浅谈9F燃机的全程给水控制

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【摘 要】江苏某电厂9f级天然气单轴联合循环发电机组的余热锅炉为三压再热自然循环卧式炉，每台机组配置2台100%容量给水泵。高中压给水系统共用1台电动给水泵，简化了工艺过程，降低了设备投资及能耗，但给水系统耦合程度高，自动控制难度大。通过采用合理的控制策略，优化顺序控制逻辑，实现了全程给水控制。

【关键词】全程；给水控制；9F燃机

1.给水系统简介

给水系统包含高、中、低压给水系统及给水泵组，低压给水取自旁路除氧后的凝结水，中压给水取自给水泵中间抽头，高压给水则由给水泵出口母管供给。3个汽包的水位由各自对应的给水调节门进行控制，高压给水调节由旁路调节阀和主调节阀组成，旁路调节阀用于低负荷下的给水控制，在正常负荷下则由主调节门控制。2台电动给水泵均为100%容量配置，正常运行时一用一备。

高压汽包中的饱和蒸汽经过高压过热器后进入汽机高压缸，中压过热蒸汽与高压缸排汽汇合经再热器后进入汽机中压缸，低压汽包的饱和蒸汽经过低压过热器后直接进入低压缸作功。

2.汽包水位控制策略

2.1水位控制的难点

由于高、中压汽包合用1台给水泵，高、中压给水之间存在较强的耦合性，因此如何顺利实现解耦是水位控制的难点。根据机组特点，决定由给水泵液偶调节高压给水调节阀前后差压，其差值的设定值随负荷变化而变化，以此解决了系统的解耦问题。水位控制需要综合考虑整个系统，从多方面入手，提高给水的动态调节品质。中低压系统参数相对较低，当燃机处于可变导叶IGV温控区域之外时，进入余热锅炉的烟气温度随负荷波动而变化的幅度较大，对于在低参数下运行的中低压汽包而言，烟气温度的变化对其产生的相对影响较大，导致虚假水位现象异常严重，而中低压系统的固有特性又决定了系统惯性较大。以上因素都导致汽包水位调节难度增加，尤其是在启动阶段及低负荷阶段。汽包水位调节品质的好坏直接影响到机组运行的稳定性，设计一套合理高效的控制策略显得尤为必要。

2.2高压汽包水位控制

高压汽包水位调节从机组启动至带满负荷将经历旁路阀流量控制、旁路阀单冲量液位控制、旁路阀三冲量液位控制、主调节阀三冲量液位控制4种模式。程序自动判断过程参数，当条件满足时进行无扰切换。流量控制用于启动初期的锅炉注水，此时旁路阀的被调量为高压给水流量，设定值为常数Fs，锅炉将按照预定速率上水，直至汽包见水即高压汽包水位大于-350mm，控制模式切换为单冲量液位控制。单冲量模式负责机组点火前及蒸发量小于20%时的给水控制，这个阶段由于蒸发量偏小，流量测量不准确，无法计入控制回路。

2.3中低压汽包水位控制

中压汽包水位控制策略与高压汽包基本相同，不同的是中压系统参数低，系统扰动对其影响较大，在高压系统有扰动时，会通过给水泵传递至中压系统，因此在控制回路中要着重加以解决。

引起中压汽包虚假水位的主要原因是燃机排烟温度及蒸汽压力的变化。蒸汽压力的影响可以通过在控制回路中引入压力微分解决，还可以通过提高中压旁路的调节品质来减小压力波动的影响。在燃机IGV温控区域内，IGV会调节排烟温度，排烟温度是稳定的，但是在温控区域之外，尤其是联合循环负荷在245MW附近时，由于IGV烟温控制模式切换，导致排烟温度变化相对较大，使中压汽包虚假水位的变化幅度和速度都很大。当产生的虚假水位现象经过一定时间后，由于蒸发量的变化，水位又会向反方向变化，因此在虚假水位发生时，给水不能大幅度动作，否则待水位回调时将造成反方向过调。由于虚假水位现象难以避免以及调节手段缺乏，在参数整定时，应增强三冲量作用，减弱水位偏差作用，使虚假水位和随后的回调幅度尽量对称。经过机组整套启动和168 h试运的考验，证明这是有效的途径。此外，低负荷时尽量减小负荷升降速率也是有效的辅助措施。

2.4给水泵液力偶合器勺管控制

给水泵液偶用来调节高压给水母管与高压汽包的差压，确保高压给水调门工作在线性区域，保证过热器减温喷水和高压旁路喷水有足够的压头。为了平衡给水泵的轴向推力，防止大流量低压头现象的发生，避免推力盘损坏，控制回路中增加了给水泵最小压力限制功能，安全压力值是泵转速的函数。正常运行时备用泵液偶勺管跟踪运行泵，当运行泵跳闸时，备用泵能快速启动并参与给水控制。备用泵启动后，跟踪立即释放，闭环回路开始工作，由于勺管位置与之前运行的泵相同，因此给水流量的扰动较小。

3.全程给水顺控解决方案

全程自动给水包含了顺序控制和闭环控制，可以实现多种工况下的全程自动给水，无论是热态、温态、冷态，还是锅炉有水、无水，或者水位高低，都能很好地完成控制任务。顺序控制部分的任务是打开上水通道，切换给水控制的模式以及改变水位控制设定值，以高压给水系统为例，其执行步骤如下:(1)打开高压给水电动门，投入高压旁路压力控制阀、喷水减温阀自动，投入高压压力设定自动，投入高压过热器及蒸汽管道疏水子环。(2)投入高压旁路自动压力设定，将高压主/旁路给水调节阀自动撤出并关至最小，关闭高压给水电动门、汽包紧急放水电动门、蒸发器排污电动门及定排电动门。(3)高压连排调节阀撤手动并关至最小，过热器一、二级喷水调节阀撤手动并关至最小，关闭过热器一、二级喷水减温电动门。(4)投入紧急放水电动门及蒸发器排污电动门子环，投入连续排污调节阀自动和水位控制SP4设定。(5)将高压给水主/旁路调节门及高压水位设定投入自动，将高压汽包水位设定SP1+、SP1-投入，撤出高压汽包压力跟踪，将过热器一、二级减温喷水调节阀投入自动，并将其设定值投入外部设定。(6)确认水位位于设定值±40mm区间后等待燃机点火。(7)燃机点火后投入高压汽包压力跟踪，投入连排水位设定SP3，投入连排调节阀自动。(8)高压汽包下壁温度大于105℃后投高压给水主/旁路调节门，高压水位设定投自动。(9)待高压汽包压力大于0.2 MPa或汽包水位大于200mm后，高压给水主/旁路调节门及高压水位设定投入自动，投入高压汽包水位设定SP2。(10)待高压主汽流量大于20%后，投入高压水位设定SP3及连排水位设定SP4。(11)程序结束。

4.结语

高压汽包水位由高压调门控制，给水泵控制差压，该方式简单易行，控制效果好，但为了保证调门在线性区域工作，阀门前后至少要维持3MPa的差压，节流损失较大，影响联合循环的经济性。基于减少能量损失、提高利用效率的考虑，在给水控制中，如果采用给水调门全开、用电泵液偶控制水位，可以减少因节流而造成的能量损失。如采用该控制策略，则必须重点解决给水泵安全压力控制、保证喷水及中压给水压力等问题。全程给水解决方案实施后，经过了机组整套启动及168 h满负荷试运的考验，能在各种工况下实现锅炉的全程自动给水，过程无需人工干预。水位控制精确灵敏，解决了因余热锅炉高中压系统共用一台给水泵，以及因中、低压系统参数较低而给闭环控制带来的难题，在可靠性、可用性上完全满足机组运行要求。

【参考文献】

［１］林文孚,胡燕.单元机组自动控制技术[M].北京:中国电力出版社,2004.

［２］朱北恒.火电厂热工自动化系统试验[M].北京:中国电力出版社,2006.