300MW机组给水控制系统设计分析.docx

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1、摘要IAbstract错误!未定义书签。H1.绪论11. 1课题探讨意义11.2 国内外探讨现状综述1国内现状综述1国外现状综述21.3 论文的主要工作22给水全程限制系统42. 1给水调整对象的动态特性4给水扰动对水位的影响4负荷扰动对水位的影响4燃料量扰动对水位的影响52.2测量信号的自动校正62.2.1水位信号的压力校正62.2.2过热蒸汽流量信号压力、温度校正8给水流量测量信号的温度校正92.3给水泵平安运行特性要求103单元制给水全程自动限制系统123.1 单元制机组给水系统介绍12汽水循环过程概述12主给水系统流程123.2 锅炉给水全程限制的特点133.3 汽包水位三冲量给水限制

2、系统14三冲量限制系统结构原理143.3.2三冲量限制系统的工程整定15汽包水位的串级限制系统182. 4限制中的跟踪与切换183. 4.1三冲量与单冲量之间的无扰切换19阀门与泵的运行及切换19电动泵与汽动泵间的切换19执行机构的手、自动切换204丰城电厂300Mw机组给水限制系统分析214. 1300MW机组给水系统简介214.2MAXlOOO给水限制画面分析224.2.1MAX1000中CCS画面基本功能介绍22给水系统主要操作过程234.3给水限制系统的逻辑分析24给水限制系统逻辑简图24给水限制系统逻辑分析25结论27参考文献28致谢错误!未定义书签。30300MW机组给水限制系统分

3、析摘要汽包水位是汽包锅炉特别重要的运行参数，是衡量汽水系统是否平衡的重要标记。维持汽包水位在允许范围内，是保证机组平安运行的必要条件。本文首先介绍给水调整系统被控对象的动态特性、热工测量信号及其自动校正原理、调整机构特性等基本学问，随后分析了单元制机组给水限制系统中三冲量、单冲量限制的结构及工作原理，以及其之间的自动转换过程。丰城电厂300MW机组是典型的汽动泵和电动泵共同运用的混合型给水系统。文章在深化理解给水系统结构及启动过程中给水系统相关操作的基础上，结合MAX1000给水限制操作员站的相关画面，对给水限制的具体逻辑图进行了具体分析。关键词：锅炉；给水全程限制：汽包水位：自动调整1绪论1

4、.1 课题探讨意义随着电力需求的增长，以及能源和环保的要求，我国的火电建设起先向大容量、高参数的大型机组靠拢。但是，火电机组越大，其设备结构就越困难，自动化程度要求也越高。自动扮装置已成为大型设备不行分割的重要组成部分，大型生产过程都是依靠于这样的配置.来运行的。我国最近几年新建的300MW、600MW火电机组基本上都采纳国内外最先进的分散限制系统(DCS),对全厂各个生产过程进行集中监视和限制。在单元机组若干重要参数限制系统的设计及整定中，汽包水位是锅炉平安运行的主要参数之一，同时它还是衡量锅炉汽水系统是否平衡的标记。维持汽包水位在肯定允许范围内，是保证锅炉和汽轮机平安运行的必要条件。水位过

5、高会影响汽水分别器的正常运行，蒸汽品质变坏，使过热器管壁和气轮机叶片结垢。严峻时，会导致蒸汽带水，造成汽轮机水冲击而损坏设备。水位过低则会破坏水循环，严峻时将引起水冷壁管道裂开。另一方面，随着锅炉参数的提高和容量的增大，汽包的相对容积削减，负荷变更和其他扰动对水位的影响将相对增大。这必将加大水位限制的难度，从而对水位限制系统提出了更高的要求。但是，由于给水系统的困难性，真正能实现全程给水限制的火电机组还很少。因此，对全程给水限制进行优化，增加给水系统的限制效果和适应实力成为迫切须要解决的问题。1.2 国内外探讨现状综述国内现状综述目前，随着单元机组容量的增大和参数的提高，机组在启停过程中须要监

6、视和限制的项目越来越多，因此，为了机组的平安和经济运行，必需实现锅炉给水从机组的启动到正常运行，又到停炉冷却全部过程均能实现。我国大型火电机组的给水限制基本上还是采纳经典的PID限制算法。不同的限制公司在给水限制策略的设计上虽然各有特点差异，但基本上还是遵循了单冲量和三冲量限制相结合的限制模式，采纳的也基本上是调阀和调泵相结合的限制方法。虽然从理论上讲，现有的限制方法应当可以实现机组的全程给水自动。但是，事实上由于给水系统和机组运行的困难性，机组在启动和低负荷时往往投不上自动。另外，机组在高负荷时.，虽然可以实现三冲量给水自动且正常状况时效果也不错。但其限制系统的鲁棒性较差，适应异样工况的实力

7、和出现设备故障的状况时的自调整实力也较差。因此，如何真正实现全程给水限制是现今限制工程人员急于解决的一个课题。锅炉全程给水限制系统通常采纳以下两种限制方案：一是两段式全程给水限制，采纳变速给水泵限制给水母管压力,采纳给水调整阀限制汽包水位,这一方案从热力系统上将给水限制系统和汽包水位限制系统分段,肯定程度上克服了两系统之间的相互影响，但不利于机组的经济运行和给水泵的平安运行，特殊是不能适应较大的负荷变更。二是一段式给水限制，采纳变速给水泵限制汽包水位，采纳给水调整阀限制给水母管压力,这一方案将给水限制系统和汽包水位限制系统作为一个整体来考虑，这样更有利于机组效率的提高和给水泵的平安、高效运行,

8、但必需克服两系统之间的相互影响。总的来说，国内机组实现全程给水限制考虑的方案一般是在低负荷时，用启动调整阀限制汽包水位，调速给水泵维持给水母管压力，采纳单冲量的限制方式；高负荷时.，运用调速给水泵限制汽包水位，大旁路调整阀维持给水压力，采纳三冲量的限制方式。它由单冲量和三冲量两个调整回路组成全程给水限制，当负荷大于30%时为三冲量，当负荷小于30%或三冲量变送器故障时为单冲量。由于不同容量的机组其给水系统结构不一样，其限制方式及限制设备也有区分，因而实现给水全程自动系统的方案也有不同，这就要求在考虑方案时，要结合具体的限制对象进行合理的设计，同时参考其它同类型机组一些胜利的设计、调试阅历，重新

9、完善原汽包水位调整系统的设计及组态，最终选定一种合理且切实可行的设计方案，来实现锅炉给水自动系统的全程限制。国外现状综述以西门子公司设计的某350MW机组全程给水限制系统为例，系统分为给水启动调整阀限制系统和给水泵转速限制系统两部分。给水启动调整阀限制系统事实上就是给水压力限制系统。这是一个前馈-反馈限制系统。其作用是当锅炉启动及低负荷工况时，维持给水泵出口母管压力在平安工作范围内，同时帮助给水泵转速限制系统稳定汽包水位。其限制特点是：在三冲量限制系统中引入了汽包压力的负微分前馈和蒸汽流量的微分前馈。运行过程中，蒸汽流量变动（即机组负荷调整）和炉膛热负荷干扰都会引起汽包压力的变更。若负荷增加，

10、汽包压力就会下降，其负微分前馈信号要求加大给水流量，蒸汽微分前馈也要求加大给水流量，以克服虚假水位对系统的影响。总体来说，国外关于全程给水限制方案的设计及全程给水限制系统的投运在热工自动限制领域内已比较成熟。能顺当实现全程给水限制，这一方面得益于其合理、完善的设计,另一方面在于其DCS限制系统的先进性、牢匏性，为实现其限制策略供应了软、硬件上的保证。1.3 论文的主要工作本文围绕单元机组给水全程限制系统这一主题，对火电厂给水系统构成、给水限制系统的作用、现状和发展有一个基本的相识和了解后，针对丰城电厂300MW机组，结合仿真实习，对给水限制系统逻辑进行深化分析。具体要求如下：1）通过参考资料的

11、查阅，对火电厂给水系统构成、给水限制系统的作用、现状和发展有一个基本的相识和了解。2）结合仿真实习，熟识给水系统构成、启动过程中给水系统的主要操作、限制系统基本原理和实现方法。3）对给水系统的限制逻辑进行具体地分析。4）通过整个探讨毕业设计，驾驭从事工程技术工作时分析问题、解决问题的一般思路和基本方法。5）通过阅读相关文献资料和撰写毕业论文，了解科技论文的基本撰写模式。2给水全程限制系统2.1 给水调整对象的动态特性给水扰动对水位的影响给水量的扰动是给水自动限制系统中影响汽包水位的主要扰动之一，因为它是来自限制侧的扰动，又称内扰。在给水流量W的阶跃扰动下，水位H的响应曲线可以用图2.1来说明。

12、若把汽包及水循环系统当做单容水槽，水位的响应曲线应当如图中的直线Io但是在实际状况中，当给水流量突然增加的时候，因为给水温度低于汽包内的饱和水温度，当它进入汽包后汲取了原有的饱和水中的一部分热量，使锅炉的蒸汽产量下降，水面以下的汽泡总体积K也就相应减小，导致水位下降I）K对水位的影响可以用图中的曲线2表示。水位H（即曲线3）的实际响应曲线是曲线1和曲线2的总和。这种分析方法是分别从两个角度进行分析的：1.仅从物质平衡角度来分析：2.仅从热平衡角度来分析图2.1给水扰动下的水位响应曲线负荷扰动对水位的影响蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负荷变更，属外部扰动。在汽机耗汽量D的阶跃扰动下，水位H的

13、响应过程可以用图2.2来说明。当汽机耗汽量D突然阶跃增加时，假如只从物质平衡的角度来讲，一方面变更了汽包内的物质平衡状态，使得水位下降，如图2.2中的曲线U但当锅炉蒸发量突然增加时，迫使锅内汽泡的增多，燃料量维持不变，汽包压力Pd下降，使水面以下的蒸汽泡膨胀，总体积匕增大，从而使得汽包水位的上升，如图2.2的曲线2所示。因此汽包水位H的实际响应曲线（图2.2中图3所示）是曲线1与曲线2微加的结果。只有当汽包体积与负荷适应而不再变更时，水位的变更就仅由物质平衡关系来确定，这时水位就随负荷增大而下降，而这种反常的现象，通常被称为“虚假水位“虚假水位”现象主要是来自于蒸汽量的变更，明显蒸汽量是一个不

14、行调整的量（对调整系统而言），但它是一个可测量，所以在系统中引入这些扰动信息来改善调整品质是特别必要的.图2.2汽机耗汽造D阶跃扰动卜的水位响应曲线燃料量扰动对水位的影响当燃料量B扰动时，必定会引起蒸汽量D的变更，燃料量增加会使炉膛热负荷增加，锅炉汲取更多的热量蒸发强度增加，若此时，汽轮机所带负荷不变，那么随着炉膛热负荷的增加，锅炉出口压力Pd提高，蒸汽流量就会相应的增加上去，然后蒸汽量的变更就会造成“虚假水位”的现象，即水位先上升，随后再下降，响应曲线如图2.3所示。但是燃料量B的增大只能使D缓慢增大，而且Pd还渐渐上升，它将使汽泡体积减小。因而，燃料量扰动下的假水位比负荷扰动下要缓和得多。

15、由以上分析可知，给水量扰动下水位响应过程具有纯延迟；负荷扰动下水位响应过程具有假水位现象；燃料量扰动也会出现假水位现象。所以在给水限制系统里经常引入D、B信号作为前馈信号，以改善外部扰动时的限制品质，而这也是目前大型锅炉给水限制系统采纳三冲量或多冲量的根本缘由。图2.3燃料量扰动B下的水位响应曲线2.2 测量信号的自动校正锅炉从启动到正常运行或是从正常运行到停炉的过程中，蒸汽参数和负荷在很大的范围内变更，这就使水位、给水流量和蒸汽流量的精确性受到影响。为了实现全程自动限制。要求这些测量信号能够自动的进行压力、温度校正。测量信号自动校正的基本方法是：先推导出被测参数温度、压力变更的数学模型，然后

16、利用各种元件构成运算电路进行运算，便可实现自动校正。而在实际应用时，这些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更时的精度。2.2.1 水位信号的压力校正对汽包锅炉通常利用差压原理来测量其水位，锅炉从启、停到正常负荷的整个运行范围内，汽包压力变更很大，汽包内饱和蒸汽和饱和水密度的变更也很大，这样就不能干脆用差压信号来代表水位，而必需对其进行压力修正。依据许多大型机组运行的状况反映，大容量机组汽包水位的测量不宜采纳带中间抽头式（即双室平衡容器）的测量筒，而要采纳单室平衡容器取样装置。图2.4表示单容平衡容器的测量系统。设：打一汽包压力（E）1

17、.一汽水连通管之间的垂直距离，即最大的变更范围（M）h一汽包水位高度儿巴-加在差压变送器两侧的压力（Pa）2-饱和蒸汽的重度（N/M）N-饱和水的重度（Nl机3）一汽包外平衡容内水柱的重度（N/）从图2.4中可看出：Pi=pw*h+p4*（1.-h）p2=Pc*lPP2-Pi=Pc*1.-pw*h-ps*（1.-h）($)D-YdWvv(三)此时蒸汽流量分流系数为,是一个困难的动态环节，在工程中很难实现。实践证明a0只要满意比例特性，就可以保证在蒸汽流量D变更时使汽包水位H稳定在允许的范围内。通常采纳蒸汽流量信号与给水流量信号。静态协作的原则确定a。，即：Ydd=7ww(3.1)从而推导出：y

18、wwa=4wx0(3.2)汽包水位的串级限制系统通过三冲量水位限制系统的整定可以看到，为了保证系统有良好的静特性，各输入信号之间有严格的静态协作关系，并且动态整定过程也比较困难，给系统的整定带来了肯定的困难。所以，采纳水位串级限制系统。1.整定参数的一般原则D两个调整器任务不同，上调整器的任务是校正水位。副调整器的任务是当给水流一岁格式的：项!仅号刊承芍量扰动时，快速动作使给水量保持不变；当蒸汽流量扰动时，快速变更给水量，保持给水和蒸汽量的平衡。两个调整器参数整定可以相对独立，内环的调整速度要快。可考虑副调整器为纯比例调整，比例系数K2应取得较大些。2)给水流量信号灵敏度敏会影响主:、副调整器

19、的比例系数。比如当保证内回路不发生振荡而使丸,减小心厂应相应地削减在调整器的比例系数Kl,以保证在回路的稳定性。一3)蒸汽流量信号不肯定与给水流量信号进行严格的协作，可依据锅炉的“虚假水位”状况而定，适当调整蒸汽流星信号的作用强度。比如蒸汽流量信号照取1.给水流量信号可视状况取0.51。系统结构图如3.6主回路用于干脆限制水位，主调整器一般都采纳比例积分动作，维持稳态水位不变。副回路是流量系统，副调整器可以用比例或比例积分动作。引入蒸汽流量作为静态前馈信号，所以是一个带有静态前馈的串级限制系统。为了保证给水系统的图3.6水位串级限制系统原理图串级系统比三冲量系统多用了个调整器，这是缺点，但是它

20、却使得对信号的静态协作要求不那么严格了，也不须要估计因蒸汽压力变更或锅炉排污量变更而引起配比关系的变更，这是因为主调整曙能自动校正信号协作不准所引起的误差。3.4限制中的跟踪与切换图3.7给水全程限制系统原理图三冲量与单冲量之间的无扰切换锅炉在不同负荷和参数时，其给水被控对象的动态特性是不同的。低负荷时由于蒸汽参数低，负荷变更下，假水位现象不太严峻，对维持水位恒定的要求又不高，所以允许采纳单冲量给水限制系统。在低负荷时假如采纳各种自动校正措施，则会使系统结构困难，整定困难，同时仍旧存在误差。于是出现了低负荷时采纳单冲量，高负荷时采纳三冲量的给水全程限制系统。图3.7中PIl是低负荷时的单冲量给

21、水调整器，它只接受经过自动校正后的水位信号。高负荷时采纳串级三冲量给水限制系统，其中PI2为主调整器，接受水位信号：PI3为副调整器，除接受主调整器校正信号外，还接受蒸汽流量信号及给水流量信号G。两套限制系统的切换时依据锅炉负荷(蒸汽流量)大小进行的。1)单冲量限制系统到三冲量限制系统的切换：此时三冲量主调整器PII的输出跟踪(D-W)信号，同时电动泵”冲量副调整器PI3的输出通过fl(x)和T2跟踪单冲量调整器PI4的输出。2)三冲量限制系统到单冲量限制系统的切换：此时单冲量调整器PI4的输出通过Tl跟踪电动泵三冲量副调整器PI3的输出。阀门与泵的运行及切换低负荷时采纳旁路阀门限制给水流量，

22、高负荷时采纳变更泵的转速限制给水流量。两者间的无扰切换通过11(x)T2和电动泵三冲量副调整器PI3的跟踪而实现。电动泵与汽动泵间的切换以电动泵切换到汽动泵为例：把汽动泵调至最低转速时启动汽动泵，然后渐渐升速。电动泵在限制系统的限制下自动降速，当两泵出口流量相同时，汽动泵投自动，电动泵切手动，并渐渐把电动泵降至最低转速后停泵。三泵间设计有平衡回路，并具有各自的软、硬手操器，在软手操器上可以进行偏置设定，在上级具有一个给水总操。执行机构的手、自动切换1)旁路阀门的手、自动切换：此时TI切换到NO,单冲量调整器PI4通过f4(x)跟踪小阀操作器3AM的输出。2)汽动泵的手、自动切换：此时汽动泵三冲

23、量副调整器PI2的输出跟踪汽动泵操作器IAM的输出，假如此时电动泵也处于手动，则三冲量主调整器PII的输出跟踪(D-W)信号。3)电动泵的手、自动切换：a)当D30%时,采纳三冲量系统，T2切至NO,电动泵副调整器PI3的输出跟踪电动泵操作器2AM的输出，假如此时汽泵也处于手动，则PIl跟踪(D-W)信号。4丰城电厂300MW机组给水限制系统分析4.1300MW机组给水系统简介去右弃演水4.1给水系统结构图如图4.1所示,本机给水系统设置2台50%容量、带前置泵的汽动给水泵组和一台50%额定容量带前置泵的电动调速给水泵组。两台汽动泵为正常运行，电动泵用于机组启动初期给水和正常运行事故备用。各给

24、水泵出口均设置独立的再循环装置。其作用是保证给水泵有肯定的工作流量以免发生汽蚀。水泵的最小流量一般是泵设计流量的1/51/3,当泵的工作流量小于或等于最小流量时，就应当开启再循环阀门，使给水返回到除氧器给水箱，保证给水泵正常工作。每条再循环管路上装设一套最小流量调整装置，其调整信号取自前置泵和给水泵之间管路上的文丘里流量计。从三台给水主泵的中间抽头各引出一根支管，每根管上装一个止回阀和一个闸阀，三根管子最终汇合成一根中133X10的总管通往再热器减温器。三台给水泵的出口管均为中298.5X36,在电动闸阀后合并成一根中406.4X55的给水总管接往高加。高加前的给水总管上引出两根中133X16

25、管道，一根向汽机高压旁路阀供应减温水，管道设有电动闸阀和气动调整阀；另一根向锅炉过热器供应减温水，管路上设有流量测量装置、气动闸阀温度限制阀和电动闸阀。三台高加采纳带三通阀和快速关断阀的大旁路系统。三通阀始终保证一路是畅通的。采纳大旁路使系统简化，但高加任何一台故障，三台高加都必需同时切除。省煤器前设一容量较大的电动闸阀和与其并联的15%容量的旁路调整阀及前后两个闸阀。小旁路在机组启动初期给锅炉上水和低负荷时用，此时给水量由旁路调整阀开度和电泵转速协作调整。当给水量大于肯定负荷（20%额定给水量）时切至给水主路，此时给水流量仅匏给水泵转速调整。4.2MAXlOOo给水限制画面分析丰城电厂300

26、MW机组分散限制系统（DCS）采纳的是美国MCS公司的MAX100O产品,图4.2所示为给水全程限制系统设计方案的SAMA图,结合该SAMA图,利用MAXI（XX）系统应用处理器供应的系统软件工具，可完成符合限制策略的组态工作。它采纳电动给水泵及调整阀相结合的方式限制汽包水位，依据负荷指令（蒸汽流量）限制给水流量，能在不同负荷下保持汽包水位为给定值。4.2.1MAX100O中CCS画面基本功能介绍SECHEATERTEMP150C0011|OUT|时|回口电画画ISP画OOOI在主菜单上部或任画面的底部点击CCS菜单按钮，可进入CCS系统主菜单，单击其中任一菜单按钮，即可进入相应CCS闭环限制

27、画面。CCS系统画面由操作器限制面板组成，如图4.2所示，在各操作面板上，主要有以下显示操作量： PV：过程变量，以数值及棒图显示； SP：设定值，以数值及指针显示； DMD：操作指令量，以数值及棒图显示； OUT：限制器输出，以数值及棒图显示；手动状态下点击可弹出一对话框，可使操作员键入对限制器输出的期望值； DEV：限制器输出与阀位反馈间的偏差，以指针显示； SP.SPBias：设定值或设定值偏置值的组合框显示，在其内以数值形式显示设定值或设定偏置。在其上点击，可弹出一对话框，允许操作员键入限制器的设定值或设定值偏置； 自动按钮：点击该按钮进行限制器向自动方式的切换，当限制器为自动方式时，

28、该按钮以亮色显示。 手动按钮：点击该按钮进行限制器向手动方式切换，当限制器为手动方式时，该按钮以亮色显示； 1.OC按钮；点击该按钮进行限制器向本地方式切换，当三田图4.2CCS操作器限制面限制器为本地方式时，该按钮显示“1.0C”，此时只能在盘台硬手操上操作。 限制器输出手动增减按钮:当限制器在手动状态下，单击这两个按钮，可以肯定的步距值增减限制器的输出，当阀位反馈为关到位时，减按钮为亮色，开到位时增按钮为亮色。 设定值/偏置值增减按钮：可以肯定的步距值增减限制器的设定值或偏置值。每个CCS画面中都有一组切换画面区域，使操作员切换到任一CCS画面。4.2.2给水系统主要操作过程1）锅炉上水前

29、的打算开启高加出口电动阀，出口阀全开后开启进口三通阀，高加水侧投入。打开电泵中间抽头阀。就地开启电泵再循环隔离门。CCS将电泵最小流量再循环调整阀投自动。开启电泵协助油泵，并投入联锁。查除氧器水位正常，水位调整正常。开启电泵前置泵进口电动门，打算启动电泵给锅炉上水。2）锅炉点火冲转后，升负荷负荷升至60MW时开启四抽电动总门及逆止门，做汽泵A、B启动前的打算。就地开启汽泵最小流量再循环隔离门。CCS将最小流量再循环调整门投自动。打开汽泵前置泵进口阀，启动前置泵，检查前置泵电流及出口压力正常。如图4.3,给水限制1画面。4.3给水限制2的CcS限制画面负荷升至120MW时，当给水量20%（约18

30、0th）时，关闭锅炉省煤器再循环阀。将锅炉给水由启动旁路切至主路（打开主给水阀，关闭启动旁路调整阀）。切换过程应力求平稳,削减对汽包水位的影响。由于主给水阀容量较大，为此切换前应适当降低电泵转速。切换完成后汽包水位由电泵转速调整。给水流量25%时，给水限制自动由单冲量切至三冲量,此时应留意维持汽包水位，可在CCS菜单的给水2画面中将电泵转速投自动。如图4.4所不随后启动一台汽动给水泵运行，调整好电泵与汽泵并列运行的负荷安排，汽泵启动时留意维持汽包水位。图4.4给水限制2的CCS限制画面负荷至180MW,启动另一台汽动给水泵，启动步骤同第一台。当两台汽泵均交给CCS调整后，渐渐均衡增加两台汽泵转速，同时降低电泵转速。当电泵出口压力小于给水母管压力后，停电泵并投入备用。汽泵、电泵切换过程留意维持汽包水位，当水位稳定后，可投入汽包水位自动调整。4.3给水限制系统的逻辑分析给水限制系统逻辑简图如图4.5所示为给水限制系统的逻辑简图。系统总体设计思路为：当锅炉启动或低负荷时，由一台给水泵供水：