1000MW超超臨界機(jī)組給水控制優(yōu)化方案

發(fā)布：2018-12-18 | 點擊：人次

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超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組顯著的區(qū)別是鍋爐采用直流爐）直流鍋爐的顯著特點是沒有汽包。直流鍋爐是一個多輸入、多輸出的控制對象，為滿足直流鍋爐動態(tài)響應(yīng)快、慣性小的特性，鍋爐側(cè)控制采用并行前饋小偏差調(diào)整的控制策略。即鍋爐主控的輸出并行送到各燃料、風(fēng)量、給水各子調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行偏差調(diào)整，保證鍋爐穩(wěn)態(tài)時的無偏差調(diào)節(jié)。給水控制是超超臨界鍋爐主要控制難點，與亞臨界有很大區(qū)別。給水控制系統(tǒng)的控制任務(wù)是在低負(fù)荷時保持給水流量不低于鍋爐zui低要求給水流量，在鍋爐進(jìn)入直流運(yùn)行方式時，保持適當(dāng)?shù)娜妓?。下面以華電國際鄒縣電廠四期工程2臺1000Mw超超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組為例，介紹超超臨界給水控制系統(tǒng)。

一、給水控制對象

鍋爐給水系統(tǒng)配置有2臺50%容量的汽動變速給水泵，1臺25%BMCR（鍋爐zui大連續(xù)蒸發(fā)量）容量的變速電動給水泵作為備用。汽動給水泵設(shè)計有高低壓兩路汽源，自動切換，其中高壓汽源為冷再熱蒸汽，低壓汽源為四段抽汽，廠用輔汽作為啟動和調(diào)試汽源，小機(jī)排汽至主機(jī)凝汽器。給水泵控制采用DCS和西門子WOODWARD505控制器聯(lián)合進(jìn)行控制，505控制器接收DCS送來的遙控轉(zhuǎn)速信號，控制高低壓調(diào)門開度，調(diào)節(jié)小機(jī)轉(zhuǎn)速，滿足系統(tǒng)給水要求。給水流量的閉環(huán)控制在DCS內(nèi)實現(xiàn)，WOODWARD505控制器實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。WOODWARD505控制器采用單505運(yùn)行方式，并將505操作面板的部分運(yùn)行人員的操作功能在DCS中做專門操作畫面，實現(xiàn)遠(yuǎn)方操作，信號傳輸采用硬接線和通信2種方式。505輸出控制高、低壓汽源的2個調(diào)門。機(jī)組正常運(yùn)行時使用四抽來汽，當(dāng)?shù)蛪赫{(diào)門全開，四抽汽源不能滿足小機(jī)運(yùn)行需要時，高壓調(diào)門開啟，引入冷再熱蒸汽。高壓調(diào)門在系統(tǒng)布置上位于小機(jī)主汽門前面。在主汽門前高、低壓氣源混合再經(jīng)過低壓調(diào)門進(jìn)入汽機(jī)。

電動給水泵通過調(diào)整液力偶合器的勺管位置從而改變給水泵的轉(zhuǎn)速來改變泵的性能曲線，使工作點移動，從而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵流量的目的。轉(zhuǎn)速控制單元勺管調(diào)速機(jī)構(gòu)采用電液伺服機(jī)構(gòu)。勺管根據(jù)控制信號動作，通過曲柄和連桿帶動扇形齒輪軸旋轉(zhuǎn)，扇形齒輪與加工在勺管上的齒條嚙合，帶動勺管在工作腔內(nèi)作垂直方向運(yùn)動，改變液力偶合器內(nèi)的沖油量，實現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)。勺管操作方式采用電液伺服機(jī)構(gòu)，電液伺服系統(tǒng)由1個電磁執(zhí)行器、1個雙作用液壓缸和1個位置檢測器組成。電磁執(zhí)行器接收4－2OmA的控制信號，并由此信號控制執(zhí)行器的位置，電液伺服系統(tǒng)的位置由1個內(nèi)部定位器電磁閥控制。信號觸發(fā)磁力控制器動作。電磁力是通過控制多向液壓閥的活塞來進(jìn)行控制的。位置檢測器能檢測位置差，并將信號反饋到定位器，使系統(tǒng)能夠精確而迅速地進(jìn)行操作。這樣就可使偶合器進(jìn)行"軟啟動"。

二、控制方案

現(xiàn)代大型單元機(jī)組都采用變速泵來控制給水流量，鄒電四期超超臨界1000MW機(jī)組采用2臺汽動變速泵做為主給水泵，1臺電動給水泵作為啟動給水泵，并作為系統(tǒng)的備用泵使用。各種類型的變速泵都有自己的安全工作區(qū)，為防止泵的汽蝕和提高泵的工作效率，在控制變速泵時要通過改變轉(zhuǎn)速\壓力和流量時，要保證泵工作在安全工作區(qū)內(nèi)。泵的安全工作區(qū)與壓力有關(guān)，當(dāng)壓力高時，安全區(qū)范圍較寬，壓力低時安全區(qū)的范圍變窄。為確保泵工作在工作區(qū)，采取措施為:①在低負(fù)荷時，當(dāng)泵的流量低于zui小流量時，再循環(huán)門自動開啟，增加泵體內(nèi)的流量，從而使低負(fù)荷階段的給水泵工作點也在上限特性曲線內(nèi)。②當(dāng)流量高于某一值時，再循環(huán)門將自動關(guān)閉。量較大時，若安全工作區(qū)較窄，則工作點可能下限特性區(qū)之外。為防止該現(xiàn)象的發(fā)生，采用的方法是提高上水管道的阻力，即關(guān)小泵出口的流量控制閥門，以提高泵的出口壓力，使工作點重新移入安全區(qū)內(nèi)。采用變速給水泵的給水系統(tǒng)主要有2種基本方氛案，即兩段式控制和一段式方案，本工程采用的為一段式方案。低負(fù)荷時，使用給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水流量，電泵將以恒速運(yùn)行，隨著負(fù)荷的增加，旁路閥達(dá)到全開狀態(tài)，系統(tǒng)由控制閥門的開度而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換為控制泵的轉(zhuǎn)速。此時要進(jìn)行閥門轉(zhuǎn)換，將旁路閥關(guān)閉，打開主給水控制閥，以盡量減少節(jié)流損失，系統(tǒng)進(jìn)入完全調(diào)泵狀態(tài)。給水控制系統(tǒng)的主要控制回路為:

（1）給水流量總指令設(shè)定回路:由鍋爐主控輸出相應(yīng)的函數(shù)對應(yīng)值，并經(jīng)油煤混燃比例進(jìn)行修正后，再經(jīng)過與燃料暈的交叉限制產(chǎn)生。同時要確保好zui小流量。在啟動時，當(dāng)給水控制系統(tǒng)在手動時，zui小給水流量設(shè)定值跟蹤實際給水流量;當(dāng)給水控制系統(tǒng)在自動時，zui小給水流量設(shè)定值將按預(yù)定比率升到鍋爐zui小給水流量（25%ECR）。當(dāng)檢測到給水流量大于鍋爐zui小給水流量時，給水量不再增加。

（2）給水主控增益補(bǔ)償回路:給水泵的給水指令由實際給水流量和此指令的偏差產(chǎn)生，并行送到運(yùn)行的給水泵控制回路。信號分配隨著給水泵自動操作數(shù)量而變化，通過自動增益平衡模塊實現(xiàn)自動調(diào)整，使回路增益不變。

（3）防止省煤器沸騰回路:因為這臺鍋爐為變壓運(yùn)行單元，當(dāng)減負(fù)荷時壓力從全壓（臨界壓力）狀態(tài)快速下降，省煤器流體溫度超過此壓力下的飽和溫度時冶煤器里的流體有可能蒸發(fā)。如果省煤器出口溫度高于"分離器儲水箱壓力下的飽和溫度邊際值（10℃）"，為了防止沸騰，需要增加給水流量來降低省煤器流體溫度。另外，省煤器沸騰防止操作時，為了避免，博況惡化，負(fù)荷減少閉鎖。

（4）分離器儲水箱液位補(bǔ)償給水回路:在鍋爐循環(huán)操作（濕態(tài)方式）下，鍋爐循環(huán)水流量的快速下降將對給水流量控制產(chǎn)生擾動，給水流量有可能低于zui小給水流量。因為鍋爐循環(huán)水流量是根據(jù)汽水分離器儲水箱水位來程控的，可以通過檢測汽水分離器儲水箱水位的變化來防止給水流量的下降，給水流量指令增加補(bǔ)償。

（5）電泵的控制回路:在低負(fù)荷時（負(fù)荷小于22OMW或給水流量控制調(diào)節(jié)閥開度小于78%時），電泵在恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，為確保泵的安全性，通過給水旁路調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水壓力，確保泵出口和省煤器入口差壓在一定范圍內(nèi)。當(dāng)負(fù)荷大于22OMW或給水流量控制調(diào)節(jié)閥開度大于78%時，進(jìn)行給水閥切換，主給水閥全開，給水旁路調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，切換到流量控制，通過調(diào)節(jié)泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)給水流量以滿足運(yùn)行工況的需要。

（6）過熱器噴水流量包含在省煤器入口給水流量。與鍋爐輸入指令相應(yīng)的給水流量要與主蒸汽流量平衡。因此，使用省煤器入口給水流量作為給水流量反饋信號。

三、控制保護(hù)回路優(yōu)化

保護(hù)是控制安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)，控制和保護(hù)是相輔相成的，是一個有機(jī)整體。成熟的給水泵組的控制和保護(hù)一般是成套提供的，鄒四工程的給水泵組的保護(hù)和控制也是延續(xù)慣例，獨立于DCS系統(tǒng)。但現(xiàn)在機(jī)組設(shè)計都是將其納入DCS，這樣就存在一個接口間題。同時因為小機(jī)保護(hù)成熟做法都為反邏輯，接口的增加就增加了無謂的故障點。7號機(jī)組在試運(yùn)期間曾發(fā)生一次莫名其妙的跳閘，首出原因為"跳閘按鈕"動作，但在隨后的檢查中沒發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象發(fā)生，初步懷疑為跳閘按鈕接線有松動現(xiàn)象。為減少中間接口，對保護(hù)回路進(jìn)行如下優(yōu)化:

（1）制作并安裝控制室控制柜、就地控制柜和505控制盤手動跳閘按鈕的防護(hù)罩，防止誤碰觸發(fā)小機(jī)跳閘信號。

（2）增加電源的可靠性，將環(huán)線兩頭均接至母線（原僅一根）。由于小機(jī)保護(hù)回路為失電跳閘，容易由于接線松動導(dǎo)致誤動?，F(xiàn)將保護(hù)回路的卡口接線方式改為螺絲端子。

（3）現(xiàn)手動按鈕有3個分別位于:505、就地及電子間控制柜。其中，就地及電子間控制柜按鈕各用7副接點:6副接點（2接點串接，共3組）進(jìn)硬保護(hù)回路分別動作3個跳閘電磁閥;1副接點到DCS跳機(jī)同時送到歷史追憶系統(tǒng)。現(xiàn)將保護(hù)硬回路中的6副接點改為3副，即三取二動作跳閘，同時將到DCS跳閘回路的接點改為2副接點并聯(lián)后送到DCS，防止由于一路接線松動或接點故障導(dǎo)致小機(jī)誤跳閘。

（4）軸向位移保護(hù):現(xiàn)軸向位移探頭安裝位置在同一平面，保護(hù)為單點保護(hù)，任一軸位移大即跳機(jī);現(xiàn)改為兩個軸向位移均達(dá)到跳閘值后跳閘小機(jī)，即將兩個軸位移大信號并聯(lián)后接入跳閘回路。

（5）超速保護(hù):現(xiàn)超速保護(hù)共有3路，分別是505內(nèi)部的超速保護(hù)（5420r/min），超速保護(hù)系統(tǒng)送到保護(hù)硬回路的三取二信號，以及超速保護(hù)系統(tǒng)送到DCS軟邏輯的三取二跳閘信號（為三取二），超速保護(hù)通道故障三取二也單獨跳小機(jī)?，F(xiàn)決定取消超速保護(hù)系統(tǒng)輸出到DCS的信號，保留硬回路三取二跳閘。

（6）溫度測點現(xiàn)經(jīng)過溫度變送器送到溫度設(shè)定開關(guān)后再進(jìn)入DCS驅(qū)動保護(hù)回路;現(xiàn)改為將溫度元件直接接入DCS，從模擬量上做出開關(guān)量參與保護(hù)，同時加入溫度點的質(zhì)量判斷與速率保護(hù)，速率保護(hù)按照5℃/S執(zhí)行。

（7）精簡中間繼電器，簡化控制回路，將中間部分不必要的繼電器和光電隔離器去掉，使一次元件警接進(jìn)入DCS，減少中間環(huán)節(jié)故障引發(fā)的保護(hù)誤動。

系統(tǒng)的優(yōu)化保證了機(jī)組的安全。系統(tǒng)保護(hù)回路優(yōu)化后，保證了給水保護(hù)系統(tǒng)安全可靠，隨后的運(yùn)行中沒有發(fā)生任何故障和誤動。給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定，滿足各種工況下的自動調(diào)節(jié)。

四、需要進(jìn)一步優(yōu)化問題

（1）在小機(jī)的控制方面主要需要優(yōu)化的為升速率回路。在505控制單元實現(xiàn)的轉(zhuǎn)速控制回路中升速率是固定的，但在DCS中還是按照常規(guī)全部由DCC實現(xiàn)來設(shè)計的，即也設(shè)計了升速率控制回路，運(yùn)行人員可以根據(jù)實際情況來改變，這樣就便兩側(cè)產(chǎn)生了沖突，但是從安全考慮還是應(yīng)該取消DCS中升速率的控制。因為這個升速率的選擇不是隨意可以設(shè)定，505內(nèi)設(shè)定的應(yīng)該是合乎設(shè)計要求的。鄒縣電廠600MW機(jī)組小機(jī)控制模式與1000MW機(jī)組控制模式一樣，也使用了505，但DCS內(nèi)沒有升速率選擇，因此取消DCS內(nèi)升速率選擇應(yīng)該是完全可行的。

（2）505的冗余配置問題。10OOMW機(jī)組小機(jī)轉(zhuǎn)速控制是505控制單元實現(xiàn)的，但只有一個505控制單元，在該裝置發(fā)生故障時將迫使小機(jī)停運(yùn)。鄒縣電廠60OMW機(jī)組小機(jī)控制模式與l000MW機(jī)組控制模式一樣，但505是冗余配置，是可以互為備用和切換的，這樣就增加了控制的可靠性。從60OMW機(jī)組10多年運(yùn)行情況看，該控制單元可靠性還是很好的，至今未發(fā)生問題，但是從機(jī)組的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性考慮，還是冗余配置更可靠。

五、結(jié)束語

超超臨界機(jī)組在燃燒率低于40%BMCR時，鍋爐處于非直流運(yùn)行方式，分離器處于濕態(tài)運(yùn)行，給水系統(tǒng)處于循環(huán)工作方式，主要是控制分離器水位，類似汽包鍋爐;在燃燒率大于40%BMCR后，鍋爐逐步迸大直流運(yùn)行狀態(tài)，給水控制系統(tǒng)主要是燃/水比調(diào)節(jié)，根據(jù)燃料量及時調(diào)節(jié)給水流量，保證汽溫的穩(wěn)定，從而保證鍋爐負(fù)荷的需要。給水控制系統(tǒng)是超超臨界機(jī)組控制的核心，在保證控制對象安全可靠的基礎(chǔ)上，需要不斷優(yōu)化控制參數(shù)，協(xié)調(diào)控制適應(yīng)外界的變化，確保給水系統(tǒng)的控制精度。

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