文档介绍：十里泉电厂300MW机组
汽包锅炉给水控制系统的应用
摘要:给水全程控制系统是火力发电厂单元机组协调控制中的主要子系统之一,针对其可靠运行直接关系到整个机组的安全问题,采用单冲量和三冲量控制系统有机结合的控制策略。本文应用自动控制理论对单元机组给水的要求和特点进行了全面的分析,使单元机组给水全程控制从锅炉点火到机组满负荷运行,始终保持汽包水位在允许的范围内,而且系统稳态误差小,控制精度高,超调量小。此外还提出了在系统设计时应注意的几个关键问题,这对单元机组给水全程控制系统的设计和调试均具有一定的参考价值。
关键词:单冲量;三冲量;串级;切换;跟踪

1绪论

随着电力需求的增长,以及能源和环保的要求,我国的火电建设开始向大容量、高参数的大型机组靠拢。但是,火电机组越大,其设备结构就越复杂,自动化程度要求也越高。。
汽包水位是汽包锅炉非常重要的运行参数,同时它还是衡量锅炉汽水系统是否平衡的标志。维持汽包水位在一定允许范围内,是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。水位过高会影响汽水分离器的正常运行,蒸汽品质变坏,使过热器管壁和气轮机叶片结垢。严重时,会导致蒸汽带水,造成汽轮机水冲击而损坏设备。水位过低则会破坏水循环,严重时将引起水冷壁管道破裂。因此,汽包水位控制一直受到很高的重视。
另一方面,随着锅炉参数的提高和容量的增大,汽包的相对容积减少,负荷变化和其他扰动对水位的影响将相对增大。这必将加大水位控制的难度,从而对水位控制系统提出了更高的要求。但是,由于给水系统的复杂性,真正能实现全程给水控制火电机组还很少。因此,对全程给水控制进行优化,增强给水系统的控制效果和适应能力成为迫切需要的问题。

目前,我国将火电建设的重点放在大容量、高参数、高自动化、高效益的机组上来,因而对电厂控制设备可靠性的要求越来越高,控制策略也向高精度、高效率、高稳定性的方向发展。同时,随着电力行业体制改革及电网商业化运营、竞价上网的需要,以及火电机组要适应电网自动发电控制(AGC)的需求,这必然要求机组各控制系统实现自动调节,因而对火电厂热工自动化系统进行技术改造已成为必然。汽包水位控制系统在国内新建机组中基本都实现了水位全程调节,但在老机组的控制系统中由于存在各种客观和主观因素,真正实现锅炉给水全程控制的机组还为数不多,大多数只实现了高负荷时水位自动调节系统的投入。这主要是因为老机组的控制仪表较落后,而当时技术条件又不够成熟,用于实现水位调节的控制设备多为一些组件组装仪表,如西安仪表厂的 MZ-Ⅲ系列组装仪表、上海 FOXBORO 公司的 SPEC-200 微机组件组装式仪表等。因而在实现控制策略及控制逻辑等方面受到了限制。同时,因为就地控制设备的可靠性不高,使得当时整体较落后。
在最近几年,通过对老机组的技术改造,特别是分散控制系统(DCS)的改造成功,已经使机组的自动化水平上了一个台阶。一些在常规仪表中无法实现的功能,由于 DCS 系统的灵活组态及计算机控制技术的优越性已完全可以实现,因而实现对机组各控制系统的全程调节已完全成为可能。锅炉给水全程控制,是指机组在启、停过程中,正常运行和负荷变化时均能实现锅炉给水的自动控制。在大型火力发电机组锅炉给水全程控制中,由于机组在高、低负荷下运行时具有不同的对象特性,一般控制系统采用单冲量、三冲量控制等变结构控制方案。给水系统一般采用经济性极佳的变速给水泵,除采用液力偶合器的电动给水泵、汽动给水泵外,还需要采用一套调节系统,保证给水泵工作在安全区域内。
国内机组实现全程给水控制考虑的方案一般是在低负荷时,用启动调节阀控制汽包水位,调速给水泵维持给水母管压力,采用单冲量的控制方式;高负荷时,使用调速给水泵控制汽包水位,大旁路调节阀维持给水压力,采用三冲量的控制方式。它由单冲量和三冲量两个调节回路组成全程给水控制, 当负荷大于30%时为三冲量,当负荷小于 30%或三冲量变送器故障时为单冲量。

本文围绕给水控制优化这一主题,立足于低负荷给水控制优化设计,同时对高负荷阶段给水泵协调控制方法进行了研究,从真正意义上实现从机组的启动到正常运行,又到停炉冷却全部过程均能自动控制。
本论文主要作了以下几方面的研究工作:
(I )深入分析给水对象的动态特性,阐述了现今给水全程控制中存在的缺陷和不足。并根据给水分段式控制的原则,分别从低负荷和高负荷两个方面入手研究其改进方法;
(2 ) 针对低负荷阶段给水对象复杂、难控的现状,分析了问题的形成机理。在充分利用PID调节器进行控制的条件下,提出了以多变量解耦控制理论为基础的低负荷给水控制方案,并且对单冲量给水控制提出了改进建议和方法;
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