機組降參數啟動后的給水控制優化

王 震

(陽城國際發電有限責任公司，山西 陽城 048102)

機組降參數啟動后的給水控制優化

王 震

(陽城國際發電有限責任公司，山西 陽城 048102)

為了滿足機組啟動和正常運行節能的需要從而對機組啟動參數進行了優化，造成了給水控制出現異常，通過對出現的異常深入分析制定了相應的對策，在保證機組安全的前提下實現了節能。

降參數啟動；給水控制系統；優化

1 鍋爐給水系統的工藝流程

陽城國際發電有限責任公司總裝機容量為6×350MW，采用單元制配置，鍋爐為美國福斯特·惠勒公司設計制造的亞臨界自然循環汽包鍋爐，汽輪機為德國西門子公司設計制造的K30-40-16 N30-2X10型反動式單軸、雙缸、雙排汽、亞臨界、一次中間再熱、節流調節、凝汽式汽輪機。控制系統采用西門子公司的TELEPERM－XP自動控制系統，給水系統配置2臺50%容量的汽動給水泵和1臺50%容量的電動給水泵。

在給水系統母管出口設有主給水關斷閥，并在關斷閥旁路上設計有給水啟動調節閥，給水經過主給水閥或啟動調節閥后送入高加加熱,高加出口設計有給水主調節閥(PINCH閥)用于調節給水母管壓力。機組在啟動和低負荷(35%負荷以下)階段主給水關斷閥全關而PINCH閥全開，通過調整給水啟調閥來改變給水管道的阻力系數維持一定的給水母管壓力；在35%負荷以上階段，啟調閥全關而主給水關斷閥全開，通過調整高加出口的PINCH閥來改變給水管道的阻力系數維持一定的給水母管壓力。在任何工況下汽包水位偏差都直接作用于給水泵轉速控制系統，通過調節給水泵轉速變化來改變給水量調節汽包水位；給水泵轉速變化同時將引起給水母管壓力變化，給水啟調閥或PINCH閥為了維持給水母管壓力穩定，通過改變閥門開度改變管道特性曲線調節壓力，管道特性曲線改變使泵的工作點隨之發生變化，從而間接配合調節汽包水位。

機組原有設計汽機按照定—滑—定方式運行，在0~50%和90%~100%額定工況范圍內為定壓運行，在50%~90%額定工況范圍內為滑壓運行。為了機組啟動和正常運行節能的需要，對機組的定滑壓曲線進行了優化，將定壓最小壓力由10 MPa降為7.5MPa，這樣機組滑壓曲線也隨之改變，同時由于系統整體壓力降低給水壓力也相應降低，給水泵轉速也相應的降低了。機組降參數啟動后啟動時間大為縮短，經濟效益十分明顯，但同時造成給水控制系統抗干擾能力下降，在啟動和降負荷過程中多次出現了汽包水位控制異常的現象。

2 相關閉環回路組態分析

2.1 啟調閥的壓力控制

啟調閥主要用于機組啟動或低負荷(35%負荷以下)時控制給水泵出口母管壓力。啟調閥的控制是一個簡單的帶有前饋的單回路調節系統，給水泵出口母管壓力設定值選取下列四個值中的大值，保證啟動過程及低負荷階段時系統對給水壓力的要求。

(1)最小壓力Pmin。Pmin略大于泵最低轉速所對應的壓力。當機組冷態啟動時，主汽壓力為零，蒸汽流量為0，低過出口蒸汽壓力亦為零。此時Pmin作為壓力設定值，保證給水泵在最低工作曲線以上運行。

(2)給水泵下限特性對應的保護壓力，防止任何時候給水泵發生汽蝕。這個值是泵的當前流量和除氧器壓力(作為靜壓)決定的，而且取3臺泵中的大值。

(3)在機組啟動后隨著機組負荷增加主汽壓力逐漸上升，任何負荷下給水壓力都應滿足P＝P1+ΔP，其中P1為主汽壓力、ΔP為管損壓降(包括泵出口至汽包水面的靜壓差，現設為3.5 MPa)。

(4)低過出口壓力加一偏置，保證任何時候給水母管壓力或運行給水泵出口壓力的大值大于低過出口的壓力和管道壓損的和，以維持水汽回路的正常流通并保證減溫水的壓力。

2.2 PINCH閥控制

本廠PINCH閥位于高加之后節流損失較小，用于當機組負荷大于35%、主給水門全開且啟調閥關閉時調節母管壓力。PINCH閥控制是一個簡單的單回路控制系統，被調量是給水母管壓力，壓力設定值為低過出口壓力與主汽流量函數的和(函數見表1)，即根據機組負荷不同保證給水母管壓力與低過之間維持不同的壓差以增加調節系統在不同負荷下的調節適應性。在控制回路中還引入了汽包水位控制中的水位偏差信號，該信號求微分作為回路的前饋，類同于給水啟動調節閥的控制，從而提高了調節品質。

表1 PINCH閥控制函數表

3 降參數后機組啟動及運行過程中出現的問題

(1)機組啟動沖轉時給水控制系統由于調節品質不穩定經常無法投自動運行，增加了機組啟動時運行人員的工作量。例如：機組啟動給水控制系統投自動運行時，經常出現汽包水位緩慢并一直上升的異?，F象；汽動給水泵自動控制轉速經常調節至最小轉速無法進一步降低，給水啟調閥在負偏差下經常下關緩慢。

(2)機組進行三閥切換時PINCH閥動作異常。如二號機2010年3月5日機組啟動三閥切換過程中，PINCH閥自動關至17%沒有繼續回關反而自動開至28%，導致給水流量由96 kg/s上漲至178 kg/s，造成汽包水位快速上漲水位異常。

(3)機組快速、大幅度降負荷或出現異常運行工況造成汽包壓力大幅下降時，給水系統調節品質無法滿足現場工況要求，如2010年8月11日四號機降負荷出現的汽包水位高的異常現象。

4 原因分析

由于泵的工作點是由泵的特性曲線和管道性能曲線決定的，通過改變泵的特性曲線或管道性能曲線就改變了泵的工作點，同時泵的壓力和流量也隨之改變。汽包水位控制在啟動或低負荷時(35%負荷以下)是通過調整給水泵轉速和調整啟調閥的閥位改變給水管道的阻力系數共同作用來完成。給水泵根據汽包水位偏差調節轉速，當汽包水位升高時降低泵轉速，給水泵出口壓力和流量下降，給水母管實際壓力隨之下降，給水母管壓力調節回路出現負偏差，啟調閥下關使給水母管實際壓力上升。啟調閥開度變小，改變了管道特性曲線從而改變了泵的工作點，給水母管壓力上升、過流量變小，兩者共同作用完成了汽包水位的控制。在35%負荷以上是通過調整給水泵轉速和調節PINCH閥的閥位改變給水管道的阻力系數共同作用來完成的，其原理和啟調閥相似。

4.1 機組啟動沖轉時給水控制系統無法投自動運行原因分析

啟調閥主要用于當系統啟動或低負荷時(35%負荷以下)改變給水管道的阻力系數，維持給水泵出口母管壓力與母管壓力設定值相等。當給水母管實際壓力小于選取的給水母管壓力設定值時，啟調閥向下關門。啟調閥開度變小后其截流作用增強，給水母管壓力隨之上升，給水過流量同時變小，反之亦然。

在機組沖轉時給水母管選取的壓力設定值在最小壓力P min和P＝P1+ΔP中選取大值。機組點火后最小壓力P min選取11MPa，P為主汽壓力與3.5MPa的和。機組降參數前主汽壓力達到10MPa后才可進行機組沖轉，調節回路選取的給水母管壓力設定值為13.5MPa左右；機組啟動參數優化后，在主汽壓力達到7.5MPa左右后即可進行機組沖轉，選取的給水母管壓力設定值則降為11MPa左右。機組降參數后造成給水系統控制壓力值由13.5MPa左右降為了11MPa左右。

機組啟動參數優化前給水控制相對較為穩定，原因在于給水母管維持13.5MPa壓力時對應的給水泵轉速在4 100 rpm左右(泵最低轉速為3 950 rpm)，當汽包水位上升時給水泵有較大的調節空間，能通過降低泵轉速保證汽包水位滿足調節要求。機組啟動參數優化后，在維持11MPa的給水母管壓力時對應的給水泵轉速在3 960 rpm左右，此時給水泵轉速已經接近其最低轉速，當汽包水位上升時給水泵轉速已無下降空間，給水母管壓力也不會下降，啟調閥控制回路也就無法通過母管壓力調節配合關門進行截流，這樣系統非常容易出現給水流量大于蒸汽流量導致汽包水位升高。為防止泵的轉速變化引起母管壓力變化干擾啟調閥的調節，系統引入汽包水位偏差的微分信號作為前饋，當汽包水位出現上升趨勢時出現負偏差關小啟動調節閥。但實際工況中由于汽包水位緩慢上升，通過微分環節出現的偏差不足以使啟調閥下關，因此機組沖轉時給水控制系統啟調閥控制回路存在的問題一直導致啟調閥無法投自動運行。

由于降壓啟動給水系統整體壓力降低給水母管壓力設定值變低，改變了給水泵與啟調閥對水位調節的調節量，使給水泵調節量變大，啟調閥調節量變小，這樣雖然充分利用了汽動給水泵工作區減少節流損失使經濟性變好，但系統整體安全性變差了。

4.2 機組進行三閥切換時，PINCH閥動作不正常的原因分析

在主蒸汽流量大于35%、啟動調節閥開度大于75%，需要啟調閥與主給水關斷閥進行切換，以滿足給水過流量的需求。啟調閥與主給水閥切換時，為了減小對系統的擾動防止出現給水母管壓力大幅下降、給水流量大幅上升的現象，需要PINCH閥由全開逐漸關閉并代替啟調閥調節給水壓力?？刂苹芈非袚Q時先將PINCH閥切為自動，并將其調節器入口偏差切為一較大的負偏差以保證PINCH閥一直關閉，在PINCH閥關到17%開度時控制回路將調節器切回到正常的調節偏差，即調節給水母管壓力以取代啟調閥控制給水母管壓力。此時的調節偏差是由壓力設定值與給水母管壓力的差值，而壓力設定值為低過出口壓力加上主汽流量對應的偏置值。但機組在啟動階段進行三閥切換時，當PINCH閥關到17%開度后轉作調節母管壓力，由于整個系統在降參數后特性改變，在17%開度下給水系統流量較之前明顯偏大，而此時由于給水母管壓力較設定值偏高，PINCH閥開門泄壓由17%自動開至28%，進一步導致系統給水流量快速上升，汽包水位出現異常。

4.3 機組快速、大幅度降負荷或出現異常造成汽包壓力大幅下降時，給水無法正?？刂频脑蚍治?/p>

當機組三閥切換后，汽包水位控制是通過調整給水泵轉速和調整PINCH調節閥的閥位來改變給水管道的阻力系數共同作用來完成的，當PINCH閥調節緩慢或者不調節時勢必將影響汽包水位調節效果。

主汽壓力最小值改為7.5MPa后，機組降負荷時給水控制出現過多次汽包水位高異?，F象，那是因為之前主汽壓力最小值10MPa，汽包壓力最低對應在10.5MPa左右，而給水泵降到最低轉速3 950 rpm時其出口壓力為11MPa左右。在降負荷時如PINCH閥調節緩慢，通過快速降低給水泵轉速使其出口壓力和流量下降，使給水母管壓力與汽包壓力差值不斷變小進一步抑制給水管道過流量，這樣可以有效控制汽包水位。但機組優化啟動后由于主汽壓力最小值降為7.5MPa，對應汽包壓力最低可降為8~9MPa之間，而給水泵降到最低轉速3 950 rpm后其出口壓力11MPa左右。當機組降負荷時若PINCH閥調節緩慢，給水泵降到3 950 rpm后無法進一步降低轉速，此時給水母管壓力與汽包壓力差值仍然較大，PINCH閥又不能起到很好的截流作用導致系統過流量偏大，這樣就會出現給水流量大于蒸汽流量汽包水位升高，出現了給水無法正?？刂频默F象。

5 解決方法

(1)將最小壓力Pmin選取11MPa改到12.5MPa，人為提高給水系統的壓力，加大啟動調節閥對水位控制的調節量，減小給水泵對水位控制的調節量，使給水泵維持較高轉速保證其隨時有足夠的轉速調節裕量。

(2)三閥切換時，密切注意主汽流量算出的偏置值與給水母管壓力和低溫過熱器出口壓力的差值對應關系，差值比主汽流量算出的偏置值大時，可以切至手動進行三閥切換；或者維持主汽壓力在9MPa左右再進行三閥切換。

(3)機組快速、大幅度降負荷或出現異常造成汽包壓力大幅下降時，為防止汽包水位異常，應熟記主汽流量對應的壓力偏置值，當給水母管壓力和低溫過熱器出口壓力的差值小于主汽流量算出的偏置值時，應及時解除PINCH閥自動控制手動關小。PINCH閥手動操作時，應同時注意開度過大、過小對給水泵和主汽溫度的影響。PINCH閥開度過小造成截流嚴重給水流量過小易造成給水泵小流量跳閘，同時會導致減溫水壓力高流量增加，從而主汽溫度降低。PINCH閥開度過大截流作用減弱給水流量大增，易造成給水泵大流量跳閘，同時會導致減溫水壓力低，甚至減溫水斷流主汽溫度升高。給水系統出現異常時，建議PINCH閥自動手動操作時不解除給水泵自動，充分利用給水泵自動保持水位穩定。

(4)在保證給水泵安全的條件下，應嘗試降低給水泵最低轉速以加大泵的工作區，提高給水泵的調節能力。應對PINCH閥調節緩慢找出解決辦法，一方面可優化控制系統參數使調節速度滿足系統各種工況需求，另一方面可嘗試更換調閥從而提高執行機構的可靠性。另外可在系統操作站畫面上增加PINCH閥控制偏差大報警信號，以提醒操作人員注意。

(5)正常運行時，195MW負荷對應的主汽壓力為9.6MPa左右，機組正常調峰負荷底線多為195MW，因此可將主汽壓力最小值改為9.5MPa，這樣既可以保證正常運行的經濟性，又可以保證異常情況下的安全性。

Unit startsdown thewater supp ly controlparameters to optim ize

Wang Zhen

In order tomeet theunitstart-up and normaloperation of the energy needed to start the unitparameterswere optimized,resulting in abnormalwater control，through the emergence ofunusualdepth analysisof the developmentof the correspondingmeasures to ensure the safety of the premiseof theunit to achievea energy conservation.

drop parameter to start;water controlsystems;optimization

TK223.15

A

1000-8136(2011)29-0010-03

王震，男，1976年出生，吉林人，畢業于太原理工大學，工程師。