600MW汽包鍋爐給水全程控制系統(tǒng)控制策略淺析

于永安

摘 要：介紹了鍋爐給水全程控制系統(tǒng)的要求，及典型600MW汽包鍋爐的熱力系統(tǒng)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。并以該機(jī)組為例，對給水全程控制系統(tǒng)的控制策略和過程進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：汽包鍋爐；全程給水控制系統(tǒng)；控制過程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.181

1 引言

隨著火電機(jī)組參數(shù)的提高和容量的增大，機(jī)組在啟停與運(yùn)行過程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制的量也隨之增多，出于安全及操作量的考慮，人工操作已滿足不了發(fā)電現(xiàn)場的需要，這樣就出現(xiàn)了全程控制系統(tǒng)。給水全程控制系統(tǒng)是全程控制子系統(tǒng)之一，其應(yīng)用更加普遍。對于汽包鍋爐而言，從鍋爐點(diǎn)火開始，到水蒸氣的升溫升壓，汽機(jī)的沖轉(zhuǎn)，初帶負(fù)荷，帶大負(fù)荷，降負(fù)荷，鍋爐停火，最后到降溫降壓，鍋爐給水在整個(gè)過程中都是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，保證了汽包水位在允許的范圍之內(nèi)，無疑其控制系統(tǒng)比常規(guī)控制要復(fù)雜許多。

2 對給水全程控制系統(tǒng)的要求

針對于大型火電單元機(jī)組，為保障機(jī)組的順利運(yùn)行，對給水全程控制系統(tǒng)有其特殊的要求：

（1）鍋爐在運(yùn)行中，蒸汽參數(shù)和負(fù)荷變化范圍很大，必須對汽包水位等測量信號(hào)進(jìn)行壓力、溫度校正。

（2）單元機(jī)組的給水流量控制多采用調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，在滿足給水量控制的同時(shí)必須保證給水泵運(yùn)行在其安全區(qū)域。

（3）負(fù)荷不同時(shí)，給水所采用的控制系統(tǒng)也相應(yīng)不用，一般在低負(fù)荷時(shí)采用單沖量控制系統(tǒng)，高負(fù)荷時(shí)采用三沖量控制系統(tǒng)，那么隨負(fù)荷變化時(shí)要保證控制系統(tǒng)的無擾切換。

（4）單元機(jī)組在不同負(fù)荷采用不同的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，一般在低負(fù)荷采用改變閥門開度來調(diào)節(jié)，在高負(fù)荷采用調(diào)速泵來調(diào)節(jié)，這樣就需要考慮閥門與調(diào)速泵的過渡切換問題。

（5）系統(tǒng)要能適應(yīng)機(jī)組的不同運(yùn)行工況，冷、熱態(tài)的啟動(dòng)。

3 典型的600MW機(jī)組給水系統(tǒng)

圖1為典型的600MW單元機(jī)組給水熱力系統(tǒng)。通常配置三臺(tái)給水泵，包括一臺(tái)30%容量的電動(dòng)可調(diào)速給水泵和兩臺(tái)均為50%容量的汽動(dòng)給水泵。其中電動(dòng)泵一般被用作啟動(dòng)泵或備用泵，汽動(dòng)泵在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)投用，電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速靠液力耦合器調(diào)整，汽動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速由獨(dú)立的小型汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)調(diào)整。為適應(yīng)機(jī)組啟動(dòng)階段最小流量的控制，在電動(dòng)泵出口到給水母管之間裝設(shè)了兩條管路：一條上裝有主給水截止閥，另一條上裝有給水旁路截止閥和旁路調(diào)節(jié)閥，這兩條管路并聯(lián)裝配。旁路調(diào)節(jié)閥這一支路在啟動(dòng)時(shí)控制汽包水位，當(dāng)負(fù)荷升到一定值時(shí)，打開主給水截止閥這一支路，通過電泵轉(zhuǎn)速的調(diào)整來控制汽包水位。為防止給水泵發(fā)生汽蝕，每臺(tái)給水泵和除氧器之間都裝有再循環(huán)管路。

4 給水控制系統(tǒng)

給水控制系統(tǒng)具體包括汽包水位控制和給水泵最小流量控制。

（1）水位控制。600MW機(jī)組汽包水位控制系統(tǒng)如圖2所示，包含著單沖量和串級(jí)三沖量兩套控制系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的高低，通過連鎖邏輯及其切換器電路來選取控制方式。汽包水位設(shè)定值由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定。

1）單沖量控制方式。在機(jī)組啟、停及低負(fù)荷運(yùn)行階段，采用單沖量運(yùn)行方式。水位單沖量調(diào)節(jié)器PID1控制電動(dòng)泵出口旁路調(diào)節(jié)閥的開度，控制汽包水位。連鎖邏輯通過切換器T3選通PID2，此時(shí)電動(dòng)泵接受到PID2的控制信號(hào)，利用轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)電動(dòng)泵出口與汽包之間的差壓，保證汽包自如的上水。在該階段汽動(dòng)給水泵自動(dòng)/手動(dòng)操作站跳為手動(dòng)操作。隨著鍋爐蒸發(fā)量的不斷增大，當(dāng)電動(dòng)泵的出口旁路調(diào)節(jié)閥開度大于95%時(shí)，主給水電動(dòng)門自動(dòng)打開，電動(dòng)泵接受到單沖量調(diào)節(jié)閥PID3的輸出信號(hào)，通過控制電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)給水流量，電動(dòng)泵進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式。 當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升到20%時(shí)，第一臺(tái)汽動(dòng)泵啟動(dòng)運(yùn)行；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于30%額定負(fù)荷時(shí)，給水控制系統(tǒng)自動(dòng)切換到串級(jí)三沖量系統(tǒng)，此時(shí)第一臺(tái)汽動(dòng)泵便可引入系統(tǒng)中。

2）三沖量控制方式。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在30%額定負(fù)荷以上時(shí)，采用串級(jí)三沖量控制方案。由于電動(dòng)泵和汽動(dòng)泵的工作特性不同，為了保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在電動(dòng)泵和汽動(dòng)泵中均加了主、副調(diào)節(jié)器。電動(dòng)泵的主、副調(diào)節(jié)器分別是PID4、PID5；汽動(dòng)泵的主、副調(diào)節(jié)器分別是PID6、PID7。PID4和PID6接受到汽包實(shí)際水位信號(hào)和設(shè)定值，其輸出量與蒸汽流量信號(hào)D相疊加作為PID5和PID7的輸入值，給水流量信號(hào)W作為PID5和PID7的測量值。蒸汽流量信號(hào)D的作用是補(bǔ)償水位和消除假水位，作為給水指令的前饋信號(hào)；給水流量W的作用是與蒸汽流量D保持一致，同時(shí)消除給水流量W的自發(fā)性波動(dòng)。PID4和PID6起細(xì)調(diào)作用，使汽包水位與設(shè)定值相等；PID5和PID7起粗調(diào)作用。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷升到40%時(shí)，第二臺(tái)汽動(dòng)泵沖轉(zhuǎn)運(yùn)行，電動(dòng)泵便可停運(yùn)，此時(shí)兩臺(tái)汽動(dòng)泵并列運(yùn)行。電動(dòng)泵的輸出通過切換器T5跟蹤汽動(dòng)給水泵的控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)泵之間的無擾切換。

（2）給水泵最小流量控制。要保證給水泵在不同工況下安全運(yùn)行，就必須保障流過每臺(tái)泵的給水流量大于泵的最小允許流量。為了滿足這一要求，通過調(diào)節(jié)給水泵再循環(huán)的流量來實(shí)現(xiàn)。給水泵最小流量控制是單回路控制系統(tǒng)，電動(dòng)泵和汽動(dòng)泵A、B的最小流量控制系統(tǒng)相互對立，互不影響，但結(jié)構(gòu)完全相等。以汽動(dòng)泵A的控制為例，控制系統(tǒng)如圖3所示。

汽動(dòng)泵A最小允許流量由操作者手動(dòng)設(shè)定。汽動(dòng)泵A入口流量的兩個(gè)測量值經(jīng)選擇器二選一后，所選的泵入口流量與設(shè)定值偏差經(jīng)調(diào)節(jié)器PID后給出汽動(dòng)泵A最小流量再循環(huán)調(diào)節(jié)閥的開度指令。當(dāng)汽動(dòng)泵A入口流量低于350T/H時(shí)，切換器T2接Y端，循環(huán)回路中的調(diào)節(jié)閥開到100%。

當(dāng)汽動(dòng)泵A流量高于350T/H低于380T/H時(shí)，切換器T2接N端，切換器T1接Y端，這時(shí)，循環(huán)回路中的強(qiáng)制調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)小到10%，該值與PID的輸出值進(jìn)行大值比較后，輸出控制調(diào)節(jié)閥的開度指令。當(dāng)汽動(dòng)泵A進(jìn)口流量高于380T/H且低于最小允許設(shè)定值時(shí)，將切換器T1接N端，這時(shí)閥的大小由PID輸出信號(hào)控制。隨著汽動(dòng)泵A的入口流量的增加，且大于最小允許設(shè)定值時(shí)，閥的輸出指令也將逐漸變?yōu)?%。

5 結(jié)語

鍋爐給水全程控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，在運(yùn)行中既要維持汽包水位的相對穩(wěn)定，又要保護(hù)受熱面以防燒壞，還牽扯到給水泵的安全運(yùn)行。只有不斷創(chuàng)新、完善給水全程控制系統(tǒng)，才能保證大型單元機(jī)組的正常運(yùn)行。

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