國華臺(tái)山電廠百萬機(jī)組給水控制策略

楊國保，肖光華

(廣東國華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司，廣東臺(tái)山529228)

0 引言

國際上已運(yùn)行的1000MW等級機(jī)組中，歐洲電廠多數(shù)選用1×100%汽動(dòng)給水泵及啟動(dòng)/備用電動(dòng)給水泵。日本則多數(shù)采用2×50%汽動(dòng)給水泵加一臺(tái)電動(dòng)給水泵的方案。國內(nèi)1000MW超超臨界機(jī)組給水泵的配置情況絕大部分與日本的配置方案相同。

臺(tái)山電廠二期2×1000MW工程結(jié)合實(shí)際情況，從系統(tǒng)可靠性角度出發(fā)，單臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)50%容量汽動(dòng)給水泵，不再另外配置啟動(dòng)電動(dòng)給水泵。在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)借助一期輔助蒸汽直接啟動(dòng)汽動(dòng)給水泵，以節(jié)省工程的初期投資和降低廠用電率。

1 給水控制原則

臺(tái)電二期工程給水控制的原則是:由于鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的不同，鍋爐給水流量在每個(gè)不同階段有不同的控制目標(biāo)。在鍋爐停運(yùn)和濕態(tài)階段，鍋爐給水流量都是控制分疏箱液位;轉(zhuǎn)為干態(tài)運(yùn)行后，爐側(cè)給水流量的設(shè)定是通過機(jī)組的鍋爐主控指令經(jīng)過多階慣性環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)指令結(jié)合一級過熱器進(jìn)口焓值設(shè)定與實(shí)際焓值的偏差調(diào)節(jié)得出。

系統(tǒng)總體控制策略如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體控制策略

2 濕態(tài)時(shí)的給水控制

濕態(tài)控制時(shí)，首先由給水旁路門控制分離器的水位，然后由鍋爐啟動(dòng)旁路循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥控制鍋爐的最小給水流量，以保證進(jìn)入省煤器的水量大于鍋爐廠要求的最低給水流量。分離器水位由運(yùn)行人員設(shè)定，一般來說，都設(shè)置在5～10米左右，臺(tái)電設(shè)置在12～15米。隨著鍋爐燃燒的繼續(xù)增大，給水旁路門將繼續(xù)開大，在旁路門開度小于78%的時(shí)候，給水泵一直處于恒速狀態(tài)，其給水流量大小由給水旁路門進(jìn)行控制;當(dāng)旁路門的開度大于78%時(shí)，給水旁路門切除自動(dòng)，同時(shí)將進(jìn)行無擾切換至給水主回路，其給水流量由小機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路進(jìn)行控制。主給水閥自動(dòng)開條件是總給水流量＞60%，假如未超過該流量，將由運(yùn)行人員判斷是否開啟，該電動(dòng)門需具備點(diǎn)動(dòng)功能。

鍋爐給水流量在濕態(tài)時(shí)控制分疏箱液位，從濕態(tài)快速進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行后，鍋爐給水流量控制是基于一級過熱器進(jìn)口的焓值校正、控制動(dòng)態(tài)燃水比值的給水自動(dòng)控制系統(tǒng)。給水流量指令包括基本指令和焓值調(diào)節(jié)器指令兩部分組成?；局噶罱?jīng)過多階慣性環(huán)節(jié)后的鍋爐主控指令減去變負(fù)荷超調(diào)量作為給水流量的基本指令，目的其一是使燃水比保持一致以保證過熱汽溫基本不變;其二是快速響應(yīng)負(fù)荷變化。多階慣性環(huán)節(jié)的作用是使快速的給水流量變化與慢速的燃燒過程相適應(yīng)，保證負(fù)荷動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程的匹配。中間點(diǎn)焓值能迅速反映燃水比的改變，因此采用焓值調(diào)節(jié)器的指令去修正給水流量指令，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)理想的燃水比的目的，保證機(jī)組的負(fù)荷、壓力、溫度在理想的協(xié)調(diào)范圍內(nèi)。

給水全程控制覆蓋了機(jī)組運(yùn)行的全過程，即從鍋爐上水→點(diǎn)火→濕態(tài)(啟動(dòng)階段)→干態(tài)(直流運(yùn)行階段)→降負(fù)荷→濕態(tài)→停爐。在整個(gè)過程中，非干態(tài)階段的給水控制任務(wù)是上水和保證流過蒸發(fā)器(水冷壁)的最小流量，防止超溫并維持水動(dòng)力的穩(wěn)定性;干態(tài)時(shí)，再循環(huán)泵停運(yùn)，處于熱備用狀態(tài)，給水控制的任務(wù)是通過直接、快速的煤水比控制和精確的分離器出口微過熱蒸汽焓值控制維持煤水比，進(jìn)而保證過熱汽溫，其原理見圖2。

圖2 干濕態(tài)切換

3 干態(tài)時(shí)的給水控制

3.1 干態(tài)給水控制策略

基于中間點(diǎn)焓值(一級過熱器進(jìn)口焓值)校正的控制動(dòng)態(tài)燃水比值的給水自動(dòng)控制系統(tǒng)，干態(tài)下的給水控制是以總?cè)剂狭?負(fù)荷指令)通過相應(yīng)的函數(shù)f(x)計(jì)算出設(shè)計(jì)的給水流量(相當(dāng)于前饋的調(diào)節(jié)作用)，設(shè)計(jì)的給水流量乘以設(shè)計(jì)的焓增得到燃料量轉(zhuǎn)化的給水的吸熱量，其中的慣性環(huán)節(jié)反映燃燒率到吸熱量轉(zhuǎn)變的對象特性。通過焓值調(diào)節(jié)回路維持分離器出口的焓值在期望值，以達(dá)到預(yù)期的燃水比(燃水比值約為1∶8)，目標(biāo)分離器出口焓值與省煤器出口焓值相減與焓值調(diào)節(jié)器的修正(反饋控制的調(diào)節(jié)作用)相加得到預(yù)期的焓增，兩者相除得到需要的給水流量，其中目標(biāo)的焓增是分離器出口壓力的函數(shù)，并與減溫水流量調(diào)節(jié)器的修正輸出之和。蒸發(fā)器蓄熱變化量的引入僅用于負(fù)荷變化期間，這樣可加快給水對燃料量或汽輪機(jī)側(cè)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，具體實(shí)現(xiàn)的方法是分離器壓力所對應(yīng)的飽和溫度變化率乘以蒸發(fā)器管子金屬質(zhì)量的熱容量來計(jì)算金屬部件蓄熱的變化。

3.2 異常工況焓值修正

異常工況包括以下四種情況:

a.分離器出口溫度高Ⅰ值。

b.分離器出口溫度高Ⅱ值。

c.機(jī)組在非直流方式下10分鐘。

d.降低溫度設(shè)定(干態(tài)方式下，鍋爐指令大于30%時(shí)，鍋爐指令降到40%或降到50%延時(shí)360s)。

具體實(shí)現(xiàn)如下:

(1)儲(chǔ)水箱壓力與儲(chǔ)水箱壓力經(jīng)一階慣性環(huán)節(jié)后的值進(jìn)行大選，分別經(jīng)過兩個(gè)折線函數(shù)發(fā)生器，分別得出分離器出口溫度高Ⅰ值(TmaxSP1)、分離器出口溫度高Ⅱ值(TmaxSP2)兩個(gè)值，其中TmaxSP1減去分離器出口最高溫度，經(jīng)系數(shù)修正后，與由“鍋爐指令反饋算出的總的減溫水流量與實(shí)際的減溫水流量的差值”進(jìn)行小選，而后送到焓值修正的PI調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器的輸出值即為焓控的設(shè)定值的修正值。在限值TmaxSP1的控制回路中，當(dāng)水冷壁管出口溫度中的最高值大于限值TmaxSP1時(shí)，經(jīng)過焓設(shè)定積分器將焓設(shè)定值逐步減少，相應(yīng)增加給水流量指令，達(dá)到降低水冷壁管溫度的目的;如果限值TmaxSP1功能沒有得到有效控制，分離器出口溫度高繼續(xù)升高，將由超過溫度限值TmaxSP2控制回路處理，運(yùn)行人員也可以通過給水偏置塊，手動(dòng)添加給水量。

(2)水冷壁溫度超過限值TmaxSP2，限值Tmax-SP2設(shè)定的控制回路將焓設(shè)定值迅速切至最低限Hmin，通過快速增加給水流量指令，強(qiáng)制抑制水冷壁管溫度上升。隨后通過動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)，逐步將焓設(shè)定值恢復(fù)至正常。

(3)當(dāng) b、c發(fā)生時(shí)以一定速率切至最低限Hmin+50。其中b和c、d的變化速率不同。焓值調(diào)節(jié)回路說明:焓值設(shè)定與分離器出口的焓的偏差，與最大流量和水冷壁最小直流流量比較，與設(shè)計(jì)給水流量和實(shí)際給水流量的偏差比較，進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，以修正燃水比的偏差。

3.3 給水指令基礎(chǔ)公式

干態(tài)給水指令的形成基于列舉的計(jì)算公式(公式如圖3)。通過給水對熱量的計(jì)算，以及熱量、焓增、流量之間的關(guān)系，經(jīng)過對分離器出口焓的調(diào)節(jié)，得到了符合燃水比的給水指令，最終實(shí)現(xiàn)汽溫的穩(wěn)定。具體回路包括:蒸發(fā)器理論吸熱量計(jì)算、焓值調(diào)節(jié)回路、焓值設(shè)定修正回路、焓值設(shè)定值形成回路等多個(gè)回路。

圖3 干態(tài)給水指令公式

給水流量設(shè)定值經(jīng)上、下限限制后(燃料對給水的高限和低限)，加上給水再循環(huán)流量，減去“到鍋爐的給水流量加上再循環(huán)流量加5”與省煤器出口流量中的小值(直流鍋爐的最小流量限制)，再經(jīng)過雙向限幅作用，而后再乘以1.4，得出送到MEH的給水流量指令。雙向限幅限制和最小流量限制的主要目的是在各工況下防止燃料和給水的失調(diào)。

4 給水泵滿負(fù)荷RB試驗(yàn)

給水泵RUNBACK是檢驗(yàn)機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)給水泵中的一臺(tái)或多臺(tái)發(fā)生故障跳閘且備用設(shè)備無法聯(lián)鎖啟動(dòng)而使機(jī)組出力受到限制，自動(dòng)控制系統(tǒng)將機(jī)組負(fù)荷快速由高負(fù)荷(大于RUNBACK觸發(fā)負(fù)荷)按預(yù)定的速率向預(yù)定的RUNBACK目標(biāo)負(fù)荷順利過渡的能力;給水泵RUNBACK功能試驗(yàn)是對機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)性能和功能的強(qiáng)烈考驗(yàn)。負(fù)荷大于500MW時(shí)，給水控制投自動(dòng)，RB功能才有效。兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)給水泵跳閘，RB動(dòng)作，鍋爐主控輸出降至50%左右，RB目標(biāo)負(fù)荷500MW，負(fù)荷變化率1500MW/min。RB動(dòng)作時(shí)，鍋爐主控切手動(dòng)，汽機(jī)切換到壓力調(diào)節(jié)方式，RB動(dòng)作4秒內(nèi)壓力設(shè)定值跟蹤實(shí)際壓力，4秒后按滑壓曲線滑壓運(yùn)行，壓力下降的速率1.5 MPa/min，如圖4所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

圖4 給水泵RUNBACK試驗(yàn)圖

(1)給水泵RUNBACK后，給水流量迅速下降至1000t/h。運(yùn)行人員按照相關(guān)規(guī)程規(guī)定進(jìn)行人工干預(yù)，給水控制切除到手動(dòng)模式，盡快恢復(fù)給水流量為正常值。

(2)RUNBACK試驗(yàn)期間，小機(jī)汽源不夠，導(dǎo)致小機(jī)轉(zhuǎn)速無法提升。RUNBACK試驗(yàn)前，運(yùn)行人員將輔汽供小機(jī)汽源投至熱備用狀態(tài)。

(3)增加送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉、引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉、一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉和給水調(diào)節(jié)RB時(shí)超馳開指令。引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉為80%，送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉為85%，給水泵轉(zhuǎn)速為5400RPM。

(4)增加RB時(shí)給水流量設(shè)定滯后環(huán)節(jié)，根據(jù)鍋爐蓄熱量和不同的燃燒工況，調(diào)整水、煤之間的匹配關(guān)系，保證主蒸汽溫度穩(wěn)定。

5 給水控制系統(tǒng)優(yōu)化

根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況分析，對于運(yùn)行人員反映的在低負(fù)荷階段干態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)難問題，對給水干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)邏輯完善。在機(jī)組負(fù)荷以及相關(guān)參數(shù)無法達(dá)到干態(tài)運(yùn)行要求時(shí)，如無法迅速安全的轉(zhuǎn)到濕態(tài)運(yùn)行，對機(jī)組的參數(shù)控制以及穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)造成一定影響。優(yōu)化如下:

(1)變更機(jī)組給水干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)邏輯。在給水非自動(dòng)情況下，一級過熱器進(jìn)口焓不高于設(shè)定、給水流量低于水冷壁最小流量設(shè)定相與，再或上分離器貯水箱水位高于5M。6、7#機(jī)組給水干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)優(yōu)化后的邏輯圖如圖5所示。

圖5 干濕態(tài)切換邏輯變更圖

(2)機(jī)組最小流量手操器在運(yùn)行人員非手動(dòng)設(shè)定情況下，設(shè)定定值修正為1080t/h。

(3)機(jī)組在干態(tài)情況下，負(fù)荷低于350MW，延時(shí)5分鐘;或負(fù)荷低于300MW，觸發(fā)降低溫度設(shè)定信號，給水干態(tài)設(shè)定迅速降焓加水，讓干態(tài)轉(zhuǎn)濕態(tài)快速通過。

6 結(jié)論

以上是根據(jù)臺(tái)電二期給水自動(dòng)邏輯圖分析出的給水自動(dòng)控制的策略。臺(tái)山電廠二期經(jīng)過長期大量的基建試驗(yàn)與努力，得出了一系列的優(yōu)化參數(shù)，并根據(jù)機(jī)組DCS的類型和鍋爐對控制的要求，選擇有效的自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，輔以超馳控制才能得到理想的控制效果。

［1］ 劉瀟，曹冬臨，丁勁松.外高橋1000MW超超臨界機(jī)組閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.中國電力，2006，(3).

［2］ 張秋生，岳建華，趙軍，等.超臨界機(jī)組的給水自動(dòng)控制策略［J］.華北電力技術(shù)，2007，(9).