超臨界機組給水自動控制策略分析與應用

金誠

摘要：新時期發展下電廠建設水平不斷提高，作為電力能源生產生輸送的關鍵環節，鍋爐設備運行管理亟待創新，給水自動化控制在電廠鍋爐運行中的重要組成。文章以此為基礎對超臨界機組給水自動控制的應用展開探討。

關鍵詞：超臨界;給水控制;自動控制;機組自動控制

引言

給水控制是大型超臨界火電機組的核心控制之一，該控制是否穩定、合理直接影響機組的運行安全。目前的超臨界機組通常配備2臺50%鍋爐最大連續蒸發量（BMCR）的汽動給水泵（以下簡稱汽泵），汽泵并泵過程會直接影響給水的穩定。國內大型機組大多采用手動并泵的控制策略，對運行人員要求較高且需要監測的參數較多，在并泵過程中容易引起給水的大幅波動，對機組的安全運行造成較大隱患。國內某些設計有自動并泵邏輯的電廠在并泵過程中往往只考慮汽泵的壓差和轉速，沒有充分關注并泵過程中2臺泵的流量調勻過程。

1超臨界機組給水自動控制現狀

電力作為國民經濟發展的核心，在促進人類社會發展和科技進步方面發揮著十分巨大的作用，火力發電是一種通過燃燒煤炭等可燃物，對鍋爐進行加熱，產生大量高溫高壓的水蒸氣，推動發電機組運行的發電方式，占據了整個社會發電量的60%以上。給水控制系統主要是通過對中間點溫度的控制實現在發電過程中鍋爐燃水比的恒定，從而實現對鍋爐蒸汽溫度和壓力的控制，滿足不同工況下的給水量的需求，作為火力發電機組的核心，給水系統直接關系到火力發電的穩定性和經濟性，隨著大容量機組的不斷投入應用，發電過程中鍋爐的熱負荷越來越多，現有給水控制系統的控制精度、反應速度等均無法滿足火力發電安全控制的需求，因此，新時期基于模糊控制的火力發電廠給水控制系統，采用自適應模糊控制的方案，不僅能夠滿足對給水控制過程的連續跟蹤控制需求，而且能夠實現在控制過程中針對不同的工況進行自適應調節，有效地提升了給水控制的精確性和及時性，對提升火力發電的經濟性和安全性具有十分重要的意義。

2超臨界機組給水自動控制策略

2.1自動并泵過程

大部分電站的并泵過程依托運行人員手動操作，是否順利完全取決于運行人員運行水平。在并泵過程中，機組總給水流量、每臺汽泵的轉速和流量等參數都需依靠運行人員的監視。在手動操作過程中，可能出現壓力、流量波動，造成主蒸汽（以下簡稱主汽）壓力和主汽溫度控制的振蕩，對機組的安全運行造成不利影響。動并泵控制的關鍵在于并泵前備用泵壓力的控制、并泵過程中主給水流量的控制以及并泵后2臺泵流量平衡的分配。一個順利的并泵過程如下：在并泵前，主泵處于真自動控制狀態（即給水自動控制狀態），并入泵緩慢升轉速直至泵出口壓力略低于給水管道母管壓力，這樣可避免并泵過程中出現搶水現象;在并泵初期待并泵并不出水，隨著轉速的升高而逐漸出水，此時需要維持總給水流量不發生大的波動，出水逐漸過渡到待并泵;出水后，需要平衡2臺泵的流量以及出口壓力。在并泵過程中，待并泵出水后，其配置的再循環閥需要逐漸自動關閉以保證給水流量的穩定性，同時要注意把給水流量控制在合理范圍內[1]。

2.2中間點溫度的分析

直流鍋爐的給水控制是機組安全運行的關鍵，給水流量在任何時刻均必須保證汽水分離界面的波動要小。由此才能保證鍋爐的汽溫、受熱面壁溫的波動小且在設計值附近。大量試驗證明，在燃料量或給水量擾動時，汽水行程中工質焓值的動態特性曲線形狀相似，而越接近汽水行程的入口，慣性和滯后越小。所以水煤比控制邏輯中均是取微過熱蒸汽的焓值（或溫度）作為被調量，國產直流鍋爐一般將分離器出口溫度作為中間點溫度，其是鍋爐汽水系統中能夠較早反映出水煤比失調的信號。因微過熱蒸汽之前，包括輻射、對流等各種受熱面吸熱量約占總吸熱量的60%，慣性小且具有代表性。所以，選作水煤比控制信號能獲得較好的品質。

2.3基于模糊控制的給水控制系統

火力發電廠的發電機組的運行負荷一般是大于30%的額定負荷，在此情況下，主要處在直流運行階段，此時，給水控制系統主要通過控制鍋爐過熱器出口溫度來滿足對過熱蒸汽溫度的調整，進而實現對鍋爐運行燃水比的精確控制，由于鍋爐內的水在沸騰的過程中產生的過熱蒸汽具有極大的不穩定性，因此，對給水控制系統的控制擾動巨大，導致出現控制延遲和控制精度不足的現象，因此，在控制系統內增加了PID模糊控制。同時，為了提升對給水控制的精確性，提出了采用基于中間點汽溫控制的串級控制系統，系統的主控制回路為中間點溫度控制，同時，增加給水流量輔助控制回路，滿足以溫度變化調整給水量的控制需求[2]。

2.4做好調試處理

第一，對小機MEH的不合理邏輯進行更改。經更改后，MEH在“保持”狀態下，小機轉速指令自動跟蹤當前實際轉速，點擊“進行”后，小機轉速指令重新根據目標轉速和升速率進行計算。第二，每次開機時提前完成小機調節系統靜態試驗，嚴格按廠家說明書要求對小機調節門行程進行校驗。第三，機組開機過程中保持輔汽聯箱壓力在0.5 MPa以上，避免小機調門開度過大，影響小機的調節性能。第四，在機組啟動或運行過程中，出現小機轉速指令和實際轉速偏差大時，立即查找原因。若是由小機進汽壓力低引起，應立即緩慢提升輔汽聯箱壓力，并停止增加機組負荷，特殊情況可適當降低主汽壓力或機組負荷，減少轉速偏差。第五，利用機組檢修機會，定期對啟動油電磁閥和速關油電磁閥進行清洗和檢查。

2.5應用WOT技術

WOT給水處理方式是一種全面考慮水汽系統防護，階段優化控制凝結水、省煤器溶氧和pH，采取系統優化保障技術，實現給水、疏水系統快速氧化性轉化及有效防護的處理方式。WOT給水處理方式的主要特點：第一，取消聯氨，徹底關閉除氧器排汽;第二，采用WOT溶解氧精準控制技術，通過凝結水泵入口負壓加氧和高壓給水微氧控制，控制省煤器入口溶氧為5～7μg/L，實現給水系統氧化性轉化和防護，安全、快速實現WOT轉化。同時能有效控制溶解氧在水冷器和省煤器被完全消耗，保證下游高溫部分安全，避免加速過熱器、再熱器氧化皮生長和剝落;第三，調整給水加氨，優化pH控制，實現精處理出口一點加氨的加藥方式，確認給水pH的期望值控制方式和以電導率為核心參數的精準監控方法;第四，精處理混床采用氫型運行，提高熱力系統汽水品質。

2.6后期優化空間

并泵初期，待并泵在升轉速、升壓階段并無出力。考慮到自平衡回路問題，若不閉鎖自動泵轉速，使給水PID處于TF狀態，會使給水受到極大的擾動;然而閉鎖自動泵轉速又無法抑制給水內擾。這里是比較矛盾的地方，現階段只能閉鎖自動泵轉速，后續仍需要優化設計。系統運行下在給水調平步驟中對給水造成擾動，如果條件允許建議在每臺汽泵再循環管路上加裝流量測點或是直接在汽泵出口處加裝流量測點，會更精準。

結語

綜上所述，超臨界直流鍋爐給水控制系統的任務是在鍋爐負荷較低時保證給水流量大于鍋爐最小安全流量，在鍋爐轉入干態運行方式時，保持合適的水煤比，維持鍋爐燃料量與蒸發量相匹配，通過科學控制能夠提高鍋爐給水系統控制水平，保證鍋爐系統的安全與高效運行。

參考文獻

[1]吳魯東，張曉東.1050MW超臨界機組給水控制系統優化[J].華電技術，2016，38（2）：41-43.

[2]孫文燕.600MW超臨界機組協調控制系統研究與優化[D].福州大學，2017.

[3]宋兆星，王玉山.600MW超臨界機組給水控制系統的設計與應用[J].中國電力，2016，49（6）：6-9.