[发明专利]一种超临界机组给水系统全程自动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种火电机组集散控制系统（DCS）技术，尤其涉及一种超临界机组给水系统全程自动控制系统。

背景技术

如图1所示，为一种典型的超临界机组的给水系统配置，该系统有包括一台电泵C（容量为40％）、一台第一汽动给水泵A、一台第二汽动给水泵B（汽动给水泵的容量都为50％）、除氧器E、锅炉疏水扩容器F、高加J、省煤器I、水冷壁H及汽水分离器G，在电泵C出口设有调节阀D。

锅炉上水过程，由给水泵从除氧器E流经高加J、省煤器I、水冷壁H进入汽水分离器G。锅炉冷热态冲洗时，直接排放不合格水，水质初步合格后，通过锅炉疏水扩容器F回收，水质进一步合格后通过除氧器E回收。机组低负荷运行时（小于35％），汽水分离器G起到蒸汽和水的分离作用，相当于亚临界机组的汽包。负荷大于35％后，随着主蒸汽汽温、汽压的上升，汽水分离器G的液位逐渐下降，直至转为干态运行，锅炉转为直流运行，随着主蒸汽汽温、汽压的进一步上升，机组进入超临界运行至满负荷。

超临界直流锅炉作为一个多输入、多输出的被控对象，其主要输出量为汽温、汽压和蒸汽流量（负荷），其主要的输入量是给水量、燃烧率和汽机调门开度，由于受热区段之间无固定界限，一种输入量扰动将对各输出量产生作用，如单独改变给水量或燃料量，不仅影响主汽压与蒸汽流量，过热器出口汽温也会产生显著的变化，所以比值控制(如给水量/蒸汽量、燃料量/给水量及喷水量/给水量等)和变定值、变参数调节是直流锅炉的控制特点。这就使给水控制与常规的亚临界机组控制有很大的区别，控制要求更高。

给水系统全程自动控制过程中主要存在如下难点：第一、电泵控制的全程自动；第二、给水泵自动并/退泵；第三、不同运行工况，包括单电泵运行、电泵与汽泵并列运行、单台汽泵运行、两台汽泵运行，实现全程自动控制；第四、特殊工况下的自动控制，例如机组发生辅机故障，触发快速甩负荷（RUNBACK）工况。

针对第一个难点，在以往的控制中，电泵转速控制和调阀控制往往只投入一项自动。即投电泵转速控制自动，但调阀由操作员手动调节；或投调阀进行流量控制，而电泵由操作员手动操作定速运行。特别低负荷阶段，需要电泵转速与调阀配合调节过程中，情况更是如此。

上述方案的缺点是：手动控制其中一种设备需要依靠操作员的经验，如果操作不当容易产生不良后果。例如在电泵、汽泵并列运行中，若手操电泵出口阀不当引起电泵出口压力降低，导致电泵突然退出，会引起给水流量突变，严重的会引发给水流量锅炉遮断（MFT）动作。另一方面，手动操作使得电泵的工作点随着操作人员的不同操作而变化，没法保证电泵工作在高效区，不利于提高系统的效率。

针对第二个难点，因为给水泵投运或退出是在机组带有一定负荷的工况下进行的，超临界机组对给水流量的稳定性要求较高，而给水泵并泵/退泵对给水量影响较大，在以往的控制中，自动实现并/退泵没有实现，包括给水泵汽机的冲转控制，往往由操作员手动操作。

上述方案的缺点是：手动并/退泵效率低、时间长，而且安全性低。例如启动过程中进行电泵和汽泵转换，首先进行给水泵汽机升速操作，满足并泵要求；在汽泵并电泵前，首先需要中断升负荷过程，将给水流量控制切手动；然后手动对给水泵汽机慢慢升速，在汽动给水泵出水后（避免出水瞬间给水流量的突变），升速的同时逐渐减少电泵转速，直至两台给水泵出水流量平衡；手动退出电泵运行。在整个操作期间要保持总给水流量的稳定，所以手动操作往往要比自动操作耗时长，而且在系统出现不稳定工况时，安全性较低。

针对第三个难点，由于电泵、汽泵调节特性不同，所以全程投自动需要考虑不同给水泵组合时调节参数的变化，以往因为给水泵投退需要手动干预，难以做到全程自动。

上述方案的缺点是：超临界机组运行需要燃料和水的比值保持为定值，操作员手动操作安全性低。

针对第四个难点，一旦机组发生辅机故障，触发快速甩负荷（RUNBACK）工况，尤其是一台汽动给水泵跳闸时，机组很容易发生汽水不平衡，影响机组运行，以往控制系统往往靠操作员手操来弥补。

上述方案的缺点是：由于超临界机组运行的直流性，给水流量直接影响主蒸汽流量、温度和压力，而且燃料和给水等因素相互关联性较强，靠操作员抢救工况难以维持机组正常运行。

发明内容

本发明的目的是提供一套提高超临界机组操作的安全性及高效性的给水系统全程自动控制的方案，为实现机组级的全程自动控制奠定基础。