超临界机组给水自动控制策略分析与应用

超临界机组给水自动控制策略分析与应用
新时期发展下电厂建设水平不断提高，作为电力能源生产生输送的关键环节，锅炉设备运行管理亟待创新，给水自动化控制在电厂锅炉运行中的重要组成。

文章以此为基础对超临界机组给水自动控制的应用展开探讨。

标签：超临界;给水控制;自动控制;机组自动控制
引言
给水控制是大型超临界火电机组的核心控制之一，该控制是否稳定、合理直接影响机组的运行安全。

目前的超临界机组通常配备2台50%锅炉最大连续蒸发量（BMCR）的汽动给水泵（以下简称汽泵），汽泵并泵过程会直接影响给水的稳定。

国内大型机组大多采用手动并泵的控制策略，对运行人员要求较高且需要监测的参数较多，在并泵过程中容易引起给水的大幅波动，对机组的安全运行造成较大隐患。

国内某些设计有自动并泵逻辑的电厂在并泵过程中往往只考虑汽泵的压差和转速，没有充分关注并泵过程中2台泵的流量调匀过程。

1超临界机组给水自动控制现状
电力作为国民经济发展的核心，在促进人类社会发展和科技进步方面发挥着十分巨大的作用，火力发电是一种通过燃烧煤炭等可燃物，对锅炉进行加热，产生大量高温高压的水蒸气，推动发电机组运行的发电方式，占据了整个社会发电量的60%以上。

给水控制系统主要是通过对中间点温度的控制实现在发电过程中锅炉燃水比的恒定，从而实现对锅炉蒸汽温度和压力的控制，满足不同工况下的给水量的需求，作为火力发电机组的核心，给水系统直接关系到火力发电的稳定性和经济性，随着大容量机组的不断投入应用，发电过程中锅炉的热负荷越来越多，现有给水控制系统的控制精度、反应速度等均无法满足火力发电安全控制的需求，因此，新时期基于模糊控制的火力发电厂给水控制系统，采用自适应模糊控制的方案，不仅能够满足对给水控制过程的连续跟踪控制需求，而且能够实现在控制过程中针对不同的工况进行自适应调节，有效地提升了给水控制的精确性和及时性，对提升火力发电的经济性和安全性具有十分重要的意义。

2超临界机组给水自动控制策略
2.1自动并泵过程
大部分电站的并泵过程依托运行人员手动操作，是否顺利完全取决于运行人员运行水平。

在并泵过程中，机组总给水流量、每台汽泵的转速和流量等参数都需依靠运行人员的监视。

在手动操作过程中，可能出现压力、流量波动，造成主蒸汽（以下简称主汽）压力和主汽温度控制的振荡，对机组的安全运行造成不利影响。

动并泵控制的关键在于并泵前备用泵压力的控制、并泵過程中主给水流量的控制以及并泵后2台泵流量平衡的分配。

一个顺利的并泵过程如下：在并泵前，
主泵处于真自动控制状态（即给水自动控制状态），并入泵缓慢升转速直至泵出口压力略低于给水管道母管压力，这样可避免并泵过程中出现抢水现象;在并泵初期待并泵并不出水，随着转速的升高而逐渐出水，此时需要维持总给水流量不发生大的波动，出水逐渐过渡到待并泵;出水后，需要平衡2台泵的流量以及出口压力。

在并泵过程中，待并泵出水后，其配置的再循环阀需要逐渐自动关闭以保证给水流量的稳定性，同时要注意把给水流量控制在合理范围内[1]。

2.2中间点温度的分析
直流锅炉的给水控制是机组安全运行的关键，给水流量在任何时刻均必须保证汽水分离界面的波动要小。

由此才能保证锅炉的汽温、受热面壁温的波动小且在设计值附近。

大量试验证明，在燃料量或给水量扰动时，汽水行程中工质焓值的动态特性曲线形状相似，而越接近汽水行程的入口，惯性和滞后越小。

所以水煤比控制逻辑中均是取微过热蒸汽的焓值（或温度）作为被调量，国产直流锅炉一般将分离器出口温度作为中间点温度，其是锅炉汽水系统中能够较早反映出水煤比失调的信号。

因微过热蒸汽之前，包括辐射、对流等各种受热面吸热量约占总吸热量的60%，惯性小且具有代表性。

所以，选作水煤比控制信号能获得较好的品质。

2.3基于模糊控制的给水控制系统
火力发电厂的发电机组的运行负荷一般是大于30%的额定负荷，在此情况下，主要处在直流运行阶段，此时，给水控制系统主要通过控制锅炉过热器出口温度来满足对过热蒸汽温度的调整，进而实现对锅炉运行燃水比的精确控制，由于锅炉内的水在沸腾的过程中产生的过热蒸汽具有极大的不稳定性，因此，对给水控制系统的控制扰动巨大，导致出现控制延迟和控制精度不足的现象，因此，在控制系统内增加了PID模糊控制。

同时，为了提升对给水控制的精确性，提出了采用基于中间点汽温控制的串级控制系统，系统的主控制回路为中间点温度控制，同时，增加给水流量辅助控制回路，满足以温度变化调整给水量的控制需求[2]。

2.4做好调试处理
第一，对小机MEH的不合理逻辑进行更改。

经更改后，MEH在“保持”状态下，小机转速指令自动跟踪当前实际转速，点击“进行”后，小机转速指令重新根据目标转速和升速率进行计算。

第二，每次开机时提前完成小机调节系统静态试验，严格按厂家说明书要求对小机调节门行程进行校验。

第三，机组开机过程中保持辅汽联箱压力在0.5 MPa以上，避免小机调门开度过大，影响小机的调节性能。

第四，在机组启动或运行过程中，出现小机转速指令和实际转速偏差大时，立即查找原因。

若是由小机进汽压力低引起，应立即缓慢提升辅汽联箱压力，并停止增加机组负荷，特殊情况可适当降低主汽压力或机组负荷，减少转速偏差。

第五，利用机组检修机会，定期对启动油电磁阀和速关油电磁阀进行清洗和检查。

2.5应用WOT技术
WOT给水处理方式是一种全面考虑水汽系统防护，阶段优化控制凝结水、省煤器溶氧和pH，采取系统优化保障技术，实现给水、疏水系统快速氧化性转化及有效防护的处理方式。

WOT给水处理方式的主要特点：第一，取消联氨，彻底关闭除氧器排汽;第二，采用WOT溶解氧精准控制技术，通过凝结水泵入口负压加氧和高压给水微氧控制，控制省煤器入口溶氧为5～7μg/L，实现给水系统氧化性转化和防护，安全、快速实现WOT转化。

同时能有效控制溶解氧在水冷器和省煤器被完全消耗，保证下游高温部分安全，避免加速过热器、再热器氧化皮生长和剥落;第三，调整给水加氨，优化pH控制，实现精处理出口一点加氨的加药方式，确认给水pH的期望值控制方式和以电导率为核心参数的精准监控方法;第四，精处理混床采用氢型运行，提高热力系统汽水品质。

2.6后期优化空间
并泵初期，待并泵在升转速、升压阶段并无出力。

考虑到自平衡回路问题，若不闭锁自动泵转速，使给水PID处于TF状态，会使给水受到极大的扰动;然而闭锁自动泵转速又无法抑制给水内扰。

这里是比较矛盾的地方，现阶段只能闭锁自动泵转速，后续仍需要优化设计。

系统运行下在给水调平步骤中对给水造成扰动，如果条件允许建议在每台汽泵再循环管路上加装流量测点或是直接在汽泵出口处加装流量测点，会更精准。

结语
综上所述，超临界直流锅炉给水控制系统的任务是在锅炉负荷较低时保证给水流量大于锅炉最小安全流量，在锅炉转入干态运行方式时，保持合适的水煤比，维持锅炉燃料量与蒸发量相匹配，通过科学控制能够提高锅炉给水系统控制水平，保证锅炉系统的安全与高效运行。

参考文献
[1]吴鲁东，张晓东.1050MW超临界机组给水控制系统优化[J].华电技术，2016，38（2）：41-43.
[2]孙文燕.600MW超临界机组协调控制系统研究与优化[D].福州大学，2017.
[3]宋兆星，王玉山.600MW超临界机组给水控制系统的设计与应用[J].中国电力，2016，49（6）：6-9.。