電廠(chǎng)之61兩爐一機(jī)單元機(jī)組給水控制系統(tǒng)分析與改進(jìn)

1、.PAGE 0;PAGE 355PAGE 0兩爐一機(jī)單元機(jī)組給水控制系統(tǒng)分析與改進(jìn)兩爐一機(jī)單元機(jī)組給水控制系統(tǒng)分析與改進(jìn)付立新（成都熱電廠(chǎng)生產(chǎn)技術(shù)部）摘 要本文結(jié)合成都熱電廠(chǎng)嘉陵2142MW機(jī)組兩爐一機(jī)為一單元的給水系統(tǒng)，對(duì)原有的給水控制系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，并針對(duì)運(yùn)行中不斷出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題，利用DCS系統(tǒng)信息共享，組態(tài)功能強(qiáng)大，修改方便的特點(diǎn)對(duì)原系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，聯(lián)鎖保護(hù)回路進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了汽泵調(diào)母管壓力和調(diào)汽包水位的自動(dòng)，并重點(diǎn)解決了給水母管的壓力保護(hù)問(wèn)題，取得了較好的效果。對(duì)國(guó)內(nèi)同類(lèi)機(jī)組的給水控制有一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞兩爐一機(jī)單元機(jī)組汽動(dòng)給水泵 DCS系統(tǒng)給水自動(dòng)控制 保護(hù)聯(lián)鎖分

2、析與改進(jìn)1 機(jī)組及水系統(tǒng)簡(jiǎn)介成都熱電廠(chǎng)嘉陵2142MW機(jī)組共四爐兩機(jī)，兩爐一機(jī)為一單元，并設(shè)75MW后置機(jī)一臺(tái)。142MW機(jī)組主要設(shè)備鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)均采用俄羅斯設(shè)備，鍋爐為E42013.8560KT型超高壓，自然循環(huán)，中間儲(chǔ)倉(cāng)式煤粉爐，汽輪機(jī)為T(mén)140/165130/152型超高壓?jiǎn)屋S雙缸雙抽汽供熱機(jī)組。75MW后置機(jī)由哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)制造。機(jī)組控制方式采用機(jī)爐電集中控制方式，兩臺(tái)機(jī)組和75MW后置機(jī)設(shè)一個(gè)控制室。142MW機(jī)組DCS控制系統(tǒng)采用美國(guó)西屋公司分散控制系統(tǒng)WDPF，實(shí)現(xiàn)DAS、MCS、SCS、FSSS等主要自動(dòng)控制功能，兩個(gè)單元的DCS系統(tǒng)各自獨(dú)立。75MW后置機(jī)控制系統(tǒng)采用

3、新華控制工程公司XDPS-400型DCS系統(tǒng)。汽動(dòng)給水泵控制采用505調(diào)速器，其液壓執(zhí)行器為低壓油動(dòng)機(jī)，通過(guò)電液轉(zhuǎn)換與505調(diào)速控制器相聯(lián)接，組成低壓純電調(diào)MEH系統(tǒng)，505裝置接受DCS給水控制系統(tǒng)的給水指令，對(duì)給水泵汽輪機(jī)進(jìn)行大范圍轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。142MW抽汽供熱機(jī)組兩臺(tái)鍋爐配一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)作為一個(gè)單元，共用一根給水母管，對(duì)單臺(tái)爐而言，給水管路為單管供水，在主管路上設(shè)旁路，主管200mm，設(shè)有主給水調(diào)門(mén)，大旁路100mm，原小旁路60mm管路我廠(chǎng)已取消，每個(gè)單元機(jī)組設(shè)有一臺(tái)50%容量的電動(dòng)定速給水泵，一臺(tái)100%容量杭州汽輪機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的汽動(dòng)給水泵，驅(qū)動(dòng)汽動(dòng)給水泵的蒸汽來(lái)至供熱母管，設(shè)計(jì)機(jī)組正

4、常運(yùn)行時(shí)，兩爐一機(jī)為一個(gè)單元運(yùn)行，主給水為單元制，每一單元50%容量的電動(dòng)定速給泵作為啟動(dòng)、備用給水泵的配置方式，一臺(tái)100%容量的汽動(dòng)給水泵同時(shí)向本單元的兩臺(tái)鍋爐供水，汽動(dòng)給水泵調(diào)節(jié)給水母管壓力，鍋爐汽包水位由各自的主給水調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。兩個(gè)單元間雖設(shè)有母管聯(lián)絡(luò)門(mén)，但由于蒸汽母管及除氧器水平衡等原因未構(gòu)成完全的母管制運(yùn)行方式，而按設(shè)計(jì)為兩爐一機(jī)單元制運(yùn)行。參見(jiàn)圖一：給水系統(tǒng)圖圖一：給水系統(tǒng)圖2 原鍋爐給水控制系統(tǒng)分析2.1給水自動(dòng)調(diào)節(jié)回路分析對(duì)于汽包爐而言，給水全程控制的任務(wù)就是保持汽包內(nèi)的水位在允許范圍內(nèi)變化，并保持一定的給水壓力，本機(jī)組汽包水位調(diào)節(jié)按兩爐一機(jī)為一單元設(shè)計(jì)，遵循以下原則 。

5、 正常運(yùn)行時(shí)保持給水壓力高于汽包壓力1.471.96MPa 。 汽包的正常水位在汽包幾何中心線(xiàn)下200mm處，正常波動(dòng)范圍為50mm，報(bào)警范圍：65mm，保護(hù)動(dòng)作范圍：值+100 mm，事故放水門(mén)開(kāi)啟 ；水位下降到+50 mm，事故放水門(mén)關(guān)閉 值150mm，鍋爐MFT動(dòng)作停爐。(3)兩爐一機(jī)單元制運(yùn)行按兩爐一機(jī)單元運(yùn)行方式，汽動(dòng)給水泵維持給水母管壓力穩(wěn)定，兩臺(tái)爐的給水調(diào)節(jié)閥分別調(diào)節(jié)各爐的汽包水位，按負(fù)荷切換點(diǎn)30%MCR，在啟動(dòng)及低負(fù)荷時(shí)采用單沖量控制系統(tǒng)，而高負(fù)荷時(shí)采用三沖量控制系統(tǒng)。T2.1.1兩爐運(yùn)行且負(fù)荷小于30%時(shí)：當(dāng)BLRLOADLAG30PCT即鍋爐Load30%的邏輯信號(hào)無(wú)效時(shí)

6、，切換塊 選通N，則單沖量汽包水位調(diào)節(jié)器根據(jù)過(guò)程測(cè)量值（也就是校正后）的汽包水位信號(hào)和給定值（即DURM LEVEL SET SPOINT）的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出給水閥控制指令（FEEDWATER VALVE DEMAND）。2.1.2兩爐運(yùn)行且LOAD30時(shí)由于高負(fù)荷時(shí)，給水被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性較復(fù)雜，且汽包存在嚴(yán)重“虛假水位”現(xiàn)象，為保證給水系統(tǒng)的安全可靠，調(diào)節(jié)系統(tǒng)在LOAD30以后均采用三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。三沖量（3-ELEMENT）汽包水位控制是指系統(tǒng)除了引入汽包水位H作為主信號(hào)外，還同時(shí)引入蒸汽流量信號(hào)D作為前饋信號(hào)，給水流量信號(hào)W作為反饋信號(hào)，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)，其中蒸汽流量D是

7、為克服汽包內(nèi)由于汽壓的變化而出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象而引入的前饋擾動(dòng)（外擾）當(dāng)蒸汽流量信號(hào)改變時(shí)，串級(jí)三沖量系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器的給定值發(fā)生變化，因而使得給水流量調(diào)節(jié)器輸出變化，迅速改變給水流量控制閥的開(kāi)度，以保證蒸汽流量D和給水流量W的比值不變，而當(dāng)給水流量W自發(fā)改變時(shí)（內(nèi)擾）副調(diào)節(jié)器則根據(jù)給水流量的變化迅速輸出調(diào)節(jié)作用，調(diào)整給水控制閥的開(kāi)度，使給水流量W恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)值上（當(dāng)外界負(fù)荷沒(méi)有變化時(shí)），迅速消除內(nèi)擾。參見(jiàn)圖二：三沖量給水控制方式調(diào)節(jié)回路圖XMA2XMASTER圖二：三沖量給水控制方式調(diào)節(jié)回路圖給水控制閥指令再經(jīng)下游算法 M/A站等對(duì)給水流量控制閥的開(kāi)度進(jìn)行控制，保證汽包水位在允許范圍內(nèi)變化

8、。2.1.3兩爐運(yùn)行時(shí)汽動(dòng)給水泵調(diào)節(jié)回路分析此時(shí)汽動(dòng)給水泵的控制任務(wù)是維持給水母管壓力，保證鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)正常。調(diào)節(jié)回路為一單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，給水母管壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)給水母管壓力測(cè)定值與設(shè)定值之差來(lái)對(duì)汽動(dòng)給水泵的轉(zhuǎn)速n進(jìn)行控制，當(dāng)給水母管壓力低于給定值時(shí)，應(yīng)提高汽動(dòng)給水泵的轉(zhuǎn)速，反之則降低汽動(dòng)給水泵的轉(zhuǎn)速，參見(jiàn)圖三：汽泵調(diào)給水母管壓力調(diào)節(jié)回路圖圖三：汽泵調(diào)給水母管壓力調(diào)節(jié)回路圖其中給水母管壓力由兩臺(tái)壓力變送器測(cè)量，經(jīng)二取一算法塊輸出。AT3當(dāng)給水母管壓力傳感器故障時(shí)，MRE有效，汽動(dòng)給水泵速度M/A站切手動(dòng)方式運(yùn)行。當(dāng)汽泵跳閘時(shí)，PLW有效， 切到Y(jié)， SET 0迫使汽泵轉(zhuǎn)速到零。2.2給水泵聯(lián)動(dòng)

9、回路分析設(shè)計(jì)鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)或低負(fù)荷以及汽包停機(jī)時(shí)，電動(dòng)給水泵工作，聯(lián)動(dòng)回路如下：給水泵汽輪機(jī)停機(jī)（METSMTSOE） 自動(dòng)啟電泵ANDOR電動(dòng)給水泵潤(rùn)滑油壓低二值聯(lián)鎖停電泵 電動(dòng)給水泵故障 電泵密封水進(jìn)水壓力低二值 電泵密封水回水溫度高3 給水自動(dòng)調(diào)節(jié)回路的改進(jìn)3.1機(jī)組運(yùn)行中給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在的問(wèn)題3.1.1運(yùn)行方式變化帶來(lái)的問(wèn)題由于初設(shè)時(shí)機(jī)組供熱量按800t/h設(shè)計(jì)，實(shí)際當(dāng)前成都地區(qū)熱負(fù)荷需求僅有120t/h左右，加上兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵耗汽62t/h，按照汽輪機(jī)工況圖，兩爐一機(jī)運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)爐負(fù)荷僅有240t/h左右，低于70%MCR投油穩(wěn)燃要求，既不經(jīng)濟(jì)又不安全，因此一爐一機(jī)運(yùn)行方式已成為目

10、前的主要運(yùn)行方式，即使75MW后置機(jī)運(yùn)行，也只能一個(gè)單元兩爐一機(jī)運(yùn)行，仍有一個(gè)單元一爐一機(jī)運(yùn)行，且為了增加抽汽量，減少?gòu)S用電，在一爐一機(jī)運(yùn)行方式下應(yīng)主要運(yùn)行汽動(dòng)給水泵。原設(shè)計(jì)的汽泵（或定速電泵）維持給水母管壓力，各爐主給水調(diào)門(mén)調(diào)各爐汽包水位的控制方式汽泵不能直接調(diào)汽包水位，主給水調(diào)門(mén)節(jié)流損失大，效率低下，不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需要。3.1.2主給水調(diào)節(jié)閥本身缺陷帶來(lái)的問(wèn)題。成都熱電廠(chǎng)嘉陵2142MW機(jī)組四臺(tái)鍋爐主給水調(diào)門(mén)從試運(yùn)以來(lái)，相繼多次發(fā)生執(zhí)行器與門(mén)桿連接的梯形螺紋銅套拉壞，造成主給水調(diào)門(mén)卡在某一位置不能調(diào)節(jié)水位，水位保護(hù)動(dòng)作停爐停機(jī)的問(wèn)題，針對(duì)主給水調(diào)門(mén)本身存在的問(wèn)題，我們正在采取相應(yīng)的措施

11、，對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，但如能增加汽泵調(diào)汽包水位功能，在調(diào)門(mén)卡澀時(shí)將調(diào)門(mén)開(kāi)度固定，用汽泵調(diào)節(jié)可避免停爐停機(jī)。對(duì)給水調(diào)節(jié)及給水母管壓力保護(hù)回路做相應(yīng)的改進(jìn)，以適應(yīng)運(yùn)行方式的變化及設(shè)備的異常情況是十分迫切和必要的。3.2增加汽泵調(diào)單臺(tái)爐汽包水位控制功能由于一爐一機(jī)運(yùn)行已成為機(jī)組的主要運(yùn)行方式以及主給水調(diào)門(mén)經(jīng)常發(fā)生長(zhǎng)澀，不能控制汽包水位，因此無(wú)論從安全上還是從經(jīng)濟(jì)上都要求實(shí)現(xiàn)汽泵調(diào)汽包水位的控制方式。如前分析可知：原DCS設(shè)計(jì)有汽泵調(diào)給水母管壓力方式及給水主調(diào)門(mén)調(diào)節(jié)汽包水位方式，故不需新增I/O點(diǎn)，只需在DCS中增加控制策略即可實(shí)現(xiàn)汽泵調(diào)汽包水位功能。3.2.1增加的控制邏輯回路PKEY1TO43.2.1

12、.1增加DRUM LEVEL CTRLD BY BFP-T功能，鍋爐汽包水位由汽泵控制在下述條件都滿(mǎn)足時(shí)有效： 汽泵（BFP-T）正常運(yùn)行 一臺(tái)鍋爐運(yùn)行，另一臺(tái)跳閘 給水控制方式選擇按鍵盤(pán) ，選擇了“DRUM LVL CTRLD BY BFP-TPB”。PKEY1TO43.2.1.2保留DRUM LEVEL CTRLD BY VALVE功能， 鍋爐汽包水位由各自的給水調(diào)節(jié)閥控制。設(shè)計(jì)在下述條件之一滿(mǎn)足時(shí)實(shí)現(xiàn)。 兩臺(tái)鍋爐均正常運(yùn)行 給水母管聯(lián)絡(luò)門(mén)已開(kāi)啟 電動(dòng)泵運(yùn)行 給水控制方式按鍵盤(pán) ，選擇了“DRUM LVL CTRLD BY VALVE”。3.2.1.3增設(shè)了當(dāng)鍋爐汽包水位由汽動(dòng)泵控制，且汽

13、泵轉(zhuǎn)速已達(dá)最大值時(shí)給水流量處于最大的極值條件。3.2.1.4增設(shè)了當(dāng)汽包水位由汽動(dòng)泵控制，且汽泵轉(zhuǎn)速已處于最小值時(shí)給水流量處于最小的極值條件。3.2.1.5增設(shè)了汽動(dòng)給水泵控制汽包水位及汽動(dòng)泵M/A站切手動(dòng)和迫降邏輯。當(dāng)#1、#2爐有一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)跳閘時(shí)，選擇汽泵調(diào)節(jié)汽包水位，給水調(diào)節(jié)閥按一定速率開(kāi)啟至全開(kāi)位置。當(dāng)汽泵跳閘時(shí)，PLW邏輯有效。當(dāng)下達(dá)條件之一滿(mǎn)足時(shí)，汽泵M/A站切手動(dòng)方式運(yùn)行。由閥門(mén)控制切到汽泵控制時(shí)；#1爐給水控制閥在手動(dòng)，且#2爐MFT時(shí)，或#2爐給水控制閥在手動(dòng)且#1爐MFT動(dòng)作時(shí)；給水泵跳閘時(shí)。T1T13.2.2增加的給水調(diào)節(jié)控制回路PKEY1TO4在母管壓力調(diào)節(jié)回路中

14、增加汽泵調(diào)水位切換塊 ，運(yùn)行人員通過(guò)給 水控制方式選擇鍵 選擇切換。將給水調(diào)節(jié)回路中的汽包水位設(shè)定值，壓力校正后的汽包水位，溫度校正后的蒸汽流量，溫度校正后的給水流量，組成的三沖量控制系統(tǒng)引入 切換塊，參見(jiàn)圖五：改進(jìn)后的汽動(dòng)泵控制回路圖，其中虛線(xiàn)框內(nèi)為新增的汽泵調(diào)鍋爐水位組態(tài)。圖五：改進(jìn)后的汽動(dòng)泵控制回路圖T1控制策略增加后，當(dāng)單臺(tái)爐（#1爐或#2爐）運(yùn)行，且汽泵工作時(shí)，運(yùn)行人員通過(guò)給水控制方式選擇鍵，選擇“DRUM LVL CTRLD BY BFP-TPB”則 切到Y(jié)鍋爐汽包水位由汽泵控制，該系統(tǒng)同樣根據(jù)負(fù)荷信號(hào)選擇切換點(diǎn)，當(dāng)主汽流量 30%MCR時(shí)，選擇單沖量控制方式，單沖量調(diào)節(jié)且工作。當(dāng)

15、主汽流量30% MCR時(shí)，選擇三沖量控制方式，主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器工作，對(duì)于#2爐具有完全相同的調(diào)節(jié)控制回路。當(dāng)兩臺(tái)爐對(duì)汽機(jī)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員通過(guò)給水控制方式選擇鍵選擇汽泵調(diào)節(jié)母管壓力，則 切到N，進(jìn)入母管壓力調(diào)節(jié)方式。T14 給水保護(hù)聯(lián)動(dòng)回路的改進(jìn)4.1存在的問(wèn)題汽泵調(diào)汽包水位方式投運(yùn)成功后，又出現(xiàn)了新的問(wèn)題，就是當(dāng)主給水調(diào)門(mén)門(mén)蕊脫落后，汽包水位急劇下降，由于此時(shí)汽泵跟蹤汽包水位，汽泵轉(zhuǎn)速飛升，給水母管冷段，高壓加熱器系統(tǒng)，給水母管熱段壓力飛升，曾一度到達(dá)25MPa ，高壓加熱器易爆管，危及機(jī)組安全，此時(shí)如直接停汽動(dòng)給水泵，將影響停爐后鍋爐補(bǔ)水，4.2增加給水母管超壓迫降汽泵轉(zhuǎn)速功能根據(jù)此情況，

16、分析后又增加了給水母管超壓迫降汽泵轉(zhuǎn)速功能，參見(jiàn)圖六：迫降汽泵轉(zhuǎn)速控制回路，虛線(xiàn)框內(nèi)為新增的回路。圖六：迫降汽泵轉(zhuǎn)速控制回路 當(dāng)給水母管壓力達(dá)到22Mpa時(shí)，算法輸出給水母管壓力高信號(hào)，延時(shí)3秒后該信號(hào)接入MRE條件，成為MRE條件之一，同時(shí)新增的切換塊T5將轉(zhuǎn)速指令輸出切至4000r，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)給水母管壓力達(dá)到22MPa 時(shí)延時(shí)3秒，將汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速成限制為4000r并切手動(dòng)的功能。4.3完善電動(dòng)給水泵的聯(lián)動(dòng)回路雖然142MW機(jī)組配的是50%容量的定速電動(dòng)給水泵，但已滿(mǎn)足一臺(tái)爐上水要求，故當(dāng)汽泵故障時(shí)聯(lián)動(dòng)電泵是必要的，原設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)電泵回路只有汽泵跳閘（汽泵主汽門(mén)關(guān)閉信號(hào)）聯(lián)電泵，實(shí)際運(yùn)行中存在汽泵調(diào)速系統(tǒng)故障，調(diào)速汽門(mén)關(guān)閉，但汽泵主汽門(mén)未關(guān)，電泵不聯(lián)動(dòng)，水位低，三值MFT動(dòng)作停機(jī)的情況，因此需完善電動(dòng)給水泵聯(lián)動(dòng)回路。經(jīng)分析在原聯(lián)動(dòng)回路的基礎(chǔ)上增加了 給水母管壓力低于16.7MPa 聯(lián)動(dòng)電動(dòng)給水泵 。 汽動(dòng)給水泵調(diào)速汽門(mén)關(guān)聯(lián)動(dòng)電動(dòng)給水泵。給水母管壓力達(dá)22MPa延時(shí)3秒后，閉鎖