600 MW直流锅炉启动给水系统全程控制优化

宋圣军，李建军，范优子

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

经验交流

600 MW直流锅炉启动给水系统全程控制优化

宋圣军，李建军，范优子

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

阐述了600 MW超临界直流锅炉启动阶段给水系统的全程控制方法，着重说明炉水循环泵出口调节阀、给水旁路调节阀、汽水分离器储水罐溢流阀的优化逻辑，使之与给水调节主控系统互相配合，自动完成锅炉启动阶段湿态至干态的自动转化，从而为机组APS控制提供相应的断点支持。

给水系统；湿态；干态；APS

国华呼伦贝尔电厂超临界2×600 MW机组锅炉在点火启动阶段，机组负荷210 MW（35%BMCR）以下，在未转入干态运行时，由于早期设计原因，给水控制调节对象不对应，即用给水启动调阀结合溢流阀控制贮水箱水位，用炉水泵再循环调阀控制主给水流量。由于控制对象不匹配，机组在启动阶段，无法正常投入自动运行。文献［1］说明了给水系统在启动阶段的控制特性和控制要点，设计缺陷将严重影响湿态、干态的自动转换，这个阶段是一次工质循环流动和一次强制流动相互转换的阶段，主蒸汽压力、主蒸汽温度、过热度、储水箱水位、燃料量等重要参数均会变化。

文献［2］对机组启动阶段节能经济性进行了分析，控制逻辑设计缺陷是关键因素。原给水系统控制设计缺陷会导致储水箱水位剧烈波动等不稳定工况，严重时造成湿态、干态过程交替转换，从而延误开机时间，威胁机组安全，增加机组启动次数，节能经济性降低。

给水管路切换，湿态、干态转换，文献［3］提及的给水泵自动并泵技术是机组自启停控制（APS）过程中有关给水系统的关键控制点，只有保证锅炉顺利通过湿态、干态转换，才能继续执行APS系统后续的工作。

1 设备概况及设计原理

1.1 设备概况

国华呼伦贝尔电厂600 MW机组锅炉为哈尔滨锅炉厂有限公司生产HG1913／25.4－HM15型，为单炉膛、一次中间再热、墙式切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭、干排渣、全钢构架、全悬吊结构П型布置、带内置式再循环启动系统的滑压运行直流锅炉。

给水启动系统如图1所示，其主要有以下设备和管路组成：①启动分离器及进出口连接管；②贮水箱；③溢流管及溢流阀；④再循环泵及再循环管路；⑤启动旁路调阀及管路；⑥过冷管；⑦循环泵暖管管路；⑧溢流阀及管路；⑨压力平衡管路。

图1 锅炉启动给水系统

给水母管来水经给水旁路启调阀到省煤器—螺旋水冷壁—垂直水冷壁，汽水混合物进入分离器，4只分离器进行螺旋分离，将汽送至一级过热器，水自然流入贮水箱，水位高至一定范围由贮水箱溢流阀控制，否则由再循环泵送至省煤器入口管道，与给水混合后再次进入循环。其他辅助阀作用：循环电动门用于维持炉水泵最小流量；过冷电动门用于防止炉水泵入口汽化汽蚀；暖管电动门用于保持炉水泵停用时再循环管路水温与给水温度匹配。

1.2 锅炉启动给水控制设计原理

直流锅炉没有汽包及强制再循环系统，点火启动初期由于没有蒸发量，但为了保证水冷壁不过热，必须维持35%BMCR最小本生流量，所以设置了再循环泵系统。在贮水箱下部设置炉水循环水泵，将初期加热的炉水在循环水管路直接送至省煤器入口，接口在主给水电动门后、主给水流量测量装置之前，因此主给水流量包含了炉水泵再循环流量，该再循环水流量由泵出口调阀控制。

炉水泵出口阀有两个作用：一是在锅炉达到干态之前，由分离器分离到贮水箱内的多余水量及时输送回省煤器入口，既能减少主给水母管给水补给量，也能减少用溢流阀循环时炉水热量的损失；二是可以通过出口调阀控制贮水箱水位过低，保证炉水泵可靠运行，不因汽蚀风险而跳闸。设置溢流阀的目的：一是当炉水化验不合格时，可以通过溢流阀进行大量放水至地沟或疏水扩容器，进行炉水冲洗；二是点火初期因锅炉没有蒸发量，随着炉水的吸热，温度升高，炉水体积膨胀，贮水箱水位增高，为防止水及湿蒸汽进入过热器，用溢流阀开度控制贮水箱水位不过高。

随着锅炉燃料的增加及持续燃烧，炉水不断吸热，升温，饱和，蒸发，随着蒸发量增加，贮水箱水位会有所降低，这又影响到了炉水泵出口调阀对贮水箱水位的控制，出口调阀改变，炉水泵循环流量就会变化，引起主给水流量变化，给水启调阀为维持35%BMCR最小本生流量，控制开度就会变化，进入锅炉的给水量（不包括循环水量）与锅炉的蒸发量就会产生新的不平衡点，贮水箱水位、炉水泵出口流量、主给水流量之间就会相互制约。若调节控制方案不合理，调节参数失配，就会引起调节失控，影响系统湿态、干态的自动转换，严重时导致机组跳闸。

2 优化设计方案

2.1 新方案控制

首先根据厂家运行说明书并结合现场实际情况，对贮水箱水位进行分段控制：低于1.8 m以下为不可控制水位段。为保护炉水循环泵，当液位低于0.65 m时跳炉水泵，此时炉水泵再循环调阀关闭；1.8～9 m段，为再循环调阀的控制区段，对应再循环水流量控制范围0～630 t／h（见图2）；9～9.7 m公用控制段，此段由再循环调阀及溢流阀共同控制；9.7～13 m，溢流阀根据水位—阀控函数控制。13～17.9 m为高水位段，启动运行中，应尽量避免水位到达此段。

2.2 新设计控制逻辑图

针对控制对象的特性，重新制定逻辑控制方案，绘制并组态新SAMA图，见图2、图3。

图2 改造并优化后炉水泵出口调阀回路SAMA图

图3 改造并优化后给水启动调阀SAMA图

2.2.1 用炉水泵出口调阀主控贮水箱水位

a.调节器PID的设定值是由锅炉厂提供的贮水箱水位对应炉水泵出口流量的函数曲线f（x1）（见图4），其与贮水箱水位呈线性关系。

b.用贮水箱水位的30%直接作为控制器的输出前馈，保证调节的快速性。

c.用贮水箱水位对应控制指令曲线f（x2）（见图5），与调节控制指令进行小选，以保障阀门关闭的及时性，确保贮水箱水位过低，造成炉水泵跳闸。

图4 贮水箱出口调阀流量的函数曲线

图5 贮水箱水位对应控制指令曲线

d.出口阀调节控制器自动切手动的条件：调节器设定值（SP）与实际值（PV）偏差大；炉水泵停运发脉冲信号，并强制输出指令为0；炉水泵出口流量故障；炉水泵出口流量1与2偏差大于140 t／h。

2.2.2 用给水启动调阀控制给水流量

a.启动给水控制阀原为单级回路，控制效果较差，经优化后修改为串级回路调节：主调为主给水流量，副调为给水门前后差压。

b.给水流量设定值设置有最小流量限定回路600～800 t／h可调，为保证调节的余量，调节稳定可靠，设定值带有固定死区偏差，即在设定值40 t／h范围内，设定值跟踪主给水流量，输出指令较稳定，保证启调阀开度稳定，消除了流量波动造成的干扰。

c.增加差压控制调节输出加入前馈校正信号，其值为贮水箱水位微分后经函数曲线f（x）得到，函数曲线如图6所示。

由图6可看出，输入死区范围±0.8 m，指令最大前馈量为±60%，即当贮水箱动态变化超出死区时，前馈量起作用，输入变化范围±3.6 m，前馈输出量范围±60%。这是为了在启动过程中，遇到紧急情况时，如压力突变（机侧高低旁控制，因受空冷岛限制一直处于手动控制）时，会造成贮水箱虚假水位产生且突变大，导致给水流量波动，此设置能及时弥补给水流量大幅波动。

图6 给水启动调阀前馈函数曲线

d.启调阀调节控制器自动切手动的条件：主调节量设定值（SP）与实际值（PV）偏差大；给水流量故障；启调阀前后压力故障；主给水电动门未关；给水主控在自动位；MFT发脉冲信号，并强制启调阀控制指令输出为0；主给水电动门开；主给水调门反馈大于85%。

2.2.3 给水调阀至给水主回路自动切换

a.在锅炉启动初期，加强对给水启调阀前后压差的监视，压差以3～5 MPa为宜，当压差偏离时，运行人员应适当调节电泵勺管执行机构，改变电泵转速，达到要求的差压值。

当锅炉蒸发量逐渐增大，给水启调阀开度大于50%时，调节余量变小，可解除启调阀自动，投入运行电泵勺管自动及主给水自动。

b.当由给水启调阀自动切至电泵勺管自动，并投入主给水自动后，启调阀缓慢全开，或当前后差压低于0.3 MPa时，再将主给水电动门缓慢全开，最后关闭启调阀及前后电动门，完成启动给水控制到主给水控制的无扰切换。

c.当机组热态启动时，锅炉开始便产生一定的蒸发量，不必投入给水启调阀自动，直接投主给水控制自动。

2.2.4 湿态至干态的自动切换

a.负荷升至220 MW，给水旁路调节阀和给水电动门的切换已完成，由电动给水泵勺管调节给水流量。锅炉主控指令和给水流量的对应关系如表1所示，机组最小流量设定为700 t／h，机组给水流量设定是锅炉主控对应的给水流量和机组最小给水流量设定比较取大值，满足机组正常运行的最小给水流量要求。

表1 锅炉主控指令和给水流量的对应关系

b.锅炉主控以一定速率增加输出，用以增加燃烧率，维持主蒸汽压力稳定，省煤器入口流量稳定在700 t／h左右，机组负荷在220～250 MW，储水箱水位逐渐下降，储水箱至疏水扩容器阀门逐渐关小，直至全关；随着储水箱水位降低，逐步减少炉水泵的循环流量，

c.当储水箱水位低于0.65 m或者负荷高于240 MW时，炉水循环泵跳闸。当一级过热器进口焓值高于设定值时，即具备一定过热度的条件下，自动转干态过程完成，此时可逐渐继续增加给水流量。

3 结束语

直流锅炉启动给水系统控制逻辑的优化，改善了机组启动初期启动给水系统的调节特性，给水系统各设备在不同阶段的全程自动调节，节省了开机时间，湿态—干态转换过程平稳顺畅，一次完成，降低了操作人员的劳动强度，为后续机组继续提高参数运行奠定了坚实的基础。

［1］潘凤萍，陈世和，陈锐民，等.火力发电机组自启停控制技术及应用［M］.北京：科学技术出版社，2011.

［2］侯生存.600 MW超临界机组启动过程中节能研究［J］.东北电力技术，2016，37（4）：17－22.

［3］郝 欣，王 翀，伊 强，等.直接空冷机组电动给水泵自动并泵逻辑设计［J］.东北电力技术，2015，36（5）：45－48.

Process Control Optimization on Startup Water Supply System for 600 MW Supercritical Boiler

SONG Shengjun，LI Jianjun，FAN Youzi
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper describes the whole process control method for water supply system of 600 MW supercritical once⁃through⁃boiler at the startup stage.Detailed elaboration is emphasized in this paper on how to optimize the logic design for the outlet valve of the boiler circulating pump，regulating valve of feedwater bypass valve and overflow valve of steam water separator tank，which can coordinate water regulating control system and complete wet⁃to⁃dry state transformation automatically at boiler start⁃up stage，providing the break⁃point support for APS unit control.

water supply system；wet state；dry state；APS

TM621

A

1004－7913（2016）10－0023－04

宋圣军（1975），男，硕士，高级工程师，现从事热工自动化相关研究工作。

2016－07－22）