給水泵三沖量在汽包液位控制中的應(yīng)用

計(jì)林佑

（中海油珠海天然氣發(fā)電有限公司，廣東珠海519000）

0 引言

汽包水位是發(fā)電廠鍋爐運(yùn)行中一個(gè)非常重要的參數(shù)，維持汽包水位在正常范圍內(nèi)是保證機(jī)組安全運(yùn)行的必要條件。現(xiàn)在的發(fā)電廠基本都參與電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)，負(fù)荷的變化必然導(dǎo)致蒸汽流量的變化，進(jìn)而導(dǎo)致汽包水位的變化。如果汽包水位過高，蒸汽帶水則會(huì)使過熱器結(jié)垢，管壁受熱不均，導(dǎo)致爆管事故；如果水位過低，則會(huì)破壞鍋爐的水循環(huán)，造成“干鍋”的情況。因此，需要對汽包水位進(jìn)行快速穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，以防止發(fā)生意外，這就對給水自動(dòng)調(diào)節(jié)提出了更高的要求。

1 串級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的給水控制方式均為兩臺定速泵一用一備，通過串級三沖量給水邏輯對給水調(diào)門的開度進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)。系統(tǒng)使用了PI1和PI2兩個(gè)調(diào)節(jié)器，我們稱之為主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器。主調(diào)節(jié)器一般采用PI控制規(guī)律，以保證被調(diào)量汽包水位無靜態(tài)偏差；副調(diào)節(jié)器一般采用PI或P控制規(guī)律，接收給水流量、汽包水位及蒸汽流量三個(gè)輸入信號，主要用于快速消除內(nèi)擾。串級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖1及圖2所示。

圖1 串級三沖量給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)由兩個(gè)閉合回路和前饋部分組成：

（1）主回路：由調(diào)節(jié)對象、水位測量變送器、主調(diào)節(jié)器和副回路組成。

（2）副回路：由給水流量、給水流量測量變送器、給水流量信號分流系數(shù)、副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥門組成。

圖2 三沖量給水控制系統(tǒng)原理方框圖

（3）前饋調(diào)節(jié)部分：由蒸汽流量信號、蒸汽流量測量變送器、蒸汽流量信號分流系數(shù)組成。

一般發(fā)電廠均使用定速泵配合串級三沖量邏輯進(jìn)行給水調(diào)節(jié)，具有較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，調(diào)試整定也比較方便。但由于屬于節(jié)流調(diào)節(jié)，存在節(jié)流損失和閥門磨損，而且定速泵采用的節(jié)流方式會(huì)損失較多的廠用電，并不經(jīng)濟(jì)。

2 變速給水泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)

前面講到使用定速泵以改變調(diào)節(jié)閥門開度的方式來調(diào)節(jié)汽包水位會(huì)產(chǎn)生較大的電能損耗，對閥門的磨損也比較大。所以為了節(jié)約廠用電，目前部分大型鍋爐開始廣泛采用變速泵來調(diào)節(jié)汽包水位。現(xiàn)在普遍采用的有電動(dòng)調(diào)速泵和氣動(dòng)調(diào)速泵兩種：

（1）電動(dòng)調(diào)速泵：電動(dòng)機(jī)其實(shí)還是前面講到的定速電動(dòng)機(jī)，但在電動(dòng)機(jī)和給水泵之間采用液力聯(lián)軸器進(jìn)行“軟”連接，通過調(diào)節(jié)液力聯(lián)軸器油位對給水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

（2）汽動(dòng)調(diào)速泵：汽動(dòng)調(diào)速泵其實(shí)是一臺小型汽輪機(jī)，依靠高壓缸的抽汽做功推動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)動(dòng)。汽動(dòng)調(diào)速泵因?yàn)檎{(diào)節(jié)性能好，相比電動(dòng)調(diào)速泵效率更高，因此使用比較廣泛。

但在啟機(jī)前后和低負(fù)荷期間由于高壓缸抽汽壓力太低，無法使用汽動(dòng)調(diào)速泵，所以一般發(fā)電廠會(huì)同時(shí)配備電動(dòng)調(diào)速泵和汽動(dòng)調(diào)速泵。其實(shí)變速泵給水控制的控制原理與普通的給水調(diào)門串級三沖量控制原理是一樣的，只不過一個(gè)是控制變速泵的轉(zhuǎn)速，一個(gè)是控制閥門的開度。兩者都有一定的控制方式投入條件，串級三沖量給水控制需要機(jī)組正常運(yùn)行，達(dá)到一定的流量后方才投入，變速泵控制方式也需要工作在安全經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)。

3 變頻調(diào)節(jié)與串級三沖量給水相結(jié)合

我公司使用的是兩種調(diào)節(jié)方式的結(jié)合，即將前面講到的給水調(diào)門串級三沖量給水控制和變速泵給水控制疊加起來的給水控制方式。

公司采用一臺變頻器以“一拖二”的方式輪流控制兩臺定速泵來實(shí)現(xiàn)泵的變頻即變速控制，在機(jī)組啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)，使用給水泵調(diào)壓模式以保證鍋爐給水的壓力滿足要求，在高負(fù)荷時(shí)使用給水泵變頻調(diào)節(jié)汽包水位的模式。同時(shí)出口調(diào)整門也可使用串級三沖量給水控制邏輯，即兩個(gè)串級三沖量同時(shí)起作用。

（1）給水泵調(diào)壓模式：給水泵出口壓力調(diào)節(jié)方式為普通的PID控制方式，被調(diào)量為高壓給水調(diào)節(jié)閥前壓力，設(shè)定值為通過燃機(jī)功率和高壓汽包壓力進(jìn)行計(jì)算后的值，運(yùn)行人員可通過設(shè)定偏置值改變設(shè)定值，如圖3所示。

圖3 給水泵調(diào)壓模式

（2）給水泵變頻調(diào)節(jié)汽包水位模式：給水泵變頻調(diào)節(jié)汽包水位模式與給水調(diào)門串級三沖量給水調(diào)節(jié)方式基本一致，被調(diào)量均為汽包水位，蒸汽流量信號為前饋控制信號，給水流量為反饋控制信號。采用蒸汽流量信號作為前饋控制信號的好處是當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，首先變化的是蒸汽流量，蒸汽流量的變化可以快速使調(diào)節(jié)器動(dòng)作，抵消“虛假水位”引起的反向動(dòng)作。當(dāng)給水流量信號出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，由于副回路的快速調(diào)節(jié)作用，能夠迅速調(diào)節(jié)給水流量使之與蒸汽流量平衡。邏輯如圖4所示。

圖4 給水泵變頻調(diào)節(jié)汽包水位模式

變頻器串級三沖量水位調(diào)節(jié)輸出信號與給水泵出口壓力調(diào)節(jié)信號需要進(jìn)行切換，當(dāng)“高壓給水變頻高壓汽包水位自動(dòng)”信號為“1”時(shí)，選擇器選擇變頻器串級三沖量水位調(diào)節(jié)信號輸出，當(dāng)為“0”時(shí)選擇給水泵出口壓力調(diào)節(jié)信號輸出。邏輯如圖5所示。

圖5 信號切換邏輯

最終輸出的4～20 mA信號輸入變頻器PLC控制柜，用于變頻器頻率控制，以達(dá)到改變給水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水位或者給水泵出口壓力的目的。

（3）機(jī)組正常運(yùn)行中，在發(fā)電機(jī)功率和給水流量等條件滿足的情況下投入給水調(diào)門的串級三沖量控制邏輯，而給水調(diào)門的串級三沖量給水自動(dòng)投入信號作為變頻器串級三沖量水位調(diào)節(jié)投入的必要條件之一。也就是說，在給水調(diào)門的串級三沖量投入后，可以繼續(xù)投入變頻器串級三沖量水位調(diào)節(jié)，兩個(gè)串級三沖量同時(shí)起作用，同時(shí)對汽包水位進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行試驗(yàn)，兩個(gè)串級三沖量邏輯進(jìn)行水位控制，可使汽包水位更加平穩(wěn)。

4 結(jié)語

單個(gè)的串級三沖量給水控制方式便可維持汽包水位的穩(wěn)定，兩個(gè)串聯(lián)的串級三沖量控制方式更是給汽包水位控制加了雙保險(xiǎn)，此類控制方式具有借鑒作用，值得推廣。

[1]羅萬金.電廠熱工過程自動(dòng)調(diào)節(jié)[M].北京：中國電力出版社，1991.