袁俊文,宿海濤,陳　勇,張富柱,史少涵

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030; 2.國電科學(xué)技術(shù)研究院,南京 210023; 3.國網(wǎng)哈爾濱供電公司,哈爾濱 150000; 4.黑龍江省電力有限公司檢修公司,哈爾濱 150090)

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基于間隙特性函數(shù)的給水泵最小流量控制系統(tǒng)研究

袁俊文1,宿海濤1,陳勇2,張富柱3,史少涵4

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030; 2.國電科學(xué)技術(shù)研究院,南京 210023; 3.國網(wǎng)哈爾濱供電公司,哈爾濱 150000; 4.黑龍江省電力有限公司檢修公司,哈爾濱 150090)

介紹了給水泵系統(tǒng)最小流量閥的技術(shù)特性以及控制原則,分析了常用最小流量閥控制方法存在的問題,提出一種基于間隙特性函數(shù)的控制方案。試驗結(jié)果表明:采用間隙特性函數(shù)控制給水泵最小流量閥,能消除流量小幅波動對閥門開度的影響,提高機組的安全經(jīng)濟運行。

給水系統(tǒng);最小流量閥;控制原則;間隙特性函數(shù)

給水泵是火電機組的重要輔機之一,保證其安全直接關(guān)系到機組運行的安全。為了防止給水泵發(fā)生汽蝕而影響給水泵的正常安全運行,必須滿足給水泵的有效汽蝕余量不小于必需汽蝕余量,二者均與給水泵的流量相關(guān)。采用最小流量再循環(huán)工藝是防止汽蝕的主要措施,因此最小流量再循環(huán)閥的控制就關(guān)系到給水泵的安全運行[1]。文獻[2]分析討論了給水泵最小流量及泵和再循環(huán)閥的防汽蝕問題,從硬件方面提出了對給水泵最小流量控制系統(tǒng)的改進;文獻[3]在分析給水泵最小流量閥控制方法存在問題的基礎(chǔ)上提出了二種改進的控制方法。本文針對現(xiàn)有給水泵最小流量閥控制方法存在的問題進行了分析,提出一種基于間隙特性函數(shù)的控制方案,以實現(xiàn)對給水泵最小流量閥的有效控制,提高機組的安全經(jīng)濟運行。

1　給水泵最小流量控制系統(tǒng)分析

1.1給水泵工作安全區(qū)

給水泵壓力-流量特性[4]如圖1所示。

圖1　給水泵壓力-流量特性

為了保證鍋爐和泵的安全經(jīng)濟運行,泵必須工作在泵的上限特性Qmin、下限特性Qmax、鍋爐允許最高給水壓力Pmax和最低給水壓力Pmin以及泵的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin包圍的區(qū)域,該區(qū)域稱為泵的安全工作區(qū)。在給水流量控制的過程中必須保證泵的工作點在安全工作區(qū)內(nèi):當(dāng)工作點進入上限特性曲線之外時,打開泵出口至除氧器再循環(huán)管上的最小流量再循環(huán)閥;當(dāng)工作點進入下限特性曲線之外時,關(guān)小管路的給水調(diào)節(jié)閥,提高給水泵轉(zhuǎn)速。

1.2給水泵最小流量閥的控制原則

最小流量閥的控制方法一方面要能克服由于給水泵入口流量的小幅波動引起閥門的頻繁動作,而增加閥門發(fā)生故障的概率,另一方面應(yīng)減少由于最小流量閥的頻繁動作而引起給水流量的波動進而影響到鍋爐給水自動調(diào)節(jié)。因此,最小流量閥的控制最終要保證給水泵的安全可靠運行以及整個給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

2　常規(guī)最小流量閥控制策略

2.1PI調(diào)節(jié)器控制

該控制方式以給水泵入口流量與流量設(shè)定值做偏差后作為PI控制器的輸入,最小流量閥作為被控對象,從而實現(xiàn)最小流量的連續(xù)控制?？刂七壿嬋鐖D2所示。

圖2　最小流量閥PI控制邏輯圖

由于最小流量閥工作在高溫、高壓以及前后差壓較大工況下,頻繁的動作調(diào)整會增加閥門發(fā)生故障的概率。而該PI調(diào)節(jié)控制的方法雖能保證給水泵的安全可靠運行,防止汽蝕造成給水泵的損壞,但是,由于PI調(diào)節(jié)器連續(xù)控制的特點決定了最小流量閥會隨著流量的波動而頻繁的動作,增加閥門動作概率。另外,最小流量閥的頻繁動作會影響到鍋爐給水流量自動調(diào)節(jié)效果,進而影響機組的穩(wěn)定運行。

2.2單一折線函數(shù)調(diào)節(jié)控制

最小流量閥開度隨給水泵入口流量變化的關(guān)系曲線F(x)如圖3所示。

圖3　最小流量閥單一折線函數(shù)控制曲線

在給水泵運行過程中,該控制方法對最小流量閥的調(diào)節(jié)幅度較大,且使其動作頻繁,在最小流量閥打開或關(guān)閉的瞬間容易引起給水流量的波動,影響給水自動調(diào)節(jié)。

3　改進的最小流量閥控制策略

3.1間隙特性函數(shù)調(diào)節(jié)控制

對糞水進行第三次固液分離，SS去除率高達90%以上。將污泥池中的水抽入到絮凝箱中，加入PAM（聚丙烯酰胺）進行攪拌，使泥水分離，然后經(jīng)過疊螺機將污泥壓干（污泥堆肥），出水則流入預(yù)沉淀池進行沉淀，之后出水流入預(yù)曝氣池[2]。

3.1.1函數(shù)的間隙特性

間隙特性[5]是實際系統(tǒng)中常見的非線性因素,為非單值函數(shù)y=f(x):

y分段確定增益,其間隙特性如圖4所示。

圖4　回滯函數(shù)間隙特性曲線

由于間隙特性的存在,因此系統(tǒng)的跟蹤精度有所降低,但間隙特性會對系統(tǒng)輸入端存在的干擾信號起到一定的抑制作用。另外,間隙特性函數(shù)的非單值性決定了函數(shù)的輸出不僅與輸入值有關(guān),而且還與輸入值的方向有關(guān)。

3.1.2間隙特性函數(shù)的確定

根據(jù)給水泵的運行安全區(qū)域以及給水泵流量保護定值確定最小流量閥的關(guān)閉方向函數(shù)F1(x)和開啟方向函數(shù)F2(x)。隨著給水泵入口流量的增加,最小流量閥的開度將由關(guān)閉方向函數(shù)F1(x)決定;隨著給水泵入口流量的減小,最小流量閥的開度將由開啟方向函數(shù)F2(x)決定。間隙特性環(huán)節(jié)由F1(x)和F2(x)組成,給水泵入口流量在該范圍內(nèi)變化時,最小流量閥開度保持不變。最小流量閥間隙特性控制曲線如圖5所示。

圖5　最小流量閥間隙特性控制曲線

關(guān)閉方向函數(shù)F1(x)與開啟方向函數(shù)F2(x)表達式分別為:

(1)

(2)

實際應(yīng)用中,F1(x)應(yīng)大于最小流量閥開啟保持特性函數(shù),即Q2應(yīng)大于給水泵廠家提供的最小流量閥聯(lián)鎖打開的流量值,并且保持間隙特性所需余量。Q4為給水泵廠家提供的最小流量閥聯(lián)鎖關(guān)閉的流量值。F2(x)應(yīng)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)來確定,其中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),可通過試驗測量流量測點在各種流量下的實際波動值得到。

間隙特性函數(shù)由F1(x)和F2(x)組成。Q1、Q2、Q3、Q4四點流量值選擇的恰當(dāng)與否,將關(guān)系到最小流量閥動作是否頻繁,從而是否有利于給水泵的安全運行以及給水自動控制的穩(wěn)定,因此適當(dāng)選擇間隙特性函數(shù)至關(guān)重要[6]。

3.2最小流量閥的控制邏輯

結(jié)合俄羅斯特羅伊茨克國營電站10號660 MW超臨界機組給水泵最小流量閥控制系統(tǒng),分析其控制邏輯,如圖6所示。

圖6　給水泵最小流量閥控制邏輯圖

在控制邏輯圖6中,F1(x)和F2(x)為間隙特性控制函數(shù),接受給水泵入口流量信號。F1(x)和F2(x)函數(shù)輸出經(jīng)過小選大選運算后得到最小流量閥的閥位開度指令。函數(shù)F3(x)作用是保護最小流量閥,間隙特性函數(shù)輸出的閥位開度指令在大于20%時,函數(shù)F3(x)才會有等值輸出,控制最小流量閥的開度。這是因為最小流量閥兩側(cè)存在較大的差壓(給水泵出口壓力與除氧器壓力之差),在閥門開度小于20%時,較大的差壓將會對閥門閥芯產(chǎn)生強烈沖刷,損壞閥門,所以函數(shù)F3(x)輸出經(jīng)過限速作用后去控制閥門的開度。另外,控制邏輯中增加最小流量閥的保護開和保護關(guān)邏輯,該保護優(yōu)于最小流量閥的手動、自動控制[7]。

3.3試驗分析

將間隙特性函數(shù)控制策略應(yīng)用于俄羅斯特羅伊茨克國營電站660 MW超臨界機組給水泵最小流量閥的控制,控制過程曲線如圖7所示。給水泵的額定流量為1253.3 t/h,給水泵要求入口流量小于375 t/h時打開最小流量循環(huán)閥,入口流量大于605 t/h時關(guān)閉最小流量循環(huán)閥。

圖7　間隙特性函數(shù)控制的最小流量閥開度變化曲線

由圖7可以看出,改進的控制方法能實現(xiàn)最小流量閥的自動控制,在給水泵入口流量小于390 t/h或大于605 t/h時,最小流量循環(huán)閥能保持打開或關(guān)閉狀態(tài);當(dāng)給水泵入口流量在390～605 t/h之間時,間隙特性函數(shù)能較好地控制給水泵入口流量小幅波動對最小流量閥的影響。

4　結(jié)　語

給水泵最小流量閥對超臨界機組給水系統(tǒng)的正常運行起著至關(guān)重要的作用。而且運行試驗結(jié)

果表明,采用間隙特性函數(shù)控制給水泵最小流量閥開度可靠,能夠保證給水泵的安全運行和避免給水泵發(fā)生汽蝕。

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(責(zé)任編輯郭金光)

Research on the minimum flow control system of feed water pumpbased on gap characteristic function

YUAN Junwen1, SU Haitao1, CHEN Yong2, ZHANG Fuzhu3, SHI Shaohan4

(1.Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China; 2.Guodian Science Technology Research Institute,NARI Group, Nanjing 210023, China; 3.State Grid Harbin Power Supply Company, Harbin 150000,China;4.Heilongjiang Electric Power Company Limited Maintenance Company, Harbin 150090, China)

This paper introduced the technical characteristics and the control principle of the minimum flow valve of feed water pump system, analyzed the problems of the control methods of the common minimum flow valve, and proposed the control scheme based on gap characteristic function. The test results show that the minimum flow valve of feed water pump controlled by gap characteristic function can eliminate the influence of the small fluctuation of flow on the valve opening, so as to improve the safe and economic operation of the unit.

feed water pump system; the minimum flow valve; control principle; gap characteristic function

2016-03-16;

2016-04-11。

袁俊文(1982—),男，碩士研究生,工程師,主要從事熱工自動化技術(shù)方面的研究工作。

TK223.7+5

A

2095-6843(2016)04-0363-04