过热器喷水比率的修正信号，这个修正信号由过热器喷水比率和其设定值的偏差形成。过热器喷水比率的设定值由机组给定负荷信号经函数发生器F3（X）给出，过热器喷水比率测量值由过热器喷水的总量除以锅炉总给水量求得。F3（t）滤波环节,消除机组给定负荷信号和过热器喷水比率信号的高频波动。F4（X）速度限制和最大幅度值限制，防止该修正信号动态波动较大而引起分离器的干、湿切换。例如在上海石洞口二厂，最大幅度设置在正负4度之间。加这个修正信号的目的是为了保证机组运行的经济性并使过热器喷水保持在最合理流量。负荷小于55%，T4指向S1为0，故喷水比修正只有在负荷55%时才起作用。负荷小于55％时，水冷壁出口联箱给水温度设定值仅仅是汽水分离器储水罐压力的函数，实际上，给水流量控制回路仅当锅炉运行在纯直流(干式分离器)工况下才能对锅炉出蒸汽温度起到粗调的作用。为了保证锅炉本身的安全运行，要求任何工况下省煤器入口量不低于35％MCR的值。当锅炉在低负荷下运行(湿式分离器)时，多余的给水流量经分离器疏水阀进行再循环控制。│3、主调节器给水流量串级控制系统的主调节器控制水冷壁出口联箱给水温度在其设定值上，副调节据锅炉总给水量的测量值与流量设定值的偏差输出给水泵控制指令，分别调节三台给水泵转速来满足机组负荷变化的需求。二、给水泵控制回路给水流量串级控制的副调节器根据给水流量指令和省煤器入口流量的偏差形成给水泵(公用指令)，该指令同时送到三台给水泵转速控制回路。给水自动时，给水泵公用指令加上相应给水泵(例如A泵)的转速偏置指令，再减去水泵转速偏置的平均值信号，并经上、下限限幅块、给水泵A的自动/手动操作站及小值选择块输出汽泵A的控制指令。naT=FWdmd+ba-b1、限幅作用:为了保证任何时候给水泵A的转速控制指令都不要超过上、下限限值，这样的设置是为了避免泵的工作点进入非工作区而造成泵的汽蚀。2、小值选择块的作用:当汽动给水泵A的入口流量超过所设定的上限值H时，切换块T6将接S2，将汽动给水泵A的转速控制指令反馈到小值选择块的输入，实现汽动给水泵A转速指令增闭锁。当汽动给水泵A的入口流量低于所设定的上限值H时，切换块T6指向S1，将汽动给水泵A的转速控制指令与常数块(A=2)的值叠加后反馈到小值选输入，以保证正常的调节作用得以实现。3、为了使三台给水泵可以承担不同的负荷分配并使三台泵分别投自动时能实现无扰动切换，三台给水泵都可以进行各自的偏置设定。而给水泵转速平均偏置信号则由各台给水泵的偏置指令加权求和得到。bbFWnadmdaTbbFWnbdmdbT;bbFWncdmdcTbbbbFWnnncbadmdcba33dmdcbaFWnnnn3/)(当某台泵的偏置增加使其输出增加时,平均偏置增加,其它两台泵输出减少,保持总的输出指令不变（当电泵停下时，应使勺管指令到初始位置，以防止高负荷时汽泵转速指令上升受限。4、当一台泵自动时，自动控制侧可以自动补偿手动控制侧给水泵转速的改变。如A自动，B手动，如A自动，B手动，C停运行。T3指向S1，有：baanbbnnbbdmdbdmdadmdaTnFWbnbFWbbFWnaTann即badmdnnFW手动使nb增加时，平均指令b增加，A泵的自动指令naT减少，从而保持na加nb不变。此时,ababbnbnnbnb)(badmdbdmdbTnnFWbbFWn即处于手动状态的软手操作器输入端的自动信号(尚未起作用)与手操输出信号相等,随时可由手动无扰地切到手动。5、当某台泵未投遥控时，转速控制站自动跟踪泵实际转速。电泵跟踪勺管位置。6、MFT后10秒，若给水泵运行，则勺管位置置0，以后根据锅炉需要上水决定是否上水。三、控制系统的工作过程1、负荷增加时2、分离器出口温度自发增加时5．3分离器水位控制回路直流锅炉没有汽包，启动时间可以缩短，直流炉滑参数启动时，机炉对启动参数的要求不同，故要有一套启动系统。启动系统主要由汽水分离器、储水罐、储水罐溢流调节阀、疏水阀和凝汽器等组成。一、储水罐水位测量在机组启动和低负荷（35%MCR）运行时,分离器的作用相当于汽包炉的器包。分离出的水通过分离器储水罐溢流调节阀（361阀）分别送疏水扩容器和凝汽器，回收工质，并维持储水罐水位。分离器储水罐差压：Δp=Lre-[(L-H)rq+Hrs]=Lre-Lrq+Hrq-Hrs分离器储水罐水位：H=[Δp-L(re-rq)]/(rq-rs)亚临界运行时，压力越高，汽、水密度差越小，测量差压越小，故需对压力进行修正；超临界运行时，汽水密度差为0，测量值无意义。湿态时，水位由361阀控制，分离器水位越高，361阀开度越大；干态时，361阀已关，由于温差而凝结的水经暖管阀流入二级减温，最大流量为1.2T/H。水位越高，差压越大，流量越大，故水位升不起来。二、储水罐水位控制通过控制两个疏水调门（361阀）开度，来调节启动分离器水位，以确保直流锅炉清洗、锅炉由湿态向干态自然转化，使锅炉直流运行。控制系统为开环系统，由汽水分离器水位控制361阀开度。当凝汽器压力低时禁止向凝汽器排热水，当汽水分离器压力高时禁开361阀，以保证凝汽器安全。