600 MW直流鍋爐啟動(dòng)給水系統(tǒng)全程控制優(yōu)化

宋圣軍，李建軍，范優(yōu)子

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

經(jīng)驗(yàn)交流

600 MW直流鍋爐啟動(dòng)給水系統(tǒng)全程控制優(yōu)化

宋圣軍，李建軍，范優(yōu)子

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

闡述了600 MW超臨界直流鍋爐啟動(dòng)階段給水系統(tǒng)的全程控制方法，著重說(shuō)明爐水循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥、給水旁路調(diào)節(jié)閥、汽水分離器儲(chǔ)水罐溢流閥的優(yōu)化邏輯，使之與給水調(diào)節(jié)主控系統(tǒng)互相配合，自動(dòng)完成鍋爐啟動(dòng)階段濕態(tài)至干態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)化，從而為機(jī)組APS控制提供相應(yīng)的斷點(diǎn)支持。

給水系統(tǒng)；濕態(tài)；干態(tài)；APS

國(guó)華呼倫貝爾電廠超臨界2×600 MW機(jī)組鍋爐在點(diǎn)火啟動(dòng)階段，機(jī)組負(fù)荷210 MW（35%BMCR）以下，在未轉(zhuǎn)入干態(tài)運(yùn)行時(shí)，由于早期設(shè)計(jì)原因，給水控制調(diào)節(jié)對(duì)象不對(duì)應(yīng)，即用給水啟動(dòng)調(diào)閥結(jié)合溢流閥控制貯水箱水位，用爐水泵再循環(huán)調(diào)閥控制主給水流量。由于控制對(duì)象不匹配，機(jī)組在啟動(dòng)階段，無(wú)法正常投入自動(dòng)運(yùn)行。文獻(xiàn)［1］說(shuō)明了給水系統(tǒng)在啟動(dòng)階段的控制特性和控制要點(diǎn)，設(shè)計(jì)缺陷將嚴(yán)重影響濕態(tài)、干態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，這個(gè)階段是一次工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)和一次強(qiáng)制流動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的階段，主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、過(guò)熱度、儲(chǔ)水箱水位、燃料量等重要參數(shù)均會(huì)變化。

文獻(xiàn)［2］對(duì)機(jī)組啟動(dòng)階段節(jié)能經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，控制邏輯設(shè)計(jì)缺陷是關(guān)鍵因素。原給水系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)缺陷會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)水箱水位劇烈波動(dòng)等不穩(wěn)定工況，嚴(yán)重時(shí)造成濕態(tài)、干態(tài)過(guò)程交替轉(zhuǎn)換，從而延誤開(kāi)機(jī)時(shí)間，威脅機(jī)組安全，增加機(jī)組啟動(dòng)次數(shù)，節(jié)能經(jīng)濟(jì)性降低。

給水管路切換，濕態(tài)、干態(tài)轉(zhuǎn)換，文獻(xiàn)［3］提及的給水泵自動(dòng)并泵技術(shù)是機(jī)組自啟停控制（APS）過(guò)程中有關(guān)給水系統(tǒng)的關(guān)鍵控制點(diǎn)，只有保證鍋爐順利通過(guò)濕態(tài)、干態(tài)轉(zhuǎn)換，才能繼續(xù)執(zhí)行APS系統(tǒng)后續(xù)的工作。

1 設(shè)備概況及設(shè)計(jì)原理

1.1 設(shè)備概況

國(guó)華呼倫貝爾電廠600 MW機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司生產(chǎn)HG1913／25.4－HM15型，為單爐膛、一次中間再熱、墻式切圓燃燒、平衡通風(fēng)、緊身封閉、干排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)П型布置、帶內(nèi)置式再循環(huán)啟動(dòng)系統(tǒng)的滑壓運(yùn)行直流鍋爐。

給水啟動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，其主要有以下設(shè)備和管路組成：①啟動(dòng)分離器及進(jìn)出口連接管；②貯水箱；③溢流管及溢流閥；④再循環(huán)泵及再循環(huán)管路；⑤啟動(dòng)旁路調(diào)閥及管路；⑥過(guò)冷管；⑦循環(huán)泵暖管管路；⑧溢流閥及管路；⑨壓力平衡管路。

圖1 鍋爐啟動(dòng)給水系統(tǒng)

給水母管來(lái)水經(jīng)給水旁路啟調(diào)閥到省煤器—螺旋水冷壁—垂直水冷壁，汽水混合物進(jìn)入分離器，4只分離器進(jìn)行螺旋分離，將汽送至一級(jí)過(guò)熱器，水自然流入貯水箱，水位高至一定范圍由貯水箱溢流閥控制，否則由再循環(huán)泵送至省煤器入口管道，與給水混合后再次進(jìn)入循環(huán)。其他輔助閥作用：循環(huán)電動(dòng)門(mén)用于維持爐水泵最小流量；過(guò)冷電動(dòng)門(mén)用于防止?fàn)t水泵入口汽化汽蝕；暖管電動(dòng)門(mén)用于保持爐水泵停用時(shí)再循環(huán)管路水溫與給水溫度匹配。

1.2 鍋爐啟動(dòng)給水控制設(shè)計(jì)原理

直流鍋爐沒(méi)有汽包及強(qiáng)制再循環(huán)系統(tǒng)，點(diǎn)火啟動(dòng)初期由于沒(méi)有蒸發(fā)量，但為了保證水冷壁不過(guò)熱，必須維持35%BMCR最小本生流量，所以設(shè)置了再循環(huán)泵系統(tǒng)。在貯水箱下部設(shè)置爐水循環(huán)水泵，將初期加熱的爐水在循環(huán)水管路直接送至省煤器入口，接口在主給水電動(dòng)門(mén)后、主給水流量測(cè)量裝置之前，因此主給水流量包含了爐水泵再循環(huán)流量，該再循環(huán)水流量由泵出口調(diào)閥控制。

爐水泵出口閥有兩個(gè)作用：一是在鍋爐達(dá)到干態(tài)之前，由分離器分離到貯水箱內(nèi)的多余水量及時(shí)輸送回省煤器入口，既能減少主給水母管給水補(bǔ)給量，也能減少用溢流閥循環(huán)時(shí)爐水熱量的損失；二是可以通過(guò)出口調(diào)閥控制貯水箱水位過(guò)低，保證爐水泵可靠運(yùn)行，不因汽蝕風(fēng)險(xiǎn)而跳閘。設(shè)置溢流閥的目的：一是當(dāng)爐水化驗(yàn)不合格時(shí)，可以通過(guò)溢流閥進(jìn)行大量放水至地溝或疏水?dāng)U容器，進(jìn)行爐水沖洗；二是點(diǎn)火初期因鍋爐沒(méi)有蒸發(fā)量，隨著爐水的吸熱，溫度升高，爐水體積膨脹，貯水箱水位增高，為防止水及濕蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器，用溢流閥開(kāi)度控制貯水箱水位不過(guò)高。

隨著鍋爐燃料的增加及持續(xù)燃燒，爐水不斷吸熱，升溫，飽和，蒸發(fā)，隨著蒸發(fā)量增加，貯水箱水位會(huì)有所降低，這又影響到了爐水泵出口調(diào)閥對(duì)貯水箱水位的控制，出口調(diào)閥改變，爐水泵循環(huán)流量就會(huì)變化，引起主給水流量變化，給水啟調(diào)閥為維持35%BMCR最小本生流量，控制開(kāi)度就會(huì)變化，進(jìn)入鍋爐的給水量（不包括循環(huán)水量）與鍋爐的蒸發(fā)量就會(huì)產(chǎn)生新的不平衡點(diǎn)，貯水箱水位、爐水泵出口流量、主給水流量之間就會(huì)相互制約。若調(diào)節(jié)控制方案不合理，調(diào)節(jié)參數(shù)失配，就會(huì)引起調(diào)節(jié)失控，影響系統(tǒng)濕態(tài)、干態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致機(jī)組跳閘。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.1 新方案控制

首先根據(jù)廠家運(yùn)行說(shuō)明書(shū)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)貯水箱水位進(jìn)行分段控制：低于1.8 m以下為不可控制水位段。為保護(hù)爐水循環(huán)泵，當(dāng)液位低于0.65 m時(shí)跳爐水泵，此時(shí)爐水泵再循環(huán)調(diào)閥關(guān)閉；1.8～9 m段，為再循環(huán)調(diào)閥的控制區(qū)段，對(duì)應(yīng)再循環(huán)水流量控制范圍0～630 t／h（見(jiàn)圖2）；9～9.7 m公用控制段，此段由再循環(huán)調(diào)閥及溢流閥共同控制；9.7～13 m，溢流閥根據(jù)水位—閥控函數(shù)控制。13～17.9 m為高水位段，啟動(dòng)運(yùn)行中，應(yīng)盡量避免水位到達(dá)此段。

2.2 新設(shè)計(jì)控制邏輯圖

針對(duì)控制對(duì)象的特性，重新制定邏輯控制方案，繪制并組態(tài)新SAMA圖，見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 改造并優(yōu)化后爐水泵出口調(diào)閥回路SAMA圖

圖3 改造并優(yōu)化后給水啟動(dòng)調(diào)閥SAMA圖

2.2.1 用爐水泵出口調(diào)閥主控貯水箱水位

a.調(diào)節(jié)器PID的設(shè)定值是由鍋爐廠提供的貯水箱水位對(duì)應(yīng)爐水泵出口流量的函數(shù)曲線f（x1）（見(jiàn)圖4），其與貯水箱水位呈線性關(guān)系。

b.用貯水箱水位的30%直接作為控制器的輸出前饋，保證調(diào)節(jié)的快速性。

c.用貯水箱水位對(duì)應(yīng)控制指令曲線f（x2）（見(jiàn)圖5），與調(diào)節(jié)控制指令進(jìn)行小選，以保障閥門(mén)關(guān)閉的及時(shí)性，確保貯水箱水位過(guò)低，造成爐水泵跳閘。

圖4 貯水箱出口調(diào)閥流量的函數(shù)曲線

圖5 貯水箱水位對(duì)應(yīng)控制指令曲線

d.出口閥調(diào)節(jié)控制器自動(dòng)切手動(dòng)的條件：調(diào)節(jié)器設(shè)定值（SP）與實(shí)際值（PV）偏差大；爐水泵停運(yùn)發(fā)脈沖信號(hào)，并強(qiáng)制輸出指令為0；爐水泵出口流量故障；爐水泵出口流量1與2偏差大于140 t／h。

2.2.2 用給水啟動(dòng)調(diào)閥控制給水流量

a.啟動(dòng)給水控制閥原為單級(jí)回路，控制效果較差，經(jīng)優(yōu)化后修改為串級(jí)回路調(diào)節(jié)：主調(diào)為主給水流量，副調(diào)為給水門(mén)前后差壓。

b.給水流量設(shè)定值設(shè)置有最小流量限定回路600～800 t／h可調(diào)，為保證調(diào)節(jié)的余量，調(diào)節(jié)穩(wěn)定可靠，設(shè)定值帶有固定死區(qū)偏差，即在設(shè)定值40 t／h范圍內(nèi)，設(shè)定值跟蹤主給水流量，輸出指令較穩(wěn)定，保證啟調(diào)閥開(kāi)度穩(wěn)定，消除了流量波動(dòng)造成的干擾。

c.增加差壓控制調(diào)節(jié)輸出加入前饋校正信號(hào)，其值為貯水箱水位微分后經(jīng)函數(shù)曲線f（x）得到，函數(shù)曲線如圖6所示。

由圖6可看出，輸入死區(qū)范圍±0.8 m，指令最大前饋量為±60%，即當(dāng)貯水箱動(dòng)態(tài)變化超出死區(qū)時(shí)，前饋量起作用，輸入變化范圍±3.6 m，前饋輸出量范圍±60%。這是為了在啟動(dòng)過(guò)程中，遇到緊急情況時(shí)，如壓力突變（機(jī)側(cè)高低旁控制，因受空冷島限制一直處于手動(dòng)控制）時(shí)，會(huì)造成貯水箱虛假水位產(chǎn)生且突變大，導(dǎo)致給水流量波動(dòng)，此設(shè)置能及時(shí)彌補(bǔ)給水流量大幅波動(dòng)。

圖6 給水啟動(dòng)調(diào)閥前饋函數(shù)曲線

d.啟調(diào)閥調(diào)節(jié)控制器自動(dòng)切手動(dòng)的條件：主調(diào)節(jié)量設(shè)定值（SP）與實(shí)際值（PV）偏差大；給水流量故障；啟調(diào)閥前后壓力故障；主給水電動(dòng)門(mén)未關(guān)；給水主控在自動(dòng)位；MFT發(fā)脈沖信號(hào)，并強(qiáng)制啟調(diào)閥控制指令輸出為0；主給水電動(dòng)門(mén)開(kāi)；主給水調(diào)門(mén)反饋大于85%。

2.2.3 給水調(diào)閥至給水主回路自動(dòng)切換

a.在鍋爐啟動(dòng)初期，加強(qiáng)對(duì)給水啟調(diào)閥前后壓差的監(jiān)視，壓差以3～5 MPa為宜，當(dāng)壓差偏離時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)電泵勺管執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變電泵轉(zhuǎn)速，達(dá)到要求的差壓值。

當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量逐漸增大，給水啟調(diào)閥開(kāi)度大于50%時(shí)，調(diào)節(jié)余量變小，可解除啟調(diào)閥自動(dòng)，投入運(yùn)行電泵勺管自動(dòng)及主給水自動(dòng)。

b.當(dāng)由給水啟調(diào)閥自動(dòng)切至電泵勺管自動(dòng)，并投入主給水自動(dòng)后，啟調(diào)閥緩慢全開(kāi)，或當(dāng)前后差壓低于0.3 MPa時(shí)，再將主給水電動(dòng)門(mén)緩慢全開(kāi)，最后關(guān)閉啟調(diào)閥及前后電動(dòng)門(mén)，完成啟動(dòng)給水控制到主給水控制的無(wú)擾切換。

c.當(dāng)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，鍋爐開(kāi)始便產(chǎn)生一定的蒸發(fā)量，不必投入給水啟調(diào)閥自動(dòng)，直接投主給水控制自動(dòng)。

2.2.4 濕態(tài)至干態(tài)的自動(dòng)切換

a.負(fù)荷升至220 MW，給水旁路調(diào)節(jié)閥和給水電動(dòng)門(mén)的切換已完成，由電動(dòng)給水泵勺管調(diào)節(jié)給水流量。鍋爐主控指令和給水流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示，機(jī)組最小流量設(shè)定為700 t／h，機(jī)組給水流量設(shè)定是鍋爐主控對(duì)應(yīng)的給水流量和機(jī)組最小給水流量設(shè)定比較取大值，滿足機(jī)組正常運(yùn)行的最小給水流量要求。

表1 鍋爐主控指令和給水流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系

b.鍋爐主控以一定速率增加輸出，用以增加燃燒率，維持主蒸汽壓力穩(wěn)定，省煤器入口流量穩(wěn)定在700 t／h左右，機(jī)組負(fù)荷在220～250 MW，儲(chǔ)水箱水位逐漸下降，儲(chǔ)水箱至疏水?dāng)U容器閥門(mén)逐漸關(guān)小，直至全關(guān)；隨著儲(chǔ)水箱水位降低，逐步減少爐水泵的循環(huán)流量，

c.當(dāng)儲(chǔ)水箱水位低于0.65 m或者負(fù)荷高于240 MW時(shí)，爐水循環(huán)泵跳閘。當(dāng)一級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口焓值高于設(shè)定值時(shí)，即具備一定過(guò)熱度的條件下，自動(dòng)轉(zhuǎn)干態(tài)過(guò)程完成，此時(shí)可逐漸繼續(xù)增加給水流量。

3 結(jié)束語(yǔ)

直流鍋爐啟動(dòng)給水系統(tǒng)控制邏輯的優(yōu)化，改善了機(jī)組啟動(dòng)初期啟動(dòng)給水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性，給水系統(tǒng)各設(shè)備在不同階段的全程自動(dòng)調(diào)節(jié)，節(jié)省了開(kāi)機(jī)時(shí)間，濕態(tài)—干態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程平穩(wěn)順暢，一次完成，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，為后續(xù)機(jī)組繼續(xù)提高參數(shù)運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］潘鳳萍，陳世和，陳銳民，等.火力發(fā)電機(jī)組自啟?？刂萍夹g(shù)及應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

［2］侯生存.600 MW超臨界機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中節(jié)能研究［J］.東北電力技術(shù)，2016，37（4）：17－22.

［3］郝 欣，王 翀，伊 強(qiáng)，等.直接空冷機(jī)組電動(dòng)給水泵自動(dòng)并泵邏輯設(shè)計(jì)［J］.東北電力技術(shù)，2015，36（5）：45－48.

Process Control Optimization on Startup Water Supply System for 600 MW Supercritical Boiler

SONG Shengjun，LI Jianjun，F(xiàn)AN Youzi
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper describes the whole process control method for water supply system of 600 MW supercritical once?through?boiler at the startup stage.Detailed elaboration is emphasized in this paper on how to optimize the logic design for the outlet valve of the boiler circulating pump，regulating valve of feedwater bypass valve and overflow valve of steam water separator tank，which can coordinate water regulating control system and complete wet?to?dry state transformation automatically at boiler start?up stage，providing the break?point support for APS unit control.

water supply system；wet state；dry state；APS

TM621

A

1004－7913（2016）10－0023－04

宋圣軍（1975），男，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事熱工自動(dòng)化相關(guān)研究工作。

2016－07－22）