一種優(yōu)化變速泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的技術(shù)

邢莉華

【摘 要】多臺鍋爐給水泵并列給水運(yùn)行方式，對汽包水位的穩(wěn)定帶來了挑戰(zhàn)，也使給水系統(tǒng)節(jié)流損失較大，給泵耗電量增加。文章介紹一種優(yōu)化變速泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)給泵的最優(yōu)組合分配，消除了給泵切換對鍋爐汽包壓力造成的波動，并通過降低給水母管壓力設(shè)定值，將壓力控制在安全且經(jīng)濟(jì)的范圍內(nèi)，有效減少給水調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，降低給泵耗電量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】變速泵;給水壓力;最優(yōu)組合;給泵耗電量

【中圖分類號】TK223.75 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）01-0029-03

0 前言

梅山鋼鐵公司熱電廠現(xiàn)配備6臺220 t/h額定負(fù)荷全燒煤氣鍋爐，燃料包括高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣，采用母管制方式運(yùn)行。給水系統(tǒng)共配備有6臺給水泵，1號給水泵是小泵，流量為264 t/h，2號、3號、4號、5號、6號給水泵流量為440 t/h，其中2號和5號給水泵是調(diào)速泵，1號、3號、4號、6號給水泵是定速泵，所有給水泵額定出口壓力均為16 MPa。2號和5號給水泵原來由運(yùn)行人員手動操作控制給水轉(zhuǎn)速。在原有控制策略下，給水泵根據(jù)鍋爐負(fù)荷對應(yīng)的給水需求進(jìn)行泵組運(yùn)行方式切換和給水泵出力調(diào)整[1]，各給水調(diào)節(jié)閥自動控制相應(yīng)的鍋爐汽包水位[2]。由于給水調(diào)節(jié)閥節(jié)流調(diào)節(jié)鍋爐汽包水位，且給水泵出力調(diào)節(jié)存在滯后，因此給水系統(tǒng)節(jié)流損失較大。給泵切換時，也會對汽包水位產(chǎn)生較大影響。本文介紹一種優(yōu)化變速泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，整合控制參數(shù)，改變給水調(diào)節(jié)閥的開度，穩(wěn)定給水泵的出口壓力，與汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)共同作用，維持汽包水位的穩(wěn)定。同時，探索給泵母管運(yùn)行方式下調(diào)速泵與定速泵的最佳組合方式，充分運(yùn)用邏輯控制技術(shù)與相關(guān)性分析，實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 優(yōu)化變速泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)施內(nèi)容

1.1 機(jī)組停運(yùn)時控制策略編寫

（1）完成上位機(jī)畫面修改：機(jī)組上位機(jī)畫面上增加給水泵液力耦合器（變頻器）手/自動切換按鈕及給水母管壓力設(shè)定值修正接口。

（2）完成被控參數(shù)預(yù)處理：給水母管壓力信號進(jìn)行優(yōu)選，正常情況下，3個數(shù)值中優(yōu)選中間數(shù)值（如果有3個），其中3個數(shù)值中任何1個數(shù)值與其他2個數(shù)值超過門檻值（0.4）時，自動剔除該數(shù)值，剩下2個給水母管壓力取平均值。

（3）在下位機(jī)組態(tài)環(huán)境中對給水母管壓力控制策略進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)控制模式在手動控制和自動控制方式下的無擾切換。

（4）綜合不同給水調(diào)節(jié)閥的切換、給水泵組的切換和煤氣壓力的變化對鍋爐給水和汽包水位控制的影響，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的鍋爐給水和汽包水位控制。

（5）完成異常情況下邏輯保護(hù)功能：當(dāng)給水母管壓力優(yōu)選值與設(shè)定值偏差過大、給水泵液力耦合器（變頻器）開度指令與反饋偏差過大或者參與調(diào)節(jié)的模擬量出現(xiàn)品質(zhì)壞點(diǎn)時，給水母管壓力控制自動切換到手動模式。

1.2 給水母管壓力最優(yōu)設(shè)定值確定

多臺鍋爐給水泵并列給水運(yùn)行且給水總流量和給水母管壓力有余量時，投入給水泵液耦或者變頻自動運(yùn)行，給水泵自動控制給水母管壓力。給水壓力調(diào)節(jié)器接收給水母管壓力測量值Ppv和給水母管壓力設(shè)定值Psp。

給水母管壓力設(shè)定值Psp生成原理圖如圖1所示，使用該設(shè)定方法可以在鍋爐確保正常給水的條件下，適當(dāng)降低給水母管壓力設(shè)定值，將壓力控制在安全且經(jīng)濟(jì)的范圍，有效減少給水調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。

1.3 給泵最優(yōu)組合控制策略確定

（1）進(jìn)行不同泵組組合運(yùn)行試驗(yàn)，得出不同泵組運(yùn)行方式下的給水母管壓力、總給水流量;并進(jìn)行統(tǒng)計分析，比較不同泵組運(yùn)行方式下的給水總流量余量和給水壓力余量對應(yīng)能夠滿足鍋爐運(yùn)行的工況范圍。當(dāng)鍋爐負(fù)荷發(fā)生變化時，根據(jù)目標(biāo)鍋爐負(fù)荷、主蒸汽壓力、給水調(diào)節(jié)余量、給水流量總需求確定是否進(jìn)行泵組運(yùn)行方式的切換。當(dāng)滿足泵組運(yùn)行方式切換時，實(shí)現(xiàn)不同泵組運(yùn)行方式的切換。給水調(diào)節(jié)閥接收切換信號的切換信號為SWCH1=FWq&&FWp&&FWqy&&FWpy。FWq為給水流量判斷，F(xiàn)Wp為給水壓力判斷，F(xiàn)Wqy為給水流量余量判斷，F(xiàn)Wpy為給水壓力余量判斷。若預(yù)計切換后給水泵組能夠提供的給水流量大于目標(biāo)負(fù)荷下的總給水需求量，則FWq=1，反之FWq=0。若切換后給水泵組能夠提供的給水壓力大于目標(biāo)負(fù)荷下的給水壓力，則FWp=1，反之FWp=0。若切換后給水泵組能夠提供的給水流量大于目標(biāo)負(fù)荷下的總給水需求量的值超過5%，則FWqy=1，反之FWqy=0。若切換后給水泵組能夠提供的給水壓力大于目標(biāo)負(fù)荷下的給水壓力的值超過5%，則FWqy=1，反之FWqy=0。給水泵組運(yùn)行方式切換原理圖如圖2所示。

（2）采用六西格瑪方法在分析階段根據(jù)A階段流程分層，利用樹圖和PFMEA確認(rèn)了影響給水泵汽包水位的多項(xiàng)末端原因。然后針對影響因素進(jìn)行PFMEA識別和評估，確定影響汽包水位的穩(wěn)定控制的關(guān)鍵性因素。通過方差分析，得到兩種模式下的最優(yōu)給水泵組合。

（3）當(dāng)主給水調(diào)節(jié)閥采用雙回路調(diào)節(jié)時，給水系統(tǒng)是否進(jìn)行給水泵組運(yùn)行方式的切換由上述的判斷方法得出。通過比較不同給水泵組運(yùn)行方式切換時汽包水位控制的偏差最大值、最小值和均方差，確定鍋爐不同工況下最優(yōu)的給水泵組運(yùn)行方式，并確定不同給水泵組運(yùn)行時的回路調(diào)節(jié)參數(shù)。當(dāng)給水泵組運(yùn)行方式切換時，實(shí)現(xiàn)汽包壓力和汽包水位的穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）當(dāng)主給水調(diào)節(jié)閥采用單回路調(diào)節(jié)時，通過對系統(tǒng)給水泵的出力（流量）和給水泵出口壓力進(jìn)行分析，并進(jìn)行不同工況下不同給水泵組運(yùn)行試驗(yàn)，比較不同給水泵組運(yùn)行方式切換時給水壓力、給水流量和汽包水位變化情況。使用Minitab軟件中的回歸分析和方差分析方法比較分析不同給水泵組運(yùn)行和切換時汽包水位控制的偏差最大值、最小值和均方差，確定鍋爐不同工況下最優(yōu)的給水泵組運(yùn)行方式，并確定不同給水泵組運(yùn)行時的APC調(diào)節(jié)參數(shù)。

2 優(yōu)化變速泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)施過程

多臺鍋爐給水泵并列給水運(yùn)行且給水總流量和給水母管壓力有余量時，投入給水泵液耦或者變頻自動運(yùn)行，給水泵自動控制給水母管壓力。給水壓力調(diào)節(jié)器接收給水母管壓力測量值Ppv和給水母管壓力設(shè)定值Psp：對于并列給水運(yùn)行的單臺鍋爐，各臺鍋爐均正常運(yùn)行，各臺鍋爐主蒸汽流量均>180 t/h，Ptmin=14.9 MPa，Pfw=15.5 MPa，從而得出Psp1=15.5 MPa。舉例說明，此時若并列給水運(yùn)行鍋爐主給水調(diào)節(jié)閥的平均開度OPavg大于60%且小于80%，經(jīng)過判斷后得出，Psp=15.3 MPa;當(dāng)Psp=15.3 MPa 運(yùn)行一段時間后，平均開度OPavg仍然大于60%且小于80%，操作員設(shè)置x=-0.4，進(jìn)而Psp=14.9 MPa;Psp=14.9 MPa運(yùn)行穩(wěn)定后，OPavg>80%，給水泵自動控制給水母管壓力在Psp=14.9 MPa運(yùn)行，從而達(dá)到適當(dāng)降低給水母管壓力設(shè)定值和減少給泵節(jié)流損失的改進(jìn)效果。

采用六西格瑪方法，確定給水泵的組合方式會影響汽包水位的穩(wěn)定控制。最后通過方差分析得到兩種模式下的最優(yōu)給水泵組合。在900 t運(yùn)行模式下，最優(yōu)給水泵組合為2#給水泵與5#給水泵;在1 100 t運(yùn)行模式下，最優(yōu)給水泵組合為1#給水泵、2#給水泵與5#給水泵。

3 優(yōu)化變速泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)施效果

通過六西格瑪分析方法，實(shí)現(xiàn)給水泵的最佳組合分配，消除給水泵切換對鍋爐汽包壓力造成的波動。通過一種母管制給水系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行控制方法，自動生成給水母管壓力設(shè)定值，使用該設(shè)定方法可以在鍋爐確保正常給水的條件下，降低給水母管壓力設(shè)定值，將壓力控制在安全且經(jīng)濟(jì)的范圍，有效減少給水調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。全廠給水泵耗電量平均值從5 798 kW·h降到5 276 kW·h。改進(jìn)前后熱電廠全廠給水泵耗電量見表1、表2。

4 結(jié)語

多臺鍋爐給水泵并列給水運(yùn)行方式，對生產(chǎn)的穩(wěn)定性和效益的提升都是一種挑戰(zhàn)。優(yōu)化變速泵給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一方面可以降低給水母管壓力設(shè)定值，將壓力控制在安全且經(jīng)濟(jì)的范圍內(nèi)，減少給水調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失;另一方面實(shí)現(xiàn)了給水泵的最優(yōu)組合分配，消除了給水泵切換對鍋爐汽包壓力造成的波動，大大降低了給泵耗電量，實(shí)現(xiàn)了給水泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]楊其恒，黃思銀，瞿利.給水泵性能調(diào)整試驗(yàn)和運(yùn)行方式的優(yōu)化[J].新疆電力，2004（4）：15.

[2]王宇翔，麻榮福，王磊，等.鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)與連鎖保護(hù)設(shè)計[J].潔凈煤技術(shù)，2018（8）：98-101.