1 000MW机组给水系统控制策略分析研究

2020-11-11陈立岩韩希昌

沈阳工程学院学报（自然科学版） 2020年4期

陈立岩，韩希昌

（沈阳工程学院a.研究生部；b.自动化学院，辽宁沈阳 110136）

1 给水系统概况

某电厂1 000 MW 超超临界机组的锅炉型式为超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，最低稳燃负荷（不投油）为30%BMCR。给水系统使用2 个50%容量汽动泵，每台汽动泵均装有前置泵。给水系统分为两路，主路上没有调节阀，正常运行时给水量的调节需要通过控制给水泵的转速来实现；旁路上设置一个给水调节阀，用于启动和低负荷[4]。1 000 MW超超临界机组给水系统的安全性取决于汽动给水泵及其前置泵在各种运行条件下的安全裕度[5]。

凝结水经除氧后，通过给水泵提升压力，再通过高压加热器对其进一步加热，送到锅炉省煤器的入口，作为锅炉部分给水，同时还向再热减温器和过热器的一、二、三级减温器提供减温水调节锅炉出口的蒸汽温度，通过控制总的给水量来平衡机组对蒸汽量的需求。此外，系统还为汽轮机高压旁路部分的减温器提供减温水以调节当汽轮机异常时进入凝汽器的旁路蒸汽温度。

在启动阶段，给水控制应使锅炉受热面有足够的冷却水量，从而保证汽水分离效果好，因此分离器水位不能过低[6]。

2 给水系统控制方法

2.1 湿态方式

锅炉在启动不久和负荷低于30%时，以非直流方式运行，分离器处于湿态方式运行，锅炉产生的蒸汽流量小于锅炉最小给水流量。位于分离器至除氧器和位于分离器至疏水扩容器的控制阀形成组合控制，给水系统工作在循环方式下。

在湿态阶段，给水控制主要是将分离器储水箱水位保持在规定值，并且还要满足水冷壁最小流量的要求。在机组启动时，汽动给水泵的最低运行转速相对较高，给水泵出口流量会远远超出启动初期锅炉所需的给水流量，采用控制省煤器进口旁路调门的方法来控制分离器水位，以保证运行的可靠性。对每一台给水泵都设计了相应的给水泵最小流量控制系统，以保证通过每台给水泵的流量不小于最低允许流量[7]。

2.2 干态方式

当锅炉负荷大于30%时，锅炉逐渐进入直流运行状态，分离器进入干态方式运行，之后的给水控制是焓值修正控制。在干态阶段主要保证合适的燃水比，同时控制锅炉分离器出口温度或焓值，保证汽水平衡，实现主蒸汽温度的粗调。此时采用汽动泵变速方式实现。

2.3 湿态、干态转换

在无外部干扰情况下，由于分离器内的蒸汽随着负荷降低，湿度就会增加，而随着负荷升高干度就会增加，因此锅炉的运行状态可以在湿态和干态方式之间切换。同时，在干、湿状态转换中，由于燃水比以及主汽压力控制困难等因素造成了分离器出口汽温以及蒸汽温度等主要参数剧烈波动，危及机组运行安全[8]。

3 1 000 MW 机组给水系统控制方法分析

3.1 给水湿态控制

分离器水位的高低情况反应了锅炉的给水流量是否符合锅炉的负荷要求，图1 中显示了分离器处于湿态方式时的给水流量设定值（SP）的形成过程。当分离器贮水箱压力大于20 MPa 时，输出过热器进口焓值偏差，否则输出分离器水位偏差信号经死区功能块到折线函数后的值。此信号和过热器进口焓值偏差经过最大值选择器，选择出较大值乘以3.33作为给水湿态PID的给定值。

图1 给水湿态控制组态

跟踪开关TS 的值来自于停炉方式信号和干态方式或给水流量主控非自动信号做或运算。系统处于停炉状态，分离器处于干态方式或者给水流量处于手动时，PID 处于跟踪工作方式；否则，PID 处于自动方式。跟踪量点TP 值是由给水流量设定值减去主蒸汽流量经一阶惯性处理后的值。输出上限是水冷壁最小流量设定值与100 的差；干态方式输出下限是-2 000，湿态方式输出下限是-300。

当无循环泵湿态控制切换按钮有信号时，就把无循环泵湿态控制给水指令信号送到湿态给水流量的设定器中。当无循环泵湿态控制切换按钮没有信号且处于停炉方式时，就输出给水湿态PID 的输出值。当锅炉未停炉时，就输出给水湿态PID 的输出值与100 相加求和后的值。最后都把输出信号送到湿态给水流量的设定器中。

湿态给水流量设定值与水冷壁最小流量设定值的差作为幅值报警模块的输入值，报警上限AH是0，报警死区DI是10。当湿态给水流量设定值高于水冷壁最小流量时，报警系统发出上限报警信号，从而保证系统安全经济地运行。

3.2 给水焓值控制

图2中显示了在不同负荷要求下的焓值计算过程。

图2 焓值控制组态

负荷指令偏差通过GT 大于逻辑与2 比较，同时负荷指令偏差还与-2 比较，比较后的结果作为二选一选择器的输入端，为真时，输出60；否则，输出0。焓值控制PID 设定值减去与2 比较后经选择器得到的值，和0 比较经过大选模块得到大的值；焓值控制PID 设定值加上与-2 比较后经选择器得到的值，和0比较经过小选模块得到小的值，大的值与小的值相加求和后，作为焓值控制PID的给定值。

非干态方式信号和给水流量主控自动信号做或运算，再和4 个定宽周期计数器的输出信号做或运算得到的结果做或运算，结果为真时，给水流量主控处于跟踪状态，否则为自动状态。当4 个定宽周期计数器的输出信号做或运算得到的结果为真时，则自动跟踪焓值控制PID 的输出值；为假时，输出来自于给水吸热量除以给水流量设定值经整合后的值，再减去省煤器进口到一级过热器进口期望焓增值与1进行大值选择的结果。

锅炉主控指令乘以0.01 后乘以焓值控制PID输出值再乘0.067减去分离器贮水箱压力经惯性功能块后，经高低限幅模块限幅，保证结果在1.5～－1.5之间，最后把结果送给给水到燃料协调系统中。由于hFOP是带有控制端的一阶惯性功能块，当给水流量为200时，不进行惯性处理；否则就进行惯性处理。

3.3 给水泵调节

在负荷变化以及并泵过程中，给水控制系统易引起短时间内给水流量的大幅波动。所以，并泵切换过程必须有序进行以保证机组运行稳定[9]。A给水泵自动方式信号和A给水泵PB动作超驰信号做与运算，后送到A给水泵并泵运行装置。A给水泵程控来的并泵信号和手动投入并泵信号做或运算后，作为联锁切投装置的自动投入的输入值。A给水泵汽机遥控已投入信号和B给水泵停止信号的非和B给水泵自动方式信号做与运算，结果的非作为外部闭锁的输入值。A 给水泵出口的开信号和A/B 泵转速小于200信号做与运算，5 s后会显示A给水泵并泵完成。