王志強，李忠杰，李金鋮

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.河北西柏坡發(fā)電有限責任公司，石家莊 050400；3.河北科技大學，石家莊 050021)

超臨界機組給水泵為多級離心泵，其入口為經(jīng)過給水泵前置泵升壓的中壓給水，中壓給水接近飽和，當給水泵低于最小流量運行時，泵體摩擦的發(fā)熱量不能被給水帶走，使泵內(nèi)溫度升高，當泵內(nèi)溫度超過泵所處壓力下的飽和溫度時，給水就會發(fā)生汽化，造成給水泵汽蝕。為此，在給水泵出口至除氧器之間設置再循環(huán)系統(tǒng)。給水泵再循環(huán)系統(tǒng)由再循環(huán)管、最小流量再循環(huán)閥(簡稱“再循環(huán)閥”)和再循環(huán)調(diào)節(jié)閥前、后閥門組成。當給水泵低于最小流量運行時，通過再循環(huán)系統(tǒng)增加給水泵的入口給水流量，保證給水泵的安全運行；當給水泵流量大于最小流量并有一定余量時，關(guān)閉再循環(huán)閥，以提高經(jīng)濟性。

1 給水泵的安全工作區(qū)

給水泵最小流量定值，根據(jù)各給水泵運行特性曲線確定，給水泵必須運行在特性曲線的安全工作區(qū)，給水泵運行特性曲線見文獻[1]?？紤]給水泵運行的不同工況，在給水泵投運或機組運行在低負荷期間，為了使泵工作在安全區(qū)，必須由再循環(huán)閥來保證流過給水泵的最小流量。[1]

2 再循環(huán)閥控制方法及存在的問題

再循環(huán)閥的控制方法一般分為開關(guān)式控制和連續(xù)式控制：前者通常用于小容量機組；對于大容量或超臨界機組為保證給水流量調(diào)節(jié)的穩(wěn)定及提高經(jīng)濟性，再循環(huán)閥控制應采用連續(xù)式控制。常規(guī)的再循環(huán)閥連續(xù)控制方法有PID調(diào)節(jié)控制和單一曲線函數(shù)控制。

2.1 PID調(diào)節(jié)控制

PID調(diào)節(jié)使用單沖量、閉環(huán)反饋控制再循環(huán)閥，給水泵入口流量與設定值偏差輸入PI調(diào)節(jié)器，再循環(huán)閥為PI調(diào)節(jié)器控制對象，從而實現(xiàn)最小流量的連續(xù)控制。

再循環(huán)閥工作在高溫、高壓且前后壓差大的工況中，頻繁調(diào)整可能導致閥門故障。此控制方法為連續(xù)控制，能夠保證給水泵安全運行，但再循環(huán)閥的頻繁調(diào)整，增加了再循環(huán)閥故障率；同時，再循環(huán)閥的開度變化，會影響鍋爐給水流量，從而影響鍋爐給水自動的調(diào)整，嚴重時可能造成給水自動控制發(fā)散，影響機組運行安全。

2.2 單一曲線函數(shù)控制

設一個單一曲線函數(shù)F(x)，由F(x)直接給出給水泵入口流量和再循環(huán)閥開度指令的關(guān)系。采用該控制方法在機組運行過程中閥門動作頻繁，幅度較大，在閥門的開關(guān)瞬間會引起給水流量的大幅波動，而流量的波動又影響閥門的動作，既不利于給水泵的安全經(jīng)濟運行，也會使整個給水系統(tǒng)振蕩[2]。

以FK6F32M型給水泵為例，其最大出口流量為690.35 t/h，給水泵單一函數(shù)F(x)曲線見圖1。

圖1 單一函數(shù)F(x)曲線

3 再循環(huán)閥控制原則

再循環(huán)閥控制的基本原則為，避免給水泵低于最小流量運行，保證給水泵自身安全可靠運行；流量測點實際使用過程中為連續(xù)變化量，且會受環(huán)境影響出現(xiàn)波動情況，控制方法應可以屏蔽流量小幅波動造成的再循環(huán)閥調(diào)整，避免再循環(huán)閥開度隨流量波動，降低再循環(huán)閥故障率?？刂圃傺h(huán)閥調(diào)整給水泵再循環(huán)流量的同時，鍋爐給水流量隨之發(fā)生的變化，影響鍋爐給水自動控制，再循環(huán)閥的自動控制應盡可能減小對鍋爐給水自動控制的影響。

4 控制方法的改進

4.1 回滯函數(shù)控制方法

此控制方法基于回滯函數(shù)控制再循環(huán)閥門開度，根據(jù)給水泵的運行安全區(qū)域，確定再循環(huán)閥的關(guān)閉和開啟方向函數(shù)F1(x)和F2(x)，隨著再循環(huán)流量的增加，F(xiàn)1(x)給定閥門關(guān)閉方向的開度；隨著再循環(huán)流量的減小，F(xiàn)2(x)給定閥門開啟方向的開度。F1(x)與F2(x)之間的間隙區(qū)域為再循環(huán)閥關(guān)閉與開啟方向轉(zhuǎn)換過程中的間隙大小，在該間隙范圍的流量變動不改變閥門開度，相當于給再循環(huán)閥的控制特性增加了具有非線性的間隙環(huán)節(jié)，間隙特性可消除流量測量誤差以及給水流量波動對再循環(huán)閥控制的影響，避免再循環(huán)閥的頻繁調(diào)整，影響鍋爐給水流量，提高了給水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有利于給水自動控制穩(wěn)定運行；再循環(huán)閥調(diào)整次數(shù)減少，使閥門的故障率降低。間隙特性環(huán)節(jié)由F1(x)和F2(x)組成，控制曲線見圖2，控制的邏輯實現(xiàn)，見圖3。[3]

圖2 回滯函數(shù)控制曲線

圖3 回滯函數(shù)控制方法的部分邏輯

實際應用中，根據(jù)給水泵的運行安全區(qū)域初步確定F1(x)，且F1(x)應大于再循環(huán)閥開啟保護特性函數(shù)(給水泵廠提供),以保證給水泵的安全運行。給水泵設有入口流量低于190 t/h時聯(lián)開再循環(huán)閥聯(lián)鎖，F(xiàn)1(x)對應閥門全開位置的流量應大于190 t/h，并保留間隙特性所需余量，因此確定F1(x)對應閥門全開位置的流量220 t/h；給水泵要求流量大于400 t/h時聯(lián)關(guān)再循環(huán)閥，依次確定F1(x)對應閥門全關(guān)位置的流量400 t/h，最終確定函數(shù)F1(x)，見表1。

表1 F1(x)在函數(shù)邏輯塊中的參數(shù)設置

注：x為給水泵入口流量；F1(x)為再循環(huán)閥門開度。

F2(x)應根據(jù)給水泵各種工況入口流量測點的波動值δ(x)及F1(x)選取，可參照公式(1)確定F2(x)，以防止再循環(huán)閥頻繁調(diào)整對給水流量造成大的擾動，同時不影響機組經(jīng)濟行。

F2(x)=F1(x)+δ(x)+b(x)

歷史文化名城形成的主要影響因素是地理條件、政治軍事地位、經(jīng)濟發(fā)展。一定的歷史活動總是在一定的地域上展開的，城市的形成與發(fā)展也離不開地理條件，包括山川形勝、水陸交通、土壤氣候等。政治軍事地位影響城市的等級和規(guī)模，城市規(guī)模的大小往往同城市政治行政地位的高低成正比，政治地位的升降通常也意味著城市的盛衰。經(jīng)濟基礎決定上層建筑，在歷史文化名城的形成過程中，經(jīng)濟因素是內(nèi)在的動力。文化昌明之區(qū)，必是繁榮富庶之地。歷史文化名城盡管興衰殊途，但都必然有過一時或數(shù)代之盛，城市經(jīng)濟的發(fā)展為文化積累打下了深厚的物質(zhì)基礎。

(1)

式中：δ(x)為給水泵入口流量測點的波動值隨入口流量變化的函數(shù)，應通過試驗測量流量測點在各種流量下的實際波動值得到；b(x)為給水泵入口流量波動時，保證再循環(huán)閥不作調(diào)整的安全余量函數(shù)，設置中隨給水泵入口流量而增加，與泵的額定流量成比例，可根據(jù)泵的運行情況修改參數(shù)。最終確定的函數(shù)F2(x)，見表2。

表2 F2(x)在函數(shù)邏輯塊中的參數(shù)設置

4.2 增大單一函數(shù)曲線死區(qū)

在單一線性函數(shù)控制方法的基礎上，增大流量變量的相應死區(qū)，以避免流量波動引起再循環(huán)調(diào)門頻繁調(diào)整，減少給水流量的波動。

采用單一曲線函數(shù)F(x)，增大流量變量的死區(qū)a，相當于將函數(shù)F(x)左右平移，形成兩條新的曲線F(x+a)、F(x-a)，假設流量為x1，閥門開度為F(x1)，當流量在死區(qū)范圍內(nèi)(x1-a和x1+a之間)波動時，閥門開度始終保持為F(x1)；當流量大于x1+a并持續(xù)增大時，閥門開度按F(x-a)曲線調(diào)整；若流量小于x1-a并持續(xù)降低時，閥門開度按F(x+a)曲線調(diào)整，控制曲線見圖4。

圖4 增大死區(qū)的單一函數(shù)曲線

由于死區(qū)的影響，降低了系統(tǒng)的跟蹤精度。另外，當系統(tǒng)輸入端存在較小擾動信號時，可以減小擾動信號的影響。此方法控制邏輯簡單，參數(shù)設置方便。

給水泵的再循環(huán)閥控制單一函數(shù),根據(jù)各給水泵的運行特性曲線選取，也可根據(jù)給水泵運行說明書中給定的再循環(huán)閥參數(shù)增加一定安全余量設置。

死區(qū)的選擇應根據(jù)給水泵入口流量測點的波動情況，取各種工況流量波動最大值。

5 改進方法的應用及效果

單一曲線函數(shù)增大死區(qū)控制方法參數(shù)設置見圖4?；販瘮?shù)控制方法參數(shù)設置見圖2。2種改進的再循環(huán)閥控制方法在汽動給水泵中應用效果見圖5、圖6。2種改進的給水泵再循環(huán)閥控制方法均能實現(xiàn)再循環(huán)閥自動控制，給水泵入口流量小于200 t/h或大于400 t/h時，再循環(huán)流量分別保持最小流量發(fā)的全開或全關(guān)狀態(tài)；當給水泵入口流量在200～400 t/h時，2種控制方法分別根據(jù)自身函數(shù)調(diào)整，回滯函數(shù)組成的非線性間隙區(qū)間及單一曲線函數(shù)的死區(qū)均能良好控制再循環(huán)閥不受給水泵入口流量小幅波動及環(huán)境干擾的影響，再循環(huán)閥開度無波動現(xiàn)象。

再循環(huán)閥調(diào)整過程中對鍋爐給水自動干擾較PID控制方法及單一函數(shù)控制方法有明顯改善；2種控制方法能適應機組正常運行，啟、停機及負荷、給水流量大幅波動時的極端工況，確保給水泵的安全運行。

圖5 增大死區(qū)的單一函數(shù)流量閥門開度控制曲線

圖6 回滯函數(shù)流量閥門開度控制曲線

給水泵廠家要求再循環(huán)閥全開情況下，入口流量大于400 t/h時全關(guān)再循環(huán)閥，在自動控制中再循環(huán)閥全關(guān)時對應的流量點可以相應減小，以不超出泵的安全工作區(qū)域為限。

減小再循環(huán)全關(guān)時對應的流量點可以減小對應泵入口流量的再循環(huán)流量，有利于提高機組經(jīng)濟性，但這樣會使調(diào)整函數(shù)斜率的絕對值增加，對應流量變化再循環(huán)閥開度調(diào)整量增加，對鍋爐給水自動影響加大，實際應用中可以根據(jù)鍋爐給水自動調(diào)節(jié)性能，在保證鍋爐給水自動調(diào)節(jié)穩(wěn)定和不超出泵的安全工作區(qū)域的基礎上，降低再循環(huán)閥全關(guān)時對應的流量點，以提高機組經(jīng)濟性。

6 結(jié)束語

單一曲線函數(shù)增大死區(qū)控制方法參數(shù)設置簡單，但單一死區(qū)設置缺乏靈活性，不能根據(jù)流量變化改變調(diào)節(jié)死區(qū)；回滯函數(shù)控制方法參數(shù)設置較單一曲線函數(shù)增大死區(qū)控制方法復雜，但調(diào)節(jié)過程中可以根據(jù)流量變化設置不同的死區(qū)。對于某些流量測點，測點的波動量隨實際流量的變化而變化，這時，設置非線性的死區(qū)提高了調(diào)節(jié)的靈活性和精度。

對于流量波動值不隨流量變化的給水泵流量測點建議采用單一曲線函數(shù)增大死區(qū)控制方法，可以簡化邏輯；相反，則采用回滯函數(shù)控制方法，以適應流量測點波動值的變化，提高控制的精度。2種控制方法在調(diào)節(jié)再循環(huán)閥的過程中仍會造成給水泵入口流量變化，影響鍋爐給水流量，但較PID控制方法及單一函數(shù)控制方法有明顯改善。應用過程中，在保證鍋爐給水自動調(diào)節(jié)穩(wěn)定和不超出泵的安全工作區(qū)域的情況下，減小再循環(huán)閥全關(guān)時對應的流量點可以減小對應泵入口流量的再循環(huán)流量，有利于提高機組經(jīng)濟性。

[1] 賴加良，戈黎紅.超臨界機組給水泵最小流量控制方法的改進[J].發(fā)電設備，2009(5):358-360.

[2] 孫 津，汪 蓉，金國強.回滯函數(shù)法在防止給水泵汽蝕中的應用[J].熱力發(fā)電，2009,38(12):95-97.

[3] 胡壽松.自動控制理論[M].北京：北京科學出版社，2004.

本文責任編輯：王洪娟