本文格式為Word版，下載可任意編輯——大機組汽包鍋爐給水控制系統XXXX大學科技學院本科畢業設計（論文）

大機組汽包鍋爐給水控制系統

的設計與研究

摘要

給水全程控制系統是火力發電廠單元機組協調控制中的主要子系統之一，針對其可靠運行直接關系到整個發電系統的安全問題，采用單沖量和三沖量控制系統有機結合的控制策略，應用自動控制理論對單元機組給水的要求和特點進行了全面的分析，使單元機組給水全程控制從鍋爐點火到機組滿負荷運行，始終保持汽包水位在允許的范圍內，而且系統穩態誤差小，控制精度高，超調量小。此外還提出了在系統設計時應注意的幾個關鍵問題，這對單元機組給水全程控制系統的設計和調試均具有一定的參考價值。

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?P?P2?P1??aH??Gh??sH??sh=(?a??s)H?(?G??s)h

h?(?a??s)H??P(3-1)

?G??s當H一定時，水位h是差壓和汽、水密度的函數。密度?a與環境溫度有關，一般可取50℃時水的密度。在鍋爐啟動過程中，水溫略有增加，但由于同時壓力也升高，兩種因素對?a的影響基本上可抵消，即可近似地認為?a是恒值。而飽和水和飽和汽的密度?G和?s均為為汽包壓力Pb的函數，即

?a??s?fa(Pb)?G??s?fb(Pb)

所以式（3-1）可以改寫為

h?fa(Pb)H??P（3-2）

fb(Pb)依照式（3-2），可以設計出水位壓力自動校正線路，如圖3.2所示。圖3.2中函數組件f1（x）、f2（x）分別模擬式（3-2）中的fa（Pb）和fb（Pb）。計算和試驗說明，密度與汽包壓力之間的函數曲線如圖3.3所示。

圖3.2水位壓力自動校正線路之一圖3.3密度與汽包壓力的關系曲線

從圖3.3中曲線可以看出，?a－?s與Pb的關系在較大范圍內可近似地認為是線性關系即

''(?a??s)?k1?k2Pb

''H(?a??s)?H(k1?k2Pb)H(?a??s)?k1?k2Pb

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則式（3-l）可改寫為

h?k1?k2Pb??P(3-3)

fb(Pb)按式（3-3）可設計出較為簡便的水位自動校正線路，如圖3.4所示。

（2）采用具有雙室平衡容器的水位取樣裝置進行水位校正，這種裝置本身基本上可以補償啟動或中止過程中的水位測量誤差，校正原理如圖3.5所示。

圖3.4水位壓力自動校正線路之二圖3.5采用雙室平衡容器的水位測量系統

和壓力自動校正回路

這種測量裝置中，水位表達式為

h??P(3-4)

?G??sH為正壓取壓管管口水位到負壓管水平的中心線之間的距離，式（3-4）中沒有式（3-1）中的a－s項，故a隨溫度變化的影響消除了。

3.1.2過熱蒸汽流量信號的壓力、溫度校正

過熱蒸汽流量測量尋常采用標準噴嘴。這種噴嘴基本上是按定壓運行額定工況參數設計，在該參數下運行時，測量精度是較高的。但在全程控制時，運行工況不能基本固定。當被測過熱蒸汽的壓力和溫度偏離設計值時，蒸汽的密度變化很大，這就會給流量測量造成誤差，所以要進行壓力和溫度的校正。可以按以下公式進行校正

D?k?P???k10.2?P18.57PTP?1.66?5.61100100(3-5)

式中D——熱蒸汽流量；

P——過熱蒸汽壓力；T——過熱蒸汽溫度；

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?P——節流件差壓；

?——過熱蒸汽密度；k——流量系數。

按（3－5）式可設計出過熱蒸汽流量信號的壓力，溫度自動校正線路如圖3.6所示。

圖3.6過熱蒸汽流量信號的壓力、溫度自動校正線路圖

為了避免高溫高壓節流元件因磨損帶來的誤差，可用汽機調速級壓力P1代替蒸汽流量信號。試驗證明，這種方法是確鑿和行之有效的，線路結構如圖4.7所示。

3.1.3給水流量信號的溫度校正

計算和試驗結果說明當給水溫度為100℃不變，壓力在0.196～19.6MPa范圍內變化時，給水流量的測量誤差為0.47%;若給水壓力為19.6MPa不變，給水溫度在100～290℃范圍內變化時，給水流量的測量誤差為13%。所以，對給水流量測量信號可以只采用溫度校正，

圖3.7用P1代替蒸汽流量測量校正線路

圖3.8給水流量信號溫度校正線路

其校正回路如圖3.8所示。若給水溫度變化不大，則不必對給水流量測量信號進行校正。

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3.2給水泵安全特性要求

在給水系統全過程運行中，保證給水泵總是工作在安全工作區內，是一個重要問題。現代大型單元機組都采用變速泵來控制給水流量。300MW以下的單元機組多用電動變速泵做主給水泵，通過調整液力連軸器的勺管位置來調理泵的轉速。大于300MW的單元機組多采用汽動變速泵做主給水泵，再設置多臺電動變速泵做啟動給水泵并作為系統的備用泵使用。無論哪種類型的變速泵，保證泵的安全工作區是首先要考慮的問題。圖3.9給水泵安全工作特性示意圖

變速給水泵的安全工作區可在泵的安全工作特性示意圖中看到，如圖3.9所示。變速泵的安全工作區由六條曲線構成：泵的上、下限特性、最高轉速nmax和最低轉速nmin，泵出口最高壓力Pmax和最低壓力Pmin。

若泵的工作點在上限特性之外，則給水流量太小，將使泵的冷卻水量不夠而引起泵的汽蝕，甚至震動；若泵工作在下限特性之外，則泵的流量太大，將使泵的工作效率變低。此外，變速泵的運行還必需滿足鍋爐安全運行的要求，即泵出口壓力（給水壓力）不得高于鍋爐運行的最高給水壓力Pmax且不得低于最低給水壓力Pmin。因此，采用變速泵的給水全程控制系統，在控制給水流量過程中，必需保證泵的工作點落在安全區域內。

在鍋爐啟動、停爐或低負荷運行時，泵的工作點有可能落入上限特性之外。為防止出現這種狀況，最有效的措施是增加低負荷時給水泵的流量。目前采用的方法是在泵出口至

除氧器水箱之間安裝再循環管道，當泵的流量低于某一設定的最小流量時，再循環門自動開啟，增加泵體內的流量，從而使低負荷階段給水泵的工作點也在上限特性曲線之內。隨著機組負荷的逐漸增大，給水流量也會逐漸增大，當流量高于某一值時，再循環門將自動關閉。

變速泵下限特性決定了不同壓

圖3.10給水泵出口壓力調整時的工況力下水泵的最大負荷能力。當鍋爐負荷升到某一程度，即給水流量較

大時，假使安全工作區較窄，則工作點可能會移到下限特性曲線之外，因此，需要采取措施加以防止。目前采用的方法是提高上水管道的阻力，即關小泵出口流量調理閥門，以提

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高泵的出口壓力，使工作點重新移入安全區內。如圖3.10所示。滑壓運行時，設給水泵工作點在a點外，甭轉速為n1,甭出口壓力為p1，給水流量為W1。當機組負荷增大，給水流量要求為W2時，假使水泵仍在a1轉速運行下去，通過開大給水閥門來增大給水流量，則工作點將沿n1曲線由a1點移到c點，落到水泵安全工作區外，這是不允許的。解決問題的方法是關小給水調理閥門，使泵的出口壓力升高，同時使水泵轉速由n1增至n2，當給水流量達到負荷要求數值時，工作點將由a點移到b點，不會滑到安全工作區以外，保證了給水泵的安全運行。

另外，給水泵有最低轉速nmin的要求，這樣在水泵已接近nmin時就不能以繼續降低轉速的方式來調理給水量，這就需要改變上水道阻力（即設置給水調解閥）的方式，使泵工作在安全區內。由于兼用改變轉速和上水通道阻力兩種方式調理給水涼，增加了全程給水自動控制系統的繁雜性。

總之，采用變速泵構成全程給水自動控制系統時，應包括以下三個子系統：

（1）給水泵轉速控制系統。根據鍋爐負荷要求，控制給水泵轉速，改變給水流量。

（2）給水泵最小流量控制系統。低負荷時，通過增大水泵再循環流量的方法來維持水泵流量不低于設計要求的最小流量值，以保證給水泵工作點不落在上限特性曲線的外面。

（3）給水泵出口壓力控制系統。通過控制給水調理閥的開度來維持給水泵的出口壓力，保證給水泵工作點不落在最低壓力Pm