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1、常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文发电厂空冷系统及其控制摘 要：电厂采用空冷系统可以大幅度降低电厂耗水，在节水方面有显著的效益，因而空冷机组得到了越来越多的应用。以2X200MW空冷机组为例介绍了间接空冷系统及其控制；以2X300MW机组为例介绍了直接空冷系统及其控制和运行。关键词：间接空冷 直接空冷 控制系统 DCS 1 概述空冷系统主要指汽轮机的排汽通过一定的装置被空气冷却为凝结水的系统，它与常规湿式冷却方式（简称湿冷系统）的主要区别是避免了循环冷却水在湿塔中直接与空气接触所带来的蒸发、风吹损失以及开式循环的排污损失，消除了蒸发热、水雾及排污水等对环境造成的污染。由于空冷
2、方式用空气直接冷却汽轮机排汽或用空气冷却循环水再间接冷却汽轮机排汽构成了密闭的系统，所以在理论上它没有循环冷却水的上述各种损失，从而使电厂的全厂总耗水量降低80%左右。用于电厂机组末端冷却的空冷系统主要有直接空冷系统和间接空冷系统，间接空冷系统又分为带表面式凝汽器和带混合式凝汽器的两种系统。三种空冷方式在国际上都得到广泛的应用，技术均成熟可靠，在国际上三种空冷方式单机容量均已达到600MW。采用空冷机组大大减少了电厂耗水，为水源的落实和项目的成立提供了便利条件。特别在富煤缺水地区大力发展大型空冷机组对节约水资源和电力工业可持续发展具有重大的战略意义。内蒙古地区煤资源丰富，近几年投产的机组，基本
3、都采用了空冷系统，而且大部分为直接空冷系统。目前建设的电厂空冷控制系统大多直接纳入机组DCS系统，空冷系统采用独立的冗余DPU。控制系统功能包括数据采集和处理系统（DAS）、顺序控制系统（SCS）、模拟量控制系统（MCS）。空冷系统在集中控制室实现集中监控，由DCS的操作员站完成对其工艺系统的程序启/停、中断控制及单个设备的操作。2 间接空冷系统间接空冷系统又分为带混合式凝汽器（海勒式）和带表面式凝汽器（哈蒙式）的两种系统。2.1混合式间接空冷系统（海勒式）混合式间接空冷系统工艺流程是汽轮机尾部排汽排至安装在汽机房内的混合式凝汽器内与喷射成水膜的循环水直接接触冷却，混合的冷凝水一小部分经精处理
4、后送至再热系统，其余的经循环水泵升压后回至室外的空冷塔，进入安装在塔底部的表面式空冷凝汽器内与空气进行表面式换热冷却，冷却后的循环水通过水轮机或节流阀调压后回至混合式凝汽器循环使用。混合式凝汽器的间接空冷系统主要由喷射式凝汽器和空冷塔构成。系统中的冷却水是高纯度的中性水，中性冷却水进入凝汽器直接与汽轮机排汽混合并将其冷凝，受热后的冷却水绝大部分由冷却水循环泵送至空冷塔散热器，经与空气对流换热冷却后通过调压水轮机将冷却水再送至喷射式凝汽器进入下一个循环。空冷塔散热器外侧装有百叶窗，百叶窗的开度可调，可控制通风量，从而控制冷却性能。当环境温度较低时，关闭百叶窗，防止散热器冻坏。系统特点：两次换热、
5、凝结水与循环水混合冷却、运行分正压和微正压两部分，因此，需要设大规模的精处理设备，与其它空冷方式相比增设了水轮机和调节阀大型设备，系统复杂，循环水泵必须紧靠凝汽器布置，为防止水泵汽蚀需设大型泵坑，需设大型冷却塔，因此，基建投资高，优点是年平均背压低。带混合式凝汽器的间接空冷系统的优点是以微正压的低压水系统运行，较易掌握。缺点是设备多、系统复杂、需要凝结水精处理装置、自动控制系统复杂、全铝制散热器的防冻性能差。2.2表面式间接空冷系统（哈蒙式）表面式间接空冷系统与常规湿冷系统基本相同，不同的是空冷塔代替湿冷塔。工艺流程为汽轮机尾部排汽排至安装在汽机房内的表面式凝汽器内，经与循环水换热后，由凝结水
6、泵升压回至再热系统，换热后的循环水回至安装在室外空冷塔内的表面凝汽器内，与空气换热后经循环水泵升压，送回至汽机房内的表面式凝汽器循环使用。该系统由表面式凝汽器与空冷塔构成。与常规的湿冷系统基本相仿，不同之处是用表面式对流换热的空冷塔代替混合式蒸发冷却换热的湿冷塔，通常用不锈钢管凝汽器代替铜管凝汽器，用碱性除盐水代替循环水，用密闭式循环冷却水系统代替开敞式循环冷却水系统。该系统采用自然通风方式冷却，将散热器装在自然通风冷却塔中。系统特点：循环水与凝结水分为两个系统，两水质可按各自的要求分别处理，系统简单、设备少，缺点是因两次换热，热效率相对较低，需要大量的冷却面积、设大型冷却塔，因此基建投资高。
7、带表面式凝汽器的间接空冷系统类似于湿冷系统，其优点是节约厂用电，设备少，冷却水系统与汽水系统分开，两者水质可按各自要求控制。缺点是空冷塔占地大，基建投资多，系统中需进行两次换热，且都属表面式换热，使全厂热效率有所降低。2.3 间接空冷控制系统本文以2X200MW空冷机组为例，介绍海勒式间接空冷系统的控制。1）主要监控测点：补水流量、凝汽器水位、凝汽器真空、贮水箱水位、凝汽器喷咀前后差压、循环水泵出口压力、水轮机入口、出口压力、扇形段顶部压力、扇形段出口水温、扇形段百叶窗开度、塔内温度、排汽温度。2）主要监控内容：凝汽器水位控制：热力系统中的汽水损失、系统泄漏等，均可引起凝汽器水位的变化。运行中
8、要维持凝汽器水位在一定范围内。系统总压力（或竖管压力）控制：海勒式间接空冷系统的特点是系统处于微正压运行状态。在每一扇形段的顶部安装一根竖管。正常运行时竖管的水位是通过水轮机（或节流阀）的调节来完成。在调节水轮机（或节流阀）的同时，相应控制了凝汽器喷咀前后差压，即控制了进入凝汽器的冷却水量。循环水泵的控制：循环水泵及其出口阀按照程序启停。正常时两台循环水泵同时运行。水轮机（或节流阀）的控制：水轮机的作用，一是回收能量，二是调节系统总压力（或竖管压力）及凝汽器喷咀前后差压。节流阀作为备用，水轮机故障时切换至节流阀。百叶窗控制：控制百叶窗的目的是改变其开度，从而调节散热器的通风量，达到调节冷却水温
9、的作用。在冬季，关闭百叶窗可以保护散热器免遭冻坏。空冷塔扇形段控制：整个空冷塔中的散热器分成六个扇形段，运行中根据大气温度调整扇形段投入的数量，获得在不同负荷时的较好的冷却效果。贮水箱水位控制：在空冷系统停运或凝汽器水位过高时，将扇形段冷却水排至贮水箱。补水阀控制：当凝汽器水位低于设定值时，开启补水阀向凝汽器补水。3 直接空冷系统电厂直接空冷系统是汽机的排汽直接用空气冷却，汽机排出的饱和蒸汽经排汽管道排至安置在室外的空冷凝汽器中，冷凝后的凝结水，经凝结水泵升压后送至汽机回热系统，最后送至锅炉。电厂直接空冷系统主要包括以下系统：空冷凝汽器（ACC，Air cooled condenser）、空气
10、供给系统、汽轮机排汽管道系统、抽真空系统、空冷凝汽器清洗系统、空冷凝汽器平台及土建支撑。蒸汽从汽轮机出来，经过蒸汽管道流向空冷凝汽器，由蒸汽分配管道向空冷冷凝器分配蒸汽。目前直接空冷凝汽器大多采用矩形翅片椭园管芯管的双排、三排管和大口径蛇形翅片的单排管。空冷凝汽器由顺流管束和逆流管束两部分组成。顺流管束是冷凝蒸汽的主要部分，可冷凝75%80%的蒸汽，在顺流管束中，蒸汽和凝结水是同方向移动的。设置逆流管束主要是为了能够比较顺畅地将系统内的空气和不凝结气体排出，避免运行中在空冷凝汽器内的某些部位形成死区、冬季形成冻结的情况，在逆流管束中，气体和凝结水是反方向移动的。冷凝所需要的冷空气由轴流冷却风机
11、从大气中吸入，并吹向换热器翅片。风机采用变频控制，系统可通过控制启停风机台数和对风机转速进行调整来控制进风量，能灵活的适应机组变工况运行，并且起到很好的防冻作用。抽真空系统由3X100%水环真空泵组成。泵连接逆流管束的的顶部和主排汽管道。在启动的时候，不凝气体在抽真空系统中被压缩，并排到大气中。在部分排汽支管道上设置蒸汽隔离阀（启动排不设蒸汽隔离阀），当冬季汽轮机低负荷运行或启动时，切断某几个散热端的阀门，将热量集中在剩余的散热端中，增加热负荷达到防冻目的。为防止灰尘附着凝汽器翅片影响系统散热效果，设立冲洗系统，冲洗系统由冲洗水泵以及管道阀门组成。为减少系统容积，大型机组的空冷凝汽器一般布置在
12、紧靠汽机房A列柱外的平台上。为适应机组变工况运行和维护，空冷凝汽器被分为几组，每组由相同冷却单元组成，每个冷却单元由“人”型的冷却器排架构成，每个冷却单元下面设一台轴流风机。直接空冷系统为一次冷却，直接空冷系统的主要优点有：不需中间换热介质，换热温差大，冷凝效果好；冬季防冻措施比较灵活可靠；占地少；节省投资。不足之处是：汽轮机背压变幅大；真空系统庞大；风机群噪声大；厂用电高。3.1直接空冷控制系统本文以2X300MW空冷机组为例，介绍直接空冷系统的控制。1）主要监控测点：排汽压力、环境温度、大气压力、风速风向、凝结水温度、抽气温度、抽气压力、排汽管道凝结水收集装置液位、阀门位置显示和控制、空冷
13、风机变频控制、抽真空系统、ACC清洗系统2）主要监控内容：控制系统通过控制启停风机台数和改变风机转速来改变通过冷凝器换热片的空气流量，从而控制ACC性能。三个压力传感器测量排汽管道压力。在正常运行时，排汽压力是主控制变量。控制系统通过排汽压力控制变频风机，当排汽压力改变时，风机转速也改变，以确保提前设定的运行工况。ACC的压力控制器和抽气温度控制器/凝结水温度控制器联合工作。如果压力是主控变量，温度控制器最小选择器被启动。一旦实际测得的温度降到设定值以下，这一排的温度控制器会覆盖压力控制器的信号，转为温度控制。其他排只要是凝结水/抽气温度还没有到达设定值之下，仍然是压力控制。每个覆盖行为都会显
14、示在人机界面上。当排汽压力是主控制变量时，只要其在设定值范围内，控制系统正常运行。为了避免单个单元凝结水过冷，控制变量排汽压力能自动被凝结水温度/抽气温度取代。在温度控制模式下，依据抽气温度和凝结水管道的凝结水温度来调节风机转速。检测环境温度可以保护ACC不被冻结。在更差的工况，风机全部关闭，然后关闭个别的蒸汽隔离阀以减少换热面积。为了加强系统监控，在冬季寒冷期，系统运行必须为自动控制。在冬季运行中如出现异常，控制系统及时发出指令，调整运行，同时发出警报，提请运行人员注意。3）风机变频控制每台300MW机组共30台变频控制柜，负责控制空冷机组30台风机的启停和转速调节。其中控制逆流管束单元风机
15、变频柜6台，控制顺流管束单元风机变频柜24台。该控制装置具有调节风机转速的功能，并具有自动、手动两种控制方式。当在手动工作状态时，可以通过空冷平台的就地按钮对风机手动启停。也可以通过控制柜上变频器操作面板对风机的运行进行控制以及变频器参数的设定。当在自动工作状态时，变频器投入运行，在集中控制室可以自动控制风机的最佳运行状态。由集中控制室输出频率控制信号对风机的转速进行控制，变频控制柜反馈电流和频率信号送入集中控制室。3.2直接空冷系统运行在每种运行模式（手动/自动，夏季，冬季，压力控制，温度控制）下，ACC都有运行级别：启动准备、启动运行、正常运行、低负荷运行、关闭运行、非正常运行、紧急运行。
16、在“手动”模式下，整个系统完全手动运行，这种模式仅在调试和测试时使用，更经济的运行方式是自动运行。1） 启动准备ACC启动前提：管道伴热运行（仅在冬季）、汽轮机密封系统已运行、补水系统在运行、汽轮机旁路系统准备运行、汽轮机真空破坏阀关闭、抽气泵启动、主凝汽器系统启动2） ACC的启动（1） 夏季启动夏季启动模式是环境温度高于+2。在夏季启动时，要打开所有的蒸汽隔离阀。ACC的启动在汽轮机旁路运行方式下实现。启动汽轮机旁路操作至25%流量。慢慢地增加汽轮机排汽流量直到残留气体已被抽真空系统从ACC中抽走。检测排汽管道压力，避免压力增加并接近背压报警/跳闸值。依次启动风机，检测所有风机已启动并且没
17、有报警产生。只要是正常运行工况，则稳定增加蒸汽流量，直到稳定运行。（2）冬季启动冬季启动模式是环境温度低于或等于+2。在冬季启动，必须关闭蒸汽隔离阀。ACC的启动是在汽轮机旁路运行方式下实现的。逐渐增加ACC的蒸汽流量，直到ACC中的剩余空气由抽气系统排出为止。检查排汽管道压力以避免压力增加到背压警报/跳闸值。缓慢增大蒸汽容积流量约至13%，并检查相关参数。然后逐渐增加蒸汽流量，接近到16%、32%的容积流量。顺序打开蒸汽隔离阀、依次启动风机，直到稳定运行。考虑到管束受冻的危险，冬季启动要比夏季更为苛刻。冬季启动应尽可能快地达到最小蒸汽流量。3）正常运行ACC系统运行稳定后，控制程序从汽轮机旁
18、路运行模式切换到汽轮机运行模式，ACC控制系统自动由汽轮机运行的压力设定值取代汽轮机旁路运行的压力设定值。满负荷正常运行不允许关闭蒸汽隔离阀。4） 低负荷工况如果汽轮机的输出降低，则降低风机转速。只要一排冷凝器的所有风机都关闭，则这一排在自然通风模式。自然通风模式是非控制运行模式，是不允许的，特别在冬季。控制系统将关闭这一排的蒸汽隔离阀。随着汽轮机负荷的增加，蒸汽隔离阀以相反的顺序打开。在低负荷时，蒸汽隔离阀的打开与排汽管道压力的设定值和所有运行的风机的总的转速是相互连锁的。5）关闭冷凝器自动关闭ACC的动作如下：迅速降低汽轮机的排汽输出；60、50、40、30、20 排自动停止风机和关闭蒸汽
19、隔离阀；降低10排的蒸汽直到10排的所有风机自动关闭；停止蒸汽输出；停止ACC。手动关闭抽真空系统；关闭真空单元的抽气阀；所有其它的阀门保持打开大约30分钟；关闭高压清洗水泵；放干高压清洗水泵的配水管（冬季时）。凝结水液位控制器要继续运行30分钟，以防止在所有的风机关闭后残留的蒸汽凝结后的凝结水导致液位升高。经过一段延时，关闭液位控制系统。在完成以上程序后，ACC不再运行。清洗系统必须手动关闭。6）特殊运行工况（1） 逆流管束防冻加热保护在冬季，逆流管束的上部分会产生一层薄冰，这层薄冰会积累更多的冰，并形成一个很大的障碍物。每排冷凝器的逆流管束在冬季的时候应该被加热以溶解这层薄冰。通过程序分组
20、控制风机的运行，调节空冷凝汽器的进风量，在环境气温低于某一定值时，冷却单元的风机可自动减速、停运或反转，控制凝结水的温度降低。只要环境温度-2加热程序立即启动。这时，一排的逆流管束风机以提前设定的时间减速并停止，逆流风机停止后，又重新以25%的速度反转，顺流风机继续以恒速转动。在提前设定的时间一过，逆流风机反运行停止，重新回到正常运行状态。下一排也是同样的顺序。逆流管束也可以由增加内部蒸汽负荷或从下一排来的热空气加热。当环境温度-2,并且抽气温度/凝结水温度非主控变量时，加热程序就会被周期执行。当环境温度+2或凝结水温度/抽气温度变为主控变量，加热程序就立即结束。（2） 风机单元故障在正常运行
21、模式，风机振动开关动作将跳闸相应的风机。如果由于振动开关动作导致了风机跳闸，控制室不能直接再启动风机。必须在就地进行故障检测，确认故障原因后并且检查空气供应单元可正常运行，振动开关才能复位。振动开关复位后，操作员才能在控制室重新启动风机。（3） 真空泵故障当真空泵运行故障，备用泵切换为主泵运行。（4） 防冻保护控制系统在自动运行模式时，防冻保护才有效。当抽气温度控制器是有效时，只要温度还没有达到设定值，这排逆流风机的转速将被降低。如果抽气温度MIN1，则显示报警；如果抽气温度MIN2，顺流风机减速，逆流风机减到最小值，如果逆流风机停止，延时一段时间后关闭蒸汽隔离阀。当某排的凝结水温度降到设定值
22、以下，则相应的顺流风机减速。一旦某排的所有风机被关掉，整排都运行在自然通风的运行模式下，控制系统会关闭相应排的蒸汽隔离阀组（仅在冬季）。如果汽轮机的负荷增加，并且排汽压力超过设定值，与之接近的蒸汽隔离阀被重新打开（最后关闭的）。随着汽轮机负荷的增加，一排一排又被重新投入运行。如果实际的蒸汽流量比允许的最小流量小，启动排会关掉风机直到所有的风机不再运行，这就意味着工作在自然通风模式。当有冻结情况可能发生时，不受ACC控制（靠自然通风）的运行是不允许的。必须增加蒸汽流量，否则由于内部可能结冰，存在着损坏管束的危险。4 结束语随着电厂直接空冷技术的发展，电厂直接空冷技术在我国北方地区的应用越来越多，
23、也积累了丰富的运行经验，特别是严寒季节的防冻问题也得到了很好的解决。直接空冷可通过改变风机转速或停运风机或使风机反转来调节空冷凝汽器的进风量或直至吸热风来防止空冷凝汽器冻结，调节相对灵活，效果好，并已有成熟的运行经验。我国是一个水资源缺乏的国家，淡水资源尤其匮乏，直接空冷技术在节约用水、降低耗水量、降低能耗等方面发挥着不可替代的优势，它将是我国经济持续发展的必行之路。在水资源日益紧张、水价不断提高、环保要求等问题的日益突出，直接空冷系统在经济性方面的优越性也就更加突出。作者简介：田振宇，男，1965年12月出生，工学硕士，高级工程师。1988年7月毕业于西安交通大学，1991年3月毕业于华北电
24、力学院北京研究生部， 1991年4月至今在内蒙古电力勘测设计院热控室工作，现副主任兼专业工程师。通信地址：呼和浩特市锡林南路209号内蒙古电力勘测设计院热控室。给水泵RB逻辑的探讨 刘建伟（河北大唐国际唐山热电公司）摘 要：通过给水泵RB逻辑在电厂实际运行中的完善过程分析，揭示DCS控制系统初始设计不符合生产实际工况时，进行优化修改的必要性与可行性。关键词：RUNBACK 给水泵 优化完善1 某电厂机组概况某电厂新建300MW一号机组，上海锅炉厂生产SG-1025-17.6型亚临界，自然循环锅炉，一次中间再热，四角切圆燃烧，正压直吹式制粉系统。配备五台北京电力设备修造厂ZGM95型中速辊盘式磨
25、煤机，四台运行一台备用。给煤机采用沈阳施道克有限公司的EG24590型电子称重式给煤机。汽机为东方汽轮机厂生产的NC300/220-16.7-535/535型双缸双排汽，抽汽供热机组。锅炉侧主要辅机包括：两台离心式一次风机、两台轴流式动叶可调引风机、两台轴流式动叶可调送风机。机组给水系统配备了2台50%容量的汽动给水泵和1台50%容量的电动给水泵。正常工况两台汽泵运行，电泵备用。2 RB逻辑简介2.1 RB触发逻辑原始设计原逻辑设计中包括四种辅机跳闸将触发RB功能：送风机、吸风机、一次风机、给水泵。下面以送风机为例介绍初始RB逻辑设计。图1 送风机RB触发正常工况下，协调控制功能投入，机组目标
26、负荷指令大于RB目标负荷（定值为180MW），两台送风机运行，当一台送风机因故障跳闸后，功能块“EOR”（此功能块的作用是输入相同时，输出为0；输入不同时，输出为1）输出由0变为1，RS触发器输出变为1，RB动作，机组减负荷。RB功能有两个闭锁条件，一是机组目标负荷指令小于RB目标负荷（定值为155MW）；二是为运行人员设手动将RB功能切除。初始设计中，吸风机、一次风机的逻辑设计与送风机完全相同，但给水泵因其正常工况时两台汽泵运行，一台电泵备用，与其它三个辅机略有不同，后面将专门介绍。2.2 RB触发之后的动作当机组RB触发之后，控制系统进行一系列的动作，以便实现快速降负荷，维持机组稳定的目的
27、，主要是这样几个方面：1）机组由炉跟机协调控制方式迅速切为机跟炉协调控制方式，由锅炉主控负责调整负荷，迅速减少燃料量，汽机主控负责调整汽压，维持机前压力为设定值，保证机组的安全；2）机组目标负荷指令自动设为RB目标负荷，机组降负荷率切为RB负荷速率，其中RB目标负荷均为150MW，为额定负荷的50%，负荷速率则根据触发RB的辅机来决定：一次风机和给水泵RB为50MW/min，送风机和引风机RB为40MW/min； 3）按照保留运行中最底层两台磨煤机的原则，将其他运行磨以10S间隔跳掉，以达到快减燃料的目的；4）RB触发之后发出180S的脉冲超弛信号，关闭一、二级过热减温器喷水调整门，防止由于负
28、荷快速下降造成主蒸汽温度过低；5）如果是由并列运行的送（引）风机，一台跳闸后触发的RB，将发出10秒脉冲，自动使运行送（引）机动叶指令超弛增加到80%，以维持机组RB时的瞬间工况。3 给水泵RB逻辑优化完善过程上文提到给水泵的RB触发逻辑应与其他三个辅机不同，且在初始设计中也已注意到了这个问题，但并不完善，不符合运行实际情况。经过分析研究后，进行了修改，下面是整个优化完善过程。3.1 初始设计中给水泵RB触发逻辑分析首先对最初的逻辑进行一下分析，可以发现其中存在的问题，以方便制订优化目标以及具体实施方案。如图所示：图2 初给水泵RB触发逻辑在协调投入，且负荷指令大于RB目标负荷时，若两台汽泵运
29、行、电泵停止，任一台汽泵跳闸后，“EOR”功能块出口变为1，马上触发RB；若任意一台汽泵和一台电泵运行（EOR功能块的出口为常1，电泵停止信号为0），如果电泵跳闸停止，则RB触发；当机组目标负荷指令小于RB目标负荷或者RB功能手动切除后，给水泵RB不会动作。仔细推敲，可以看出，这个逻辑是不完善的。首先当任意一台汽泵和电泵运行时，汽泵跳闸不会触发RB：“电泵停止”信号一直为“0”，一台汽泵运行，一台汽泵备用，当运行汽泵跳闸后，功能块“EOR”的出口也变成“0”，与门“AND”的出口不发生变化，不会触发RB；其次，正常运行中，两台汽泵运行，一台电泵备用时，只要汽泵一跳闸，就会马上发生RB动作，机组
30、减少50%负荷，那么，是不是存在电泵迅速联启，弥补一台汽泵跳闸后的给水流量要求，维持机组原有工况不变的可能呢？3.2 RB逻辑完善的目标及可行性分析通过上述分析，已经可以看出，给水泵的RB逻辑有必要进行修改优化。优化的目标主要是：1）在现有功能基础上，增加一台汽泵运行和一台电泵运行时，汽泵跳闸后触发RB功能；2）实现两台汽泵运行，一台汽泵跳闸后，等待电泵联启的功能：即电泵联启成功，则RB功能不触发，不成功则继续触发RB。对于第一个目标只需增加相关逻辑即可，而第二个目标则需要先进行可行性分析之后，方可实施。下面是根据实际运行情况和其他相关控制逻辑的研究得到的一些信息：1）正常运行中，电泵处于备用
31、状态，为了提高在异常工况下的启动速度，其出口电动门是打开的，依靠出口逆止门进行系统隔绝；2）电泵给水泵依靠改变液力耦合器的勺管位置进行调速，当电泵处于备用状态时，电泵勺管指令自动跟踪汽动给水泵的调速指令，紧急情况下，电泵启动后，转速迅速上升，达到工作状态；3）电动给水泵的前置泵与主泵联轴，经试验，当启动指令发出后，启动反馈在2秒钟内便会返回。综上所述，可以得出结论：当电动给水泵处于良好备用状态，且启动条件具备时，能够在汽泵跳闸后最短时间内启动，并迅速提升转速，满足锅炉供水量的要求。3.3 经过修改完善后的给水泵RB逻辑分析经过分析确认后，利用小修的机会对逻辑进行了修改，如图所示。对于修改后的逻
32、辑我们进行一下分析，看是否实现了上文中提到需要完善的功能。图3 修改之后的给水泵RB逻辑图1） 一电一汽运行，任意泵跳闸后，马上触发RB（这部分功能由标注的红色部分来完成）：当1号汽泵和电泵同时运行，2号汽泵停止时，“1号汽泵事故停”信号为0，“2号汽泵事故停”信号为1，“电泵停”为0，这样“EOR013”功能块后为0，延时“TP014”功能块后为1，此时“协调投入”和“负荷指令大于给水泵RB目标负荷”信号均为1。若电泵跳闸，则“电泵停”信号为1，“1号汽泵事故停信号”仍为0，则“EOR013”功能块输出由0变为1，“A012”块的四个输入信号均为1，则其输出为1，通过或门“OR005“触发R
33、B；若1号汽泵跳闸，则“1号汽泵事故停”信号变为1，“电泵停”信号仍为0，异或功能块“EOR013”输出为1，与门“A012”块的四个输入信号均为1，输出为1，或门“OR005”出口为1，触发给水泵RB。同样，当电泵与2号汽泵同时运行，1号汽泵停止，如发生电泵跳闸或2号汽泵跳闸一样会触发RB。图4 一电一汽运行RB步序图2） 两台汽泵运行时，任一台汽泵跳闸，将等待电泵联启，成功，不触发RB；不成功则继续触发RB。这部分功能由图中所示的绿色部分来完成：当两台汽泵运行，电泵停止时，“电泵停”信号为1，“1号汽泵事故停”和“2号汽泵事故停”信号均为0。如果1号汽泵跳闸，“1号汽泵事故停”信号由0变1
34、，异或功能块“EOR010”输出为1，这时面临两个选择，如果电泵投入备用，说明电泵具备联启功能，于是延时功能块“TP011”开始记时。3秒内，若电泵联启成功，也就是“电泵停”信号由1变为0，那么与门“A009”的第一个输入将变为0，即使3秒后，第二个输入变为1，“A009”的输出仍然为0，给水泵RB将不会触发；如果电泵系统有故障而未投备用，那么与门“A001”的第一个输入为1，两台汽泵事故停后的异或功能块“EOR010”的输出将不再延时，而直接送到“A002”的另一个输入端， “A002”的输出变为1，通过或门“OR003”和与门“A004”（另两个输入为协调投入和负荷指令大于给水泵RB目标负
35、荷，此时均为1），送到“OR005”的输入端，从而触发RB。其步序如图5所示。图5 两台汽泵运行RB步序图3.4 修改后的静态试验给水泵RB触发逻辑修改之后需进行静态试验。通过强制手段使两台汽泵具备挂闸条件，由运行人员手动挂闸，确认两台汽泵给水泵处于运行状态；强制机组协调系统投入，强制机组负荷指令大于给水泵RB目标负荷；电泵置试验位，并强制启动条件满足；投入RUNBACK功能。根据修改后的给水泵RB触发逻辑所具备的功能，模拟运行工况进行逐项试验。试验结束后，得到结论：修改后的给水泵RB触发逻辑，既保留了原有功能，又实现了优化完善目标，动作结果正确，动作过程可靠。4 结束语给水泵RB逻辑完善的意
36、义就在于既保证了一台电泵与一台汽泵并列运行时，任意一台泵跳闸，都会发生给水泵动作，使机组负荷迅速下降，确保机组的安全稳定；同时，又保证了两台汽泵并列运行时，如果电泵保持着良好的备用状态，能够在任一汽泵跳闸后，迅速联启，维持机组的原运行状态，避免了机组降出力，减少了对电网的负荷扰动。参考文献：1、火电厂过程控制 张栾英 孙万云编著 中国电力出版社， 2000年7月2、火电厂开关量控制技术及应用 李江 边立秀 何同祥编著 中国电力出版社， 2000年7月3、热工自动控制设备 孔元发编著 水利电力出版社，19934、火力发电设备技术手册 中国动力工程学会 机械工业出版社，2000发电厂自动调节系统常
37、见问题及解决方法马晓虎（新疆华电苇湖梁发电有限责任公司）摘 要：目前电厂机组正在向大容量、超临界和超超临界发展，机组参数和监视点越来越多，机组的自动化水平要求日益提高，本文对发电厂自动调节系统中全程给水自动调节系统的水位准确测量、减温调节系统中纯滞后及磨煤机温度自动调节的解耦等共性问题的解决方法进行探讨。关键字：SMITH预估器 水位测量补偿 解耦 大容量、高参数、高效率的大机组是现代化电厂的发展方向，而大机组目前普遍采用DCS控制系统现代大型发电机组分散控制系统已经是一种标准模式，在DCS系统的热工控制中全程给水自动调节、主汽温度自动调节，磨煤机温度自动调节等调节系统在DCS系统的系统构成中
38、占有相当的比重，这些自动调节系统的投入对机组安全稳定经济运行非常重要，但是目前的调节系统中存在一些共性问题，影响到自动调节系统的投入，下面提出一些共性问题及供参考的解决方案：1 给水调节系统存在的问题及解决方案：锅炉汽包水位的测量在电厂中非常重要，锅炉汽包水位太高，将使蒸汽带水量增加，蒸汽品质变坏，导致过热器结垢，使管壁超温爆管，以及汽轮机通流部分结垢，热效率下降，严重的满水将导致汽轮机遭受水击，使汽轮机严重损坏，而汽包水位太低将引起锅炉炉管爆炸。因此在锅炉运行过程中，锅炉水位自动调节系统的调节品质对系统的高效经济运行至关重要。125MW机组的水位控制系统一般设计为全程控制系统，锅炉负荷从0-
39、100均能实现汽包水位的自动控制，为适应机组的运行方式,汽包水位控制系统设计为高可靠的多回路变结构的自动控制。但是在全程给水自动调节中存在着汽包水位测量不准确，自动调节品质不良等问题。一般给水控制系统要求如下：1）在给水控制系统中不仅要求满足给水调节的要求，同时还要保证给水泵工作在安全区内。2）由于机组在不同的负荷下呈现不同的对象特性，要求控制系统能够适应这样的特性，随着负荷的增长和降低系统要能从单冲量过度到三冲量或从三冲量过度到单冲量，对于由此产生的切换问题并且必须保证两套系统相互切换的控制线路。3）由于给水系统的控制范围比较宽，对各个信号的测量提出了更高的要求。4）在多调节给水自动的机构的
40、复杂切换中给水控制系统必须保证无扰切换。5）给水调节还必须适应机组的定压运行和滑压运行方式。因此在全程给水自动调节系统中水位真实值的测量非常重要；综合以往的经验，在目前DCS系统中软件丰富，功能组态完善的情况下，采用单室测量筒取差压信号，同时测取汽包压力信号和单室测量筒的温度信号对汽包水位进行补偿取得了很好的效果，原理见图1：图1 测量原理图由上图可知：P=P+ - P- = LR3G -(L - H)R1G + HR2G式中P为正、负压取样管的差压，G为重力加速度，为常数，L 为正负压取样管的高度差，R1为饱和蒸汽密度，R2饱和水密度， R3凝结水密度,H为汽包水位。 经运算得出：H= L(
41、R3G-R1G)- p /（R2G-R1G）根据公式只要知道饱和蒸汽密度R1，饱和水密度R2，凝结水密度R3，就可以计算真实的汽包水位高度H 。根据饱和水和干饱和蒸汽密度表把饱和水和干饱和蒸汽密度曲线压力进行分段线形化处理。压力分段取值如下（单位为KG/CM2）：压力分段分别为020.4 、0.40.6、0.60.8、0.81.0 、1.02.0 、2.03.0 、3.04.0 、4.05.0、.5.06.0、6.07.0、7.08.0 、8.09.0 、9.01.0 、1011、1112 、1213 、1314、1415 、1516、1617、1718、1819、1920共取24段。 通过以
42、上对饱和水和饱和蒸汽的密度进行分段线形化，计算出不同压力下饱和水和饱和蒸汽的的实时密度，同理根据不同温度下凝结水的密度不同，对凝结水的密度进行分段线形化，可以得出凝结水的实时密度。水位测量流程图见图2：图2 水位测量流程图经过以上计算将得出H的值，作为给水调节系统调节器的水位测量值。将H的值经过处理，可以得到42MA的模拟量值供输出使用。在实际应用中一般同时测量4个水位值，经过逻辑运算，剔除偏差较大的一个，然后进行三取中或取平均值，作为进入调节系统的水位测量信号。L的取值主要取决于锅炉的型号，220吨锅炉一般取值为700-715mm。正负压取样管直接伸入到汽包内部。温度测点装于凝结水罐上。2
43、主汽温度调节中存在的问题急解决方案目前，大型锅炉中过热管路长，结构复杂，整个过热器分成若干段，每段设置一个减温器，分别调节各段汽温以维持各段的定值。对于整个过热器是对流式的系统，则一般采用分段调节，即维持各段减温器出口汽温为一定值，每段设置独立的系统。如果过热器既有对流式又有辐射式的，则必须采用温差调节，即用前级喷水维持后级减稳器前后温差为一定值。但无论采用那种方式调节，汽温调节对象都是有延迟和惯性的，对于一般的中高压锅炉采用喷水减温器，而喷水量扰动时，延迟时间一般在3060秒。因此主汽温度调节中存在的问题主要是由于温度的测量值滞后，调节环节中存在纯迟延，调节环节容易发生振荡，调节品质不良。图
44、3为一般主汽温串级自动调节示意图。 图3 主汽温串级自动调节示意图它的串级自动调节框图如图4（不带虚线部分）所示*为主汽温给定值，1为减温器后过热器前的温度，2为主汽温度（分段调节为减温器后温度） ，G1（S）为减温器的传递函数，G2（S）e S 为过热器的传递函数。它带有明显的延迟效应，过热器的这种纯滞后性质会导致控制作用不及时，调节过程中易产生超调和振荡，对于此种调节可以利用SMITH预估器来进行滞后补偿，在实践中取得了比较好的效果，原理如下： 利用SMITH预估器来进行滞后补偿时，在主控制器并接一个补偿环节，这个补偿环节称为SMITH预估器，它的传递函数为1- G2（S）e -s，补偿后
45、的系统框图见图4全图所示：图4 补偿后的系统框图传递函数G1（S）和G2（S）e S分别通过实验取得，其中对主对象的传递函数G2（S）e S应力求准确，使得到的SMITH补偿器模型准确，调节品质才会得到加强。3 磨煤机风量和温度控制系统磨煤机风量控制系统主要有两种控制方案：1）为每台磨煤机配有冷风调节门热风调节门和总风调节门。用总风调节门控制磨煤机的风量，用冷风调节门和热风调节门（用差动方式）控制磨煤机出口温度当磨煤机负荷发生变化时，需要调节风量时，开大或关小总风门以满足磨煤机风量的需求热风门和冷风门基本保持不变，当煤种或媒质发生变化时，需要调节磨煤机出口温度时，差动调节热风调节风门和冷风调节
46、风门。当需要降低磨煤机出口温度时则按比例开大冷风调节门，关小热风调节门，反之亦然。由于冷热风门是按比例差动调节的所以不存在解耦问题。2）一种为每台磨煤机只配有冷风调节门热风调节门。磨煤机风量 磨煤机出口温度控制原理如下：此系统中磨煤机风量和磨煤机出口温度控制系统是一个22的多变量系统，其两个输入量分别为冷热风挡板的开度，两个输出量分别为一次风量和磨煤机出口温度，控制对象框图如图5所示：图5 控制对象框图在图中DC、DH分别为冷、热风门开度，F1、T分别为一次风流量和出口温度，WFC（S）、WTC（S）为冷风门开度变化引起的一次风流量和出口温度变化的传递函数，WFH（S）、WTH（S）为热风门开
47、度变化引起的一次风流量和出口温度变化的传递函数。WFC（S）、WFH（S）为一时间常数较小的惯性环节，WTC（S）、WTH为时间常数较大的多容环节。风量特性和出口温度特性两者相差较大。在负荷变动时，风量变化较大，故该系统的磨煤机一次风流量和出口温度的控制比较困难。在此种控制方式下可以采用解耦控制。由于WFC（S）与WFH（S）以及WTC（S）与WTH（S）的特性比较相似，故可以采用静态解耦，即在温度调节器的输出去控制热风门的同时通过一个负比例 环节去控制冷风门，使温度调节器的输出基本上不影响一次风量，同样在风量调节器的输出控制冷风门的同时，通过一个正比例环节去控制热风门，使风量调节器动作基本上不影响温度控制。在实际应用中，磨煤机一次风量和出口温度的测量宜采用三个测量变送器，被调量采用三取中。磨煤机一次风量的测量值用磨煤机进口温度和压力进行补偿，补偿公式为：V1= K ( P*P)0.5 / T0.5式中：V1为一次风流量，单位为T/H； P为差（PA）；P风压绝对压力（KP）； T 风温（K）；K：流量系数4 结论：以上对发电厂机组的全程给水自动控制系统减温自动控制和磨煤机风量及温度控制系统中影响调节品质的几个问题给出了初步的解决方案，经过现场实际应用，取得了良好的调节效果。参考文献：【1】 唐必光主编.125135火力发电机组技术丛书.北京:中国电力