M701F4 型机组TCA 冷却水流量调门整定模型设计与分析

宫殿臣GONG Dian-chen；王雨田WANG Yu-tian；张明ZHANG Ming

（神华国华（北京）燃气热电有限公司，北京100016）

0 引言

三菱公司生产的M701F4 型燃机燃烧室出口温度高达1400℃，因此燃机转子叶片采用了TCA（Turbine Cooling Air）系统进行冷却。经研究发现TCA 冷却水至余热锅炉回水流量阀调节阀的控制因素有燃机负荷、汽包压力、给水泵出口压力、TCA 出口温度，环境温度等，而直接参与调节的开环控制曲线就有4 条。

文献[15] 为准确估计内蒙河套灌区灌溉水入渗补给地下水量，采用试验研究与数值模拟相结合的方法，分别根据灌水前后地下水位变化和土壤含水率变化计算了灌溉水入渗补给地下水系数，得到作物生育期(最大灌水量183.72 mm)灌溉补给地下水系数为15%，秋浇灌溉(灌水量491.00 mm)补给地下水系数为30%。河套灌区地下水位埋深相对较浅，通过灌水前后的土壤含水率变化情况和数值模拟结果显示：灌水2～4 d补给地下水量达到最大，8～10 d后即完成对地下水的入渗补给，不同灌水量灌溉水入渗规律基本一致，入渗补给量和入渗时间与灌溉水量直接相关。

本研究的主要内容就是通过建立一套TCA 冷却水流量控制阀的整定模型，保证整定值的准确录入与正确执行，满足机组变工况下的TCA 系统正确稳定，同时讨论出一套监视参数异常的实时报警监督分析方案，并讨论相关系统的改造方案，在保证TCA 流量整定经济性最大化时，保证机组安全可靠运行。

1 研究方法

1.1 TCA 系统运行情况研究

传统模式下的TCA 冷却水流量控制阀门整定方法，是基于燃机燃烧调整，在燃机处于不同负荷时通过调整阀门调节设定值（MV）将实际流量（PV）与中阀门调节目标值（SV）的偏差维持在合理范围内进行的，通常目标偏差值为10t/h。但是该方法所获取的整定值并不能保证TCA 系统在变工况下依然合理有效。通过PI 数据库记录的实时数据，获取华北某燃气电厂2019年2月14日的2 号燃机负荷变化、高压给水泵电流变化，TCA 冷却水流量与SV 的差值、以及TCA 出口温度与相应压力下的饱和温度差值，在发生变化的时候，高压给水泵电流以及泵出口压力也会作相应调整。研究结果说明机组在负荷变化的时候，PV 与SV 的偏差经常性的大于之前的目标设定值10t/h，而TCA 出口温度与饱和温度的差值也远高于预计的40℃，传统整定方法得出的整定值并不能保证机组的经济性。同时该研究样本也验证了本次研究的必要性。

1.2 原理分析

根据梳理华北某燃气电厂三菱燃机控制系统（TCS）的相关逻辑画面，摘除无效影响因素的影响，燃机运行时，TCA 冷却水只走回高压汽包这一路，回高压汽包的调门为开环控制，通过设定流量控制值，影响阀门开度。其中流量控制与load 和Tair 有关。发现影响TCA 冷却水回高压汽包流量控制阀开度的参数主要有燃机负荷（load）、大气温度（Tair）、TCA 冷却器冷却水出口水温（Twater）、TCA 冷却器冷却水入口压力（Pin）、TCA 冷却水回高压汽包流量控制阀阀后压力（Pout）。这一过程设计到四条逻辑曲线，采用线性点连接，差值计算的方式影响输出参数。由于MV 最终由4 条曲线中的1 条进行调节，为了更好地反应各参数直接的关系，引入变量MVin，代表了曲线输入值。同时，该值所对应的曲线也是一般电厂用来整定调节阀门特性的主要对象。最后得出的公式关系如下：

通过研究所建立的数据分析模型计算2019年11月15日至11月18日，满足SV 与PV 差值大于11 或小于2，或者满足Twater 与Tsat 差值大于65 或者小于30 的数据获取样本181 组。其中显示温差过低的数据有8 组，分析其中11月17日的数据（如表2）可以发现该温度偏低的情况连续时间较长。通过查询曲线发现两台机负荷一致且稳定，而1 号机的温差在合理范围内，说明2 号机的TCA 流量控制阀门整定值需要重新整定，进而提高2 号机的安全性。

为了方便设置曲线参数，方便计算整定值，设置了TCA 冷却水阀门整定值分析模型。通过调整参数即可快速获取设置工况下的TCA 流量控制阀开度。或者从历史数据库调取不同时间下的TCA 系统参数，并通过设定上下限自动输出不合理的工况参数及时间点。通过该模型所获取的研究样本比从DCS 获取样本具有更高的灵活性与精确性。

之后通过代入实际数据与系统实际调节值相对比，参数一致，证明了该公式以及曲线函数的有效性。通过对数据进行分析可以得出，除了f3以上函数都是增函数，而且load、Tair、Twater、Pout 这三个量都为不可控因素。通过分析这一模型，即可了解机组在负荷、压控定值以及环境温度等参数发生变化时，TCA 开度的变动情况。

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表1 TCA 冷却水调门控制逻辑曲线参数表

表2 2019年11月17日温度异常数据

表3 2019年11月18日流量异常数据

1.3 模型建立

学生有了浓厚的学习兴趣，学习热情就高涨，课堂效率自然而然就提高了。在教学中，教师要善于激发学生的学习兴趣。

2 结果分析

其中f1、f2、f3、f4的标准数据如表1。

此外，其中显示流量偏高的数据有125 组，分析其中11月18日16 点的数据（如表3）可以发现该时间段流量偏高的时间较长。通过查询曲线发现两台机负荷一致且缓慢上升，而1 号机的TCA 流量在合理范围内，说明2 号机的TCA 流量控制阀门整定值需要重新整定，进而提高2号机的经济性。

3 结论

通过本研究所建立的阀门整定模型，实现对阀门整定参数整定过程的安全性与合理性分析，进而对提升机组安全运行水平与经济性的方案进行了深入研究。通过模型模拟分析历史曲线可以发现TCA 参数在变工况下整定值不合理的问题，进而通过该模型为阀门参数的重新整定提供指导意见。通过在国华京燃热电公司进行模型验证，模型发掘出燃机在不同负荷段TCA 供水流量过高，转子冷却空气温度过低以及高压给水泵出口压力过高的问题。针对模型所发现的异常情况进行参数重新整定，可以实现机组的节能降耗以及稳定性增强的目的。

该研究所建立的模型分析模型配合系统优化实现了对三菱TCA 系统的全面升级。突破以往为了保障安全牺牲经济性而导致的余量过大的问题。本研究的主要思路为通过智能化监视发现参数优化空间，通过模型模拟验证优化参数，通过系统优化防止参数异常所带来的安全隐患。这一思路具有很强的可推广性，在电厂生产运行优化方面可以起一定指导作用。