淺析SCC5 -4000F 燃氣輪機余熱鍋爐汽包水位控制

■楊 毅 ■浙江省電力建設有限公司，浙江 寧波 315012

前言

浙能長興天然氣熱電聯產工程建設兩套390MW 級(SCC5 -4000F)的抽汽供熱高效單軸聯合循環發電機組。軸系設備為上海電氣的SCC5 -4000F 型單軸燃氣-蒸汽聯合循環機組，其中燃機型號為SGT5-4000F(X)，汽輪機型號為TCF1，發電機型號為THDF108/53;余熱鍋爐由上海鍋爐廠有限公司供貨的臥式自然循環爐。

1 給水系統簡介

高中壓給水泵合泵采用一用一備。高中壓給水泵出來的高壓給水，先經過高壓給水控制閥，進入高壓省煤器，再進入高壓鍋筒，高壓蒸汽從高壓過熱器進入高壓缸。高中壓給水泵中間抽頭的中壓給水，先進入中壓省煤器，然后經過中壓給水控制閥，進入中壓鍋筒，經中壓鍋筒分離的飽和蒸汽進入中壓過熱器過熱，過熱后的中壓蒸汽經過中壓蒸汽控制閥后與汽機來的蒸汽混合，經過再熱器后進入中壓缸。低壓給水取自凝結水，汽水混合物從低壓蒸發器上集箱通過上升管進入低壓鍋筒。鍋筒中的飽和蒸汽被鍋筒分離送入低壓過熱器過熱，過熱后的低壓蒸汽送入汽機的低壓缸。

2 汽包水位控制

由于鍋爐汽包水位調節對象沒有自平衡能力，而且水位調節對象存在滯后，因此不能采用開環調節方法。常用的汽包水位的控制算法有單沖量控制，雙沖量控制以及三沖量控制三種。

單沖量水位調節系統是以汽包水位為唯一調節信號的單參數單回路調節方法，調節器只根據水位變化去改變給水調節閥的開啟度。單沖量調節方法不能克服“虛假水位”對水位控制的不良影響。當蒸汽量大幅度增加時，由于假水位上升，調節器輸出信號不但不去開大調節閥增大給水量，反而去關小調節閥，減少給水量，等到假水位消失后，水位將更加迅速下降，不能避免水位較大幅度的波動。為了克服虛假水位對控制的不良影響，可以引入蒸汽流量作為前饋信號。以蒸汽流量作為補充信號的雙參數調節方法，又稱為雙沖量水位調節系統。當蒸汽負荷變化引起水位大幅度波動時，蒸汽流量信號起著超前的作用，它可在水位尚未出現變化時，提前使調節閥動作，補償了“虛假水位”所引起的誤動作，減少水位波動，從而改善了控制品質。雙沖量控制方法不能迅速克服給水壓力變化對水位產生的影響。當給水壓力波動時，給水流量將發生變化，此時只有等到水位變化后調節器才能起作用。為此再引入給水流量信號，以蒸汽流量和給水流量作為補充信號的三參數調節方法，組成三沖量水位控制回路。串級三沖量控制系統中，主調節器接受水位信號作為主控信號和蒸汽流量信號去控制副調節器的給水設定值，副調節器除了接受主調節器的設定信號外，還接受給水流量信號。蒸汽流量信號作為前饋信號對給水流量進行前饋控制，當蒸汽負荷突然發生變化時，蒸汽流量信號使給水調節閥立即向正確的方向移動，即當蒸汽流量增加時，給水調節閥開大，從而抵消了“虛假水位”引起的反向作用，減少了水位和給水流量的波動幅度。給水流量信號作為調節閥動作后的反饋信號，能使調節器及早知道控制的效果，做出響應的調整。對于水壓干擾等給水側的擾動，給水流量信號也起著前饋的作用，能使擾動迅速做出反應。由此可以看出在前饋-串級三沖量控制下，調節器動作快，還可以避免調節過頭，減少波動和失控。

3 本工程控制策略

本工程采取全程給水控制，具體步驟如下:

(1)汽包上水，給水調節閥，溢流閥均投入自動，給水流量閥的水位設定為SP1 -40mm，溢流閥的水位設定為SP1 +40mm。初始為流量控制，使給水流量保持在14kg/s 進行上水，直到汽包水位達到上水水位設定SP1 -40mm，流量設定切為-5kg/s，給水調節閥逐漸關閉，直至全關，上水結束。

(2)給水調節閥全關后，水位設定值為上水水位設定SP1 -40mm，此時由于溢流閥的作用，汽包水位應在SP1 -40mm～SP1 +40mm 之間。。

(3)點火啟動預熱鍋爐，當檢測到余熱鍋爐已經運行，并且有火焰后，汽包溢流閥投入自動，并設定其水位設定值為汽包正常水位SP3。

(4)隨著余熱鍋爐的運行，汽包內壓力，溫度逐漸升高，當汽包底部溫度大于105°C 后，開啟最小省煤器最小流量保護，省煤器允許的最小流量作為給水流量設定，給水流量偏差與汽包水位偏差取大后進入給水調節閥，使給水調節閥在維持省煤器允許的最小流量同時，保證汽包水位在上水水位。

(5)由于此時的蒸發量較小，蒸發量小于給水流量，汽包水位逐漸上升，在溢流閥的作用下汽包水位保持在正常水位以下。當汽包水位＞SP1 +200mm 或當汽包的壓力變化值超過2bar 后，水位設定值投跟蹤，跟蹤值為實際水位減去50mm，并在spc 功能塊的作用下使水位保持在當前水位小于50mm 上。

(6)隨著蒸發量的繼續增大，溢流閥逐漸關閉，當蒸汽流量＞10kg/s，即15%負荷，同時給水控制切為3 沖量控制且溢流閥完全關閉后，給水調節閥水位設定更改為正常水位設定SP3，溢流閥水位設定更改為溢流水位SP4，保證汽包水位維持在正常水位。

控制主線圖

4 結束語

全程給水控制方案在本工程實施后，實現了各種工況下的全程自動給水，水位控制精確，滿足機組運行要求。

［1］賀靖貽.淺談燃機余熱鍋爐的工藝情況及水位控制［J］.工業技術.2014.

［2］趙勇.S109FA 燃氣輪機余熱鍋爐汽包水位及汽溫控制策略［J］.華電技術.2010.