淺析SCC5 -4000F 燃?xì)廨啓C(jī)余熱鍋爐汽包水位控制

■楊 毅 ■浙江省電力建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315012

前言

浙能長興天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程建設(shè)兩套390MW 級(SCC5 -4000F)的抽汽供熱高效單軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。軸系設(shè)備為上海電氣的SCC5 -4000F 型單軸燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，其中燃機(jī)型號為SGT5-4000F(X)，汽輪機(jī)型號為TCF1，發(fā)電機(jī)型號為THDF108/53;余熱鍋爐由上海鍋爐廠有限公司供貨的臥式自然循環(huán)爐。

1 給水系統(tǒng)簡介

高中壓給水泵合泵采用一用一備。高中壓給水泵出來的高壓給水，先經(jīng)過高壓給水控制閥，進(jìn)入高壓省煤器，再進(jìn)入高壓鍋筒，高壓蒸汽從高壓過熱器進(jìn)入高壓缸。高中壓給水泵中間抽頭的中壓給水，先進(jìn)入中壓省煤器，然后經(jīng)過中壓給水控制閥，進(jìn)入中壓鍋筒，經(jīng)中壓鍋筒分離的飽和蒸汽進(jìn)入中壓過熱器過熱，過熱后的中壓蒸汽經(jīng)過中壓蒸汽控制閥后與汽機(jī)來的蒸汽混合，經(jīng)過再熱器后進(jìn)入中壓缸。低壓給水取自凝結(jié)水，汽水混合物從低壓蒸發(fā)器上集箱通過上升管進(jìn)入低壓鍋筒。鍋筒中的飽和蒸汽被鍋筒分離送入低壓過熱器過熱，過熱后的低壓蒸汽送入汽機(jī)的低壓缸。

2 汽包水位控制

由于鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)對象沒有自平衡能力，而且水位調(diào)節(jié)對象存在滯后，因此不能采用開環(huán)調(diào)節(jié)方法。常用的汽包水位的控制算法有單沖量控制，雙沖量控制以及三沖量控制三種。

單沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以汽包水位為唯一調(diào)節(jié)信號的單參數(shù)單回路調(diào)節(jié)方法，調(diào)節(jié)器只根據(jù)水位變化去改變給水調(diào)節(jié)閥的開啟度。單沖量調(diào)節(jié)方法不能克服“虛假水位”對水位控制的不良影響。當(dāng)蒸汽量大幅度增加時(shí)，由于假水位上升，調(diào)節(jié)器輸出信號不但不去開大調(diào)節(jié)閥增大給水量，反而去關(guān)小調(diào)節(jié)閥，減少給水量，等到假水位消失后，水位將更加迅速下降，不能避免水位較大幅度的波動。為了克服虛假水位對控制的不良影響，可以引入蒸汽流量作為前饋信號。以蒸汽流量作為補(bǔ)充信號的雙參數(shù)調(diào)節(jié)方法，又稱為雙沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽負(fù)荷變化引起水位大幅度波動時(shí)，蒸汽流量信號起著超前的作用，它可在水位尚未出現(xiàn)變化時(shí)，提前使調(diào)節(jié)閥動作，補(bǔ)償了“虛假水位”所引起的誤動作，減少水位波動，從而改善了控制品質(zhì)。雙沖量控制方法不能迅速克服給水壓力變化對水位產(chǎn)生的影響。當(dāng)給水壓力波動時(shí)，給水流量將發(fā)生變化，此時(shí)只有等到水位變化后調(diào)節(jié)器才能起作用。為此再引入給水流量信號，以蒸汽流量和給水流量作為補(bǔ)充信號的三參數(shù)調(diào)節(jié)方法，組成三沖量水位控制回路。串級三沖量控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器接受水位信號作為主控信號和蒸汽流量信號去控制副調(diào)節(jié)器的給水設(shè)定值，副調(diào)節(jié)器除了接受主調(diào)節(jié)器的設(shè)定信號外，還接受給水流量信號。蒸汽流量信號作為前饋信號對給水流量進(jìn)行前饋控制，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然發(fā)生變化時(shí)，蒸汽流量信號使給水調(diào)節(jié)閥立即向正確的方向移動，即當(dāng)蒸汽流量增加時(shí)，給水調(diào)節(jié)閥開大，從而抵消了“虛假水位”引起的反向作用，減少了水位和給水流量的波動幅度。給水流量信號作為調(diào)節(jié)閥動作后的反饋信號，能使調(diào)節(jié)器及早知道控制的效果，做出響應(yīng)的調(diào)整。對于水壓干擾等給水側(cè)的擾動，給水流量信號也起著前饋的作用，能使擾動迅速做出反應(yīng)。由此可以看出在前饋-串級三沖量控制下，調(diào)節(jié)器動作快，還可以避免調(diào)節(jié)過頭，減少波動和失控。

3 本工程控制策略

本工程采取全程給水控制，具體步驟如下:

(1)汽包上水，給水調(diào)節(jié)閥，溢流閥均投入自動，給水流量閥的水位設(shè)定為SP1 -40mm，溢流閥的水位設(shè)定為SP1 +40mm。初始為流量控制，使給水流量保持在14kg/s 進(jìn)行上水，直到汽包水位達(dá)到上水水位設(shè)定SP1 -40mm，流量設(shè)定切為-5kg/s，給水調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)閉，直至全關(guān)，上水結(jié)束。

(2)給水調(diào)節(jié)閥全關(guān)后，水位設(shè)定值為上水水位設(shè)定SP1 -40mm，此時(shí)由于溢流閥的作用，汽包水位應(yīng)在SP1 -40mm～SP1 +40mm 之間。。

(3)點(diǎn)火啟動預(yù)熱鍋爐，當(dāng)檢測到余熱鍋爐已經(jīng)運(yùn)行，并且有火焰后，汽包溢流閥投入自動，并設(shè)定其水位設(shè)定值為汽包正常水位SP3。

(4)隨著余熱鍋爐的運(yùn)行，汽包內(nèi)壓力，溫度逐漸升高，當(dāng)汽包底部溫度大于105°C 后，開啟最小省煤器最小流量保護(hù)，省煤器允許的最小流量作為給水流量設(shè)定，給水流量偏差與汽包水位偏差取大后進(jìn)入給水調(diào)節(jié)閥，使給水調(diào)節(jié)閥在維持省煤器允許的最小流量同時(shí)，保證汽包水位在上水水位。

(5)由于此時(shí)的蒸發(fā)量較小，蒸發(fā)量小于給水流量，汽包水位逐漸上升，在溢流閥的作用下汽包水位保持在正常水位以下。當(dāng)汽包水位＞SP1 +200mm 或當(dāng)汽包的壓力變化值超過2bar 后，水位設(shè)定值投跟蹤，跟蹤值為實(shí)際水位減去50mm，并在spc 功能塊的作用下使水位保持在當(dāng)前水位小于50mm 上。

(6)隨著蒸發(fā)量的繼續(xù)增大，溢流閥逐漸關(guān)閉，當(dāng)蒸汽流量＞10kg/s，即15%負(fù)荷，同時(shí)給水控制切為3 沖量控制且溢流閥完全關(guān)閉后，給水調(diào)節(jié)閥水位設(shè)定更改為正常水位設(shè)定SP3，溢流閥水位設(shè)定更改為溢流水位SP4，保證汽包水位維持在正常水位。

控制主線圖

4 結(jié)束語

全程給水控制方案在本工程實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了各種工況下的全程自動給水，水位控制精確，滿足機(jī)組運(yùn)行要求。

［1］賀靖貽.淺談燃機(jī)余熱鍋爐的工藝情況及水位控制［J］.工業(yè)技術(shù).2014.

［2］趙勇.S109FA 燃?xì)廨啓C(jī)余熱鍋爐汽包水位及汽溫控制策略［J］.華電技術(shù).2010.