定速泵给水全程控制系统的设计应用.pdf

2 0 1 2 年第3 0 卷第2 期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NNE R MONGO LI A E L EC T RI C P OW ER 6 7 定速泵给水全程控制 系统的设计应用 贾杰 ， 旋继新 ( 内蒙古 电力勘 测设计 院， 内蒙古呼和浩特0 1 0 0 2 0 ) 摘要： 本文以内蒙古某工程为例 ， 说 明定速泵给水全程控制 系统在工程设计 中的应用， 并 ： 结合工程实际对控制 系统的设计及运行方式进行 了分析 ， 认 为定速泵给水 系统可以满足机组 ； 全程对给水 自动控制的要求， 适合容量较小的机组采 用。并对定速泵设计及调试 中应注意的 ! 选型、 切换、 调节参数设置等问题进行了 提示。 关键词 ： 给水泵 ； 汽包水位 ； 调节阀； 定速泵 ； 全程控制 ； 文献标志码 ： B 文章编号： 1 0 0 8 —6 2 1 8 ( 2 0 1 2 ) 0 2 一O 0 6 7—0 3 De s i g n Ap p l i c a t i o n o f Co n s t a n t S p e e d P u mp i n F e e d w a t e r F u l l - p r o c e s s Co n t r o l S y s t e m ( I n n e r Mo n g o l i a P o we r Ex p l o r a t i o n& De s i g n I n s t i t u t e ．I n n e r Mo n g o l i a Ho h h o t 0 1 0 0 2 0) A b s t r a c t ： T a k e o n e p r o j e c t i n I n n e r Mo n g o l i a a s a n e x a m p l e t o d e s c r i b e d e s i g n a p pl i c a t i o n o f c o n s t a n t s p e e d f e e d wa t e r p u mp i n f u l l p r o c e s s c o n t r o l s y s t e m，c o mb i n e d wi t h a n a l y s i s i n p r o j e c t i m p l e m e n t a t i o n i n c o n t r o l s y s t e m d e s i g n a n d o p e r a t i o n mo d e ．I t i s a c k n o w l e d g e d t h a t c o n s t a n t s p e e d f e e d wa t e r p u mp s y s t e m c a n s a t i s f y wh o l e p r o c e s s a u t o ma t i c c o n t r o l r e q u i r e me n t s o f u n i t w a t e r s u p p l y a n d p r o mp t e d o t h e r i s s u e s i n d e s i g n a n d c o mmi s s i o n i n g o f c o n s t a n t s p e e d f e e d wa t e r p u mp s y s t e m． ； Ke y w o r d s ： f e e d w { ；w h o l e p r o c e s s c o n t ro l ⋯ I 一 一 0 引言 a t e r p u mp ；d r u m l e v e l ；c o n t r o l v a l v e ；c o n s t a n t s p e e d f e e d wa t e r p u mp ； 目 前 ， 火电厂锅炉给水系统设计中大多采用变 速泵来实现锅炉全程给水自动调节， 很少使用定速 泵。但定速泵 同样能够实现全程给水 自动调节 ， 且 具有经济性较好等诸多优点Ⅲ 。本文以内蒙古某火 电工程为例 ， 说明定速泵给水全程控制系统在 电站 中的应用情 况 ， 为今后 建设 同类 型机组时提供 参 考 。 1 工程概况 该工程锅炉为 4 8 0 t ／ h 高压煤粉单炉膛 、 四角切 圆燃烧 、 平衡通风 、 固态排渣 自然循环汽包 炉 ， 本期 建设 3 台锅炉， 配套2 台5 0 M W冲动、 抽汽、 直接空 冷冷凝式汽轮机 。主蒸汽和主给水 系统采用母管 制 ， 主给水系统由4 x 1 0 0 ％额定容量的定速电动给 水泵( 3 运 1 备 ， 全厂公用) 及 2 台高加( 单 台机组 ) 组 成 ， 凝结水加热系统 由 1 台低压补水除氧器 ( 全厂公 用 ) 、 3台内置式高压除氧器 ( 全厂公用) 、 2 台低压加 热器( 单台机组 ) 组成。 D C S系 统 为 H o n e y w e l l 公 司 提 供 的 E x p e r i o n P K S 系统 。本工程 中给水泵均采用定速给水泵 ， 通 过切换不 同通径 的阀门来实现给水控制 ， 避免 了由 单 一大 阀 门调节 造成 的调 节 死 区和调 节延 时现 象 。给水系统流程图如图 1 所示 ， 其 中阀 1 全开 时 【 收稿 日期】2 0 1 2 一 O 1 — 2 8 [ 作者简介】贾杰( 1 9 6 5 一) ， 男， 山西人 ， 学士， 高级工程师， 从事发电厂热工 自动化专业设计研究工作。 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 2 年第3 0 卷第2 期 直径 3 直径2 7 3 m m， 厚2 5 m il l 图 1 给水 系统流程图 给水流量 ≤3 0 ％额定流量 ， 阀2 全开时≤7 0 ％额定流 量 ， 阀3 全开时 >7 0 ％额定流量( ≤1 0 0 ％额定流量 ) 。 2 给水全程控制系统构成 给水控制 系统是机组重要的调节 系统之一， 其 任务是维持汽包水位在一定 的范围内，控制系统性 能对机组 的安全 、 稳定及经济运行有着重要影 响。 给水控制 主要包括如下 系统 ： 给水泵联锁保护控制 系统 ， 给水泵最小流量控制 系统 ， 以及 由单 冲量和3 冲量组成的汽包水位控制系统 。 2 ． 1 给水泵联锁保护控制系统 2 ． 】 ． 1 给水 泵启 动的条 件 ( 1 )进 口阀全 开 ； ( 2 )最小流量阀全开 ； ( 3 )润滑油压正常 ； ( 4 )给水泵无反转报警信号 ； ( 5 )除氧器水位正常； ( 6 ) 口阀全关 。 2 ． 1 ． 2给水 泵跳 闸保护 动作 条件 ( 1 )润滑油压低 ； ( 2 )除氧器水位低 ； ( 3 )轴承温度高高 ； ( 4 )电机定子温度高高 ； ( 5 )给水泵运行时流量低 ； ( 6 )给水泵人 口压力低 ； ( 7 )给水泵轴承振动超标 。 2 ． 2 给水泵最小流量控制系统 为保证给水泵工作点落在安全区域内， 必须恰 当控制给水泵流量 ， 最小流量 的控制主要是通过控 制 回水量来实现 的， 以保证给水泵运行中流量不低 于设计 的最小流量 。其控制 回路的设计 与其他工 程相似 ， 不再赘述 。 2 - 3 汽包水位控制系统 汽包水位是维持锅炉稳定运行的重要参数之 一 。理想情况下 ， 稳定状态时的锅炉水位应保持恒 定 。通 常 ， 汽包水位 会 围绕设定 值有小范 围的波 动，波动越小，越有利于锅炉的稳定运行 。汽包水 位控制系统原理如图2 所示。 D ( 蒸汽流量 ) 给水调阀 ( 给水流量 ) 图2 汽包水位控制系统原理 3 给水控制系统运行方式 为保证锅炉稳定运行 ， 实现启动 、 低负荷及高 负荷全过程 中汽包水位在小范围内变化 ， 本工程在 锅炉主给水母管上分别设有阀 1 ( 小 阀) 、 阀2 ( 中阀) 和阀 3 ( 大阀) ， 供机组在不同工况下调节使用。 在锅炉启动 和低负荷阶段 ， 蒸汽参数低 、 负荷 变化小 ， 给水流量测量不准的情况和假水位现象均 不太严重。当蒸汽流量 ≤3 0 ％~ C， 汽包水位控制系 统采用小 阀单冲量( 水位 ) 控制 ， 开启 阀 1 。 负荷逐渐增大时 ， 随着蒸 汽流量的增 大 ， 蒸 汽 流量 ≤7 0 ％额定流量时 ， 阀 2 打开 ， 阀 1 逐渐关闭 ， 阀 1 控制切换为阀2 控制 ， 并且阀2 控制由单冲量控制 切换为3 冲量( 水位 ， 蒸汽流量 ， 给水流量 ) 控制。 高负荷阶段， 当蒸汽流量 > 7 0 ％ 额定流量时， 阀 3 开启 ， 阀2 逐渐关闭 ， 由3冲量控制 阀3 ， 采用 串级 3 冲量控制的给水全程控制方式 。 总之 ， 当负荷逐渐升高时 ， 给水调节 由通 流能 力较低的小 阀切到通流能力较高 的大阀来控制 ； 负 荷下 降时 ， 大 阀按一定速度关 闭 ， 原来关闭的小阀 再次投人调节 。单冲量与 3 冲量控制方式的正常切 换 ， 以及 阀 1 、 阀2 、 阀3 间的顺利切换是保证水位控 制 系统正常运行 的关键 ， 系统控制原理如图 3 所 示 4 注意事项 定速泵给水全程控制系统在设计 和调试 过程 2 0 1 2 年第3 0 卷第2 期 贾杰 ， 等： 定速泵给水全程控制系统的设计应用 6 9 H ( 水位 )D ( 蒸汽流量 ) 缸 I ‘ 给 水 流 量 ) 手动切换 手动切换 望 手动切换 阀 1 阀 2 阀3 图 3 阀门及单、 3 冲量切换控制原理 图 中需注意以下几方面的问题。 4 ． 1 调节阀选型 在设计定速泵给水全程控制系统时 ， 大 、 小调 节 阀门的选型至关重要 。阀门大小应根据机组实 际运行情况来选择 ， 以使阀门在调节过程具有较好 的控制特性 ， 同时方便运行人员监视和控制 ， 这也 是定速泵系统能够实现给水 全程控 制的重要环节 之 一 。 4 ． 2 单冲量与 3 冲量之间的切换 4 ． 2 ． 1 应在稳定负荷下进行切换 单 冲量与 3 冲量之 间的切换 ， 应尽量在机组某 一 稳定负荷下进行 。因为在额定流量 的 1 5 ％一2 5 ％ 区域 内， 给水流量的测量还不够稳定 、 准确 ， 在稳定 负荷下进行切换可以避免因负荷扰动造成的控制 系统波动情况 。 4 ． 2 ． 2 汽轮机 切缸 时避 免切 换 在 中压缸进汽向高压缸进汽转换时 ， 尽量避免 进行单 冲量 向3 冲量切换 。如某厂汽轮机通常采用 中压缸启动方式 ， 蒸汽参数满足后会 自动切到高压 缸进汽方式 ， 切缸负荷点一般是在额定蒸汽流量的 1 5 ％～2 5 ％。由于切缸时蒸 汽流量扰动较大 ， 因而 不利于单冲量向3冲量稳定切换。调试过程中曾出 现过单冲量 向 3 冲量切换 时 ， 汽轮机也正在 由中压 缸进汽向高压缸进汽切换 ， 导致汽包水位调节品质 恶化的问题。 4 ． 2 ． 3 机组 R B时避免 切换 机组R B 时， 因外部扰动较大， 单冲量与3 冲量 之 间的切换点应避开 R B工况 。机组调试过程 中 ， 可通过试验观察， 使阀门切换点设置在合适区域 内。各 阀门切换点 的选择应考虑大小阀通流量 和 机组 R B的功能要求 ， 切换还应延迟进行 ， 避免因负 荷波动造成给水控制系统的反复切换动作。 4 ． 2 ． 4 手 动 方式 下应 注意调整 操作 自动方式 下 ， 大 、 小 阀切换过程可 由系统 自动 完成， 但在手动方式下 ， 需要运行人员根据机组运 行情况及调整经验进行手动切换。 4 I 3 根据试验情况选择调节参数 大 、 小 阀切换时 ， 应选择合适的阀门关闭 、 开启 速度 ， 以保证 良好的控制性能 。为保证系统 的无扰 切换 ， 各阀门切换 宜设置跟踪 回路 ， 以达到更好 的 调整效果 。阀 1 、 阀2 、 阀3 通径 的选择 ， 阀门动作速 度 ， 调节器参数 ， 以及单 、 3 冲量切换工况的设定等 至关重要 。为了更好地满足机组稳定运行要求 ， 实 现汽包水位在各种工况下 的无扰切换 ， 需要在工程 基建过程中根据机组具体情况及有关经验进行试 验 ， 以找出适合工程实际的调节参数。 5 结束语 由于可借鉴的经验较少 ， 机组调试初期曾出现 过 因参数设 置不合理 引起水位 波动较大 的情况 。 经过处理 ， 调试工作完成后 ， 给水控制 系统运行情 况 良好 。变负荷过程 中 ， 汽包水 位波动范围小 ， 基 本能稳定在允许范围以内， 能够很好地满足机组全 程对给水 自动控制的要求。另外， 在机组 R B 过程 中， 汽包水位控制也表现出很好的抗扰能力 。 采用定速泵运行 的给水全程控制系统虽然存 在启 动 、 停炉和低负荷运行时节流损失较大 、 厂用 电率高等不利之处 ， 但也具有投资小 、 占地面积小 、 系统简化 、 调节响应快 、 调节 品质好等优点 。定速 泵运 行的给水 系统 同样能够较好地满足机组给水 全程控制的各项要求 ， 具有较好的运行经济性和较 高的可靠性 ， 更适合在一些容量较小 的机组上使 用 。 参考文献 ： 【 1 】陈稻香． 无除氧器定速泵给水全程控制系统【 J 1 ． 福建电力 与 电工 ， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 1 ) ： 4 3 — 4 6 ． 【 2 ]张子才， 龚争理， 黄良沛， 等． 锅炉汽包水位串级三冲量控 制系统设计与应用【 J ] ． 国外电子测量技术， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 4 ) ： 43 -4 7． [ 3 ]3 张子才， 龚争理， 黄 良沛， 等． 锅炉汽包水位控制系统的设 计与仿真[ J 1 ． 新技术新工艺， 2 0 1 0 ( 1 1 ) ： 3 0 — 3 2 ． [ 4 ]刘文军． 智能控制技术在大型火电机组给水全程控制系 统中的应用研究[ D ] ． 太原： 太原理工大学， 2 0 0 7 ： 4 6 — 5 5 ． 编辑： 白永军