600MW超臨界直流鍋爐給水自動控制系統仿真優化總結

摘 要：基于火電廠DCS控制系統在實際生產過程中對機組安全、經濟運行的重要性，非常有必要借助DCS仿真的高逼真度來發現和修改電廠DCS控制系統存在的缺陷。文章通過實例來介紹600MW超臨界直流鍋爐給水自動控制系統仿真。

關鍵詞：DCS；仿真優化；控制系統

1 優化前存在的問題

某電廠給水控制方式改造優化前分兩段控制，在實際使用過程中發現存在以下問題：

（1）無給水主路與旁路自動切換邏輯，需要人工完成切換過程；（2）在轉態升負荷過程中給水調節可能造成波動大，影響汽溫；（3）鍋爐干態、濕態轉換需要手動切除給水自動進行轉換操作，操作不慎容易跳機。因此，經過實際運行后需要優化控制方案，修改原設計邏輯中存在的不足，增加、完善鍋爐干態和濕態轉化過程、給水控制的主路和旁路的自動控制邏輯，實現鍋爐在升、降負荷和轉態過程中的給水全程自動控制的目標，正常工況下盡量減少運行人員的手動操作，提高DCS自動控制投入率。

2 給水自動控制的優化方案

2.1 優化控制方案的原則

全過程在給水自動調節的狀態下完成狀態切換邏輯控制，以機組負荷為鍋爐干態和濕態轉換的主要標志，控制邏輯在相關條件達到且在給水自動調節的狀態下時，監控畫面顯示相關的切換條件狀態，允許或者禁止切換，經運行人員確認后進行切換操作。鍋爐干態、濕態轉換和給水旁路、主路的負荷判斷切換點可由現場運行人員在運行規程規定的范圍內進行設定。干濕態轉換前給水自動調節已相應完成切換，且運行穩定，給定值跟蹤正常，沒有大的切換擾動，主要汽溫、汽壓等參數變化平緩，轉換后能按照設定的速率升降到自動方式下計算出的設定值并跟蹤穩定。

2.2 鍋爐干態、濕態切換的負荷點設定為30%至40%設計機組額定負荷，可在邏輯中進行具體設定。

2.3 給水主路、旁路切換的負荷設定點為15%至25%設計機組額定負荷，可在邏輯中進行具體設定。

2.4 在DCS流程畫面中增加鍋爐濕態、干態轉換監控操作畫面和給水主路、旁路切換監控操作畫面。

2.5 鍋爐干態運行時，汽泵供水，采用給水串級自動調節控制方式。內回路調節給水流量在設定值，設定值由鍋爐負荷指令對應曲線得出，控制前饋為蒸汽流量。主回路調節鍋爐的中間點溫度，中間點溫度由鍋爐負荷對應中間點溫度曲線得出，控制前饋為過熱器蒸汽溫度。鍋爐濕態運行時，電泵供水，采用給水旁路串級調節方式。

3 給水主路、旁路切換和鍋爐濕態、干態轉換給水自動控制邏輯功能描述

3.1 給水旁路切換成主路控制

機組在15%設計機組額定負荷以下運行時，鍋爐濕態，電泵供水，省煤器入口給水流量采用給水旁路調節閥串級調節，其中點火前，給水設定值為30%鍋爐額定負荷對應值，點火后設定值按照水煤比計算給出，并且保證鍋爐最小給水流量大于30%鍋爐額定負荷對應的給水流量。對于啟動循環泵的再循環流量由出口調節閥根據再循環流量對應儲水箱水位的比例曲線進行控制。

3.2 給水主路切換成旁路控制

機組在25%負荷下運行，鍋爐濕態，汽泵供水，汽泵轉速控制為給水串級調節控制方式。給水專用控制畫面的操作面板顯示切換條件滿足后，運行人員確定后，控制邏輯自動聯鎖開啟給水旁路調門和前后電動門。給水旁路調節門開至100%，前后電動門全開，主給水電動門自動聯鎖關至0%。為保證切換過程中的給水流量的擾動盡量小，旁路調門及前后電動門均開到位后，主給水電動門才自動聯鎖關。同時汽泵給水流量調節的內回路控制也能一定程度上抑制切換過程中產生的給水流量的擾動。

3.3 鍋爐濕態轉換成干態控制

機組負荷維持在30%～40%左右的設計機組額定負荷，一臺或者兩臺汽泵經給水主路供水，隨著鍋爐蒸發量的逐步增加，汽水分離器內水量慢慢減少，儲水箱水位同時下降，通過爐水循環泵出口調門開度控制循環水流量減小，但是省煤器入口流量增加。當循環水流量小于一定值時，打開循環泵最小流量閥。循環水流量繼續減小到0，出口調門關閉，啟動爐水循環泵在最小流量方式下運行，鍋爐進入給水直流運行狀態，中間點溫度進入飽和狀態。鍋爐干態、濕態轉換操作畫面中顯示轉換條件均滿足，允許轉換，運行人員確認，鍋爐進入干態運行控制。在整個轉化過程中，保持給水流量和機組負荷基本不變，制粉系統容量風中增加鍋爐燃料量，中間點溫度由飽和狀態逐步進入過熱狀態。

3.4 鍋爐干態轉換成濕態控制

機組負荷在35%設計機組額定負荷以下，給水主路供水并處于自動調節方式下運行，鍋爐濕態、干態轉化操作面板上顯示轉換條件滿足，允許進行轉換，經運行人員確認，鍋爐進入濕態運行。轉換過程中保持給水流量、機組負荷基本不變，給水自定調節方式有串級調節切回單回路自動調節，同時切除中間點溫度自動調節控制，減少燃料量，中間點蒸汽溫度由過熱狀態逐漸進入飽和狀態，標志鍋爐已進入濕態運行方式。此時，鍋爐干態、濕態轉換操作面板顯示濕態，轉換控制完成。鍋爐由干態進入濕態運行后，儲水箱水位高于2500mm同時鍋爐有給煤機運行信號，可由運行人員手動或者邏輯自定啟動爐水循環泵并在最小流量方式下運行。雖然轉換過程中給水流量保持不變，但是隨著鍋爐蒸汽流量、燃料量的減少，機組負荷降到30%設計機組額定負荷以下，汽水分離器中的來水越來越大，儲水箱水位逐漸上升，爐水循環泵出口調門自動開啟，循環流量增大，爐水循環泵最小流量閥較小，最后關閉，鍋爐進入給水循環運行狀態。

優化后的給水控制邏輯在仿真機系統上模擬運行后，對比優化前的邏輯，自動控制效果有明顯的提高，主汽溫、主汽壓力、過熱度等主要參數均平穩控制在設計范圍內。在轉換的中間過程中仍需要注意以下參數的變化：

（1）在超臨界范圍內，儲水箱的水位有可能出現虛假水位，并不真實反應儲水箱的實際水位情況，此時可以關閉溢流閥。如果主汽壓力小于20MPa，機組負荷小于30%的設計機組額定負荷，儲水箱水位指示能正確反應箱內的實際水位情況。所以鍋爐在點火前后，儲水箱溢流閥應投入自動控制好水位，防止儲水箱滿水進入過熱器。（2）省煤器入口流量為給水母管流量與循環流量相加，鍋爐點火前后，給水流量調節需要保證省煤器入口流量大于30%的設計機組額定負荷對應的流量，防止省煤器汽化。（3）儲水箱底部過冷水由省煤器入口送出，一句儲水箱水溫及爐水循環泵入口水溫溫差控制，溫差大于30，過冷水閥關閉，小于20，過冷水閥打開。（4）鍋爐點火前，給水流量維持在30%的設計機組額定負荷對應的流量，調節給水流量是儲水箱水位到6500mm左右，直到循環流量大于600T/h。同時投入循環流量自動控制。（5）鍋爐點火后產生蒸汽，儲水箱水位下降，爐水循環泵循環流量減小，給水流量應自動增加，保證省煤器入口流量大于33%的額定負荷對應的給水流量，其中包含過冷水流量。需注意循環流量與儲水箱水位應符合設計函數曲線要求，以防止爐水循環泵吸入蒸汽或汽化。

參考文獻

[1]西安電力高等專科學校，大唐韓城第二發電有限責任公司 600MW火電機組培訓教材·儀控分冊.中國電力出版社，2007-1-1.

作者簡介：鄒少軍，紫光（北京）仿真科技有限公司珠海分公司 自動控制工程師，畢業于華南理工大學，從事火電廠過程自動控制、DCS控制系統全范圍仿真系統研發工作12年，采用虛擬DPU方式1：1模擬實現過目前國內外主流的ABB、Foxboro、Ovation、日立、三菱、上海新華、國電智深等DCS控制系統邏輯。