给水逻辑说明

摘要：本文主要描述宁电B厂给水自动控制的特点，即基于中间点焓值校正的控制动态燃水比值的给水自动控制系统，并根据给水自动逻辑图详细的分析给水流量基本指令回路、焓值控制器回路、过热器减温水流量校正回路、防水冷壁管出口温度越限回路。关键词：超超临界直流炉给水自动控制中间点焓值校正0引言宁电B厂2×l000MW超超临界机组的锅炉采用上海锅炉厂有限公司利用Alstom技术生产的直流锅炉，其型式为1000MW超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉、一次再热、单炉膛单切圆燃烧方式、平衡通风、全钢构架、全悬吊结构塔式锅炉。其受热区、蒸发区和过热区之间无固定的界限，给水经加热、蒸发和变成过热蒸汽是一次性连续完成的，锅炉的蒸发量不仅决定于燃料量，同时也决定于给水流量。直流锅炉的协调系统、汽温自动、燃烧自动、给水自动相互关联，而给水自动则是其中的核心。1给水控制策略宁电B厂给水控制的策略是：基于中间点焓值（汽水分离器出口焓值）校正的控制动态燃水比值的给水自动控制系统，控制逻辑由前馈和反馈调节二部分组成，给水指令的前馈又由静态前馈和动态前馈二部分组成，静态前馈是给水指令的主要部分，由锅炉的负荷指令（总燃料量）经F(x)函数折算出锅炉需要的给水总量，再扣除减温水量后，作为给水的基本指令，该部分保证了稳态的燃水比。动态前馈是为了加快变负荷时给水的响应速度，从而提高机组的负荷响应速度。给水指令的反馈部分则是确保分离器出口（过热器进口）的焓值等于给定值，即采用中间点焓值（汽水分离器出口焓值）进行校正，最终使分离器出口的焓值等于给定值。通过给水自动的前馈与反馈调节，使得燃料量、给水量、蒸发量等成比例的调节，协调一致，确保了机组的安全。宁电B厂以内置式汽水分离器出口作为中间点，以该点的焓值来校正动态燃水比。采用这种控制策略的优点有以下几条：1）在燃料量或给水流量扰动下，汽水分离器出口的微过热汽温变化的迟延远小于过热汽温，能提前反映过热汽温变化。同时，微过热点前包括有各种类型的受热面，工质在该点前的焓增占过热蒸汽总焓增的3/4左右，当燃水比及其他工况发生较大变化时，该3/4的比例变化不大。因此，控制汽水分离器出口的微过热蒸汽的焓值等于给定值，等于间接地控制了过热蒸汽。2）过热蒸汽的焓值代表了过热蒸汽的做功能力，控制汽水分离器出口（微过热蒸汽）的焓值其实是控制了过热入口蒸汽的初始做功能力，利于负荷的控制。3）焓值是温度和压力的二元函数，这对于滑压运行的直流锅炉而言，控制焓值更能反映机组当时做功能力。4）当工质参数变化时，焓值变化的灵敏度高，具有较好的代表性，尤其是在接近饱和温度时，焓值/温度斜率增大，能快速地反映燃水比失调，有利于及时修正给水。2非直流时的给水控制宁电B厂给水控制分4个阶段，即启动阶段、湿态带部分负荷阶段、纯直流阶段、停炉阶段；启动阶段是指从锅炉上水到点火前，采用给水流量定值控制；湿态带部分负荷阶段是指燃烧率低于30%BMCR，分离器处于湿态运行，此时的给水自动用于控制分离器水位，类似汽包炉的水位控制；纯直流阶段，此时的给水自动是基于中间点焓值校正的控制动态燃水比值给水自动；停炉阶段的给水自动。湿态时的给水控制，在机组燃烧率低于30%BMCR，锅炉处于非直流运行方式，焓值校正控制器处于跟踪状态，给水控制保持30%BMCR流量指令，由于分离器处于湿态运行,此时，主要控制分离器储水箱中的水位。图一给水指令示意图湿干态切换时的给水控制，先增加锅炉的燃烧率，然后再增加给水量。在最小水冷壁流量下，燃烧率的增加使饱和蒸汽量增加而饱和水量减小，当汽水分离器的工质变为干饱和蒸汽时，分离器的水位控制阀关闭。随着燃烧率的进一步增加，流进汽水分离器的工质逐步变为过热蒸汽，当过热蒸汽的过热度超过设定的微过热度后，焓值修正回路将工作，同时负荷-给水的前馈也要求加水，从而就实现了由湿态的水位控制到直流下的给水控制的平稳转换。3直流时的给水控制纯直流阶段给水自动，是整个超超临界直流机组控制的核心部分，其基本控制逻辑是：总燃料量（负荷指令）通过相应的函数F（x）计算出理想的给水流量（燃水比值约为1：8），考虑到水冷壁进口给水的焓值偏差对过热蒸汽焓值的影响，对给水流量要进行进口给水焓差修正得到热量信号；同时考虑到蒸发器金属蓄热量的变化量，根据分离器的压力及温度求出对应的焓，得到蒸发器金属蓄热量的变化量，对热量信号进行修正；修正后的热量信号与焓控制器输出一道组成给水流量指令，送至两台给水泵流量控制子回路。纯直流阶段给水焓值主控回路，在正常情况下，焓设定值由二部分组成：一是基准的焓设定值；二是由实际运行情况确定的焓设定值修正量。正常时焓控的设定值生成回路：1）分离器出口（储水箱）压力经一阶惯性环节后，（时间常数为蒸汽储存的响应时间），分别经过三个FX函数发生器，得出最大、最小、基准焓值；（分离器出口压力代表负荷、F(X)中含有在不同负荷下对过热器进口蒸汽有一定的过热度的要求成分、最终的焓设定值必须保证在最大和最小焓值之间）2）焓设定值的修正值分离器出口压力与分离器出口压力经一阶惯性环节后的值进行大选，分别经过2个FX函数发生器，得出TmaxSP1、TmaxSP2两个值，其中TmaxSP1减去分离器出口最高温度，经系数修正后，与“锅炉指令反馈算出的总的减温水流量与实际的减温水流量的差值”进行小选，而后送到焓值修正的PI调节器，该调节器的输出值即为焓设定值的修正值。3）基准焓值和“焓设定值的修正值”相叠加后，得到正常时焓设定值异常工况时的焓设定值：当满足下列两个条件时，焓控的设定值切到最小的焓值，从而迅速增加给水。强制抑制水冷壁管温度上升。随后通过动态环节，逐步将焓设定值恢复至正常。a）分离器出口温度大于TmaxSP2b）机组在非直流方式下10分钟c）开始降负荷焓控的设定值与过热器入口焓相减后，得到偏差信号，送到焓控PI调节器，得到焓值控制器输出。省煤器到分离器处的实际焓增：正常时焓控的设定值减去给水的焓，得出省煤器到分离器处的实际焓增。省煤器到分离器处的实际焓增是对给水指令中的静态前馈部分的修正，静态前馈部分确定了锅炉负荷指令与给水流量之间的比值，该比值还应根据实际情况作必要的修正。如：当加热器未投用时，水冷壁入口的给水焓值显然会偏低，为确保主汽温度，应适当减小稳态的给水流量。故设计了根据给水入口焓对静态给水前馈指令的修正回路。理论的给水流量：燃油流量加上煤量，经过FX函数发生器后，转换为给水流量，而后减去实际的减温水流量，得出理论的给水流量。省煤器到分离器处的理论焓增：正常时焓控的设定值，减去“燃油流量加上煤量，再经过FX函数发生器转换后，经过一阶惯性环节作用的输出值”，得出“省煤器到分离器处的理论焓增”。蒸发器金属蓄热量的变化量：根据分离器的压力及温度求出对应的焓，而后对该值进行微分运算，乘以系数并进行双向限幅运算后，得出蒸发器金属蓄热量的变化量。蒸发器理论吸热量＝理论给水流量×省煤器出口到分离器出口的理论焓增－蒸发器金属蓄热量的变化量。给水流量设定值＝蒸发器理论吸热量÷(省煤器出口到分离器出口的实际焓增+焓值调节器的输出)。最终的直流方式下的给水流量设定值，还要再加上功率前馈信号，该信号送到给水主控。给水流量设定值经上、下限限制后（燃料对给水的高限和低限），加上给水再循环流量，减去“到锅炉的给水流量加上再循环流量加5”与省煤器出口流量中的小值（直流锅炉的最小流量限制），再经过双向限幅作用，而后再乘以1.4，得出送到MEH的给水流量指令。双向限幅限制和最小流量限制的主要目的是在各工况下防止燃料和给水的失调。图二干态给水指令示意图图三焓值设定4给水控制与燃料量和减温水流量的关系燃料量控制与给水控制的解耦回路，燃料量的变化相对于给水流量的变化是一个慢速过程(PT3)，另一方面，微过热蒸汽焓的变化又是燃水比失调的迅速反映，而负荷与温度的控制又要求保证一定的燃水比，因此，代表锅炉热负荷(燃料量)动态特性的多阶惯性环节PT3和焓值调节的动态解耦被用于燃料量控制与给水控制的解耦设计。过热器减温水流量校正回路，直流锅炉的给水流量控制与减温水总量的控制之间有着必然的联系。直流锅炉给水控制的一个主要任务就是维持汽温稳定，一方面严格控制燃水比完成过热汽温粗调，另一方面又要确保后级减温在可调范围内。根据设计，在不同的负荷下，给水流量和减温水流量有相对应比值，如果实际减温水流量发生偏差时，焓设定积分器就会校正焓定值，改变给水流量指令，使减温水量逐步消除偏差。5给水自动的防水冷壁管出口温度越限回路直流锅炉的水冷壁出口温度超过其对应负荷下的温度保护定值，则发生MFT，这是直流锅炉为防止水冷壁管超温而设置的一个重要保护，为此在给水控制系统中增设限值TmaxSP1，限值TmaxSP2二步控制超温回路。当水冷壁管出口温度中的最高值大于TmaxSP1时，经过焓设定积分器将焓设定值逐步减少，相应增加给水流量指令，达到降低水冷壁管温度的目的；同样，当某种原因使过热喷水量减小，焓值修正就会也减小焓控设定值，从而增加给水指令。需要说明的是，直流锅炉的给水流量控制与减温水总量的控制之间存在着必然的联系，比如当过热喷水量增加，就说明前面的水冷壁的给水流量偏小，即可以通过增加给水流量而使过热喷水恢复到原来的值。如果限值TmaxSP1功能没有得到有效控制，水冷壁温度超过限值TmaxSP2，限值TmaxSP2设定的控制回路将焓设定值迅速切至最低限Hmin，通过快速增加给水流量指令，强制抑制水冷壁管温度上升。随后通过动态环节，逐步将焓设定值恢复至正常。以上是根据宁电B厂给水自动逻辑图分析出的给水自动控制的特点，以汽水分离器出口焓值作为表征量，采用比值控制，使给水量/蒸汽量、燃料量/给水量及喷水量/给水量等成比例的调节，静态和动态燃水比值及随负荷变化的焓值校正是宁电二期锅炉给水系统的主要控制特征。该自动将在机组调试中不断完善，以确保机组的安全运行。作者:林文孚正文字体大小：大中小600MW超临界机组给水控制系统及其仿真武汉电力职业技术学院仿真中心林文孚摘要：本文结合600MW超临界机组仿真系统开发与培训工作的实践，分析了超临界机组给水控制对象的特性和给水控制系统的组成原理、并通过给水控制系统仿真，分析了该系统的特点与存在的不足，提出了控制系统改进的建议。关键词：600MW超临界机组给水控制仿真锅炉给水控制系统是单元机组主要控制系统之一，给水控制作为过热汽温调节的基本手段是超临界锅炉有别于亚临界汽包锅炉的显著特征。我院仿真中心适应市场需要自主开发了600MW超临界机组仿真系统，并成功组织了仿真培训。本文分析了超临界机组给水控制对象的特性、给水控制系统的原理、并结合控制系统仿真，分析了该系统存在的不足，提出了改进的方案并成功进行了仿真试验，以作为实际系统设计与改造的参考。一、超临界机组给水控制的特点与任务在锅炉干态运行的条件下，给水控制的任务就是要保持进入分离器的蒸汽具有合适的过热度。一方面要维持分离器的干态运行，防止其返回湿态；另一方面又要控制好分离器出口蒸汽的过热度，以防止过热器超温。当机组工况发生变化，尤其是给水流量或燃烧率等扰动时，锅炉的蒸发段和过热段受热面将随之发生变化，可能引起蒸汽温度剧烈变化，危及机组安全运行。因此，研究直流锅炉变工况时汽温特性，根据其特性进行机组运行控制，是超临界机组运行最重要的课题之一。1．燃烧率扰动时的动态特性燃烧率扰动时，主汽压力、流量、过热汽温的过渡过程曲线可用图1(a)表示。阶跃增加时,和都增加,锅炉蓄热也增加。压力升高使给水流量自发下降,为保持给水流量不变,必须提高给水压力。所以和在上升过程中会有波动。在直流炉中，给水流量比汽包炉更容易影响蒸汽流量。由于给水流量不变，蒸汽流量最终恢复到扰动前的数值。燃烧率提高使加热段(蒸发段)缩短，过热段增长，过热汽温经迟延后单调上升,是燃水比提高的结果。2.给水流量扰动下的动态特性给水流量扰动时，、和的过渡过程曲线可用图1(b)表示。阶跃增加时,一开始由于锅炉的加热段(蒸发段)伸长而推出部分蒸汽,使蒸汽流量增加,最终等于给水流量。主汽压力开始时由于蒸汽流