一種優化變速泵給水調節系統的技術

邢莉華

【摘 要】多臺鍋爐給水泵并列給水運行方式，對汽包水位的穩定帶來了挑戰，也使給水系統節流損失較大，給泵耗電量增加。文章介紹一種優化變速泵給水調節系統，實現給泵的最優組合分配，消除了給泵切換對鍋爐汽包壓力造成的波動，并通過降低給水母管壓力設定值，將壓力控制在安全且經濟的范圍內，有效減少給水調節閥的節流損失，降低給泵耗電量，實現經濟運行。

【關鍵詞】變速泵;給水壓力;最優組合;給泵耗電量

【中圖分類號】TK223.75 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）01-0029-03

0 前言

梅山鋼鐵公司熱電廠現配備6臺220 t/h額定負荷全燒煤氣鍋爐，燃料包括高爐煤氣、轉爐煤氣和焦爐煤氣，采用母管制方式運行。給水系統共配備有6臺給水泵，1號給水泵是小泵，流量為264 t/h，2號、3號、4號、5號、6號給水泵流量為440 t/h，其中2號和5號給水泵是調速泵，1號、3號、4號、6號給水泵是定速泵，所有給水泵額定出口壓力均為16 MPa。2號和5號給水泵原來由運行人員手動操作控制給水轉速。在原有控制策略下，給水泵根據鍋爐負荷對應的給水需求進行泵組運行方式切換和給水泵出力調整[1]，各給水調節閥自動控制相應的鍋爐汽包水位[2]。由于給水調節閥節流調節鍋爐汽包水位，且給水泵出力調節存在滯后，因此給水系統節流損失較大。給泵切換時，也會對汽包水位產生較大影響。本文介紹一種優化變速泵給水調節系統，整合控制參數，改變給水調節閥的開度，穩定給水泵的出口壓力，與汽包水位調節系統共同作用，維持汽包水位的穩定。同時，探索給泵母管運行方式下調速泵與定速泵的最佳組合方式，充分運用邏輯控制技術與相關性分析，實現給水系統的經濟運行。

1 優化變速泵給水調節系統實施內容

1.1 機組停運時控制策略編寫

（1）完成上位機畫面修改：機組上位機畫面上增加給水泵液力耦合器（變頻器）手/自動切換按鈕及給水母管壓力設定值修正接口。

（2）完成被控參數預處理：給水母管壓力信號進行優選，正常情況下，3個數值中優選中間數值（如果有3個），其中3個數值中任何1個數值與其他2個數值超過門檻值（0.4）時，自動剔除該數值，剩下2個給水母管壓力取平均值。

（3）在下位機組態環境中對給水母管壓力控制策略進行修改，實現控制模式在手動控制和自動控制方式下的無擾切換。

（4）綜合不同給水調節閥的切換、給水泵組的切換和煤氣壓力的變化對鍋爐給水和汽包水位控制的影響，實現更優的鍋爐給水和汽包水位控制。

（5）完成異常情況下邏輯保護功能：當給水母管壓力優選值與設定值偏差過大、給水泵液力耦合器（變頻器）開度指令與反饋偏差過大或者參與調節的模擬量出現品質壞點時，給水母管壓力控制自動切換到手動模式。

1.2 給水母管壓力最優設定值確定

多臺鍋爐給水泵并列給水運行且給水總流量和給水母管壓力有余量時，投入給水泵液耦或者變頻自動運行，給水泵自動控制給水母管壓力。給水壓力調節器接收給水母管壓力測量值Ppv和給水母管壓力設定值Psp。

給水母管壓力設定值Psp生成原理圖如圖1所示，使用該設定方法可以在鍋爐確保正常給水的條件下，適當降低給水母管壓力設定值，將壓力控制在安全且經濟的范圍，有效減少給水調節閥的節流損失，實現給水系統節能運行。

1.3 給泵最優組合控制策略確定

（1）進行不同泵組組合運行試驗，得出不同泵組運行方式下的給水母管壓力、總給水流量;并進行統計分析，比較不同泵組運行方式下的給水總流量余量和給水壓力余量對應能夠滿足鍋爐運行的工況范圍。當鍋爐負荷發生變化時，根據目標鍋爐負荷、主蒸汽壓力、給水調節余量、給水流量總需求確定是否進行泵組運行方式的切換。當滿足泵組運行方式切換時，實現不同泵組運行方式的切換。給水調節閥接收切換信號的切換信號為SWCH1=FWq&&FWp&&FWqy&&FWpy。FWq為給水流量判斷，FWp為給水壓力判斷，FWqy為給水流量余量判斷，FWpy為給水壓力余量判斷。若預計切換后給水泵組能夠提供的給水流量大于目標負荷下的總給水需求量，則FWq=1，反之FWq=0。若切換后給水泵組能夠提供的給水壓力大于目標負荷下的給水壓力，則FWp=1，反之FWp=0。若切換后給水泵組能夠提供的給水流量大于目標負荷下的總給水需求量的值超過5%，則FWqy=1，反之FWqy=0。若切換后給水泵組能夠提供的給水壓力大于目標負荷下的給水壓力的值超過5%，則FWqy=1，反之FWqy=0。給水泵組運行方式切換原理圖如圖2所示。

（2）采用六西格瑪方法在分析階段根據A階段流程分層，利用樹圖和PFMEA確認了影響給水泵汽包水位的多項末端原因。然后針對影響因素進行PFMEA識別和評估，確定影響汽包水位的穩定控制的關鍵性因素。通過方差分析，得到兩種模式下的最優給水泵組合。

（3）當主給水調節閥采用雙回路調節時，給水系統是否進行給水泵組運行方式的切換由上述的判斷方法得出。通過比較不同給水泵組運行方式切換時汽包水位控制的偏差最大值、最小值和均方差，確定鍋爐不同工況下最優的給水泵組運行方式，并確定不同給水泵組運行時的回路調節參數。當給水泵組運行方式切換時，實現汽包壓力和汽包水位的穩定運行。

（4）當主給水調節閥采用單回路調節時，通過對系統給水泵的出力（流量）和給水泵出口壓力進行分析，并進行不同工況下不同給水泵組運行試驗，比較不同給水泵組運行方式切換時給水壓力、給水流量和汽包水位變化情況。使用Minitab軟件中的回歸分析和方差分析方法比較分析不同給水泵組運行和切換時汽包水位控制的偏差最大值、最小值和均方差，確定鍋爐不同工況下最優的給水泵組運行方式，并確定不同給水泵組運行時的APC調節參數。

2 優化變速泵給水調節系統實施過程

多臺鍋爐給水泵并列給水運行且給水總流量和給水母管壓力有余量時，投入給水泵液耦或者變頻自動運行，給水泵自動控制給水母管壓力。給水壓力調節器接收給水母管壓力測量值Ppv和給水母管壓力設定值Psp：對于并列給水運行的單臺鍋爐，各臺鍋爐均正常運行，各臺鍋爐主蒸汽流量均>180 t/h，Ptmin=14.9 MPa，Pfw=15.5 MPa，從而得出Psp1=15.5 MPa。舉例說明，此時若并列給水運行鍋爐主給水調節閥的平均開度OPavg大于60%且小于80%，經過判斷后得出，Psp=15.3 MPa;當Psp=15.3 MPa 運行一段時間后，平均開度OPavg仍然大于60%且小于80%，操作員設置x=-0.4，進而Psp=14.9 MPa;Psp=14.9 MPa運行穩定后，OPavg>80%，給水泵自動控制給水母管壓力在Psp=14.9 MPa運行，從而達到適當降低給水母管壓力設定值和減少給泵節流損失的改進效果。

采用六西格瑪方法，確定給水泵的組合方式會影響汽包水位的穩定控制。最后通過方差分析得到兩種模式下的最優給水泵組合。在900 t運行模式下，最優給水泵組合為2#給水泵與5#給水泵;在1 100 t運行模式下，最優給水泵組合為1#給水泵、2#給水泵與5#給水泵。

3 優化變速泵給水調節系統實施效果

通過六西格瑪分析方法，實現給水泵的最佳組合分配，消除給水泵切換對鍋爐汽包壓力造成的波動。通過一種母管制給水系統節能運行控制方法，自動生成給水母管壓力設定值，使用該設定方法可以在鍋爐確保正常給水的條件下，降低給水母管壓力設定值，將壓力控制在安全且經濟的范圍，有效減少給水調節閥的節流損失，實現給水系統節能運行。全廠給水泵耗電量平均值從5 798 kW·h降到5 276 kW·h。改進前后熱電廠全廠給水泵耗電量見表1、表2。

4 結語

多臺鍋爐給水泵并列給水運行方式，對生產的穩定性和效益的提升都是一種挑戰。優化變速泵給水調節系統，一方面可以降低給水母管壓力設定值，將壓力控制在安全且經濟的范圍內，減少給水調節閥的節流損失;另一方面實現了給水泵的最優組合分配，消除了給水泵切換對鍋爐汽包壓力造成的波動，大大降低了給泵耗電量，實現了給水泵的經濟運行。

參 考 文 獻

[1]楊其恒，黃思銀，瞿利.給水泵性能調整試驗和運行方式的優化[J].新疆電力，2004（4）：15.

[2]王宇翔，麻榮福，王磊，等.鍋爐汽包液位控制系統與連鎖保護設計[J].潔凈煤技術，2018（8）：98-101.