1 000MW機(jī)組給水系統(tǒng)控制策略分析研究

陳立巖，韓希昌

（沈陽(yáng)工程學(xué)院a.研究生部；b.自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136）

1 給水系統(tǒng)概況

某電廠1 000 MW 超超臨界機(jī)組的鍋爐型式為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，最低穩(wěn)燃負(fù)荷（不投油）為30%BMCR。給水系統(tǒng)使用2 個(gè)50%容量汽動(dòng)泵，每臺(tái)汽動(dòng)泵均裝有前置泵。給水系統(tǒng)分為兩路，主路上沒有調(diào)節(jié)閥，正常運(yùn)行時(shí)給水量的調(diào)節(jié)需要通過控制給水泵的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)；旁路上設(shè)置一個(gè)給水調(diào)節(jié)閥，用于啟動(dòng)和低負(fù)荷[4]。1 000 MW超超臨界機(jī)組給水系統(tǒng)的安全性取決于汽動(dòng)給水泵及其前置泵在各種運(yùn)行條件下的安全裕度[5]。

凝結(jié)水經(jīng)除氧后，通過給水泵提升壓力，再通過高壓加熱器對(duì)其進(jìn)一步加熱，送到鍋爐省煤器的入口，作為鍋爐部分給水，同時(shí)還向再熱減溫器和過熱器的一、二、三級(jí)減溫器提供減溫水調(diào)節(jié)鍋爐出口的蒸汽溫度，通過控制總的給水量來平衡機(jī)組對(duì)蒸汽量的需求。此外，系統(tǒng)還為汽輪機(jī)高壓旁路部分的減溫器提供減溫水以調(diào)節(jié)當(dāng)汽輪機(jī)異常時(shí)進(jìn)入凝汽器的旁路蒸汽溫度。

在啟動(dòng)階段，給水控制應(yīng)使鍋爐受熱面有足夠的冷卻水量，從而保證汽水分離效果好，因此分離器水位不能過低[6]。

2 給水系統(tǒng)控制方法

2.1 濕態(tài)方式

鍋爐在啟動(dòng)不久和負(fù)荷低于30%時(shí)，以非直流方式運(yùn)行，分離器處于濕態(tài)方式運(yùn)行，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量小于鍋爐最小給水流量。位于分離器至除氧器和位于分離器至疏水?dāng)U容器的控制閥形成組合控制，給水系統(tǒng)工作在循環(huán)方式下。

在濕態(tài)階段，給水控制主要是將分離器儲(chǔ)水箱水位保持在規(guī)定值，并且還要滿足水冷壁最小流量的要求。在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，汽動(dòng)給水泵的最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，給水泵出口流量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出啟動(dòng)初期鍋爐所需的給水流量，采用控制省煤器進(jìn)口旁路調(diào)門的方法來控制分離器水位，以保證運(yùn)行的可靠性。對(duì)每一臺(tái)給水泵都設(shè)計(jì)了相應(yīng)的給水泵最小流量控制系統(tǒng)，以保證通過每臺(tái)給水泵的流量不小于最低允許流量[7]。

2.2 干態(tài)方式

當(dāng)鍋爐負(fù)荷大于30%時(shí)，鍋爐逐漸進(jìn)入直流運(yùn)行狀態(tài)，分離器進(jìn)入干態(tài)方式運(yùn)行，之后的給水控制是焓值修正控制。在干態(tài)階段主要保證合適的燃水比，同時(shí)控制鍋爐分離器出口溫度或焓值，保證汽水平衡，實(shí)現(xiàn)主蒸汽溫度的粗調(diào)。此時(shí)采用汽動(dòng)泵變速方式實(shí)現(xiàn)。

2.3 濕態(tài)、干態(tài)轉(zhuǎn)換

在無外部干擾情況下，由于分離器內(nèi)的蒸汽隨著負(fù)荷降低，濕度就會(huì)增加，而隨著負(fù)荷升高干度就會(huì)增加，因此鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)可以在濕態(tài)和干態(tài)方式之間切換。同時(shí)，在干、濕狀態(tài)轉(zhuǎn)換中，由于燃水比以及主汽壓力控制困難等因素造成了分離器出口汽溫以及蒸汽溫度等主要參數(shù)劇烈波動(dòng)，危及機(jī)組運(yùn)行安全[8]。

3 1 000 MW 機(jī)組給水系統(tǒng)控制方法分析

3.1 給水濕態(tài)控制

分離器水位的高低情況反應(yīng)了鍋爐的給水流量是否符合鍋爐的負(fù)荷要求，圖1 中顯示了分離器處于濕態(tài)方式時(shí)的給水流量設(shè)定值（SP）的形成過程。當(dāng)分離器貯水箱壓力大于20 MPa 時(shí)，輸出過熱器進(jìn)口焓值偏差，否則輸出分離器水位偏差信號(hào)經(jīng)死區(qū)功能塊到折線函數(shù)后的值。此信號(hào)和過熱器進(jìn)口焓值偏差經(jīng)過最大值選擇器，選擇出較大值乘以3.33作為給水濕態(tài)PID的給定值。

圖1 給水濕態(tài)控制組態(tài)

跟蹤開關(guān)TS 的值來自于停爐方式信號(hào)和干態(tài)方式或給水流量主控非自動(dòng)信號(hào)做或運(yùn)算。系統(tǒng)處于停爐狀態(tài)，分離器處于干態(tài)方式或者給水流量處于手動(dòng)時(shí)，PID 處于跟蹤工作方式；否則，PID 處于自動(dòng)方式。跟蹤量點(diǎn)TP 值是由給水流量設(shè)定值減去主蒸汽流量經(jīng)一階慣性處理后的值。輸出上限是水冷壁最小流量設(shè)定值與100 的差；干態(tài)方式輸出下限是-2 000，濕態(tài)方式輸出下限是-300。

當(dāng)無循環(huán)泵濕態(tài)控制切換按鈕有信號(hào)時(shí)，就把無循環(huán)泵濕態(tài)控制給水指令信號(hào)送到濕態(tài)給水流量的設(shè)定器中。當(dāng)無循環(huán)泵濕態(tài)控制切換按鈕沒有信號(hào)且處于停爐方式時(shí)，就輸出給水濕態(tài)PID 的輸出值。當(dāng)鍋爐未停爐時(shí)，就輸出給水濕態(tài)PID 的輸出值與100 相加求和后的值。最后都把輸出信號(hào)送到濕態(tài)給水流量的設(shè)定器中。

濕態(tài)給水流量設(shè)定值與水冷壁最小流量設(shè)定值的差作為幅值報(bào)警模塊的輸入值，報(bào)警上限AH是0，報(bào)警死區(qū)DI是10。當(dāng)濕態(tài)給水流量設(shè)定值高于水冷壁最小流量時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出上限報(bào)警信號(hào)，從而保證系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

3.2 給水焓值控制

圖2中顯示了在不同負(fù)荷要求下的焓值計(jì)算過程。

圖2 焓值控制組態(tài)

負(fù)荷指令偏差通過GT 大于邏輯與2 比較，同時(shí)負(fù)荷指令偏差還與-2 比較，比較后的結(jié)果作為二選一選擇器的輸入端，為真時(shí)，輸出60；否則，輸出0。焓值控制PID 設(shè)定值減去與2 比較后經(jīng)選擇器得到的值，和0 比較經(jīng)過大選模塊得到大的值；焓值控制PID 設(shè)定值加上與-2 比較后經(jīng)選擇器得到的值，和0比較經(jīng)過小選模塊得到小的值，大的值與小的值相加求和后，作為焓值控制PID的給定值。

非干態(tài)方式信號(hào)和給水流量主控自動(dòng)信號(hào)做或運(yùn)算，再和4 個(gè)定寬周期計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)做或運(yùn)算得到的結(jié)果做或運(yùn)算，結(jié)果為真時(shí)，給水流量主控處于跟蹤狀態(tài)，否則為自動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)4 個(gè)定寬周期計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)做或運(yùn)算得到的結(jié)果為真時(shí)，則自動(dòng)跟蹤焓值控制PID 的輸出值；為假時(shí)，輸出來自于給水吸熱量除以給水流量設(shè)定值經(jīng)整合后的值，再減去省煤器進(jìn)口到一級(jí)過熱器進(jìn)口期望焓增值與1進(jìn)行大值選擇的結(jié)果。

鍋爐主控指令乘以0.01 后乘以焓值控制PID輸出值再乘0.067減去分離器貯水箱壓力經(jīng)慣性功能塊后，經(jīng)高低限幅模塊限幅，保證結(jié)果在1.5～－1.5之間，最后把結(jié)果送給給水到燃料協(xié)調(diào)系統(tǒng)中。由于hFOP是帶有控制端的一階慣性功能塊，當(dāng)給水流量為200時(shí)，不進(jìn)行慣性處理；否則就進(jìn)行慣性處理。

3.3 給水泵調(diào)節(jié)

在負(fù)荷變化以及并泵過程中，給水控制系統(tǒng)易引起短時(shí)間內(nèi)給水流量的大幅波動(dòng)。所以，并泵切換過程必須有序進(jìn)行以保證機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定[9]。A給水泵自動(dòng)方式信號(hào)和A給水泵PB動(dòng)作超馳信號(hào)做與運(yùn)算，后送到A給水泵并泵運(yùn)行裝置。A給水泵程控來的并泵信號(hào)和手動(dòng)投入并泵信號(hào)做或運(yùn)算后，作為聯(lián)鎖切投裝置的自動(dòng)投入的輸入值。A給水泵汽機(jī)遙控已投入信號(hào)和B給水泵停止信號(hào)的非和B給水泵自動(dòng)方式信號(hào)做與運(yùn)算，結(jié)果的非作為外部閉鎖的輸入值。A 給水泵出口的開信號(hào)和A/B 泵轉(zhuǎn)速小于200信號(hào)做與運(yùn)算，5 s后會(huì)顯示A給水泵并泵完成。

4 結(jié)語(yǔ)

給水控制需保證控制對(duì)象的安全性以及給水系統(tǒng)的控制精度。1 000 MW 直流鍋爐給水系統(tǒng)在濕態(tài)階段，給水控制必須滿足水冷壁最低流量的要求，并保持一定的分離器水位。在干態(tài)運(yùn)行時(shí)，要保持進(jìn)入分離器的蒸汽具有合適的過熱度，控制好水煤比，保證給水流量和燃料量及時(shí)跟隨負(fù)荷的變化而變化。