600MW超临界直流锅炉给水自动控制系统仿真优化总结

600MW超临界直流锅炉给水自动控制系统仿真优化总结
作者：邹少军
来源：《科技创新与应用》2013年第20期
摘要：基于火电厂DCS控制系统在实际生产过程中对机组安全、经济运行的重要性，非常有必要借助DCS仿真的高逼真度来发现和修改电厂DCS控制系统存在的缺陷。

文章通过实例来介绍600MW超临界直流锅炉给水自动控制系统仿真。

关键词：DCS；仿真优化；控制系统
1 优化前存在的问题
某电厂给水控制方式改造优化前分两段控制，在实际使用过程中发现存在以下问题：
（1）无给水主路与旁路自动切换逻辑，需要人工完成切换过程；（2）在转态升负荷过程中给水调节可能造成波动大，影响汽温；（3）锅炉干态、湿态转换需要手动切除给水自动进行转换操作，操作不慎容易跳机。

因此，经过实际运行后需要优化控制方案，修改原设计逻辑中存在的不足，增加、完善锅炉干态和湿态转化过程、给水控制的主路和旁路的自动控制逻辑，实现锅炉在升、降负荷和转态过程中的给水全程自动控制的目标，正常工况下尽量减少运行人员的手动操作，提高DCS自动控制投入率。

2 给水自动控制的优化方案
2.1 优化控制方案的原则
全过程在给水自动调节的状态下完成状态切换逻辑控制，以机组负荷为锅炉干态和湿态转换的主要标志，控制逻辑在相关条件达到且在给水自动调节的状态下时，监控画面显示相关的切换条件状态，允许或者禁止切换，经运行人员确认后进行切换操作。

锅炉干态、湿态转换和给水旁路、主路的负荷判断切换点可由现场运行人员在运行规程规定的范围内进行设定。

干湿态转换前给水自动调节已相应完成切换，且运行稳定，给定值跟踪正常，没有大的切换扰动，主要汽温、汽压等参数变化平缓，转换后能按照设定的速率升降到自动方式下计算出的设定值并跟踪稳定。

2.2 锅炉干态、湿态切换的负荷点设定为30%至40%设计机组额定负荷，可在逻辑中进行具体设定。

2.3 给水主路、旁路切换的负荷设定点为15%至25%设计机组额定负荷，可在逻辑中进行具体设定。

2.4 在DCS流程画面中增加锅炉湿态、干态转换监控操作画面和给水主路、旁路切换监控操作画面。

2.5 锅炉干态运行时，汽泵供水，采用给水串级自动调节控制方式。

内回路调节给水流量在设定值，设定值由锅炉负荷指令对应曲线得出，控制前馈为蒸汽流量。

主回路调节锅炉的中间点温度，中间点温度由锅炉负荷对应中间点温度曲线得出，控制前馈为过热器蒸汽温度。

锅炉湿态运行时，电泵供水，采用给水旁路串级调节方式。

3 给水主路、旁路切换和锅炉湿态、干态转换给水自动控制逻辑功能描述
3.1 给水旁路切换成主路控制
机组在15%设计机组额定负荷以下运行时，锅炉湿态，电泵供水，省煤器入口给水流量采用给水旁路调节阀串级调节，其中点火前，给水设定值为30%锅炉额定负荷对应值，点火后设定值按照水煤比计算给出，并且保证锅炉最小给水流量大于30%锅炉额定负荷对应的给水流量。

对于启动循环泵的再循环流量由出口调节阀根据再循环流量对应储水箱水位的比例曲线进行控制。

3.2 给水主路切换成旁路控制
机组在25%负荷下运行，锅炉湿态，汽泵供水，汽泵转速控制为给水串级调节控制方式。

给水专用控制画面的操作面板显示切换条件满足后，运行人员确定后，控制逻辑自动联锁开启给水旁路调门和前后电动门。

给水旁路调节门开至100%，前后电动门全开，主给水电动门自动联锁关至0%。

为保证切换过程中的给水流量的扰动尽量小，旁路调门及前后电动门均开到位后，主给水电动门才自动联锁关。

同时汽泵给水流量调节的内回路控制也能一定程度上抑制切换过程中产生的给水流量的扰动。

3.3 锅炉湿态转换成干态控制
机组负荷维持在30%～40%左右的设计机组额定负荷，一台或者两台汽泵经给水主路供水，随着锅炉蒸发量的逐步增加，汽水分离器内水量慢慢减少，储水箱水位同时下降，通过炉水循环泵出口调门开度控制循环水流量减小，但是省煤器入口流量增加。

当循环水流量小于一定值时，打开循环泵最小流量阀。

循环水流量继续减小到0，出口调门关闭，启动炉水循环泵在最小流量方式下运行，锅炉进入给水直流运行状态，中间点温度进入饱和状态。

锅炉干态、湿态转换操作画面中显示转换条件均满足，允许转换，运行人员确认，锅炉进入干态运行控制。

在整个转化过程中，保持给水流量和机组负荷基本不变，制粉系统容量风中增加锅炉燃料量，中间点温度由饱和状态逐步进入过热状态。

3.4 锅炉干态转换成湿态控制
机组负荷在35%设计机组额定负荷以下，给水主路供水并处于自动调节方式下运行，锅炉湿态、干态转化操作面板上显示转换条件满足，允许进行转换，经运行人员确认，锅炉进入湿态运行。

转换过程中保持给水流量、机组负荷基本不变，给水自定调节方式有串级调节切回单回路自动调节，同时切除中间点温度自动调节控制，减少燃料量，中间点蒸汽温度由过热状态逐渐进入饱和状态，标志锅炉已进入湿态运行方式。

此时，锅炉干态、湿态转换操作面板显示湿态，转换控制完成。

锅炉由干态进入湿态运行后，储水箱水位高于2500mm同时锅炉有给煤机运行信号，可由运行人员手动或者逻辑自定启动炉水循环泵并在最小流量方式下运行。

虽然转换过程中给水流量保持不变，但是随着锅炉蒸汽流量、燃料量的减少，机组负荷降到30%设计机组额定负荷以下，汽水分离器中的来水越来越大，储水箱水位逐渐上升，炉水循环泵出口调门自动开启，循环流量增大，炉水循环泵最小流量阀较小，最后关闭，锅炉进入给水循环运行状态。

优化后的给水控制逻辑在仿真机系统上模拟运行后，对比优化前的逻辑，自动控制效果有明显的提高，主汽温、主汽压力、过热度等主要参数均平稳控制在设计范围内。

在转换的中间过程中仍需要注意以下参数的变化：
（1）在超临界范围内，储水箱的水位有可能出现虚假水位，并不真实反应储水箱的实际水位情况，此时可以关闭溢流阀。

如果主汽压力小于20MPa，机组负荷小于30%的设计机组额定负荷，储水箱水位指示能正确反应箱内的实际水位情况。

所以锅炉在点火前后，储水箱溢流阀应投入自动控制好水位，防止储水箱满水进入过热器。

（2）省煤器入口流量为给水母管流量与循环流量相加，锅炉点火前后，给水流量调节需要保证省煤器入口流量大于30%的设计机组额定负荷对应的流量，防止省煤器汽化。

（3）储水箱底部过冷水由省煤器入口送出，一句储水箱水温及炉水循环泵入口水温温差控制，温差大于30，过冷水阀关闭，小于20，过冷水阀打开。

（4）锅炉点火前，给水流量维持在30%的设计机组额定负荷对应的流量，调节给水流量是储水箱水位到6500mm左右，直到循环流量大于600T/h。

同时投入循环流量自动控制。

（5）锅炉点火后产生蒸汽，储水箱水位下降，炉水循环泵循环流量减小，给水流量应自动增加，保证省煤器入口流量大于33%的额定负荷对应的给水流量，其中包含过冷水流量。

需注意循环流量与储水箱水位应符合设计函数曲线要求，以防止炉水循环泵吸入蒸汽或汽化。

参考文献
[1]西安电力高等专科学校，大唐韩城第二发电有限责任公司 600MW火电机组培训教材·仪控分册.中国电力出版社，2007-1-1.
作者简介：邹少军，紫光（北京）仿真科技有限公司珠海分公司自动控制工程师，毕业于华南理工大学，从事火电厂过程自动控制、DCS控制系统全范围仿真系统研发工作12年，采用虚拟DPU方式1：1模拟实现过目前国内外主流的ABB、Foxboro、Ovation、日立、三菱、上海新华、国电智深等DCS控制系统逻辑。