600MW超臨界直流鍋爐給水自動控制系統(tǒng)特點

鍋爐給水在給水泵壓頭作用下，依次流過省煤器、下輻射區(qū)即蒸發(fā)受熱面、過渡區(qū)1和過渡區(qū)2、上輻射區(qū)、對流過熱區(qū)，給水流量完全轉換為過熱蒸汽流量，進入汽輪機做功，因此，直流鍋爐的水汽流程具有連續(xù)性，循環(huán)倍率等于1。

鍋爐給水系統(tǒng)設計有3臺35%容量的電動調速給水泵，電動給水泵組規(guī)格型號如表1。

機組汽水系統(tǒng)LCD畫面如圖1。

圖1 機組汽水系統(tǒng)

1 鍋爐給水調整

在爐水循環(huán)泵溢流閥參與調整貯水箱水位時，正常方式為自動方式，分離器壓力大于17MPa，閉鎖小溢流閥開啟，汽機投旁路、沖轉、并網，為了防止貯水箱壓力波動大，造成貯水箱水位、爐水泵出口流量及省煤器入口流量波動大，將該閥切至手動控制，并且使給水量略超，小溢流閥自動狀態(tài)有一定開度，待機組工況穩(wěn)定后，恢復自動方式。

在鍋爐非直流狀態(tài)，正常投爐水循環(huán)泵控制自動方式，投入自動時，控制省煤器入口流量，流量設定值550t/h。

給水主路與旁路切換方式如下，機組升降負荷過程中，至（160～200）MW即非直流狀態(tài)時，保持燃燒、汽水系統(tǒng)穩(wěn)定，旁路閥開度75％以上，控制閥前后差壓近似為0，全開鍋爐給水主閥后，逐漸關閉鍋爐給水旁路閥，確認鍋爐給水、省煤器入口流量不變；注意給水流量穩(wěn)定，省煤器入口流量不小于550t/h，爐水循環(huán)泵出口閥和小溢流閥投入自動。

直流狀態(tài)給水調整方式如下，給水流量調整主要依據水煤比和分離器出口溫度，同時參考機組負荷、主蒸汽流量，保證水冷壁不超溫，屏過、末過受熱面不超溫，過熱蒸汽不超溫、不低溫，分離器出口有10℃以上的蒸汽過熱度。

爐水循環(huán)泵流量和貯水箱水位控制方式如下，35%BMCR負荷之前，爐水循環(huán)流量由爐水循環(huán)泵通過出口門自動控制，貯水箱水位在規(guī)定范圍，爐水循環(huán)泵投入運行以后，出口門逐漸開大，建立并維持爐水循環(huán)流量。貯水箱水位逐漸下降時，爐水循環(huán)流量逐漸減少，爐水循環(huán)泵出口門逐漸關閉，爐水循環(huán)泵最小流量閥逐漸開啟。35%BMCR負荷之前，貯水箱水位升高至9050mm時，貯水箱溢流閥逐漸開啟，控制貯水箱水位在規(guī)定范圍。

2 分離器出口溫度設定

如圖2。

圖2分離器出口溫度設定

分離器出口溫度分別作為PID優(yōu)化算法塊3917、2368的過程變量PV，分離器出口壓力經過一階慣性運算后，再經過分段線性算法塊1218、1219并聯(lián)，由加法算法塊3896的輸出與分離器出口溫度的差值，作為模擬手動站優(yōu)化功能算法塊1221的跟蹤輸入TR，利用2個分段線性算法塊并聯(lián)的目的是將10折點輸入輸出提高1倍，即20折點輸入輸出，提高分離器出口壓力對應飽和溫度輸出信號的精度，當給水主控手動時，跟蹤方式TS=1，輸出Y=TR=分離器出口溫度-加法算法塊3896輸出，3917的設定值SP=加法算法塊3896輸出+分離器出口溫度偏置，如果給水主控手動，3917的設定值SP=加法算法塊3896輸出+分離器出口溫度-加法算法塊3896輸出=分離器出口溫度，即設定值SP跟蹤分離器出口溫度，以便于投入自動方式時，實現(xiàn)無擾動切換。

當給水主控自動時，偏置由運行人員給定，輸出Y即為分離器出口溫度偏置。

設定值SP與分離器出口溫度PV之差經過分段線性算法塊3832，輸出分離器出口溫度修正前饋信號。

設定值SP與分離器出口溫度PV之差經過一階慣性運算、微分運算，再經過分段線性算法塊3904、限幅算法塊3703，輸出PID優(yōu)化算法塊3917、2368的前饋值FF，PV與SP之差經過3917塊的PID運算結果+前饋值FF，輸出分離器出口溫度設定值，2368塊的PID運算結果+前饋值FF之和經過分段線性算法塊2372，輸出給水流量設定修正值，如果給水主控手動，或者機組給定負荷一階慣性運算后的微分信號再經過一階慣性運算的結果存在幅值報警信號，則3917塊的輸出AO=跟蹤值TR，即主給水流量與鍋爐主控指令轉換來的煤量信號之比，即水煤比信號；如果存在幅值報警信號，或者給水主控手動時，2368塊的輸出AO=跟蹤值TR=水煤比信號。

圖2分離器出口溫度設定

3 主給水流量設定值

如圖3。

圖3主給水流量設定值

鍋爐主控指令經過乘法算法塊3687，進行系數4.80修正以后，再經過分段線性算法塊1180，進行對應煤量的轉換，如果RB發(fā)生，水煤比信號為主給水流量與經過一階慣性運算后的轉換煤量值相比較，否則，水煤比信號為主給水流量與經過二階慣性運算后的轉換煤量值相比較；轉換煤量值乘以給水流量設定修正值，再加上分離器出口溫度設定與其測量值之差的微分信號、主給水流量偏置，即為主給水流量設定。

如果給水主控手動時，則主給水流量偏置為主給水流量與轉換值乘以給水流量設定修正值的積之差，即減法算法塊3713的輸出，否則，主給水流量偏置由運行人員給定。

當分離器出口壓力小于15MPa，或者其出口溫度小于320℃時，分離器出口溫度設定與其測量值之差的微分信號置為0。

機組在干態(tài)工況下運行時，如果減法算法塊3713的輸出超過幅值報警算法塊3912的規(guī)定值，則發(fā)出水煤比失衡信號，作為給水主控切手動條件之一。

主給水流量與轉換煤量值之比利用乘法算法塊3951進行參數修正，即乘以系數AI2后，輸出水煤比參考放大信號。

4給水主控

如圖4。

模擬手動站優(yōu)化功能算法塊1192模擬量輸出Y為鍋爐給水主控指令，分別至A、B、C給水泵指令，當給水主控切手動時，MRE=1，輸出Y由運行人員給定，當給水泵均處于手動方式時，跟蹤切換TS=1，輸出Y=跟蹤值TR=給水泵平均指令，以便于手動方式和自動方式切換時，實現(xiàn)無擾動切換，當給水主控自動方式時，輸出Y=輸入x=PID優(yōu)化算法塊1145的輸出AO=過程變量PV-設定值SP之差進行PID運算值+前饋值FF，前饋值FF為分離器出口溫度修正前饋，當給水主控手動方式時，即模擬手動站優(yōu)化功能算法塊1192狀態(tài)輸出S=1，或者3臺電泵不在自動位，跟蹤方式STR=1，模擬量輸出AO=跟蹤值TR=PID優(yōu)化算法塊3821的模擬量輸出AO，3821塊的模擬量輸出AO和控制方式分析同1145塊，只是跟蹤方式STR及其跟蹤值TR略有不同，即當給水主控手動時，或者3臺電泵在自動位時，跟蹤方式STR=1，模擬量輸出AO=跟蹤值TR=給水主控指令。

當主給水流量與其設定值偏差超過偏差報警算法塊2710的規(guī)定值時，發(fā)出給水流量偏差大信號，作為給水主控切手動條件之一。

圖4給水主控

5給水主控切手動

如圖5。

當下列條件之一發(fā)生時，給水主控切手動，包括啟動給水控制閥不在手動方式，給水泵全手動，2臺電泵運行跳閘后5s，只有1臺電泵運行，水煤比失衡，主給水流量故障，分離器出口壓力故障，分離器出口溫度故障，給水流量偏差大。

給水泵全手動發(fā)出的條件為A、B、C給水泵處于手動控制方式，電泵勺管切手動發(fā)出的條件包括主給水流量故障，分離器出口壓力故障，分離器出口溫度故障，給水流量偏差大。

復位給水主控切手動首出的條件為給水主控不在手動方式。

6干態(tài)/濕態(tài)

如圖6。

在鍋爐有火記憶正常，主蒸汽流量大于720.00t/h時，如果分離器出口溫度大于其出口壓力對應的飽和蒸汽溫度4.00℃，即分離器出口蒸汽過熱度大于4.00℃，則機組處于干態(tài)運行方式，否則，蒸汽過熱度小于1.00℃，同時，主蒸汽流量小于600.00t/h時，則復位機組干態(tài)運行方式，即處于濕態(tài)運行方式。

圖5給水主控手切動

圖6 干態(tài)/濕態(tài)

7總給水流量計算

7.1 給水溫度

給水溫度1、2經過幅值報警算法塊邏輯，取其正常信號作為給水溫度信號，即給水溫度1、2信號均正常時，通過加法算法塊3452（k1=k4=0.5）的輸出AO取其平均值，AO=k1×AI1＋k4×AI4=0.5×給水溫度1＋0.5×給水溫度2，如果給水溫度1故障，模擬量輸入選擇算法塊3436的AO=AI1，加法算法塊3452的AI1=AI4=給水溫度2，輸出AO=0.5×給水溫度2＋0.5×給水溫度2=給水溫度2，同理，如果給水溫度2故障，模擬信號輸入選擇算法塊3448的AO=AI1，加法算法塊3452的AI1=AI4=給水溫度1，輸出AO=0.5×給水溫度1＋0.5×給水溫度1=給水溫度1，如圖7。

圖7 給水溫度

7.2 流量補償計算

如圖8。

給水調節(jié)門后壓力1、2經過相應點質量檢測功能算法塊邏輯處理，得出給水調節(jié)門后壓力信號，再結合給水溫度信號，利用水和水蒸氣參數算法塊Ⅱ 2788，選擇MODE 1：PT2ρW，未飽和水壓力p、溫度t，計算出相應蒸汽溫度密度ρ，與常系數算法塊2416的780.66相比，比值進行開方計算，純遲延環(huán)節(jié)（純遲延時間τ=1s），限幅算法塊3543進行限幅以后，輸出流量補償系數，再熱器流量補償計算同理，其區(qū)別在于密度求解過程中用到的壓力信號為給水調節(jié)門前壓力1、2，經過相應點質量檢測功能算法塊邏輯處理，得出給水調節(jié)門前壓力信號。

7.3 主給水流量

省煤器入口主給水流量1差壓經過一階慣性運算后，進行開方運算，根據主給水流量差壓測量元件特性，乘以修正系數271.11，進行流量補償后的計算值為主給水流量1，省煤器入口主給水流量2、3計算同理。

主給水流量1、2、3經過中值選擇算法塊2427，輸出主給水流量信號，經過各自的點質量檢測功能算法塊1520、1521、1522，再經過數字信號三選二算法塊2431，輸出主給水流量故障信號。

在省煤器入口主給水流量1信號正常的情況下，如果小于490.00t/h，則發(fā)出給水流量1低低MFT（DO）信號，給水流量2低低MFT（DO）和給水流量3低低MFT（DO）分析同理。

8給水泵平均指令/總流量

如圖10。給水泵平均指令為A、B、C給水泵正常運行時的指令之和與正常運行臺數相比值，如果給水泵停止運行，則相應給水泵至加法算法塊1806的指令至0。

總給水流量為主給水流量與過熱器一、二級減溫水流量之和，過熱器一級減溫水流量包括A側流量和B側流量，同理，過熱器二級減溫水流量包括A側流量和B側流量，減溫水流量計算如圖7。過熱器減溫水流量差壓經過一階慣性運算后，進行開方計算，根據測量元件性質，乘以修正系數6.32，進行流量補償后的值為過熱器減溫水流量。水煤比為總給水流量與總燃料量之比。

圖8流量補償

圖9主給水流量
(a)主給水流量；(b)給水流量低低MFT

給水泵平均指令/總流量
圖10給水泵平均指令/總流量

9分離器出口壓力

如圖11。

分離器出口壓力A、B、C、D經過模擬信號四選一邏輯，輸出分離器出口壓力信號，用于求出對應壓力下的飽和蒸汽溫度，以便于判斷機組運行于干態(tài)/濕態(tài)工況，及其分離器出口溫度設定值計算。

模擬信號四選一算法邏輯如下，如果4個模擬信號均正常，分離器出口壓力為4個模擬信號A、B、C、D的平均值，如果其中1個信號故障，則剔除該信號，分離器出口壓力為其余3個正常模擬信號的平均值，以此類推，2個信號故障，則剔除2個故障信號，分離器出口壓力為其余2個正常模擬信號的平均值，3個信號故障，則分離器出口壓力為正常的那個模擬信號的值。

上述邏輯通過4個點質量檢測功能算法塊3637、3640、3641、3644判斷信號正常與否，通過模擬量輸入選擇算法塊3638、3639、3642、3643剔除故障信號，選擇正常信號，通過加法算法塊的系數設置3645（k1=k4=0.5）、3646（k1=k4=0.5）、2510（k1=k3=0.5），實現(xiàn)平均值計算。

利用水和水蒸氣參數算法塊Ⅰ 2850，選擇MODE 0：P2T，飽和水或蒸汽，輸入壓力p，計算出相應飽和蒸汽溫度t，與分離器出口溫度相比較，計算出分離器出口蒸汽過熱度，通過小值比較器算法塊2751（AI2=3℃），輸出分離器出口蒸汽過熱度小于3℃信號。分離器出口壓力通過小值比較器算法塊2746（AI2=21MPa），輸出壓力小于21MPa信號，通過小于或者等于比較器算法塊2513（AI2=15MPa），輸出壓力小于或者等于15MPa信號。通過數字信號加法器算法塊3649以及比較器算法塊3650，輸出分離器出口壓力故障信號。

圖11分離器出口壓力

10分離器出口溫度

以汽水分離器A出口蒸汽溫度為例，出口溫度1、2經過模擬信號二選一邏輯，輸出分離器A出口溫度，如圖12。利用幅值報警算法塊3458、3460判斷出口溫度1、2信號是否正常，通過模擬量輸入選擇算法塊3455、3461選擇正常信號，剔除故障信號，當出口溫度1、2均故障的情況下，輸出分離器A出口溫度故障信號。

圖12分離器出口溫度
(a) A分離器出口溫度；(b) 分離器出口溫度

汽水分離器A出口蒸汽溫度1溫變率為出口溫度1當前值與1min（60s）前的值之差，即經過1min的時間，分離器出口溫度變化的絕對值。

當出口溫度1大于或者等于100.00℃時，數字量輸入選擇算法塊3871的DC=1，DO=DI1，即溫變率大于或者等于1.50℃時，邏輯量功能塊Dm=DO=DI1=1，否則，當出口溫度1小于100.00℃時，數字量輸入選擇算法塊3871的DC=0，DO=DI2，即溫變率大于或者等于1.10℃時，邏輯量功能塊Dm=DO=DI2=1。

汽水分離器B、C、D出口蒸汽溫度信號分析同理。

汽水分離器A、B出口溫度和C、D出口溫度各自經過模擬信號二選一邏輯，再利用加法算法塊3527的系數設置k1=k2=k3=k4=0.25，取其平均值，經過1s的純遲延時間、限幅算法塊后，輸出分離器出口溫度信號。

分離器A、B、C、D出口溫度1和2故障信號通過數字信號加法器算法塊、大值比較器算法塊、或邏輯算法塊，輸出分離器出口溫度故障信號。

11 給水控制異常及其預控

11.1鍋爐汽水分離器溫度高

鍋爐汽水分離器溫度高現(xiàn)象如下，鍋爐汽水分離器溫度高430℃，汽水分離器溫度高于報警值發(fā)報警信號，汽水分離器溫度高于保護動作值MFT保護動作。鍋爐汽水分離器溫度原因分析如下。

機組協(xié)調運行不正常，值班員手動調整不及時，造成水煤比嚴重失調，給水泵跳閘或其他原因造成RB，控制系統(tǒng)自動跟蹤不好，或者手動調整不及時，機組升、降負荷速度過快，協(xié)調跟蹤不良或手動調整不好，投入燃料量過多、過快，爐膛嚴重結焦、積灰，煤質嚴重偏離設計值，燃燒系統(tǒng)非正常工況運行，鍋爐汽水分離器溫度高處理措施如下。

1）機組協(xié)調故障，造成水煤比失調，應該立即解除協(xié)調，根據汽水分離器溫度上升速度和當前需求負荷，迅速降低燃料量或者增加給水量，為了防止加劇系統(tǒng)擾動，當水煤比失調以后，應該盡量避免煤和水同時調整，當水煤比調整相對穩(wěn)定以后，再進一步調整負荷。

2）給水泵跳閘或其他原因造成RUN BACK，控制系統(tǒng)工作在協(xié)調狀態(tài)工作不正常，造成分離器溫度高，應該立即解除協(xié)調，迅速將燃料量降低至RUN BACK要求值，等待分離器溫度開始降低時，再逐漸減少給水流量至燃料對應值。

3）機組升、降負荷速度過快，應該適當將升、降負荷速度降低，在手動情況下升、降負荷，為了防止分離器溫度高，應該注意監(jiān)視分離器溫度變化，并且控制燃料投入和降低的速度，大范圍升、降應該分階段進行調整，當一階段調整結束，受熱面和分離器溫度相對穩(wěn)定以后，再進行下一步的調整。

4）當鍋爐啟動過程中，應該注意鍋爐的升壓力速度不能過快，控制燃料的投入量，防止分離器溫度高。

5）當爐膛嚴重結焦、積灰，煤質嚴重偏離設計值、燃燒系統(tǒng)非正常工況運行等原因，造成爐膛輻射傳熱和對流傳熱比例發(fā)生變化，超出協(xié)調系統(tǒng)設計適應范圍，可以對給水控制系統(tǒng)的中間點溫度進行修正或將給水控制切為手動控制，及早清理爐膛和受熱面的結焦和積灰，當燃煤發(fā)生變化時，需要提前制定相應的措施調整燃燒，及早恢復制粉系統(tǒng)正常工況運行。

11.2 鍋爐給水流量低

鍋爐給水流量低現(xiàn)象如下，DCS顯示給水流量降低，給水壓力降低，鍋爐汽水分離器出口溫度大于430℃高報警，主蒸汽流量及機組負荷下降，鍋爐受熱面工質溫度上升，給水流量、主汽溫度超限報警，給水泵跳閘或者控制系統(tǒng)故障等報警，鍋爐給水流量低原因分析如下。

給水泵跳閘，控制系統(tǒng)跟蹤不良或運行給水泵出力不滿足當前給水流量需要，給水管道、高加嚴重泄漏，高加、給水閥門故障，給水自動控制失靈，機組負荷驟減，或者其它原因造成電動給水泵出力下降或中斷，鍋爐給水流量低處理措施如下。

1）給水泵跳閘時，RUN BACK發(fā)生，應該密切監(jiān)視自動控制系統(tǒng)的工作情況，盡量不要手動干預。控制系統(tǒng)工作不正常，應該果斷將自動控制切換為手動，將運行給水泵出力加至最大，同時降低制粉系統(tǒng)出力或停止部分制粉系統(tǒng)，運行制粉系統(tǒng)多于4臺，應該保持4臺制粉系統(tǒng)運行，檢查跳閘電動給水泵原因，明確無問題以后，快速恢復跳閘電動給水泵運行，盡量滿足電網需求負荷。

2）給水管道泄漏，鍋爐給水能夠維持運行，根據具體情況，適當降低機組負荷，并且調整水煤比正常，同時請示停機處理，高壓加熱器泄漏時，應該立即切除高加運行，根據給水溫度降低情況，逐漸降低給水流量，當給水管道或高加泄漏威脅設備及人身安全，應該立即停止機組運行。

3）高加、給水閥門故障，給水流量高于保護動作值，應該立即將負荷降低至對應給水流量負荷，機組運行穩(wěn)定以后，聯(lián)系檢修進行處理，如果運行中無法對故障閥門進行處理，應該進行停爐處理。

4）給水自動裝置工作不正常，應該立即將自動切至手動，控制給水泵轉速，維持給水流量正常以后，聯(lián)系對自動控制系統(tǒng)進行處理。

5）給水泵出力下降或者中斷，導致給水流量降低，當給水流量未達保護動作值時，應該迅速調整給水流量，或者減少燃料量，維持水煤之比，確保鍋爐沿程溫度正常，當給水流量低于保護動作值，中間點溫度達保護動作值時，保護拒動，或者鍋爐受熱面嚴重超溫，不能夠立即恢復至正常值時，應該立即手動MFT。