摘  要

火力發(fā)電廠中，水是整個(gè)系統(tǒng)的主要工作介質(zhì)。如何在整個(gè)系統(tǒng)流程中將給水控制好，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、高效運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。從給水控制發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用，比較不同設(shè)備和工況下的控制方案。

關(guān)鍵詞

火電廠；單沖量；三沖量；鍋爐給水控制

概  述

大型火電發(fā)電機(jī)組由鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和輔機(jī)設(shè)備組成，工藝流程復(fù)雜，對(duì)設(shè)備參數(shù)的監(jiān)控、操作和控制繁多。鍋爐側(cè)主要是燃燒控制系統(tǒng)和汽水控制系統(tǒng)等，鍋爐給水控制已采用自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。鍋爐水位調(diào)節(jié)品質(zhì)間接反映出爐內(nèi)物質(zhì)平衡狀況，是監(jiān)測(cè)鍋爐、汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要參數(shù)之一。

   一、

 給水控制發(fā)展過程

1.電泵和調(diào)節(jié)閥：比較早投產(chǎn)的中小機(jī)組，一般采用電動(dòng)定速泵，控制給水調(diào)節(jié)閥的開度來控制汽包水位。這種控制方案弊端有較大節(jié)流損失。

2.電調(diào)泵和調(diào)節(jié)閥：80年代及以后投產(chǎn)機(jī)組，大都采用了電動(dòng)調(diào)速給水泵和調(diào)節(jié)閥相結(jié)合的方式來控制汽包水位?？刂品绞皆谪?fù)荷較低時(shí)，由給水調(diào)節(jié)閥或者旁路閥完成汽包水位控制任務(wù)；在負(fù)荷較高時(shí)，由電動(dòng)調(diào)速泵完成汽包水位控制任務(wù)。這種方案雖然能減少閥的節(jié)流損失，不過電動(dòng)泵始終在運(yùn)行，消耗電能較多。

3.汽動(dòng)泵、電動(dòng)調(diào)速泵和調(diào)節(jié)閥：近年投產(chǎn)的大機(jī)組，基本采用這種方式來控制水位。在負(fù)荷較低時(shí)利用電動(dòng)給水泵保證泵出口差壓，通過給水調(diào)節(jié)閥或給水旁路閥來控制汽包的水位；在負(fù)荷超過某一值且汽動(dòng)泵還沒啟動(dòng)時(shí)，那由電動(dòng)調(diào)速泵來控制汽包水位；當(dāng)汽動(dòng)給水泵啟動(dòng)后，由電動(dòng)調(diào)速給水泵逐步過渡到汽動(dòng)給水泵來控制汽包水位。這種方案，是一種效率較高的控制手段。

二、

給水控制的任務(wù)和意義

1.讓鍋爐的給水量補(bǔ)充蒸發(fā)量，確保鍋爐進(jìn)出的物質(zhì)平衡及穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于汽包爐來說，就是維持汽包內(nèi)的水位變化控制在合適的范圍內(nèi)。如果汽包水位過高，就降低了汽水分離裝置的效果，致使出口蒸汽帶水嚴(yán)重、含鹽濃度增大等，將過熱器受熱面結(jié)垢而燒壞；同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致過熱汽溫變化急?。黄啓C(jī)葉片也容易結(jié)垢，降低了汽輪機(jī)出力，可能會(huì)使汽輪機(jī)出現(xiàn)水沖擊造成葉片斷裂等事故；如果汽包水位過低，將會(huì)破壞鍋爐的水循環(huán)，致使某些水冷壁管束缺水冷卻而燒壞，甚至造成鍋爐爆炸事故。

2.確保鍋爐給水均勻連續(xù)，使鍋爐在合適的參數(shù)下穩(wěn)定運(yùn)行，能使鍋爐汽壓平穩(wěn)，省煤器安全運(yùn)行，提高了鍋爐運(yùn)行效率，也使鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性得到提升。

三、

給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.單沖量控制：?jiǎn)螞_量給水控制系統(tǒng)是一個(gè)PI調(diào)節(jié)器，對(duì)汽包水位信號(hào)進(jìn)行控制。系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，整定方便，但對(duì)給水自發(fā)性擾動(dòng)和蒸汽流量擾動(dòng)的調(diào)節(jié)能力差，會(huì)使汽包水位在運(yùn)行中的超調(diào)較大和穩(wěn)定性較差。在機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，因?yàn)殄仩t疏水和排污等影響，給水流量與蒸汽流量存在著較大的偏差，且流量低，測(cè)量誤差比較大，此階段時(shí)采用單沖量控制。

2.單級(jí)三沖量控制：?jiǎn)渭?jí)三沖量給水控制是一個(gè)PI調(diào)節(jié)器，對(duì)汽包水位、蒸汽流量和給水流量等三個(gè)信號(hào)的進(jìn)行控制，與單沖量控制相比，此方式優(yōu)點(diǎn)在于克服虛假水位的蒸汽流量信號(hào)和抑制給水自發(fā)性擾動(dòng)的給水流量信號(hào)。當(dāng)蒸汽流量發(fā)生變化時(shí)，由前饋控制作用，能夠快速改變給水流量，讓進(jìn)出鍋內(nèi)的物質(zhì)達(dá)到平衡，克服虛假水位非常有利；如果給水發(fā)生自發(fā)性擾動(dòng)時(shí)，局部反饋控制作用，減少給水流量對(duì)汽包水位的影響，有利汽包水位的穩(wěn)定。因而，三沖量控制系統(tǒng)對(duì)于克服汽包水位擾動(dòng)、維持穩(wěn)定、提高給水質(zhì)量有明顯優(yōu)勢(shì)。

3.串級(jí)三沖量控制：串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)由主、副兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器和三個(gè)信號(hào)汽包水位、蒸汽流量、給水流量構(gòu)成，多采用一個(gè)PI調(diào)節(jié)器，并且這兩個(gè)調(diào)節(jié)器分為主、副調(diào)節(jié)串聯(lián)工作：

主調(diào)節(jié)器PI1是水位調(diào)節(jié)器，它通過比較汽包水位的偏差控制給水流量；

副調(diào)節(jié)器PI2是給水流量調(diào)節(jié)器，它通過計(jì)算給水流量的偏差來控制給水流量；

利用蒸汽流量信號(hào)作前饋信號(hào)來預(yù)調(diào)節(jié)，滿足負(fù)荷變動(dòng)時(shí)的物質(zhì)平衡，因?yàn)椴灰蠓€(wěn)態(tài)時(shí)給水流量與蒸汽流量嚴(yán)格相等，就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)時(shí)汽包水位目標(biāo)值無(wú)偏差，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定比單級(jí)三沖量系統(tǒng)要簡(jiǎn)單，控制品質(zhì)非常高。是目前的給水控制系統(tǒng)廣泛采用的控制方案。

四、

給水全程控制系統(tǒng)

1.給水全程控制是指：機(jī)組從啟動(dòng)到滿負(fù)荷運(yùn)行整個(gè)過程的給水控制。該過程不是由某種單一的單沖量或三沖量控制系統(tǒng)來完成，而是由單沖量控制系統(tǒng)與三沖量控制系統(tǒng)的相互結(jié)合所組成，能夠完善的自動(dòng)切換和聯(lián)鎖邏輯功能。

2.給水熱力系統(tǒng)及調(diào)節(jié)組成，如圖1所示：

圖1

單臺(tái)機(jī)組配有：

50%容量的電動(dòng)調(diào)速給水泵1臺(tái)；

50%容量的汽動(dòng)給水泵2臺(tái)。

主給水電動(dòng)截止閥、給水旁路截止閥和約15%容量的給水旁路調(diào)節(jié)閥安裝在高加與省煤器之間。小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵，小汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)（MEH）控制其轉(zhuǎn)速。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的給水控制系統(tǒng)設(shè)置轉(zhuǎn)速給定值。

3.給水全程控制系統(tǒng)控制流程圖如圖2：

圖2

電動(dòng)給水泵控制通過給水旁路調(diào)節(jié)閥前后差壓的反饋控制回路調(diào)節(jié)閥前后的差壓，該回路的PI1調(diào)節(jié)器根據(jù)旁路調(diào)節(jié)閥前后差壓的偏差進(jìn)行控制運(yùn)算，并由切換器T2選通。

4.系統(tǒng)工作原理：給水全程控制系統(tǒng)中有著多種控制方式組成，這些控制方式是在機(jī)組的運(yùn)行不同負(fù)荷階段，通過邏輯判斷及其切換器（如T1、T2等）來選取的。也就是說機(jī)組在不同的負(fù)荷階段和不同的給水控制特性，有不同的控制方式以滿足運(yùn)行需求，實(shí)現(xiàn)給水實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制。

（1）初始負(fù)荷0～14%階段時(shí)主給水電動(dòng)截止閥是關(guān)閉的，T2選通PI1的輸出，由電動(dòng)給水泵控制旁路調(diào)節(jié)閥前后的差壓，PI2調(diào)節(jié)器控制給水調(diào)節(jié)閥開關(guān)。此時(shí)汽包水位是單沖量控制方式。此時(shí)機(jī)組負(fù)荷低、給水流量比較小，用旁路調(diào)節(jié)就能很好的控制汽包水位。

（2）當(dāng)負(fù)荷14%～25%階段時(shí)，邏輯聯(lián)鎖控制開啟主給水電動(dòng)截止閥，同時(shí)將給水旁路調(diào)節(jié)閥前后差壓控制方式切到手動(dòng)模式，T1、T2選通器把汽包水位控制模式切換到由PI3控制的單沖量方式。從14%負(fù)荷至給水旁路截止閥離開全開位置到關(guān)閉過程，給水旁路調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)給水泵共同控制汽包水位；直至25%負(fù)荷期間，電動(dòng)給水泵用單沖量方式來控制汽包的水位。

（3）當(dāng)負(fù)荷25%～35%階段時(shí)， T1選通器把汽包水位控制切換到PI4和PI5調(diào)節(jié)器控制，此階段由電動(dòng)泵串級(jí)三沖量控制方式控制汽包水位。

（4）當(dāng)負(fù)荷35%～50%階段時(shí)，啟動(dòng)一臺(tái)汽動(dòng)泵。MEH系統(tǒng)控制汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速達(dá)臨界轉(zhuǎn)速以上（例如3100rpm）時(shí)，控制交由CCS控制汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速，此階段，一臺(tái)汽動(dòng)泵和一臺(tái)電動(dòng)泵同時(shí)運(yùn)行，控制方式采用串級(jí)三沖量來控制汽包水位。

（5）當(dāng)負(fù)荷50%以上階段時(shí)，啟動(dòng)另一臺(tái)汽動(dòng)泵，MEH系統(tǒng)控制汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速達(dá)臨界轉(zhuǎn)速以上（例如3100rpm）時(shí)，控制交由CCS控制汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速，此時(shí)逐步的降低電動(dòng)泵負(fù)荷慢慢增加汽動(dòng)給水泵負(fù)荷。當(dāng)電動(dòng)給水泵負(fù)荷慢慢降低到最低值、此時(shí)檢查汽動(dòng)給水泵工作正常、汽包水位穩(wěn)定，可把電動(dòng)給水泵停運(yùn)作為備用。此時(shí)，兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵采用串級(jí)三沖量方式來控制汽包的水位。

機(jī)組降負(fù)荷時(shí)，給水控制方式的切換與升負(fù)荷階段過程大致相反。

五、

結(jié)論

鍋爐汽包水位是一種非線性、變化大、耦合強(qiáng)的多變量控制系統(tǒng)。在鍋爐運(yùn)行的整個(gè)過程，水位是一個(gè)重要的調(diào)節(jié)控制參數(shù)。如果水位過高，就會(huì)影響汽水分離效果，影響用汽設(shè)備的安全運(yùn)行；水位過低，就會(huì)滿足不了汽水循環(huán)要求，情況嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鍋爐爆炸。高性能的鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量很大，而汽包的體積相對(duì)來說較小，所以鍋爐汽包水位控制穩(wěn)定非常重要，在我們電廠實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)鍋爐給水控制要求優(yōu)化控制流程，以滿足安全穩(wěn)定的運(yùn)行要求。

參考文獻(xiàn)

1.韓璞《現(xiàn)代工程控制論》北京：中國(guó)電力出版社