给水全程控制系统设计(共22页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘 要本文在讨论给水调节系统的被控对象动态特性、热工测量信号、调节机构特性的基础上,分析了三冲量给水控制系统的结构及工作原理,提出了实现单元制给水全程控制系统应考虑的问题及控制方案。随着锅炉朝大容量、高参数发展,给水系统采用自动控制系统是必不可少的,它可以减轻运行人员的劳动强度,保证锅炉的安全运行。对于大容量高参数锅炉,其给水系统是非常复杂和完善的。针对目前发电厂给水系统的现状及其存在的问题,结合发电厂300MW 机组配置 ,发电厂300MW 机组给水全程调节系统的构成原理和控制功能,分析了系统的总体结构、工作原理、控制过程、系统切换方式、控制逻辑、调试及参数整定原则
2、。 关键词:给水全程,给水控制,控制系统,汽包水位,自动调节AbstractBased on the discussion of the feed water regulating system controlled object dynamic characteristic, thermal measurement signals, adjusting mechanism on the basis of analysis of the characteristics, structure and working principle of the three element feed-wate
3、r control system, is proposed to realize the unit water supply problems should be considered in system and control scheme of the whole control. With the large capacity, high parameter boiler towards development, water supply systems using automatic control system is essential way, it can reduce the
4、labor intensity of the operation personnel, to ensure the safe operation of the boiler. For the large capacity and high parameters of the boiler, the water supply system is very complex and perfect. In view of the present situation of water supply system of power plant and its existing problems, com
5、bined with the configuration of 300MW power plant, the whole feed water regulating system for 300MW unit of power plant construction principle and control function, analysis of the overall structure, working principle, control process, the system switching mode, control logic, debugging and tuning p
6、rinciple.Key Words feed water, feed water control, control system, drum water level, automatic regulation专心-专注-专业目录引 言 汽包锅炉给水自动调节的任务就是在机组带负荷运行的整个工况下,自动控制锅炉的给水流量,使其适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在规定的范围内变化。汽包水位过高,会影响到汽包内汽水分离装置的正常工作,使出口蒸汽含水过多而使过热器结垢,容易造成过热器损坏,同时汽包出口蒸汽中含水过多,也会使过热器的温度急剧变化,直接影响机组的安全经济运行;汽包水位过低,则可能破坏锅炉的水循
7、环系统,造成水冷壁管破裂。因而,保持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全经济运行的必要条件,然而,汽包水位又是锅炉运行中变化最频繁的参数,故给水流量的调节操作也是运行中最频繁的操作,锅炉给水自动调节是十分重要的调节系统。在锅炉的启停过程中,给水控制十分重要,因此在大型机组中,汽包水位的全程控制系统被首先采用。汽包水位是锅炉安全、稳定、经济运行的一个非常重要的监控参数,维持汽包水位正常是保持汽轮机和锅炉安全运行的重要条件。水位高低反映了汽包内工质流入量与流出量的平衡关系,也就是锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。负荷变化必然引起汽包水位波动,这就需要通过调节给水流量使之与变化后的蒸汽负荷相适应来维
8、持水位在给定的范围内。汽包锅炉给水自动调节的任务就是在机组带负荷运行的整个工况下,自动控制锅炉的给水流量,使其适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在规定的范围内变化。 大型机组的控制与运行管理相当复杂,尤其是当机组承担调峰任务时,负荷波动频繁,而且机组的启停次数相应增加。这时,运行人员要依靠自动化系统的功能,保证机组的安全运行。因此,大容量发电机组要求具有在不同负荷和工况下,都能充分发挥控制作用的自动调节系统,这就产生了全程调节系统。所谓全程调节系统是指在机组启停过程和正常运行的全过程都能实现自动调节的调节系统。给水全程控制是现代控制理论发展的必然趋势,它最大程度地节省锅炉从点火升压到带满负荷及至事
9、故状态下紧急停炉的繁杂操作,可以实现对汽包水位有一个高速度、高稳定性的控制过程,提高系统的调节品质。 1 汽包水位全程控制的介绍目前,大型火电单元机组都采用机、炉的联合启动的方式,锅炉、汽轮机按照启动曲线要求进行滑参数启动。具有中间再热的单元机组多采用定压法进行滑参数启动。随着机组容量的增大、参数的提高,在启动和停机过程中需要监视和操作的项目增多,操作的频率也增高,采用人工调节已不适应生产要求,而必须在启、停过程中也实现自动控制。所谓全程控制系统是指机组在启停过程和正常运行时均能实现自动控制的系统。全程控制是相对常规控制系统而言的,全程控制包括启停控制和正常运行工况下控制两方面的内容。常规控制
10、系统一般只适用于机组带大负荷工况下运行,在启停过程或低负荷工况下,一般要用手动进行控制,而全程控制系统能使机组在启动、停机、不同负荷工况下自动运行。以给水控制系统为例,常规串级三冲量给水系统只能在负荷达到额定负荷70%时,才能投入自动,在此以前全部为手动操作,而全程给水系统从锅炉点火启动开始便可以投入自动。2 给水控制对象的动态特性2.1 给水流量扰动下水位的动态特性汽包水位是由汽包中的储水量和水面下的汽泡容积决定的,因此凡是引起汽包中储水量变化和水面下的汽泡容积变化的各种因素都是给水控制对象的扰动。其中主要的扰动有:给水流量W、锅炉蒸发量D、汽包压力Pb、炉膛热负荷等。给水控制对象的动态特性
11、是指上述引起水位变化的各种扰动与汽包水位间的动态关系。汽包水位动态特性较为复杂,一是对汽包水位扰动有四个来源,二是“虚假水位”问题的存在,特别是后一个问题使得人们设计出“三冲量”给水控制系统。了解、掌握汽包水位动态特性是保证给水自动控制系统顺利投入的基本要求。2.1.1 给水流量扰动下水位的动态特性给水流量是调节机构所改变的控制量,给水流量扰动是来自控制侧的扰动,又称内扰。给水流量扰动下水位的阶跃响应曲线如图2.1 所示。当给水流量阶跃增加W 后,水位H 的变化如图中曲线H 所示。水位控制对象的动态特性表现为有惯性的无自平衡能力的特点。当给水流量突然增加后,给水流量虽然大于蒸汽流量, 但由于给
12、水温度低于汽包内饱和水的温度,给水吸收了原有饱和水中的部分热量使水面下汽泡容积减少,实际水位响应曲线可视为由H1 和H2 两条曲线叠加而成,所以扰动初期水位不会立即升高。当水面下汽泡容积的变化过程逐渐平衡,水位就反应出由于汽包中储水量的增加而逐渐上升的趋势,最后当水面下汽泡容积不再变化时,由于进、出工质流量不平衡,水位将以一定的速度直线上升。图2.1.1 给水流量阶跃扰动下水位响应曲线2.1.2 蒸汽流量扰动下水位的动态特性蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负荷变化,属外部扰动。在蒸汽流量D 扰动下水位变化的阶跃响应曲线如图2.2 所示。当蒸汽流量突然阶跃增大时,由于汽包水位对象是无自平衡能力
13、的,这时水位应下降,如图2.2 中H1 曲线所示。但当锅炉蒸发量突然增加时,汽包水下面的汽泡容积也迅速增大,即锅炉的蒸发强度增加,从而使水位升高,因蒸发强度的增加是有一定限度的,故汽泡容积增大而引起的水位变化可用惯性环节特性来描述,如图2.1.2 中H2 曲线所示。实际的水位变化曲线H 则为H1 和H2 的合成。由图2.2 可以看出,当锅炉蒸汽负荷变化时,汽包水位的变化具有特殊的形式:在负荷突然增加时,虽然锅炉的给水流量小于蒸发量,但开始阶段的水位不仅不下降,反而迅速上升(反之,在负荷突然减少时,水位反而先下降),这种现象称为“虚假水位”现象。这是因为在负荷变化的初期阶段,水面下汽泡的体积变化
14、很快,它对水位的变化起主要影响作用的缘故,因此水位随汽泡体积增大而上升。只有当汽泡体积与负荷适应而不再变化时,水位的变化就仅由物质平衡关系来决定,这时水位就随负荷增大而下降,呈无自平衡特性。虚假水位现象与锅炉参数及蒸汽负荷变化大小有关,对于100670t/h 中、高压锅炉,当负荷阶跃变化10%时,虚假水位可达3040mm。图2.1.2 蒸气流量阶跃扰动下水位响应曲线2.1.3 炉膛热负荷扰动下水位的动态特性当燃料量扰动时,例如燃料量增加使炉膛热负荷增强,从而使锅炉蒸发强度增大。若此时汽轮机负荷未增加,则汽轮机侧调节阀开度不变。随着炉膛热负荷的增大,锅炉出口压力提高,蒸汽流量也相应增加,这样蒸汽
15、流量大于给水流量,水位应该下降。但是蒸发强度增大同样也使水面下汽泡容积增大,因此也会出现虚假水位现象。燃料量扰动下的水位阶跃响应曲线如图2.1.3 所示,由图可以看出,这种扰动下的“虚假水位”现象不太严重,这是因为蒸汽流量增加的同时汽压也增大了, 因而使汽泡体积的增加比蒸汽流量扰动时要小,从而使水位上升幅度较小。另外, 由于蒸发量随燃料量的增加有惯性和时滞,如图2.3 虚线所示,这就导致迟延时间较长。对汽包水位的第四种扰动是汽包压力的变化,汽包压力对汽包水位的影响是通过汽包内部汽水系统在压力升高时“自凝结过程” 和压力降低时的“自蒸发”过程起作用的。图2.1.2 燃烧量阶跃扰动下水位响应曲线上
16、述四种扰动在锅炉运行中都可能经常发生,给水流量扰动作为内部扰动,汽包水位对其响应的动态参数(、)是给水控制系统调节器参数整定的依据。蒸汽流量D、燃料量B 和汽包压力Pb 扰动作为外部扰动,会造成水位波动。蒸汽流量D 和燃料量B 的变化是产生“虚假水位”的根源。所以在给水控制系统里常常引入D、B 信号作为前馈信号,以改善外部扰动时的控制品质,而这也是目前大型锅炉给水控制系统采用三冲量或多冲量的根本原因。3 热工测量信号锅炉从启动到正常运行的过程中,蒸汽参数和负荷在很大范围内变化,这就使水位、给水流量和蒸汽流量测量的准确性受到影响。为了实现给水全程自动控制, 必须对这些测量信号自动进行压力、温度校
17、正(补偿)。在实际应用时,补偿公式中一些参数的确定要依据理论计算及现场调试综合求取,通过动态补偿回路确保上述信号在负荷变化时的精度。3.1 水位信号由于汽包中饱和水和饱和蒸汽的密度随压力变化,因而影响水位测量的准确性。这里拟考虑采用电气校正回路进行压力校正,即在差压变送器后引入校正回路。图3.1燃烧量阶跃扰动下水位响应曲线 式子中:P为平衡容器输出的差压,c,w,s分别是平衡容器内水的密度,汽包内饱和水的密度,汽包内饱和蒸汽的密度。当L、A 一定时,水位h 是差压和汽、水密度的函数。密度c . 与环境温度有关, 一般可取60时水的密度。在锅炉启动过程中,水温稍有增加,但同时由于压力也升高,两种
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