火電廠全程給水控制優(yōu)化研究

【摘要】給水泵是火力發(fā)電廠中重要的設(shè)備之一，給水泵構(gòu)成的整個(gè)給水系統(tǒng)是保證火電廠機(jī)組安全和穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此應(yīng)當(dāng)提高重視。由于給水系統(tǒng)的復(fù)雜性，現(xiàn)代火電廠中的給水控制很難滿(mǎn)足對(duì)給水的控制，也很難滿(mǎn)足復(fù)雜工況的需求。目前許多火力發(fā)電站積極尋找全程給水控制的優(yōu)化方案，以滿(mǎn)足給水的穩(wěn)定和對(duì)給水系統(tǒng)的控制。根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)和分析研究，我在文中對(duì)給水特征進(jìn)行了分析并提出了相應(yīng)的控制方案，還提出了幾點(diǎn)改進(jìn)給水控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的改進(jìn)措施，結(jié)合給水控制與協(xié)調(diào)控制的特點(diǎn)，利用了三沖量給水控制的優(yōu)勢(shì)，又進(jìn)一步對(duì)發(fā)生故障時(shí)給水調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從而保證給水控制的可操作性和穩(wěn)定性，保證了給水系統(tǒng)在正常情況下和故障情況下都能夠安全可控，提高了給水控制系統(tǒng)的使用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】火電廠 ；全程給水控制； 設(shè)計(jì)優(yōu)化

引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的提高，我國(guó)火電廠作為基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)也得到了一定的發(fā)展，與此同時(shí)在發(fā)展過(guò)程中也暴露出一定的問(wèn)題?；鹆Πl(fā)電廠在我國(guó)電力行業(yè)中占有極其重要的位置，也是我國(guó)能源工業(yè)中的重中之重，大型的活力發(fā)電機(jī)組能夠提高發(fā)電效率和穩(wěn)定性，提高經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)供電自動(dòng)化。給水系統(tǒng)是火力發(fā)電廠中非常重要的控制系統(tǒng)之一，也是衡量鍋爐安全運(yùn)行的重要指標(biāo)，同時(shí)還能夠?qū)﹀仩t汽水系統(tǒng)物質(zhì)是否平衡進(jìn)行衡量，因此對(duì)給水系統(tǒng)的控制一直以來(lái)受到廣泛重視。想要提高火電廠全程給水系統(tǒng)的優(yōu)化就必須先了解給水系統(tǒng)的工作任務(wù)，了解其對(duì)給水的控制原理，通過(guò)對(duì)水位的控制了解其控制特點(diǎn)，從而為給水優(yōu)化研究提供實(shí)踐基礎(chǔ)。水資源是我國(guó)的寶貴資源之一，因此在工業(yè)發(fā)展過(guò)程中需要注意實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的統(tǒng)一，本文中我將對(duì)給水系統(tǒng)重要性進(jìn)行分析，并從水質(zhì)和給水機(jī)組系統(tǒng)兩方面為火電廠全程給水控制優(yōu)化研究提供一些建議，希望能夠?yàn)榛痣姀S的節(jié)能減排工作提供一定的參考。

1、給水系統(tǒng)的重要性

水是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的寶貴資源，與我們的社會(huì)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)。在我國(guó)城市工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，用水量達(dá)到城市用水的70%以上并持續(xù)增長(zhǎng)，工業(yè)廢水排放量極大，對(duì)水的重復(fù)利用率很低，因此成為我國(guó)工業(yè)發(fā)展中亟待解決的問(wèn)題。工業(yè)廢水中含有大量的有毒有害物質(zhì)，不僅僅造成水資源的浪費(fèi)污染，嚴(yán)重的還會(huì)影響居民的生活與健康。在火電站中的水資源使用占到工業(yè)用水的20%，耗水量非常巨大，為了節(jié)約水資源，我國(guó)已經(jīng)對(duì)水循環(huán)技術(shù)和節(jié)水技術(shù)做了許多研究，但是提高水的濃縮率對(duì)節(jié)能減排的效果并不顯著。我國(guó)現(xiàn)階段采用灰渣系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)對(duì)循環(huán)水進(jìn)行優(yōu)化，保證了水質(zhì)的提高，實(shí)現(xiàn)了廢水零排放，將循環(huán)水回收再轉(zhuǎn)至脫硫系統(tǒng)利用，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，為我國(guó)水資源的節(jié)約和火電廠的經(jīng)濟(jì)效益的提高做出了貢獻(xiàn)。

2、循環(huán)水對(duì)脫硫過(guò)程的影響

循環(huán)水最為系統(tǒng)用水直接影響著脫硫系統(tǒng)，主機(jī)采用濕冷系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水，將濃縮倍率作為控制循環(huán)水補(bǔ)水量的控制指標(biāo)，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的節(jié)約。水中的雜質(zhì)濃縮度越來(lái)越高時(shí)其中溶解度較低的鹽類(lèi)物質(zhì)會(huì)過(guò)飽和濃縮，在水循環(huán)過(guò)程中發(fā)生析出現(xiàn)象。水中的微生物繁殖以及沉淀會(huì)導(dǎo)致水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備中出現(xiàn)泥垢嚴(yán)重甚至出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，長(zhǎng)此以往會(huì)影響火電廠的運(yùn)行安全。影響水質(zhì)的主要原因是硫酸鹽濃度過(guò)高，過(guò)高濃度硫酸鹽在循環(huán)水中會(huì)降低煙氣脫硫的效率，還會(huì)提高煙氣脫硫中所需要的鈣硫比例，不利于經(jīng)濟(jì)效益的提高。目前還沒(méi)有制定出統(tǒng)一的煙氣脫硫工藝用水標(biāo)準(zhǔn)，但是從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看可以利用中水或者再生水作為煙氣脫硫工藝用水，實(shí)現(xiàn)用水優(yōu)化，提高經(jīng)濟(jì)效益，為節(jié)能減排做貢獻(xiàn)。

3、水水循環(huán)控制系統(tǒng)故障原因

3.1 水泵再循環(huán)閥門(mén)跳躍

一旦再循環(huán)閥門(mén)打開(kāi)的瞬間又關(guān)閉就會(huì)出現(xiàn)水泵再循環(huán)閥門(mén)跳躍，閥門(mén)打開(kāi)的一瞬間水泵中流量會(huì)突然增多，大于定值，調(diào)節(jié)器將再循環(huán)閥門(mén)關(guān)閉后水量小于定值，之后再循環(huán)閥門(mén)再一次打開(kāi)，重復(fù)多次會(huì)造成再循環(huán)閥門(mén)的損壞，從而使控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

3.2 再循環(huán)閥門(mén)超馳打開(kāi)

當(dāng)給水泵的再循環(huán)閥門(mén)超馳打開(kāi)到百分之百的程度時(shí)會(huì)造成給水系統(tǒng)的巨大擾動(dòng)。在原有控制系統(tǒng)的設(shè)定中當(dāng)給水流量較低時(shí)會(huì)使PID調(diào)節(jié)器的超馳控制將再循環(huán)的閥門(mén)打開(kāi)到百分之百的程度，一旦機(jī)組負(fù)荷過(guò)低，給水量已經(jīng)達(dá)到低值，這種情況下一旦將再循環(huán)的閥門(mén)打開(kāi)到百分之百，大量的給水會(huì)通過(guò)閥門(mén)到達(dá)除氧器中，使給水量降低不能滿(mǎn)足鍋爐對(duì)用水量的需求。

3.3 PID控制與給水泵再循環(huán)閥門(mén)超馳打開(kāi)配合度差

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中給水量降低時(shí)，PID控制器會(huì)打開(kāi)再循環(huán)閥門(mén)，保持水泵流量大于設(shè)定的最小流量范圍，保證給水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。但是一旦PID與給水泵再循環(huán)閥門(mén)超馳配合度差，再循環(huán)閥門(mén)打開(kāi)快于PID調(diào)節(jié)器時(shí)，給水系統(tǒng)形成大的擾動(dòng)，給水泵流量低于設(shè)定值導(dǎo)致再循環(huán)閥門(mén)打開(kāi)百分之百的程度，使PID調(diào)節(jié)器失去了原有的作用。

3.4 閥門(mén)損壞

控制系統(tǒng)中給水泵再循環(huán)閥門(mén)處于高差壓狀態(tài)，一旦閥門(mén)的開(kāi)度小時(shí)很容易使閥門(mén)受到損害，因此通常情況下再循環(huán)閥門(mén)不能夠工作在開(kāi)度為百分之十五的程度，不同的閥門(mén)有不同的規(guī)定，在操作過(guò)程中要根據(jù)所選用的閥門(mén)而進(jìn)行不同的控制操作，在控制策略中應(yīng)當(dāng)考慮到調(diào)節(jié)器輸出小信號(hào)切除功能。

3.5 給水泵的轉(zhuǎn)速和最小流水量之間的函數(shù)關(guān)系沒(méi)有進(jìn)行科學(xué)設(shè)定，導(dǎo)致給水泵狀態(tài)無(wú)法合理準(zhǔn)確的反映出來(lái)，造成誤差。

4、水循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行

水循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行直接影響到火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益，水循環(huán)系統(tǒng)與機(jī)組中汽輪機(jī)、循環(huán)水泵和凝汽器的協(xié)調(diào)運(yùn)行完成了整個(gè)給水系統(tǒng)。給水系統(tǒng)最佳運(yùn)行方式是在凝汽器的真空水平達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)時(shí)，使機(jī)組出力增量與循環(huán)水泵耗功增量的差達(dá)到最大值，因此研究凝汽器、循環(huán)水泵與汽輪機(jī)三者的配合運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)優(yōu)化的最佳途徑。

4.1 凝汽器研究

當(dāng)蒸汽流量和冷卻水的流量發(fā)生變化時(shí)，凝汽器的壓力隨之產(chǎn)生變化。因此工作人員需要對(duì)凝汽器設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用凝汽器變工況特性曲線來(lái)班長(zhǎng)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。凝汽器在不同排氣負(fù)荷下，由于不同的冷卻水?dāng)y帶交換熱量時(shí)呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)，即冷卻水量較少，冷卻水水溫上升，蒸汽負(fù)荷增加；冷卻水量較多，蒸汽負(fù)荷較小，但流動(dòng)阻力上升。要綜合考慮多種因素進(jìn)行凝汽器變工況特征曲線的繪制，并利用數(shù)學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算，存入凝汽器性能數(shù)據(jù)庫(kù)中，為今后的測(cè)算提供依據(jù)和指導(dǎo)。

4.2 循環(huán)水系統(tǒng)研究

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循環(huán)水系統(tǒng)由水泵和循環(huán)水的一系列管道組成，通過(guò)對(duì)循環(huán)水的流量和溫度以及消耗用電之間的關(guān)系進(jìn)行表示。現(xiàn)代火力發(fā)電廠的水循環(huán)系統(tǒng)通常分為兩種運(yùn)行模式：?jiǎn)闻_(tái)泵運(yùn)行和多臺(tái)泵運(yùn)行。想要實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化需要對(duì)揚(yáng)程和流量、電功率和流量以及效率和流量之間的關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得最優(yōu)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而找到最優(yōu)運(yùn)行方法。還可以建立科學(xué)的“運(yùn)行指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫(kù)”，為給水系統(tǒng)中流量的控制和給水泵功率的控制提供技術(shù)信息。

4.3 汽輪機(jī)研究

當(dāng)汽輪機(jī)是整個(gè)機(jī)組中的重要設(shè)備之一，當(dāng)汽輪機(jī)的被壓發(fā)生變化，其功率也會(huì)出現(xiàn)變化，在優(yōu)化水量和經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算式都要利用這種變化關(guān)系進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)亞臨界條件出現(xiàn)時(shí)，汽輪機(jī)末級(jí)的蒸汽焓降，其中氣流過(guò)度膨脹，還會(huì)造成渦旋等情況發(fā)生，一旦動(dòng)葉出現(xiàn)了超臨界情況，會(huì)引起汽輪機(jī)內(nèi)效率發(fā)生改變。因此在進(jìn)行汽輪機(jī)優(yōu)化時(shí)可以采用“真空變化通用曲線”，按照比例得到功率變化，從而取得最佳運(yùn)行數(shù)據(jù)。

5、結(jié)論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和節(jié)能減排工作的推進(jìn)，我國(guó)的用水價(jià)格不斷升高，火力發(fā)電廠作為我國(guó)工業(yè)用水的大戶(hù)，其用水投入不斷增加，導(dǎo)致企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受到影響。因此進(jìn)行火電廠全程給水控制優(yōu)化研究是非常有現(xiàn)實(shí)意義的，不僅僅能夠降低企業(yè)的用水成本，還能夠積極響應(yīng)我國(guó)對(duì)資源節(jié)約的號(hào)召?；鹆Πl(fā)電廠將循環(huán)水和排污水進(jìn)行深度處理后作為水源和將脫硫系統(tǒng)工藝用水作為水源是解決水資源緊缺問(wèn)題的有效方法，不僅能夠保證用水量，還能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的再次利用，提高資源利用率。在整個(gè)給水系統(tǒng)中，想要優(yōu)化運(yùn)行還需要對(duì)各個(gè)機(jī)組設(shè)備進(jìn)行特點(diǎn)分析，根據(jù)其運(yùn)行特點(diǎn)建立科學(xué)合理的數(shù)據(jù)庫(kù)模型和數(shù)學(xué)方程模型，實(shí)現(xiàn)各機(jī)組運(yùn)行的最優(yōu)化，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)組設(shè)備之間的最優(yōu)組合，提高對(duì)給水系統(tǒng)的控制力，保證火力發(fā)電過(guò)程中的安全穩(wěn)定性，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。在我國(guó)企業(yè)發(fā)展過(guò)程中要保持社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙向并重，只有這樣才能夠建立資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展。因此火力發(fā)電廠作為基礎(chǔ)企業(yè)需要以身作則，尋找最優(yōu)發(fā)展方向，為我國(guó)的未來(lái)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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