国华台山电厂百万机组给水控制策略

杨国保，肖光华

(广东国华粤电台山发电有限公司，广东台山529228)

0 引言

国际上已运行的1000MW等级机组中，欧洲电厂多数选用1×100%汽动给水泵及启动/备用电动给水泵。日本则多数采用2×50%汽动给水泵加一台电动给水泵的方案。国内1000MW超超临界机组给水泵的配置情况绝大部分与日本的配置方案相同。

台山电厂二期2×1000MW工程结合实际情况，从系统可靠性角度出发，单台机组配置2台50%容量汽动给水泵，不再另外配置启动电动给水泵。在机组启动时借助一期辅助蒸汽直接启动汽动给水泵，以节省工程的初期投资和降低厂用电率。

1 给水控制原则

台电二期工程给水控制的原则是:由于锅炉运行状态的不同，锅炉给水流量在每个不同阶段有不同的控制目标。在锅炉停运和湿态阶段，锅炉给水流量都是控制分疏箱液位;转为干态运行后，炉侧给水流量的设定是通过机组的锅炉主控指令经过多阶惯性环节的基础指令结合一级过热器进口焓值设定与实际焓值的偏差调节得出。

系统总体控制策略如图1所示。

图1 系统总体控制策略

2 湿态时的给水控制

湿态控制时，首先由给水旁路门控制分离器的水位，然后由锅炉启动旁路循环泵出口调节阀控制锅炉的最小给水流量，以保证进入省煤器的水量大于锅炉厂要求的最低给水流量。分离器水位由运行人员设定，一般来说，都设置在5～10米左右，台电设置在12～15米。随着锅炉燃烧的继续增大，给水旁路门将继续开大，在旁路门开度小于78%的时候，给水泵一直处于恒速状态，其给水流量大小由给水旁路门进行控制;当旁路门的开度大于78%时，给水旁路门切除自动，同时将进行无扰切换至给水主回路，其给水流量由小机转速控制回路进行控制。主给水阀自动开条件是总给水流量＞60%，假如未超过该流量，将由运行人员判断是否开启，该电动门需具备点动功能。

锅炉给水流量在湿态时控制分疏箱液位，从湿态快速进入干态运行后，锅炉给水流量控制是基于一级过热器进口的焓值校正、控制动态燃水比值的给水自动控制系统。给水流量指令包括基本指令和焓值调节器指令两部分组成。基本指令经过多阶惯性环节后的锅炉主控指令减去变负荷超调量作为给水流量的基本指令，目的其一是使燃水比保持一致以保证过热汽温基本不变;其二是快速响应负荷变化。多阶惯性环节的作用是使快速的给水流量变化与慢速的燃烧过程相适应，保证负荷动态响应过程的匹配。中间点焓值能迅速反映燃水比的改变，因此采用焓值调节器的指令去修正给水流量指令，从而达到实现理想的燃水比的目的，保证机组的负荷、压力、温度在理想的协调范围内。

给水全程控制覆盖了机组运行的全过程，即从锅炉上水→点火→湿态(启动阶段)→干态(直流运行阶段)→降负荷→湿态→停炉。在整个过程中，非干态阶段的给水控制任务是上水和保证流过蒸发器(水冷壁)的最小流量，防止超温并维持水动力的稳定性;干态时，再循环泵停运，处于热备用状态，给水控制的任务是通过直接、快速的煤水比控制和精确的分离器出口微过热蒸汽焓值控制维持煤水比，进而保证过热汽温，其原理见图2。

图2 干湿态切换

3 干态时的给水控制

3.1 干态给水控制策略

基于中间点焓值(一级过热器进口焓值)校正的控制动态燃水比值的给水自动控制系统，干态下的给水控制是以总燃料量(负荷指令)通过相应的函数f(x)计算出设计的给水流量(相当于前馈的调节作用)，设计的给水流量乘以设计的焓增得到燃料量转化的给水的吸热量，其中的惯性环节反映燃烧率到吸热量转变的对象特性。通过焓值调节回路维持分离器出口的焓值在期望值，以达到预期的燃水比(燃水比值约为1∶8)，目标分离器出口焓值与省煤器出口焓值相减与焓值调节器的修正(反馈控制的调节作用)相加得到预期的焓增，两者相除得到需要的给水流量，其中目标的焓增是分离器出口压力的函数，并与减温水流量调节器的修正输出之和。蒸发器蓄热变化量的引入仅用于负荷变化期间，这样可加快给水对燃料量或汽轮机侧的动态响应，具体实现的方法是分离器压力所对应的饱和温度变化率乘以蒸发器管子金属质量的热容量来计算金属部件蓄热的变化。

3.2 异常工况焓值修正

异常工况包括以下四种情况:

a.分离器出口温度高Ⅰ值。

b.分离器出口温度高Ⅱ值。

c.机组在非直流方式下10分钟。

d.降低温度设定(干态方式下，锅炉指令大于30%时，锅炉指令降到40%或降到50%延时360s)。

具体实现如下:

(1)储水箱压力与储水箱压力经一阶惯性环节后的值进行大选，分别经过两个折线函数发生器，分别得出分离器出口温度高Ⅰ值(TmaxSP1)、分离器出口温度高Ⅱ值(TmaxSP2)两个值，其中TmaxSP1减去分离器出口最高温度，经系数修正后，与由“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控的设定值的修正值。在限值TmaxSP1的控制回路中，当水冷壁管出口温度中的最高值大于限值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;如果限值TmaxSP1功能没有得到有效控制，分离器出口温度高继续升高，将由超过温度限值TmaxSP2控制回路处理，运行人员也可以通过给水偏置块，手动添加给水量。

(2)水冷壁温度超过限值TmaxSP2，限值Tmax-SP2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。

(3)当 b、c发生时以一定速率切至最低限Hmin+50。其中b和c、d的变化速率不同。焓值调节回路说明:焓值设定与分离器出口的焓的偏差，与最大流量和水冷壁最小直流流量比较，与设计给水流量和实际给水流量的偏差比较，进行PI调节，以修正燃水比的偏差。

3.3 给水指令基础公式

干态给水指令的形成基于列举的计算公式(公式如图3)。通过给水对热量的计算，以及热量、焓增、流量之间的关系，经过对分离器出口焓的调节，得到了符合燃水比的给水指令，最终实现汽温的稳定。具体回路包括:蒸发器理论吸热量计算、焓值调节回路、焓值设定修正回路、焓值设定值形成回路等多个回路。

图3 干态给水指令公式

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。

4 给水泵满负荷RB试验

给水泵RUNBACK是检验机组在正常运行时给水泵中的一台或多台发生故障跳闸且备用设备无法联锁启动而使机组出力受到限制，自动控制系统将机组负荷快速由高负荷(大于RUNBACK触发负荷)按预定的速率向预定的RUNBACK目标负荷顺利过渡的能力;给水泵RUNBACK功能试验是对机组自动控制系统性能和功能的强烈考验。负荷大于500MW时，给水控制投自动，RB功能才有效。两台汽动给水泵运行时，一台给水泵跳闸，RB动作，锅炉主控输出降至50%左右，RB目标负荷500MW，负荷变化率1500MW/min。RB动作时，锅炉主控切手动，汽机切换到压力调节方式，RB动作4秒内压力设定值跟踪实际压力，4秒后按滑压曲线滑压运行，压力下降的速率1.5 MPa/min，如图4所示。实验时应注意以下几点:

图4 给水泵RUNBACK试验图

(1)给水泵RUNBACK后，给水流量迅速下降至1000t/h。运行人员按照相关规程规定进行人工干预，给水控制切除到手动模式，尽快恢复给水流量为正常值。

(2)RUNBACK试验期间，小机汽源不够，导致小机转速无法提升。RUNBACK试验前，运行人员将辅汽供小机汽源投至热备用状态。

(3)增加送风机动叶、引风机导叶、一次风机动叶和给水调节RB时超驰开指令。引风机导叶为80%，送风机、一次风机动叶为85%，给水泵转速为5400RPM。

(4)增加RB时给水流量设定滞后环节，根据锅炉蓄热量和不同的燃烧工况，调整水、煤之间的匹配关系，保证主蒸汽温度稳定。

5 给水控制系统优化

根据机组实际运行情况分析，对于运行人员反映的在低负荷阶段干态状态转湿态难问题，对给水干态转湿态逻辑完善。在机组负荷以及相关参数无法达到干态运行要求时，如无法迅速安全的转到湿态运行，对机组的参数控制以及稳定运行会造成一定影响。优化如下:

(1)变更机组给水干态转湿态逻辑。在给水非自动情况下，一级过热器进口焓不高于设定、给水流量低于水冷壁最小流量设定相与，再或上分离器贮水箱水位高于5M。6、7#机组给水干态转湿态优化后的逻辑图如图5所示。

图5 干湿态切换逻辑变更图

(2)机组最小流量手操器在运行人员非手动设定情况下，设定定值修正为1080t/h。

(3)机组在干态情况下，负荷低于350MW，延时5分钟;或负荷低于300MW，触发降低温度设定信号，给水干态设定迅速降焓加水，让干态转湿态快速通过。

6 结论

以上是根据台电二期给水自动逻辑图分析出的给水自动控制的策略。台山电厂二期经过长期大量的基建试验与努力，得出了一系列的优化参数，并根据机组DCS的类型和锅炉对控制的要求，选择有效的自动控制结构，辅以超驰控制才能得到理想的控制效果。

［1］ 刘潇，曹冬临，丁劲松.外高桥1000MW超超临界机组闭环控制系统设计［J］.中国电力，2006，(3).

［2］ 张秋生，岳建华，赵军，等.超临界机组的给水自动控制策略［J］.华北电力技术，2007，(9).