1000MW超超临界机组给水控制系统优化分析

摘 要：为进一步提高生产效率，发电企业逐渐引入了更多新型技术，其中建立完善给水系统设计，可以提高生产机组自动化控制水平。在针对1000MW超超临界机组给水控制系统优化设计时，需要根据其所具有的特点进行分析，结合实际生产需求，对系统控制策略进行优化，提高生产负荷的稳定性，保证各项运行参数的科学性，从根本上降低系统运行能耗。本文结合1000MW超超临界机组给水控制系统运行要求，对其优化措施进行了简要分析。

关键词：超超临界机组；给水控制控制；系统优化

与亚临界机组相比，超临界机组选择用直流锅炉，生产运行时不会产生气泡，且其作为一个多输入、多输出控制对象，一般选择用并行前馈小偏差调整控制策略，可以更好满足锅炉运行响应快、惯性小特点。而对于超超临界机组来说，其控制难点为给水控制，对其进行优化设计时，需要保证系统低负荷运行状态下，可以稳定保持给水流量满足锅炉生产最低给水流量要求，且在锅炉进入直流运行方式时，燃水比合理。

一、超超临界机组给水控制系统分析

对超超临界机组给水控制系统进行研究，可以结合其各阶段运行特点，分析各被控对象间联系，从技术角度采取控制措施，对整个控制系统进行运行优化。例如机组湿态与低负荷阶段积水调节、水煤解耦控制、给水主辅阀控制切换等异常情况的分析，以及处理方法，基于实际生产要求，对不符合设计工况的给水温度、焓值扰动对给煤指令的调整，保证各工况下给水系统功能的完善性，提高系统运行自动化效果，提高机组运行可靠性。

二、给水控制系统优化实例分析

1.工程概述

以某间发电厂超超临界塔式直流机组为例，系统配置直流锅炉，型式为1000MW超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，采用全钢结构，平衡通风，与单炉膛单切圆燃烧方式，全悬吊结构塔式锅炉[1]。给水系统采用单元制，每台机组设置两台50%容量汽动给水泵组。

2.系统作业流程

该机组给水系统控制设备为两台50%容量汽动给水泵组，并搭配设置了启动系统、前置泵、主给水管路电动门组，以及65%主给水旁路调节阀组。锅炉生产运行时，由启动系统确定启动流量与启动压力，使得工质流经水冷壁降温，同时分离器为湿态运行，可以起到汽水分离效果，对合格工质进行回收，同时将饱和蒸汽提供给过热器。并且系统锅炉在运行状态下无法进行排污，对水品质要求比较高，应在锅炉点火前，检查给水、炉水品质是否满足生产要求。这样就可以体现出启动系统功能，可以作为锅炉排污通道，及时将不合格的炉水排出。

随着锅炉运行负荷的增大，锅炉蒸发受热面会逐渐进入到直流运行阶段，受给水泵压影响，依次通过加热、蒸发、过热各受热面，确保可一次性有效转为过热蒸汽[2]。启动系统将全部提出作业，进入热备用状态，保证在转湿态时可以及时进入作业状态。同时，分离器为干态运行形式，可以将其作为过热系统的中间联箱。

图1 给水系统作业流程图

3.系统优化

3.1小汽机转速控制

机组处于正常作业状态时，可以通过对小汽机转速的调整来控制给水流量。驱动给水泵小汽机汽源包括冷再蒸汽、辅助蒸汽、主机四段抽汽等，以汽源外切换方式运行，冷再蒸汽通过切换阀降压处理后，与辅助蒸汽一同进入小汽机，且通过小机调门对进气量进行控制，来调整小汽机转速。对于小汽机原厂设计进行分析，其切换阀与小机调门选择用简单顺序阀方式，当小机调门开组后，再开启切换阀，共同来对小机转速进行控制。就实际生产效率来看，此种方式并不利机组FCB功能的实现，主机一旦出现甩负荷或者跳闸等问题会快速切断四抽汽源，导致小机进气压力降低，而影响系统供水。在对系统进行优化设计时，可以对顺序阀方式进行调整，选择用PID快速跟踪、变增益控制等方法处理甩负荷或者汽轮机跳闸问题，确保机组FCB工况下，小机转速可以平稳运行。

3.2给水变化速度优化

锅炉主控BM形成给水指令函数后有二阶惯性环节，需要设置惯性时间，导致BM指令变化时，给水变化速度会小于煤量变化速度，保证变负荷时分离器出口温度与主蒸汽温度变化保持平稳。但是如果给水变化存在惯性时间，则会对间负荷响应速度产生影响。为保证负荷相应速度满足生产要求，需要缩短变化惯性时间，提高给水变化速度，在分离器出口温度波动幅度与负荷变化速度间确定有效平衡点。

3.3超温快速加水优化

对于该系统来说，当分离器出口最高温度达到TMAX2值后，便进行快速加水，但是因为部分特殊工况下分离器出口温度上升速度快，温度达到TMAX2值后进行快速加水可能会对生产效率产生影响。这样针对此工序运行特点，可以就分离器出口超温快速加水条件进行调整，设置出口温度超过TMAX1值且上升速率较快时，提前触发快速加水条件[3]。一般情况下如果新设置条件被触发，基本上均伴有温度超过TMAX2值现象，但是因为提前进行快速给水，可以更有效的提高机组运行可靠性，避免因分离器温度过高而出现锅炉跳闸问题。

3.4积水焓值控制优化

为避免系统给水时重点控制分离器出口焓值，而造成变负荷速度降低，可以增加给水焓值控制的智能死区。对死区设置进行智能化处理，使其可以根据负荷加减不同方向，来设置对应的死区，使得加负荷时可以加水，而不会出现减水；减负荷时可以有效减水，不会出现加水。同时可以根据分离器温度地域TMAX1值程度处理死区，即温度比较高时，减水死区减小，避免分离区出口温度超出限值。

结束语：

对超超临界机组给水控制系统进行优化，可以保证锅炉运行的稳定性与安全性，减少运行问题的发生。在进行优化分析时，需要结合系统作业流程与特点，确定优化技术方向，从不同环节着手，对运行参数进行调整，达到系统优化的目的。

参考文献

[1] 吴建平，祝建飞，姚峻，沈建峰.1000MW超超临界机组给水控制系统分析及其优化[J].华东电力，2012，06：1075-1078.

[2] 明飞.1000MW超超临界机组给水控制策略的研究及应用[D].华北电力大学，2012.

[3] 丁方.1000MW超超临界机组过热汽温系统建模与优化控制[D].华北电力大学，2013.