机组降参数启动后的给水控制优化

王 震

(阳城国际发电有限责任公司，山西 阳城 048102)

机组降参数启动后的给水控制优化

王 震

(阳城国际发电有限责任公司，山西 阳城 048102)

为了满足机组启动和正常运行节能的需要从而对机组启动参数进行了优化，造成了给水控制出现异常，通过对出现的异常深入分析制定了相应的对策，在保证机组安全的前提下实现了节能。

降参数启动；给水控制系统；优化

1 锅炉给水系统的工艺流程

阳城国际发电有限责任公司总装机容量为6×350MW，采用单元制配置，锅炉为美国福斯特·惠勒公司设计制造的亚临界自然循环汽包锅炉，汽轮机为德国西门子公司设计制造的K30-40-16 N30-2X10型反动式单轴、双缸、双排汽、亚临界、一次中间再热、节流调节、凝汽式汽轮机。控制系统采用西门子公司的TELEPERM－XP自动控制系统，给水系统配置2台50%容量的汽动给水泵和1台50%容量的电动给水泵。

在给水系统母管出口设有主给水关断阀，并在关断阀旁路上设计有给水启动调节阀，给水经过主给水阀或启动调节阀后送入高加加热,高加出口设计有给水主调节阀(PINCH阀)用于调节给水母管压力。机组在启动和低负荷(35%负荷以下)阶段主给水关断阀全关而PINCH阀全开，通过调整给水启调阀来改变给水管道的阻力系数维持一定的给水母管压力；在35%负荷以上阶段，启调阀全关而主给水关断阀全开，通过调整高加出口的PINCH阀来改变给水管道的阻力系数维持一定的给水母管压力。在任何工况下汽包水位偏差都直接作用于给水泵转速控制系统，通过调节给水泵转速变化来改变给水量调节汽包水位；给水泵转速变化同时将引起给水母管压力变化，给水启调阀或PINCH阀为了维持给水母管压力稳定，通过改变阀门开度改变管道特性曲线调节压力，管道特性曲线改变使泵的工作点随之发生变化，从而间接配合调节汽包水位。

机组原有设计汽机按照定—滑—定方式运行，在0~50%和90%~100%额定工况范围内为定压运行，在50%~90%额定工况范围内为滑压运行。为了机组启动和正常运行节能的需要，对机组的定滑压曲线进行了优化，将定压最小压力由10 MPa降为7.5MPa，这样机组滑压曲线也随之改变，同时由于系统整体压力降低给水压力也相应降低，给水泵转速也相应的降低了。机组降参数启动后启动时间大为缩短，经济效益十分明显，但同时造成给水控制系统抗干扰能力下降，在启动和降负荷过程中多次出现了汽包水位控制异常的现象。

2 相关闭环回路组态分析

2.1 启调阀的压力控制

启调阀主要用于机组启动或低负荷(35%负荷以下)时控制给水泵出口母管压力。启调阀的控制是一个简单的带有前馈的单回路调节系统，给水泵出口母管压力设定值选取下列四个值中的大值，保证启动过程及低负荷阶段时系统对给水压力的要求。

(1)最小压力Pmin。Pmin略大于泵最低转速所对应的压力。当机组冷态启动时，主汽压力为零，蒸汽流量为0，低过出口蒸汽压力亦为零。此时Pmin作为压力设定值，保证给水泵在最低工作曲线以上运行。

(2)给水泵下限特性对应的保护压力，防止任何时候给水泵发生汽蚀。这个值是泵的当前流量和除氧器压力(作为静压)决定的，而且取3台泵中的大值。

(3)在机组启动后随着机组负荷增加主汽压力逐渐上升，任何负荷下给水压力都应满足P＝P1+ΔP，其中P1为主汽压力、ΔP为管损压降(包括泵出口至汽包水面的静压差，现设为3.5 MPa)。

(4)低过出口压力加一偏置，保证任何时候给水母管压力或运行给水泵出口压力的大值大于低过出口的压力和管道压损的和，以维持水汽回路的正常流通并保证减温水的压力。

2.2 PINCH阀控制

本厂PINCH阀位于高加之后节流损失较小，用于当机组负荷大于35%、主给水门全开且启调阀关闭时调节母管压力。PINCH阀控制是一个简单的单回路控制系统，被调量是给水母管压力，压力设定值为低过出口压力与主汽流量函数的和(函数见表1)，即根据机组负荷不同保证给水母管压力与低过之间维持不同的压差以增加调节系统在不同负荷下的调节适应性。在控制回路中还引入了汽包水位控制中的水位偏差信号，该信号求微分作为回路的前馈，类同于给水启动调节阀的控制，从而提高了调节品质。

表1 PINCH阀控制函数表

3 降参数后机组启动及运行过程中出现的问题

(1)机组启动冲转时给水控制系统由于调节品质不稳定经常无法投自动运行，增加了机组启动时运行人员的工作量。例如：机组启动给水控制系统投自动运行时，经常出现汽包水位缓慢并一直上升的异常现象；汽动给水泵自动控制转速经常调节至最小转速无法进一步降低，给水启调阀在负偏差下经常下关缓慢。

(2)机组进行三阀切换时PINCH阀动作异常。如二号机2010年3月5日机组启动三阀切换过程中，PINCH阀自动关至17%没有继续回关反而自动开至28%，导致给水流量由96 kg/s上涨至178 kg/s，造成汽包水位快速上涨水位异常。

(3)机组快速、大幅度降负荷或出现异常运行工况造成汽包压力大幅下降时，给水系统调节品质无法满足现场工况要求，如2010年8月11日四号机降负荷出现的汽包水位高的异常现象。

4 原因分析

由于泵的工作点是由泵的特性曲线和管道性能曲线决定的，通过改变泵的特性曲线或管道性能曲线就改变了泵的工作点，同时泵的压力和流量也随之改变。汽包水位控制在启动或低负荷时(35%负荷以下)是通过调整给水泵转速和调整启调阀的阀位改变给水管道的阻力系数共同作用来完成。给水泵根据汽包水位偏差调节转速，当汽包水位升高时降低泵转速，给水泵出口压力和流量下降，给水母管实际压力随之下降，给水母管压力调节回路出现负偏差，启调阀下关使给水母管实际压力上升。启调阀开度变小，改变了管道特性曲线从而改变了泵的工作点，给水母管压力上升、过流量变小，两者共同作用完成了汽包水位的控制。在35%负荷以上是通过调整给水泵转速和调节PINCH阀的阀位改变给水管道的阻力系数共同作用来完成的，其原理和启调阀相似。

4.1 机组启动冲转时给水控制系统无法投自动运行原因分析

启调阀主要用于当系统启动或低负荷时(35%负荷以下)改变给水管道的阻力系数，维持给水泵出口母管压力与母管压力设定值相等。当给水母管实际压力小于选取的给水母管压力设定值时，启调阀向下关门。启调阀开度变小后其截流作用增强，给水母管压力随之上升，给水过流量同时变小，反之亦然。

在机组冲转时给水母管选取的压力设定值在最小压力P min和P＝P1+ΔP中选取大值。机组点火后最小压力P min选取11MPa，P为主汽压力与3.5MPa的和。机组降参数前主汽压力达到10MPa后才可进行机组冲转，调节回路选取的给水母管压力设定值为13.5MPa左右；机组启动参数优化后，在主汽压力达到7.5MPa左右后即可进行机组冲转，选取的给水母管压力设定值则降为11MPa左右。机组降参数后造成给水系统控制压力值由13.5MPa左右降为了11MPa左右。

机组启动参数优化前给水控制相对较为稳定，原因在于给水母管维持13.5MPa压力时对应的给水泵转速在4 100 rpm左右(泵最低转速为3 950 rpm)，当汽包水位上升时给水泵有较大的调节空间，能通过降低泵转速保证汽包水位满足调节要求。机组启动参数优化后，在维持11MPa的给水母管压力时对应的给水泵转速在3 960 rpm左右，此时给水泵转速已经接近其最低转速，当汽包水位上升时给水泵转速已无下降空间，给水母管压力也不会下降，启调阀控制回路也就无法通过母管压力调节配合关门进行截流，这样系统非常容易出现给水流量大于蒸汽流量导致汽包水位升高。为防止泵的转速变化引起母管压力变化干扰启调阀的调节，系统引入汽包水位偏差的微分信号作为前馈，当汽包水位出现上升趋势时出现负偏差关小启动调节阀。但实际工况中由于汽包水位缓慢上升，通过微分环节出现的偏差不足以使启调阀下关，因此机组冲转时给水控制系统启调阀控制回路存在的问题一直导致启调阀无法投自动运行。

由于降压启动给水系统整体压力降低给水母管压力设定值变低，改变了给水泵与启调阀对水位调节的调节量，使给水泵调节量变大，启调阀调节量变小，这样虽然充分利用了汽动给水泵工作区减少节流损失使经济性变好，但系统整体安全性变差了。

4.2 机组进行三阀切换时，PINCH阀动作不正常的原因分析

在主蒸汽流量大于35%、启动调节阀开度大于75%，需要启调阀与主给水关断阀进行切换，以满足给水过流量的需求。启调阀与主给水阀切换时，为了减小对系统的扰动防止出现给水母管压力大幅下降、给水流量大幅上升的现象，需要PINCH阀由全开逐渐关闭并代替启调阀调节给水压力。控制回路切换时先将PINCH阀切为自动，并将其调节器入口偏差切为一较大的负偏差以保证PINCH阀一直关闭，在PINCH阀关到17%开度时控制回路将调节器切回到正常的调节偏差，即调节给水母管压力以取代启调阀控制给水母管压力。此时的调节偏差是由压力设定值与给水母管压力的差值，而压力设定值为低过出口压力加上主汽流量对应的偏置值。但机组在启动阶段进行三阀切换时，当PINCH阀关到17%开度后转作调节母管压力，由于整个系统在降参数后特性改变，在17%开度下给水系统流量较之前明显偏大，而此时由于给水母管压力较设定值偏高，PINCH阀开门泄压由17%自动开至28%，进一步导致系统给水流量快速上升，汽包水位出现异常。

4.3 机组快速、大幅度降负荷或出现异常造成汽包压力大幅下降时，给水无法正常控制的原因分析

当机组三阀切换后，汽包水位控制是通过调整给水泵转速和调整PINCH调节阀的阀位来改变给水管道的阻力系数共同作用来完成的，当PINCH阀调节缓慢或者不调节时势必将影响汽包水位调节效果。

主汽压力最小值改为7.5MPa后，机组降负荷时给水控制出现过多次汽包水位高异常现象，那是因为之前主汽压力最小值10MPa，汽包压力最低对应在10.5MPa左右，而给水泵降到最低转速3 950 rpm时其出口压力为11MPa左右。在降负荷时如PINCH阀调节缓慢，通过快速降低给水泵转速使其出口压力和流量下降，使给水母管压力与汽包压力差值不断变小进一步抑制给水管道过流量，这样可以有效控制汽包水位。但机组优化启动后由于主汽压力最小值降为7.5MPa，对应汽包压力最低可降为8~9MPa之间，而给水泵降到最低转速3 950 rpm后其出口压力11MPa左右。当机组降负荷时若PINCH阀调节缓慢，给水泵降到3 950 rpm后无法进一步降低转速，此时给水母管压力与汽包压力差值仍然较大，PINCH阀又不能起到很好的截流作用导致系统过流量偏大，这样就会出现给水流量大于蒸汽流量汽包水位升高，出现了给水无法正常控制的现象。

5 解决方法

(1)将最小压力Pmin选取11MPa改到12.5MPa，人为提高给水系统的压力，加大启动调节阀对水位控制的调节量，减小给水泵对水位控制的调节量，使给水泵维持较高转速保证其随时有足够的转速调节裕量。

(2)三阀切换时，密切注意主汽流量算出的偏置值与给水母管压力和低温过热器出口压力的差值对应关系，差值比主汽流量算出的偏置值大时，可以切至手动进行三阀切换；或者维持主汽压力在9MPa左右再进行三阀切换。

(3)机组快速、大幅度降负荷或出现异常造成汽包压力大幅下降时，为防止汽包水位异常，应熟记主汽流量对应的压力偏置值，当给水母管压力和低温过热器出口压力的差值小于主汽流量算出的偏置值时，应及时解除PINCH阀自动控制手动关小。PINCH阀手动操作时，应同时注意开度过大、过小对给水泵和主汽温度的影响。PINCH阀开度过小造成截流严重给水流量过小易造成给水泵小流量跳闸，同时会导致减温水压力高流量增加，从而主汽温度降低。PINCH阀开度过大截流作用减弱给水流量大增，易造成给水泵大流量跳闸，同时会导致减温水压力低，甚至减温水断流主汽温度升高。给水系统出现异常时，建议PINCH阀自动手动操作时不解除给水泵自动，充分利用给水泵自动保持水位稳定。

(4)在保证给水泵安全的条件下，应尝试降低给水泵最低转速以加大泵的工作区，提高给水泵的调节能力。应对PINCH阀调节缓慢找出解决办法，一方面可优化控制系统参数使调节速度满足系统各种工况需求，另一方面可尝试更换调阀从而提高执行机构的可靠性。另外可在系统操作站画面上增加PINCH阀控制偏差大报警信号，以提醒操作人员注意。

(5)正常运行时，195MW负荷对应的主汽压力为9.6MPa左右，机组正常调峰负荷底线多为195MW，因此可将主汽压力最小值改为9.5MPa，这样既可以保证正常运行的经济性，又可以保证异常情况下的安全性。

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，毕业于太原理工大学，工程师。