给水全程控制系统设计

恒值。而饱和水和饱和蒸汽的密度w . 和s . 均为汽包压力的函数。

根据上式，即可实现水位的压力自动校正功能。

3.2 蒸汽流量信号

过热蒸汽流量测量通常采用标准喷嘴，这种喷嘴基本上是按定压运行额定工况的参数设计，在该参数下运行时，测量精度是较高的。但在全程控制时，运行工况不能基本固定。当被测过热蒸汽的压力和温度偏离设计值时，蒸汽的密度变化很大，这就会给流量测量造成误差，所以要进行压力和温度的校正。一般可以按下列经验公式进行校正：

式子中，D-过热蒸汽的流量，P-过热蒸汽的压力，T-过热蒸汽的温度，△P-节流件差压，K-流量系数。

为了避免高温高压节流元件因磨损带来的误差，美国Leeds & Northrup 公司提出了用汽机调节级压力P1 的温度补偿信号来代替蒸汽流量信号，如图3.2 所示。实验证明，这种方法是准确和行之有效的。

3.3 给水流量信号

计算和试验结果表明：当给水温度为100℃不变，压力在0.196～19.6MPa 范围变化时，给水流量的测量误差为0.47%；若给水压力为19.6MPa 不变，给水温度在100～290℃范围内变化时，给水流量的测量误差为13%。所以，对给水流量测量信号可以只采用温度校正，如图3.2所示。若给水温度变化不大，则可不必对给水流量测量信号进行校正。

图3.2 用P1代替蒸汽流量信号及给水流量温度矫正

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第四章 调节阀和调速泵的特性

当机组容量很大时,用调节门的开度控制给水流量时,因给水调节门的节流而造成的能量损耗也随之增大。而且高压水流对调节阀的冲击也不可忽视。为了降低损耗提高机组的效率，延长设备的使用寿命，往往采用调节给水泵的转速的方法来控制给水流量。或者低负荷时用调节门控制给水量，高负荷时用泵的速度控制。因此有必要对调节阀门的静特性和调速泵的安全特性进行了解。

4.1调节阀门的静特性

调节阀静特性的好坏直接影响到控制系统的调节品质。一般控制系统对阀门静特性的要求主要体现在以下六个方面[23]。在条件允许的情况下应进行调节阀静特性试验，以保证控制系统能正常投入运行。

⑴ 最大流量：在调节阀门全开时，其流量应满足额定负荷的要求，并应具有10%～30%的裕量；

⑵ 漏流量：调节阀门全关时，其漏流量一般应要求小于调节门最大流量的10%；

⑶ 线性工作段：一般要求调节阀门特性曲线的线性工作段应大于全行程的 70%；

⑷线性比：在调节阀开度为15%～85%的范围内，最大斜率与最小斜率之比不超过2；

⑸回程误差：一般应小于最大流量的3%；

⑹饱和区：流量变化的饱和区应出现在开度85%以上的范围内。

4.2调速泵的安全特性

现代大型单元机组从考虑节能及经济性角度出发都采用变速泵来控制给水流量。300MW 以下的单元机组多采用电动变速泵作主给水泵，通过调整液力联轴器的勺管位置来调节泵的转速。300MW 以上的单元机组多采用汽动变速泵作主给水泵，再配置多台电动变速泵作启动给水泵并作为系统的备用泵使用。无论使用哪种变速泵，在给水系统全过程运行中，保证给水泵总是工作在安全工作区内，始终是一个重要问题。

变速给水泵的安全工作区可在泵的流量-压力特性曲线上表示出来，如图4.1 所示。变速泵的安全工作区由六条曲线围成：泵的最高转速曲线Nmax 和最低转速曲线Nmin；泵的上限特性曲线Qmin 和下限特性曲线Qmax；泵出口最高压力Pmax 和最低压力线Pmin。

图4.1 变速泵的流量-压力特性曲线

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若泵的工作点在上限特性之外，则给水流量太小，将使泵的冷却水量不够而引起泵的汽蚀，甚至振动；若泵的工作在下限特性之外，则泵的流量太大，将使泵的工作效率降低。此外，变速泵的运行还必须满足锅炉安全运行的要求，即泵出口压力（给水压力）不得高于锅炉正常运行的最高给水压力Pmax 且不得低于最低给水压力Pmin。因此，采用变速泵的给水全程控制系统，在控制给水流量过程中，必须保证泵的工作点落在安全区域内。

防止出现这种情况，最有效的措施是低负荷时增加给水泵的流量。目前采取的办法是在泵的出口至除氧器之间安装再循环管道，当泵的流量低于设定的最小流量时，再循环门自动开启，增加泵体内的流量，让一部分水回到除氧器中，从而使低负荷阶段的给水泵工作点也在上限特性曲线之内，随着机组负荷的增加，给水流量也增大，当泵的流量高于设定的最大流量时，再循环门将自动关闭。

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第五章 控制过程分析

5.1水位调节主回路及电动给水泵跟随系统

汽包水位主要由汽包的给水和汽包的蒸发组成，汽包的水位的调节主要由给水泵的转速来调整给水流量，给水流量属于副回路可以消除汽轮机负荷和锅炉负荷产生的压力的变化对给水流量的扰动。

图5.1 水位调节主回路及电泵给水跟随副回路

图5.1中气压补偿后汽包水位反馈与设定值比较作为主调节器PI的两个输入。反馈来的调速级的压力输入PI调节器作为辅助控制，调速级的压力受阀门的开度的影响保证水泵工作在安全工作区。省煤器前的给水流量包含进入汽包的给水和过热器减温器的给水。所以省煤器前的给水作为总的给水能比较精确的得出汽包的给水流量，而不用考虑给水泵的压力变化，过热后水中含有气泡的误差。省煤器的给水作为控制水位的最最要的参数，调速级压力主要保护水泵安全和给回的品质。

5.2汽动给水泵副回路控制系统

汽泵作为给水可以提高发电效率，汽泵直接将内能转化为机械能，所以比电动给水泵效率高很多，但在启动时锅炉汽压低，所以仅启动和停机时用电动给水泵给水，同时电动给水泵作为汽动给回泵的备用给水也增加系统的可靠性。一般负荷超过30%时都用汽泵。

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