浅析SCC5 -4000F 燃气轮机余热锅炉汽包水位控制

■杨 毅 ■浙江省电力建设有限公司，浙江 宁波 315012

前言

浙能长兴天然气热电联产工程建设两套390MW 级(SCC5 -4000F)的抽汽供热高效单轴联合循环发电机组。轴系设备为上海电气的SCC5 -4000F 型单轴燃气-蒸汽联合循环机组，其中燃机型号为SGT5-4000F(X)，汽轮机型号为TCF1，发电机型号为THDF108/53;余热锅炉由上海锅炉厂有限公司供货的卧式自然循环炉。

1 给水系统简介

高中压给水泵合泵采用一用一备。高中压给水泵出来的高压给水，先经过高压给水控制阀，进入高压省煤器，再进入高压锅筒，高压蒸汽从高压过热器进入高压缸。高中压给水泵中间抽头的中压给水，先进入中压省煤器，然后经过中压给水控制阀，进入中压锅筒，经中压锅筒分离的饱和蒸汽进入中压过热器过热，过热后的中压蒸汽经过中压蒸汽控制阀后与汽机来的蒸汽混合，经过再热器后进入中压缸。低压给水取自凝结水，汽水混合物从低压蒸发器上集箱通过上升管进入低压锅筒。锅筒中的饱和蒸汽被锅筒分离送入低压过热器过热，过热后的低压蒸汽送入汽机的低压缸。

2 汽包水位控制

由于锅炉汽包水位调节对象没有自平衡能力，而且水位调节对象存在滞后，因此不能采用开环调节方法。常用的汽包水位的控制算法有单冲量控制，双冲量控制以及三冲量控制三种。

单冲量水位调节系统是以汽包水位为唯一调节信号的单参数单回路调节方法，调节器只根据水位变化去改变给水调节阀的开启度。单冲量调节方法不能克服“虚假水位”对水位控制的不良影响。当蒸汽量大幅度增加时，由于假水位上升，调节器输出信号不但不去开大调节阀增大给水量，反而去关小调节阀，减少给水量，等到假水位消失后，水位将更加迅速下降，不能避免水位较大幅度的波动。为了克服虚假水位对控制的不良影响，可以引入蒸汽流量作为前馈信号。以蒸汽流量作为补充信号的双参数调节方法，又称为双冲量水位调节系统。当蒸汽负荷变化引起水位大幅度波动时，蒸汽流量信号起着超前的作用，它可在水位尚未出现变化时，提前使调节阀动作，补偿了“虚假水位”所引起的误动作，减少水位波动，从而改善了控制品质。双冲量控制方法不能迅速克服给水压力变化对水位产生的影响。当给水压力波动时，给水流量将发生变化，此时只有等到水位变化后调节器才能起作用。为此再引入给水流量信号，以蒸汽流量和给水流量作为补充信号的三参数调节方法，组成三冲量水位控制回路。串级三冲量控制系统中，主调节器接受水位信号作为主控信号和蒸汽流量信号去控制副调节器的给水设定值，副调节器除了接受主调节器的设定信号外，还接受给水流量信号。蒸汽流量信号作为前馈信号对给水流量进行前馈控制，当蒸汽负荷突然发生变化时，蒸汽流量信号使给水调节阀立即向正确的方向移动，即当蒸汽流量增加时，给水调节阀开大，从而抵消了“虚假水位”引起的反向作用，减少了水位和给水流量的波动幅度。给水流量信号作为调节阀动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，做出响应的调整。对于水压干扰等给水侧的扰动，给水流量信号也起着前馈的作用，能使扰动迅速做出反应。由此可以看出在前馈-串级三冲量控制下，调节器动作快，还可以避免调节过头，减少波动和失控。

3 本工程控制策略

本工程采取全程给水控制，具体步骤如下:

(1)汽包上水，给水调节阀，溢流阀均投入自动，给水流量阀的水位设定为SP1 -40mm，溢流阀的水位设定为SP1 +40mm。初始为流量控制，使给水流量保持在14kg/s 进行上水，直到汽包水位达到上水水位设定SP1 -40mm，流量设定切为-5kg/s，给水调节阀逐渐关闭，直至全关，上水结束。

(2)给水调节阀全关后，水位设定值为上水水位设定SP1 -40mm，此时由于溢流阀的作用，汽包水位应在SP1 -40mm～SP1 +40mm 之间。。

(3)点火启动预热锅炉，当检测到余热锅炉已经运行，并且有火焰后，汽包溢流阀投入自动，并设定其水位设定值为汽包正常水位SP3。

(4)随着余热锅炉的运行，汽包内压力，温度逐渐升高，当汽包底部温度大于105°C 后，开启最小省煤器最小流量保护，省煤器允许的最小流量作为给水流量设定，给水流量偏差与汽包水位偏差取大后进入给水调节阀，使给水调节阀在维持省煤器允许的最小流量同时，保证汽包水位在上水水位。

(5)由于此时的蒸发量较小，蒸发量小于给水流量，汽包水位逐渐上升，在溢流阀的作用下汽包水位保持在正常水位以下。当汽包水位＞SP1 +200mm 或当汽包的压力变化值超过2bar 后，水位设定值投跟踪，跟踪值为实际水位减去50mm，并在spc 功能块的作用下使水位保持在当前水位小于50mm 上。

(6)随着蒸发量的继续增大，溢流阀逐渐关闭，当蒸汽流量＞10kg/s，即15%负荷，同时给水控制切为3 冲量控制且溢流阀完全关闭后，给水调节阀水位设定更改为正常水位设定SP3，溢流阀水位设定更改为溢流水位SP4，保证汽包水位维持在正常水位。

控制主线图

4 结束语

全程给水控制方案在本工程实施后，实现了各种工况下的全程自动给水，水位控制精确，满足机组运行要求。

［1］贺靖贻.浅谈燃机余热锅炉的工艺情况及水位控制［J］.工业技术.2014.

［2］赵勇.S109FA 燃气轮机余热锅炉汽包水位及汽温控制策略［J］.华电技术.2010.