600MW汽包锅炉给水全程控制系统控制策略浅析

于永安

摘 要：介绍了锅炉给水全程控制系统的要求，及典型600MW汽包锅炉的热力系统和调节机构。并以该机组为例，对给水全程控制系统的控制策略和过程进行了分析。

关键词：汽包锅炉；全程给水控制系统；控制过程

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

1 引言

随着火电机组参数的提高和容量的增大，机组在启停与运行过程中需要实时监测和控制的量也随之增多，出于安全及操作量的考虑，人工操作已满足不了发电现场的需要，这样就出现了全程控制系统。给水全程控制系统是全程控制子系统之一，其应用更加普遍。对于汽包锅炉而言，从锅炉点火开始，到水蒸气的升温升压，汽机的冲转，初带负荷，带大负荷，降负荷，锅炉停火，最后到降温降压，锅炉给水在整个过程中都是自动实现的，保证了汽包水位在允许的范围之内，无疑其控制系统比常规控制要复杂许多。

2 对给水全程控制系统的要求

针对于大型火电单元机组，为保障机组的顺利运行，对给水全程控制系统有其特殊的要求：

（1）锅炉在运行中，蒸汽参数和负荷变化范围很大，必须对汽包水位等测量信号进行压力、温度校正。

（2）单元机组的给水流量控制多采用调节给水泵转速来实现，在满足给水量控制的同时必须保证给水泵运行在其安全区域。

（3）负荷不同时，给水所采用的控制系统也相应不用，一般在低负荷时采用单冲量控制系统，高负荷时采用三冲量控制系统，那么随负荷变化时要保证控制系统的无扰切换。

（4）单元机组在不同负荷采用不同的调节机构，一般在低负荷采用改变阀门开度来调节，在高负荷采用调速泵来调节，这样就需要考虑阀门与调速泵的过渡切换问题。

（5）系统要能适应机组的不同运行工况，冷、热态的启动。

3 典型的600MW机组给水系统

图1为典型的600MW单元机组给水热力系统。通常配置三台给水泵，包括一台30%容量的电动可调速给水泵和两台均为50%容量的汽动给水泵。其中电动泵一般被用作启动泵或备用泵，汽动泵在机组正常运行时投用，电动泵转速靠液力耦合器调整，汽动泵的转速由独立的小型汽轮机电液控制系统调整。为适应机组启动阶段最小流量的控制，在电动泵出口到给水母管之间装设了两条管路：一条上装有主给水截止阀，另一条上装有给水旁路截止阀和旁路调节阀，这两条管路并联装配。旁路调节阀这一支路在启动时控制汽包水位，当负荷升到一定值时，打开主给水截止阀这一支路，通过电泵转速的调整来控制汽包水位。为防止给水泵发生汽蚀，每台给水泵和除氧器之间都装有再循环管路。

4 给水控制系统

给水控制系统具体包括汽包水位控制和给水泵最小流量控制。

（1）水位控制。600MW机组汽包水位控制系统如图2所示，包含着单冲量和串级三冲量两套控制系统，根据机组负荷的高低，通过连锁逻辑及其切换器电路来选取控制方式。汽包水位设定值由运行人员手动设定。

1）单冲量控制方式。在机组启、停及低负荷运行阶段，采用单冲量运行方式。水位单冲量调节器PID1控制电动泵出口旁路调节阀的开度，控制汽包水位。连锁逻辑通过切换器T3选通PID2，此时电动泵接受到PID2的控制信号，利用转速来调节电动泵出口与汽包之间的差压，保证汽包自如的上水。在该阶段汽动给水泵自动/手动操作站跳为手动操作。随着锅炉蒸发量的不断增大，当电动泵的出口旁路调节阀开度大于95%时，主给水电动门自动打开，电动泵接受到单冲量调节阀PID3的输出信号，通过控制电动给水泵转速来调节给水流量，电动泵进入自动运行模式。 当机组负荷升到20%时，第一台汽动泵启动运行；当机组负荷大于30%额定负荷时，给水控制系统自动切换到串级三冲量系统，此时第一台汽动泵便可引入系统中。

2）三冲量控制方式。当机组负荷在30%额定负荷以上时，采用串级三冲量控制方案。由于电动泵和汽动泵的工作特性不同，为了保证控制系统的稳定性，在电动泵和汽动泵中均加了主、副调节器。电动泵的主、副調节器分别是PID4、PID5；汽动泵的主、副调节器分别是PID6、PID7。PID4和PID6接受到汽包实际水位信号和设定值，其输出量与蒸汽流量信号D相叠加作为PID5和PID7的输入值，给水流量信号W作为PID5和PID7的测量值。蒸汽流量信号D的作用是补偿水位和消除假水位，作为给水指令的前馈信号；给水流量W的作用是与蒸汽流量D保持一致，同时消除给水流量W的自发性波动。PID4和PID6起细调作用，使汽包水位与设定值相等；PID5和PID7起粗调作用。当机组负荷升到40%时，第二台汽动泵冲转运行，电动泵便可停运，此时两台汽动泵并列运行。电动泵的输出通过切换器T5跟踪汽动给水泵的控制信号，以实现泵之间的无扰切换。

（2）给水泵最小流量控制。要保证给水泵在不同工况下安全运行，就必须保障流过每台泵的给水流量大于泵的最小允许流量。为了满足这一要求，通过调节给水泵再循环的流量来实现。给水泵最小流量控制是单回路控制系统，电动泵和汽动泵A、B的最小流量控制系统相互对立，互不影响，但结构完全相等。以汽动泵A的控制为例，控制系统如图3所示。

汽动泵A最小允许流量由操作者手动设定。汽动泵A入口流量的两个测量值经选择器二选一后，所选的泵入口流量与设定值偏差经调节器PID后给出汽动泵A最小流量再循环调节阀的开度指令。当汽动泵A入口流量低于350T/H时，切换器T2接Y端，循环回路中的调节阀开到100%。

当汽动泵A流量高于350T/H低于380T/H时，切换器T2接N端，切换器T1接Y端，这时，循环回路中的强制调节阀逐渐关小到10%，该值与PID的输出值进行大值比较后，输出控制调节阀的开度指令。当汽动泵A进口流量高于380T/H且低于最小允许设定值时，将切换器T1接N端，这时阀的大小由PID输出信号控制。随着汽动泵A的入口流量的增加，且大于最小允许设定值时，阀的输出指令也将逐渐变为0%。

5 结语

锅炉给水全程控制系统非常复杂，在运行中既要维持汽包水位的相对稳定，又要保护受热面以防烧坏，还牵扯到给水泵的安全运行。只有不断创新、完善给水全程控制系统，才能保证大型单元机组的正常运行。

参考文献：

[1]厉伟，吴灵，董文忠.火力发电厂单元机组给水全程控制系统浅析[J].沈阳工业大学学报，2007（05）：74-77.

[2]韩赓.600MW超临界机组给水控制系统的研究[D].华北电力大学（北京），2007.

[3]郭海侠.串级三冲量控制系统在汽包液位控制的应用[J].煤气与热力，2014（03）：9-12.

银川能源学院校级科研项目，项目编号2015-KY-Y-12endprint