鍋爐給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、鍋爐給水全程自動(dòng)控制系統(tǒng)周松國(guó)羅昌福（西北電力建設(shè)調(diào)試施工研究所西安市710032）【摘要】本文結(jié)合印度撒伽迪2x300MW機(jī)組的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，分析在鍋爐點(diǎn)火、 汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)及大負(fù)荷運(yùn)行等不同工況下汽包水位的控制方案以及各種控制模 式如何自動(dòng)無(wú)擾地切換，實(shí)現(xiàn)鍋爐給水全程自動(dòng)控制，并論述本控制系統(tǒng)在機(jī)組 危急情況下防御事故的能力?！娟P(guān)鍵詞】汽包水位給水差壓給水流量蒸汽流量給水主控制站旁 路控制模式差壓控制模式單沖量控制模式三沖量控制模式1、工藝流程介紹印度撒伽迪2x300MW機(jī)組的給水系統(tǒng)配備3臺(tái)電動(dòng)給水泵，每臺(tái)電泵具有各 自的再循環(huán)調(diào)節(jié)閥。給水母管上設(shè)計(jì)了具有3路通道的給水操作臺(tái)，分別是30%

2、給水旁路、100%給水旁路和100%給水主路，而且每條給水通道上均設(shè)計(jì)了 1 臺(tái)調(diào)節(jié)閥和前后隔離的電動(dòng)門(mén)。給水母管上設(shè)計(jì)了 1臺(tái)鍋爐給水壓力變送器，汽 包設(shè)計(jì)了 4臺(tái)水位變送器和3臺(tái)壓力變送器。其中3臺(tái)水位信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯選擇后 作為汽包水位調(diào)節(jié)的被控制量；給水母管與汽包壓力的給水差壓值作為差壓控制 模式的被控制量。在省煤器前的給水管道上設(shè)計(jì)了 3臺(tái)計(jì)算給水流量的差壓變送 器。在高壓旁路入口設(shè)計(jì)了 2臺(tái)測(cè)量旁路蒸汽流量的孔板。在汽機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)設(shè)計(jì)了 3臺(tái)測(cè)量調(diào)節(jié)級(jí)壓力（P】）的壓力變送器，調(diào)節(jié)級(jí)后設(shè)計(jì)了 1只測(cè)量調(diào)節(jié)級(jí)后蒸 汽溫度（T的熱偶，根據(jù)弗留格爾公式可以計(jì)算進(jìn)入汽缸的蒸汽流量值（QX）：Qx=

3、KXP/Ti其中K值可以根據(jù)額定工況的蒸汽流量（909.167t/h）、調(diào)節(jié)級(jí)壓力（12.265MPa） 和調(diào)節(jié)級(jí)后溫度（767.96 K）推算得出。2、全程給水控制功能分析HD單沖:EID投自動(dòng)條件 切手動(dòng)條件M/AM/A單三切換條住三沖F 量血主汽流量給水/汽包差壓SPPIDA H V 跟跟蹤信號(hào)切手動(dòng)條件投自動(dòng)條件C1 色30%旁路閥勺管AM/AM/AL投自動(dòng)條住切手動(dòng)條件哆由勺管B勺管C圖1.全程給水自動(dòng)控制SARM圖圖1是鍋爐全程給水自動(dòng)控制系統(tǒng)的SARM圖。給水旁路調(diào)閥接收汽包水 位信號(hào)，在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)執(zhí)行單一的水位調(diào)節(jié)任務(wù)。給水主站接收切換器輸出的 指令一一給水差壓或者汽包水位調(diào)

4、節(jié)指令，送到3臺(tái)電泵控制站，每臺(tái)電泵控制 站根據(jù)各自的指令與給水主站的偏差調(diào)節(jié)各自的勺管開(kāi)度。勺管A在自動(dòng)模I 勺管B在自動(dòng)模枷 勺管C在自動(dòng)模1HOT給水MASTER在自動(dòng)模式 主蒸汽流量-300t/h -250t/l.主蒸汽流量好品同給水流量好品質(zhì)11|20秒給水30%旁路閥在自動(dòng)模式 勺管差壓控制器在自動(dòng)模式_TL網(wǎng)延時(shí)20秒給水MASTER投自動(dòng) 給水MASTER切手動(dòng)單沖量控制模式三沖量控制模式單沖量控制模式三沖量控制模式給水30%旁路閥位頑味主蒸汽流LL 2秒脈沖_TL71皿 |-延時(shí)20秒給水主路閥位給水100%旁路閥位給水30%旁路在自動(dòng)模式 給水MASTER在自動(dòng)模式延時(shí)20

5、秒5%14Mn 1粉叫70%商時(shí)延時(shí)20秒280T/H 一2秒脈沖_2秒脈沖主路調(diào)閥按照1%/s 的速率關(guān)到0%開(kāi)主路電動(dòng)隔離門(mén),160秒脈沖主路電動(dòng)叵主路調(diào)閥按照1%/s離門(mén)全關(guān)60秒脈沖速率開(kāi)到100%毛封TtLF旁路閥按照2 %/s速率關(guān)到0%開(kāi)旁路閥電動(dòng)門(mén)0秒脈沖2秒脈沖AND沖旁路調(diào)閥按照 2%/s速率開(kāi)到75% 段旁路閥控制站自動(dòng)模式 設(shè)定值跟蹤開(kāi)一給水差壓控制器投自動(dòng)模式S1_給水主站控制器 自動(dòng)模式給水旁路閥水位設(shè)定值S2Tsp-h給水差壓控制器在自動(dòng) 院|一給水主站在手動(dòng)模/設(shè)定值跟蹤開(kāi)關(guān)圖3.全程給水控制輔助邏輯二圖3是給水主路與旁路切換邏輯及水位設(shè)定值跟蹤邏輯。給水旁路閥

6、處于手 動(dòng)模式時(shí)，其設(shè)定值跟蹤給水主站的設(shè)定值；給水差壓控制器在手動(dòng)時(shí)，其輸出 指令跟蹤給水主站的輸出指令，設(shè)定值跟蹤給水差壓實(shí)際值，并且限定在 1.0 MPa5.0 MPa之間。給水主站在手動(dòng)時(shí)，其輸出指令跟蹤3臺(tái)勺管中的最大指令， 設(shè)定值跟蹤水位實(shí)際值；給水主站處于差壓控制模式時(shí)，設(shè)定值跟蹤給水旁路閥 的設(shè)定值。汽包水位設(shè)定值在各種控制模式切換時(shí)不會(huì)發(fā)生改變。鍋爐上水時(shí)，可以將任一電泵勺管投入自動(dòng)，給水主站、給水旁路調(diào)節(jié)門(mén)則 跟隨著切為自動(dòng)控制模式，（在蒸汽負(fù)荷大于330t/h時(shí)，給水旁路閥禁止聯(lián)鎖投 自動(dòng)）此時(shí)，給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于旁路控制模式+差壓控制模式。由30%的給水 旁路閥調(diào)節(jié)汽包水

7、位；電泵勺管調(diào)節(jié)給水差壓值。為了保證電泵勺管很好地控制 給水差壓，采取兩項(xiàng)措施：一方面在給水差壓控制器里引入給水旁路閥位開(kāi)度作 為前饋信號(hào)，保證給水旁路閥快速變化時(shí)電泵勺管能及時(shí)響應(yīng)；另一方面在給水 流量增大時(shí)自動(dòng)改變差壓設(shè)定值,提升勺管轉(zhuǎn)速，防止給水泵處于安全曲線(xiàn)區(qū)域 外運(yùn)行。當(dāng)給水旁路閥開(kāi)度達(dá)到70%時(shí)，說(shuō)明給水流量需求量增大，這時(shí)，給 水差壓設(shè)定值將自動(dòng)提高0.2MPa，如果給水旁路閥開(kāi)度繼續(xù)增大，達(dá)到80%時(shí)， 給水差壓設(shè)定值將再次提高0.2MPa ；相反，在給水流量下降時(shí)，給水旁路閥開(kāi) 度分別降到30%和20%時(shí)，給水差壓設(shè)定值將分別自動(dòng)降低0.2MPa。這種控 制模式可以連續(xù)完成鍋

8、爐點(diǎn)火、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)及電氣并網(wǎng)后帶30%電負(fù)荷階段時(shí)給 水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)任務(wù)。隨著機(jī)組電負(fù)荷指令的增加，給水流量隨著蒸汽流量的上升而增大，30%給 水旁路調(diào)節(jié)閥通流量達(dá)到上限值時(shí)，給水旁路閥自動(dòng)切為于動(dòng)，電泵勺管由差壓 控制模式切換到三沖量控制模式，直接調(diào)節(jié)汽包水位。同時(shí)，100%給水主路調(diào) 節(jié)閥的前后電動(dòng)隔離門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟，等待兩個(gè)電動(dòng)隔離門(mén)全開(kāi)后，給水主路調(diào)節(jié)閥 指令按照1%/秒的速率開(kāi)到100%。在主路調(diào)節(jié)閥開(kāi)度達(dá)到70%以上時(shí)，給水旁 路調(diào)節(jié)閥指令按照2%/秒的速率關(guān)到0%，完成升負(fù)荷過(guò)程的給水管道切換任務(wù)。隨著給水流量的加大，電泵的入口流量逐漸增大，為了提高給水泵的出力， 需要將電泵的再循環(huán)閥逐

9、漸關(guān)閉。當(dāng)主泵入口流量達(dá)到260t/h時(shí)，將再循環(huán)閥切 為自動(dòng)控制模式。隨著給水流量的進(jìn)一步增加，再循環(huán)閥將自動(dòng)緩慢地關(guān)閉，可 以防止因手動(dòng)快速關(guān)閉再循環(huán)閥而造成給水流量的大幅波動(dòng)。給水自動(dòng)控制系統(tǒng)處于三沖量控制模式時(shí)，蒸汽流量作為前饋信號(hào)、給水流 量作為內(nèi)擾因素共同完成汽包水位的調(diào)節(jié)任務(wù)。其中給水流量中沒(méi)有計(jì)入減溫水 流量，蒸汽流量中計(jì)入高壓旁路的流量。給水總流量如果計(jì)入減溫水流量，在減 溫水流量變化時(shí)，勺管的開(kāi)度會(huì)頻繁動(dòng)作，引起省煤器入口的給水流量頻繁波動(dòng)； 相反，蒸汽流量在減溫水流量變化時(shí)依靠協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能維持在一個(gè)穩(wěn)定 值。因此三沖量控制中只需考慮省煤器入口流量與主蒸汽流量（包括

10、進(jìn)入汽機(jī)做 功的流量和高壓旁路流量）的動(dòng)態(tài)平衡，將三沖量調(diào)節(jié)器的副調(diào)設(shè)置為有差調(diào)節(jié) 器（近似為純比例調(diào)節(jié)器）?？紤]到電泵并列運(yùn)行多臺(tái)勺管同時(shí)投自動(dòng)的工況，將三沖量的比例系數(shù)設(shè)為 已投自動(dòng)的勺管數(shù)量反比例的函數(shù)；同時(shí)考慮突發(fā)事件產(chǎn)生時(shí)，因?yàn)槠粫?huì) 偏離設(shè)定值很大而需要加大調(diào)節(jié)幅度，所以將水位設(shè)定值與實(shí)際值的偏差乘上一 個(gè)修正系數(shù)，在正常調(diào)節(jié)范圍內(nèi)（50mm）系數(shù)為1，偏差超過(guò)100mm時(shí)系 數(shù)變?yōu)镹 1.2。保證在給水調(diào)節(jié)全過(guò)程中能自動(dòng)改變調(diào)節(jié)器的比例參數(shù)，以適應(yīng) 電泵切換及單臺(tái)泵跳閘時(shí)水位調(diào)節(jié)的需要。3、全程給水控制系統(tǒng)防御事故能力的分析在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)突發(fā)事件，給水系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)

11、生很大的擾動(dòng)， 此時(shí)依靠運(yùn)行人員手動(dòng)干預(yù)，可能響應(yīng)不及時(shí)，危急時(shí)會(huì)因?yàn)槠怀薅鴮?dǎo) 致鍋爐MFT事故，應(yīng)用全程給水控制系統(tǒng)能有效地抵御這種風(fēng)險(xiǎn)。在多臺(tái)電泵并列運(yùn)行發(fā)生單臺(tái)電泵跳閘時(shí)，備用電泵聯(lián)起，備用泵的勺管按 照10%/秒的速率超馳開(kāi)到預(yù)定的開(kāi)度，自動(dòng)接管跳閘泵的出力。此時(shí)，未跳閘 的電泵勺管繼續(xù)保持三沖量水位控制模式，其主調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)加大，自動(dòng)接 管跳閘泵的調(diào)節(jié)任務(wù)，有效地防止水位的波動(dòng)。當(dāng)發(fā)生給水RB工況時(shí)，由于給水流量突減一半，三沖量調(diào)節(jié)器能瞬間將未 跳閘的電泵勺管提升到指令上限值（90%），及時(shí)糾正給水流量和蒸汽流量的巨 大偏差。在給水RB發(fā)生后，隨著電負(fù)荷指令的快速下降，汽

12、機(jī)調(diào)門(mén)快速關(guān)小， 作為前饋參數(shù)的蒸汽流量也快速減少，三沖量調(diào)節(jié)器指令會(huì)跟隨著下降，達(dá)到 RB工況前的指令附近，正確地保持給水流量和主蒸汽流量的動(dòng)態(tài)平衡，從而有 效地防止汽包水位超限。機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)突然發(fā)生汽機(jī)跳閘，如果鍋爐負(fù)荷在30%60%，高壓旁路 緊急打開(kāi)到預(yù)定的開(kāi)度，此時(shí)要求鍋爐繼續(xù)運(yùn)行。在汽機(jī)跳閘瞬間到高壓旁路打 開(kāi)期間，主蒸汽流量發(fā)生劇烈波動(dòng)，由于水位控制器一直處于三沖量控制模式（單 /三沖量切換是在蒸汽流量達(dá)到預(yù)定值后延時(shí)20秒才進(jìn)行），能有效地克服因蒸 汽流量突變而形成的虛假水位。蒸汽流量（高壓旁路流量）隨著鍋爐燃料的減少 在漸漸下降，當(dāng)?shù)陀?80t/h時(shí)，延時(shí)20秒進(jìn)行給水管道

13、切換。首先打開(kāi)給水旁 路電動(dòng)隔離門(mén)，等待全開(kāi)后給水旁路調(diào)節(jié)閥按照2%/秒的速率開(kāi)到75%；在旁 路調(diào)閥開(kāi)到65%時(shí)，主路調(diào)節(jié)閥按照1%/秒的速率關(guān)到0%，延時(shí)20秒后，將 給水旁路控制器投入自動(dòng)，勺管切換為差壓控制模式，完成降負(fù)荷過(guò)程的給水管 道切換任務(wù)。在給水管道切換過(guò)程中，如果蒸汽流量持續(xù)下降到250t/h時(shí)，延時(shí) 20秒勺管由三沖量切換為單沖量控制模式。給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)在三沖量控制模式下，如果給水流量或者蒸汽流量出現(xiàn)壞質(zhì)量 將自動(dòng)切換為單沖量控制模式，保證給水調(diào)節(jié)連續(xù)進(jìn)行。在印度撒伽2x300MW機(jī)組首次沖機(jī)、并網(wǎng)及帶大負(fù)荷過(guò)程中，汽包水位調(diào) 節(jié)品質(zhì)一直很優(yōu)秀，靜態(tài)偏差在土 10mm以?xún)?nèi)；在負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)偏 差在15mm以?xún)?nèi)；在發(fā)生單臺(tái)給