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施耐德电气工业自动化介绍


锅炉给水控制系统
工业事业部 中国自动化解决方案中心 杨博 Sep 2011

给水控制系统 给水控制系统基本方案 程序演示

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给水控制的任务
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使给水流量与锅炉蒸发量相适应,维持汽包水位在规定范围内。 汽包水位过高会影响汽包内汽水分离装置工作,造成出口蒸汽水份 过多,是过热器结垢而烧坏,严重可导致汽轮机进水。 汽包水位过低,会破坏锅炉的水循环,甚至引起爆管。 给水控制系统是一个能在锅炉启动、停炉、低负荷以及在机组发生 某些重大事故等各种不同工况下,都能实现给水自动控制的系统, 而且从一种控制状态的判断、转换、故障检测也由系统本身完成。

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给水控制对象的动态特性
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汽包水位主要决定于汽包中的储水量和水面下的气泡容积。 主要的给水控制扰动
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给水流量扰动:来自给水调节阀、给水泵转速波动等引起给水流量给变 得一些因素。 蒸汽负荷扰动:汽轮机负荷变化而引起蒸汽流量的改变,使水位发生变 化。 锅炉炉膛热负荷扰动:由于锅炉燃烧率的变化改变了蒸发强度而引起的 蒸汽流量和汽水容积中气泡体积的变化。

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给水流量扰动下的水位特性
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当给水流量阶跃增加后。
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一方面进入汽包内的给水流量增大,水位上升。

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另一方面,由于温度较低的给水进入省煤器、 汽包和水循环系统,从 这些容器中原有的饱和汽水、中吸收一部分热量,是汽包水面下的气泡 容积有所减小。

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实际上,当给水流量改变后,水位并不会立即变化。

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蒸汽流量扰动下的水位特性
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当蒸汽量阶跃增加后。
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不考虑气泡容积的变化,水位应该直线下降。

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如单独考虑气泡容积的变化,饱和压力下降使蒸发强度增强,气泡容积 迅速增加,水位迅速上升。
当蒸汽流量突然增加时,虽然锅炉给水量小于蒸发量,但开始阶段水位 不仅不下降,反而迅速上升。 反之亦然,水位反而先下降。这种现象通常被称为“虚假水位”

在燃烧率不变的条件下,当蒸汽流量变化时,水位的变化具有特殊形式。
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在负荷变化的初始阶段,气压的变化使汽泡容积变化很快,对水位起主要 作用。当汽泡容积与汽包压力相适应而稳定后,水位的变化就由物质平衡 的关系来决定。

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给水控制的特点
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由于给水流量改变有一定的滞后时间才能影响水位,如果等到水位 偏离给定值在控制给水流量,水位必然要产生较大变化。

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为了克服“虚假水位”现象引起的调节器误动,给水控制系统常引 入蒸汽流量作为前馈信号,以改善外部扰动时的控制品质。
无论何种外部扰动,最终水位稳定的前提都是锅炉流入量与流出量 的物质平衡,这也就是给水控制采用三冲量原因。

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给水控制系统 给水控制系统基本方案 程序演示

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单冲量控制
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采用汽包水位信号和一个调节器的反馈控制系统。 对于外扰时“虚假水位”明显的水位现象,该系统存在严重不足。
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当某刻蒸汽流量增加,大于给水流量,正确的控制应是及时增加给水流 量。但是由于“虚假水位”的存在使水位不是下降而是上升。于是调节 器会使给水进一步减少,更加剧了流量不平衡,使系统更加的震荡。

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由上可见,单冲量控制系统结构简单,一般仅用于锅炉低负荷阶段 的给水控制。

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串级三冲量控制
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串级三冲量控制系统由主、副两个调节器和三个控制元素(汽包水位、
蒸汽流量、给水流量)构成。

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主调节器称为水位调节器,它根据水位偏差产生给水流量给定值。
副调节器为给水流量调节器,它根据给水流量偏差控制给水流量, 蒸汽流量信号作为前馈信号来维持负荷变动时的物质平衡,由此构 成一个前馈-反馈双回路三冲量控制系统。

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给水系统工作过程
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0-14%负荷阶段,在此阶段,主给水电动门关闭,汽包水位的控制 采用单冲量控制通过控制旁路调节阀的开度来实现。

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14-25%负荷阶段,此阶段,已接近旁路阀最大流量,控制系统打开 主给水电动门,在单冲量方式下,通过控制电动给水泵转速来控制 汽包水位。
25-35%负荷阶段,此阶段,实现电动给水泵的串级三冲量控制。 35-50%负荷阶段,此阶段,启动一台汽泵,转入控制汽泵转速的方 式。此时,由一台汽泵和电泵并列运行,且采用三冲量方式控制水 位。 50%以上负荷阶段,此阶段,启动另一台汽泵,逐步降低电泵给水 负荷,增加汽泵负荷。最终汽包水位稳定,停运电泵。作为备用, 系统由两台汽泵采用三冲量方式来控制水位。

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