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節(jié)系統(tǒng)不完善的兩個主要原因，一是調節(jié)器參數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節(jié)器參數整定計算方法，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、凝結水泵和汽輪機背壓以及凝結水雜用水用戶都有重要影響。目前普遍采用調節(jié)閥調節(jié)真空除氧器水位的方法，還有少數采用變頻凝結水泵控制真空除氧器水位。鑒于電力行業(yè)內近期發(fā)生的變頻設備(凝結水泵)運行中機械設備損壞事件，以及基于1000MW機組凝結水調負荷節(jié)能型協調控制系統(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節(jié)器參數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節(jié)系統(tǒng)的結構和整定計算
單沖量調節(jié)系統(tǒng)的整定
發(fā)電機組鍋爐點火時凝結水流量約為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)電機組并網運行。所以單沖量調節(jié)系統(tǒng)工作在發(fā)電機組啟動的前半程。在調節(jié)對象傳遞函數相同的情況下，串級三沖量自動調節(jié)系統(tǒng)的主調節(jié)器參數整定結果也適用于單沖量調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)器3。
3真空除氧器汽液兩相流疏水器水位調節(jié)系統(tǒng)的信號分析
3.1調節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析
圖1中，給水流量的系數0.76不精準，造成調節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的三沖量主調節(jié)器輸出不為零。若把副調節(jié)器給定值=主調節(jié)器輸出+給水流量×0.76×0.03，改為副調節(jié)器給定值=(主調節(jié)器輸出+給水流量×0.76)×0.03，那么系數0.03造成主調節(jié)器輸出非零值進一步擴大，如表3所示。主調節(jié)器輸出非零值意味著主調節(jié)器進口有調節(jié)偏差，造成不必要的調節(jié)過渡過程之后才達到穩(wěn)態(tài)。此處的系數0.03造成主調節(jié)器作用非常弱，調節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差很大。
表3主調節(jié)器輸出信號表
發(fā)電機組負荷/MW 三沖量主調節(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關于無擾切換的分析
存在擾動的兩個來源:變比例調節(jié)與分段調節(jié)。為了實現調節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)切換無擾，調節(jié)器應有跟蹤功能，設置跟蹤開關、跟蹤信號選擇邏輯，見圖4和圖5。當調節(jié)系統(tǒng)狀態(tài)切換擾動無法避免時，在主調節(jié)閥手操器入口、副調節(jié)閥手操器入口設置限速器加以抑制，見圖6。
圖4跟蹤開關邏輯圖
圖5選擇跟蹤值邏輯圖
圖7跟蹤開關及跟蹤值時序圖
圖6變比例調節(jié)和分段調節(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)兩個調節(jié)閥全手動時調節(jié)器跟蹤，跟蹤值為副調節(jié)閥閥位。
2)僅主調節(jié)閥切到手動的瞬間，對副調節(jié)閥無影響，無變比例調節(jié)擾動。
3)僅副調節(jié)閥切到手動的瞬間，對主調節(jié)閥有影響，有變比例調節(jié)擾動。應跟蹤主調節(jié)閥閥位。見圖7跟蹤開關及跟蹤值時序圖中的“A情況”。
4)僅副調節(jié)閥切到自動的瞬間，應跟蹤副調節(jié)閥閥位。
5)僅主調節(jié)閥切到自動的瞬間，應跟蹤主調節(jié)閥閥位。
6)主調節(jié)閥居于二個切到自動的瞬間，應跟蹤副調節(jié)閥閥位。見圖7中的“B情況”。
7)副調節(jié)閥居于二個切到自動的瞬間，對主調節(jié)閥有變比例調節(jié)擾動，應跟蹤副調節(jié)閥閥位。此時主調節(jié)閥指令由變比例函數切換到分段函數，造成立即關小主閥，同時副調節(jié)閥迅速開大。此時預備操作方法為開大副調節(jié)閥，同時關小主調節(jié)閥，靠近和滿足分段函數的主、副閥位分配關系，先投入副調節(jié)閥自動，后投入主調節(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節(jié)閥指令由分段函數∫(x1)的輸出切換到變比例函數∫(x3)的輸出，可能置位主調節(jié)閥手操器前的限速器使能。若跟蹤主調節(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∫(x1)的輸出，可能置位主調節(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節(jié)閥指令由變比例函數∫(x3)的輸出切換到分段函數∫(x1) 的輸出，必然置位主調節(jié)閥手操器前的限速器使能。
從圖7中看出，副調節(jié)閥手操器前限速作用總不使能，說明跟蹤開關和跟蹤值選擇邏輯的效果使得副調節(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節(jié)系統(tǒng)邏輯設計建議
1)以折線函數∫(x)取代恒值0.76，用以確定凝結水流量與給水流量的配比，以生產實際的量值修正函數關系。
2)依照副調節(jié)器給定值=主調節(jié)器輸出+給水流量×0.03×∫(x)，注意運算次序。
3)副調節(jié)器跟蹤開關、調節(jié)器3跟蹤開關增加條件: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、副調節(jié)閥手操器進口限速器限速條件:主調節(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節(jié)應充分利用真空除氧器的容積裕量，兼顧凝結水壓力穩(wěn)定的要求，采用較大的衰減率。這樣有利于凝結水雜用水用戶、軸封冷卻器和凝結水泵的穩(wěn)定運行。充分利用邏輯編程功能，構成復雜調節(jié)系統(tǒng)，防止狀態(tài)切換的擾動。實踐當中的熱工自動調節(jié)系統(tǒng)經常優(yōu)化參數和變更邏輯設計方案，此時應配合數學工具進行，防止疏漏和沒有化簡的邏輯，應該調試和驗收。