宋圣軍，李建軍，范優(yōu)子

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

經驗交流

600 MW直流鍋爐啟動給水系統(tǒng)全程控制優(yōu)化

宋圣軍，李建軍，范優(yōu)子

（國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

闡述了600 MW超臨界直流鍋爐啟動階段給水系統(tǒng)的全程控制方法，著重說明爐水循環(huán)泵出口調節(jié)閥、給水旁路調節(jié)閥、汽水分離器儲水罐溢流閥的優(yōu)化邏輯，使之與給水調節(jié)主控系統(tǒng)互相配合，自動完成鍋爐啟動階段濕態(tài)至干態(tài)的自動轉化，從而為機組APS控制提供相應的斷點支持。

給水系統(tǒng)；濕態(tài)；干態(tài)；APS

國華呼倫貝爾電廠超臨界2×600 MW機組鍋爐在點火啟動階段，機組負荷210 MW（35%BMCR）以下，在未轉入干態(tài)運行時，由于早期設計原因，給水控制調節(jié)對象不對應，即用給水啟動調閥結合溢流閥控制貯水箱水位，用爐水泵再循環(huán)調閥控制主給水流量。由于控制對象不匹配，機組在啟動階段，無法正常投入自動運行。文獻［1］說明了給水系統(tǒng)在啟動階段的控制特性和控制要點，設計缺陷將嚴重影響濕態(tài)、干態(tài)的自動轉換，這個階段是一次工質循環(huán)流動和一次強制流動相互轉換的階段，主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、過熱度、儲水箱水位、燃料量等重要參數均會變化。

文獻［2］對機組啟動階段節(jié)能經濟性進行了分析，控制邏輯設計缺陷是關鍵因素。原給水系統(tǒng)控制設計缺陷會導致儲水箱水位劇烈波動等不穩(wěn)定工況，嚴重時造成濕態(tài)、干態(tài)過程交替轉換，從而延誤開機時間，威脅機組安全，增加機組啟動次數，節(jié)能經濟性降低。

給水管路切換，濕態(tài)、干態(tài)轉換，文獻［3］提及的給水泵自動并泵技術是機組自啟?？刂疲ˋPS）過程中有關給水系統(tǒng)的關鍵控制點，只有保證鍋爐順利通過濕態(tài)、干態(tài)轉換，才能繼續(xù)執(zhí)行APS系統(tǒng)后續(xù)的工作。

1 設備概況及設計原理

1.1 設備概況

國華呼倫貝爾電廠600 MW機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司生產HG1913／25.4－HM15型，為單爐膛、一次中間再熱、墻式切圓燃燒、平衡通風、緊身封閉、干排渣、全鋼構架、全懸吊結構П型布置、帶內置式再循環(huán)啟動系統(tǒng)的滑壓運行直流鍋爐。

給水啟動系統(tǒng)如圖1所示，其主要有以下設備和管路組成：①啟動分離器及進出口連接管；②貯水箱；③溢流管及溢流閥；④再循環(huán)泵及再循環(huán)管路；⑤啟動旁路調閥及管路；⑥過冷管；⑦循環(huán)泵暖管管路；⑧溢流閥及管路；⑨壓力平衡管路。

圖1 鍋爐啟動給水系統(tǒng)

給水母管來水經給水旁路啟調閥到省煤器—螺旋水冷壁—垂直水冷壁，汽水混合物進入分離器，4只分離器進行螺旋分離，將汽送至一級過熱器，水自然流入貯水箱，水位高至一定范圍由貯水箱溢流閥控制，否則由再循環(huán)泵送至省煤器入口管道，與給水混合后再次進入循環(huán)。其他輔助閥作用：循環(huán)電動門用于維持爐水泵最小流量；過冷電動門用于防止爐水泵入口汽化汽蝕；暖管電動門用于保持爐水泵停用時再循環(huán)管路水溫與給水溫度匹配。

1.2 鍋爐啟動給水控制設計原理

直流鍋爐沒有汽包及強制再循環(huán)系統(tǒng)，點火啟動初期由于沒有蒸發(fā)量，但為了保證水冷壁不過熱，必須維持35%BMCR最小本生流量，所以設置了再循環(huán)泵系統(tǒng)。在貯水箱下部設置爐水循環(huán)水泵，將初期加熱的爐水在循環(huán)水管路直接送至省煤器入口，接口在主給水電動門后、主給水流量測量裝置之前，因此主給水流量包含了爐水泵再循環(huán)流量，該再循環(huán)水流量由泵出口調閥控制。

爐水泵出口閥有兩個作用：一是在鍋爐達到干態(tài)之前，由分離器分離到貯水箱內的多余水量及時輸送回省煤器入口，既能減少主給水母管給水補給量，也能減少用溢流閥循環(huán)時爐水熱量的損失；二是可以通過出口調閥控制貯水箱水位過低，保證爐水泵可靠運行，不因汽蝕風險而跳閘。設置溢流閥的目的：一是當爐水化驗不合格時，可以通過溢流閥進行大量放水至地溝或疏水擴容器，進行爐水沖洗；二是點火初期因鍋爐沒有蒸發(fā)量，隨著爐水的吸熱，溫度升高，爐水體積膨脹，貯水箱水位增高，為防止水及濕蒸汽進入過熱器，用溢流閥開度控制貯水箱水位不過高。

隨著鍋爐燃料的增加及持續(xù)燃燒，爐水不斷吸熱，升溫，飽和，蒸發(fā)，隨著蒸發(fā)量增加，貯水箱水位會有所降低，這又影響到了爐水泵出口調閥對貯水箱水位的控制，出口調閥改變，爐水泵循環(huán)流量就會變化，引起主給水流量變化，給水啟調閥為維持35%BMCR最小本生流量，控制開度就會變化，進入鍋爐的給水量（不包括循環(huán)水量）與鍋爐的蒸發(fā)量就會產生新的不平衡點，貯水箱水位、爐水泵出口流量、主給水流量之間就會相互制約。若調節(jié)控制方案不合理，調節(jié)參數失配，就會引起調節(jié)失控，影響系統(tǒng)濕態(tài)、干態(tài)的自動轉換，嚴重時導致機組跳閘。

2 優(yōu)化設計方案

2.1 新方案控制

首先根據廠家運行說明書并結合現(xiàn)場實際情況，對貯水箱水位進行分段控制：低于1.8 m以下為不可控制水位段。為保護爐水循環(huán)泵，當液位低于0.65 m時跳爐水泵，此時爐水泵再循環(huán)調閥關閉；1.8～9 m段，為再循環(huán)調閥的控制區(qū)段，對應再循環(huán)水流量控制范圍0～630 t／h（見圖2）；9～9.7 m公用控制段，此段由再循環(huán)調閥及溢流閥共同控制；9.7～13 m，溢流閥根據水位—閥控函數控制。13～17.9 m為高水位段，啟動運行中，應盡量避免水位到達此段。

2.2 新設計控制邏輯圖

針對控制對象的特性，重新制定邏輯控制方案，繪制并組態(tài)新SAMA圖，見圖2、圖3。

圖2 改造并優(yōu)化后爐水泵出口調閥回路SAMA圖

圖3 改造并優(yōu)化后給水啟動調閥SAMA圖

2.2.1 用爐水泵出口調閥主控貯水箱水位

a.調節(jié)器PID的設定值是由鍋爐廠提供的貯水箱水位對應爐水泵出口流量的函數曲線f（x1）（見圖4），其與貯水箱水位呈線性關系。

b.用貯水箱水位的30%直接作為控制器的輸出前饋，保證調節(jié)的快速性。

c.用貯水箱水位對應控制指令曲線f（x2）（見圖5），與調節(jié)控制指令進行小選，以保障閥門關閉的及時性，確保貯水箱水位過低，造成爐水泵跳閘。

圖4 貯水箱出口調閥流量的函數曲線

圖5 貯水箱水位對應控制指令曲線

d.出口閥調節(jié)控制器自動切手動的條件：調節(jié)器設定值（SP）與實際值（PV）偏差大；爐水泵停運發(fā)脈沖信號，并強制輸出指令為0；爐水泵出口流量故障；爐水泵出口流量1與2偏差大于140 t／h。

2.2.2 用給水啟動調閥控制給水流量

a.啟動給水控制閥原為單級回路，控制效果較差，經優(yōu)化后修改為串級回路調節(jié)：主調為主給水流量，副調為給水門前后差壓。

b.給水流量設定值設置有最小流量限定回路600～800 t／h可調，為保證調節(jié)的余量，調節(jié)穩(wěn)定可靠，設定值帶有固定死區(qū)偏差，即在設定值40 t／h范圍內，設定值跟蹤主給水流量，輸出指令較穩(wěn)定，保證啟調閥開度穩(wěn)定，消除了流量波動造成的干擾。

c.增加差壓控制調節(jié)輸出加入前饋校正信號，其值為貯水箱水位微分后經函數曲線f（x）得到，函數曲線如圖6所示。

由圖6可看出，輸入死區(qū)范圍±0.8 m，指令最大前饋量為±60%，即當貯水箱動態(tài)變化超出死區(qū)時，前饋量起作用，輸入變化范圍±3.6 m，前饋輸出量范圍±60%。這是為了在啟動過程中，遇到緊急情況時，如壓力突變（機側高低旁控制，因受空冷島限制一直處于手動控制）時，會造成貯水箱虛假水位產生且突變大，導致給水流量波動，此設置能及時彌補給水流量大幅波動。

圖6 給水啟動調閥前饋函數曲線

d.啟調閥調節(jié)控制器自動切手動的條件：主調節(jié)量設定值（SP）與實際值（PV）偏差大；給水流量故障；啟調閥前后壓力故障；主給水電動門未關；給水主控在自動位；MFT發(fā)脈沖信號，并強制啟調閥控制指令輸出為0；主給水電動門開；主給水調門反饋大于85%。

2.2.3 給水調閥至給水主回路自動切換

a.在鍋爐啟動初期，加強對給水啟調閥前后壓差的監(jiān)視，壓差以3～5 MPa為宜，當壓差偏離時，運行人員應適當調節(jié)電泵勺管執(zhí)行機構，改變電泵轉速，達到要求的差壓值。

當鍋爐蒸發(fā)量逐漸增大，給水啟調閥開度大于50%時，調節(jié)余量變小，可解除啟調閥自動，投入運行電泵勺管自動及主給水自動。

b.當由給水啟調閥自動切至電泵勺管自動，并投入主給水自動后，啟調閥緩慢全開，或當前后差壓低于0.3 MPa時，再將主給水電動門緩慢全開，最后關閉啟調閥及前后電動門，完成啟動給水控制到主給水控制的無擾切換。

c.當機組熱態(tài)啟動時，鍋爐開始便產生一定的蒸發(fā)量，不必投入給水啟調閥自動，直接投主給水控制自動。

2.2.4 濕態(tài)至干態(tài)的自動切換

a.負荷升至220 MW，給水旁路調節(jié)閥和給水電動門的切換已完成，由電動給水泵勺管調節(jié)給水流量。鍋爐主控指令和給水流量的對應關系如表1所示，機組最小流量設定為700 t／h，機組給水流量設定是鍋爐主控對應的給水流量和機組最小給水流量設定比較取大值，滿足機組正常運行的最小給水流量要求。

表1 鍋爐主控指令和給水流量的對應關系

b.鍋爐主控以一定速率增加輸出，用以增加燃燒率，維持主蒸汽壓力穩(wěn)定，省煤器入口流量穩(wěn)定在700 t／h左右，機組負荷在220～250 MW，儲水箱水位逐漸下降，儲水箱至疏水擴容器閥門逐漸關小，直至全關；隨著儲水箱水位降低，逐步減少爐水泵的循環(huán)流量，

c.當儲水箱水位低于0.65 m或者負荷高于240 MW時，爐水循環(huán)泵跳閘。當一級過熱器進口焓值高于設定值時，即具備一定過熱度的條件下，自動轉干態(tài)過程完成，此時可逐漸繼續(xù)增加給水流量。

3 結束語

直流鍋爐啟動給水系統(tǒng)控制邏輯的優(yōu)化，改善了機組啟動初期啟動給水系統(tǒng)的調節(jié)特性，給水系統(tǒng)各設備在不同階段的全程自動調節(jié)，節(jié)省了開機時間，濕態(tài)—干態(tài)轉換過程平穩(wěn)順暢，一次完成，降低了操作人員的勞動強度，為后續(xù)機組繼續(xù)提高參數運行奠定了堅實的基礎。

［1］潘鳳萍，陳世和，陳銳民，等.火力發(fā)電機組自啟?？刂萍夹g及應用［M］.北京：科學技術出版社，2011.

［2］侯生存.600 MW超臨界機組啟動過程中節(jié)能研究［J］.東北電力技術，2016，37（4）：17－22.

［3］郝 欣，王 翀，伊 強，等.直接空冷機組電動給水泵自動并泵邏輯設計［J］.東北電力技術，2015，36（5）：45－48.

Process Control Optimization on Startup Water Supply System for 600 MW Supercritical Boiler

SONG Shengjun，LI Jianjun，F(xiàn)AN Youzi
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper describes the whole process control method for water supply system of 600 MW supercritical once?through?boiler at the startup stage.Detailed elaboration is emphasized in this paper on how to optimize the logic design for the outlet valve of the boiler circulating pump，regulating valve of feedwater bypass valve and overflow valve of steam water separator tank，which can coordinate water regulating control system and complete wet?to?dry state transformation automatically at boiler start?up stage，providing the break?point support for APS unit control.

water supply system；wet state；dry state；APS

TM621

A

1004－7913（2016）10－0023－04

宋圣軍（1975），男，碩士，高級工程師，現(xiàn)從事熱工自動化相關研究工作。

2016－07－22）