發(fā)電機組真空除氧器汽液兩相流疏水器整定與設計

分析當前1000MW超超臨界發(fā)電機組真空除氧器汽液兩相流疏水器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)不完善的兩個主要原因，一是調(diào)節(jié)器參數(shù)整定沒有做到科學化，二是可以避免的狀態(tài)切換擾動沒有針對性的邏輯設計。提出優(yōu)化方法，一是給出真空除氧器水位自動調(diào)節(jié)器參數(shù)整定計算方法，二是無擾切換判斷邏輯設計。
真空除氧器水位的穩(wěn)定對鍋爐給水泵、汽輪機軸封冷卻器、凝結(jié)水泵和汽輪機背壓以及凝結(jié)水雜用水用戶都有重要影響。目前普遍采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)真空除氧器水位的方法，還有少數(shù)采用變頻凝結(jié)水泵控制真空除氧器水位。鑒于電力行業(yè)內(nèi)近期發(fā)生的變頻設備(凝結(jié)水泵)運行中機械設備損壞事件，以及基于1000MW機組凝結(jié)水調(diào)負荷節(jié)能型協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的開發(fā)及研究項目。對真空除氧器水位控制提出了更高的要求，本文給出真空除氧器水位自動調(diào)節(jié)器參數(shù)整定計算方法和無擾切換判斷邏輯設計。
真空除氧器工藝流程
真空除氧器是發(fā)電機組熱力循環(huán)當中的儲水設備，與其連接的設備主要有來自低壓加熱器的供給凝結(jié)水的管道和供給鍋爐用水的給水管道，還有抽汽管道、輔助蒸汽管道、排汽到疏水擴容器管道、排水到凝汽器管道、來自高加正常疏水管道、高加連續(xù)排汽管道、排水到機組排水槽管道。
某廠為1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機組。真空除氧器型號為GC－3250/GS－350。除氧水箱設計壓力為1.46MPa，設計溫度為390℃。除氧水箱為臥式圓筒形容器，內(nèi)徑4200mm，筒長33400mm。
真空除氧器的出水管道連接2臺電動給水前置泵、2臺汽泵，供給鍋爐的用水。
發(fā)電機組的熱工控制系統(tǒng)采用國產(chǎn)的和利時MACSV6控制系統(tǒng)。
2真空除氧器汽液兩相流疏水器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和整定計算
單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定
發(fā)電機組鍋爐點火時凝結(jié)水流量約為400t/h。隨著爐膛溫度逐漸升高，鍋爐需要的給水增多，凝結(jié)水量隨之上升到800t/h以上，當給水流量約達到1481t/h時發(fā)電機組并網(wǎng)運行。所以單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作在發(fā)電機組啟動的前半程。在調(diào)節(jié)對象傳遞函數(shù)相同的情況下，串級三沖量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器參數(shù)整定結(jié)果也適用于單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器3。
3真空除氧器汽液兩相流疏水器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的信號分析
3.1調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析
圖1中，給水流量的系數(shù)0.76不精準，造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的三沖量主調(diào)節(jié)器輸出不為零。若把副調(diào)節(jié)器給定值=主調(diào)節(jié)器輸出+給水流量×0.76×0.03，改為副調(diào)節(jié)器給定值=(主調(diào)節(jié)器輸出+給水流量×0.76)×0.03，那么系數(shù)0.03造成主調(diào)節(jié)器輸出非零值進一步擴大，如表3所示。主調(diào)節(jié)器輸出非零值意味著主調(diào)節(jié)器進口有調(diào)節(jié)偏差，造成不必要的調(diào)節(jié)過渡過程之后才達到穩(wěn)態(tài)。此處的系數(shù)0.03造成主調(diào)節(jié)器作用非常弱，調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差很大。
表3主調(diào)節(jié)器輸出信號表
發(fā)電機組負荷/MW 三沖量主調(diào)節(jié)器輸出值
354 22.0
400 23.4
500 37.7
600 46.4
700 49.1
800 56.0
900 59.3
1000 64.8
3.2關(guān)于無擾切換的分析
存在擾動的兩個來源:變比例調(diào)節(jié)與分段調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)切換無擾，調(diào)節(jié)器應有跟蹤功能，設置跟蹤開關(guān)、跟蹤信號選擇邏輯，見圖4和圖5。當調(diào)節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)切換擾動無法避免時，在主調(diào)節(jié)閥手操器入口、副調(diào)節(jié)閥手操器入口設置限速器加以抑制，見圖6。
圖4跟蹤開關(guān)邏輯圖
圖5選擇跟蹤值邏輯圖
圖7跟蹤開關(guān)及跟蹤值時序圖
圖6變比例調(diào)節(jié)和分段調(diào)節(jié)邏輯圖
注意跟蹤值不應位于其信號死區(qū)。跟蹤值從高到低優(yōu)先依次為自動狀態(tài)的閥門指令，有值班員干預的、被監(jiān)視的閥門指令。
各個功能切換狀態(tài)如下。
1)兩個調(diào)節(jié)閥全手動時調(diào)節(jié)器跟蹤，跟蹤值為副調(diào)節(jié)閥閥位。
2)僅主調(diào)節(jié)閥切到手動的瞬間，對副調(diào)節(jié)閥無影響，無變比例調(diào)節(jié)擾動。
3)僅副調(diào)節(jié)閥切到手動的瞬間，對主調(diào)節(jié)閥有影響，有變比例調(diào)節(jié)擾動。應跟蹤主調(diào)節(jié)閥閥位。見圖7跟蹤開關(guān)及跟蹤值時序圖中的“A情況”。
4)僅副調(diào)節(jié)閥切到自動的瞬間，應跟蹤副調(diào)節(jié)閥閥位。
5)僅主調(diào)節(jié)閥切到自動的瞬間，應跟蹤主調(diào)節(jié)閥閥位。
6)主調(diào)節(jié)閥居于二個切到自動的瞬間，應跟蹤副調(diào)節(jié)閥閥位。見圖7中的“B情況”。
7)副調(diào)節(jié)閥居于二個切到自動的瞬間，對主調(diào)節(jié)閥有變比例調(diào)節(jié)擾動，應跟蹤副調(diào)節(jié)閥閥位。此時主調(diào)節(jié)閥指令由變比例函數(shù)切換到分段函數(shù)，造成立即關(guān)小主閥，同時副調(diào)節(jié)閥迅速開大。此時預備操作方法為開大副調(diào)節(jié)閥，同時關(guān)小主調(diào)節(jié)閥，靠近和滿足分段函數(shù)的主、副閥位分配關(guān)系，先投入副調(diào)節(jié)閥自動，后投入主調(diào)節(jié)閥自動。這種狀況無法避免擾動，應將正確的預備操作方法寫入操作規(guī)程。見圖7中的“C情況”。
3.3調(diào)節(jié)閥指令限速器使能的分析
由圖6可知，發(fā)生圖7中A情況時，真空除氧器水位主調(diào)節(jié)閥指令由分段函數(shù)∫(x1)的輸出切換到變比例函數(shù)∫(x3)的輸出，可能置位主調(diào)節(jié)閥手操器前的限速器使能。若跟蹤主調(diào)節(jié)閥指令，則無擾。
發(fā)生圖7中B情況時，真空除氧器水位主調(diào)節(jié)閥指令由當前值班員預設的位置，階躍變化到分段函數(shù)∫(x1)的輸出，可能置位主調(diào)節(jié)閥手操器前的限速器使能。
發(fā)生圖7中C情況時，真空除氧器水位主調(diào)節(jié)閥指令由變比例函數(shù)∫(x3)的輸出切換到分段函數(shù)∫(x1) 的輸出，必然置位主調(diào)節(jié)閥手操器前的限速器使能。
從圖7中看出，副調(diào)節(jié)閥手操器前限速作用總不使能，說明跟蹤開關(guān)和跟蹤值選擇邏輯的效果使得副調(diào)節(jié)閥無擾動跳變。
3.4對真空除氧器汽液兩相流疏水器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)邏輯設計建議
1)以折線函數(shù)∫(x)取代恒值0.76，用以確定凝結(jié)水流量與給水流量的配比，以生產(chǎn)實際的量值修正函數(shù)關(guān)系。
2)依照副調(diào)節(jié)器給定值=主調(diào)節(jié)器輸出+給水流量×0.03×∫(x)，注意運算次序。
3)副調(diào)節(jié)器跟蹤開關(guān)、調(diào)節(jié)器3跟蹤開關(guān)增加條件:主閥自動并且副閥切入手動0.5s脈沖，或主閥自動并且副閥切入自動0.5s脈沖。
4)主、副調(diào)節(jié)閥手操器進口限速器限速條件:主調(diào)節(jié)閥手動時不限速，限速器進出口差值大于2時限速。

真空除氧器水位自動調(diào)節(jié)應充分利用真空除氧器的容積裕量，兼顧凝結(jié)水壓力穩(wěn)定的要求，采用較大的衰減率。這樣有利于凝結(jié)水雜用水用戶、軸封冷卻器和凝結(jié)水泵的穩(wěn)定運行。充分利用邏輯編程功能，構(gòu)成復雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)，防止狀態(tài)切換的擾動。實踐當中的熱工自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)常優(yōu)化參數(shù)和變更邏輯設計方案，此時應配合數(shù)學工具進行，防止疏漏和沒有化簡的邏輯，應該調(diào)試和驗收。