火电厂给水控制优化研究

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1、随着目前电力需求的增长，以及能源和环保的要求，我国的火电建设开始向大容量、高参数的大型机组靠拢。但是，火电机组越大，其设备结构就越复杂，口动化程度要求也越高。电厂热工口动化水平的高低已经是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。我国近儿年新建的300MW、600MW火电机组基本上都采用国内外最先进的分散控制系统，对全厂各个生产过程进行集中监视和控制。汽包水位是汽包锅炉非常重要的运行参数，同时它还是衡量锅炉汽水系统是否平衡的标志。锅炉汽包水位控制屮被控量是汽包水位，操纵变量是给水流量。他主要考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包水位在工艺允许范围

2、内，以保证锅炉和汽轮机安全运行。水位过高会影响汽水分离器的正常运行，蒸汽品质变坏，使过热器管壁和汽轮机叶片结垢。严重时，会导致蒸汽带水，造成汽轮机水冲击而损坏设备。水位过低则会破坏水循环，严重时将引起水冷壁管道破裂。因此，汽包水位控制一直受到很高的重视。另一方面，随着锅炉参数的提高和容量的增大，汽包的相对容积减少，负荷变化和其他扰动对水位的影响将相对增大。这必将加大水位控制的难度，从而对水位控制系统提岀了更高的要求。但是，由于给水系统的复杂性，真正能实现全程给水控制火电机组还很少。因此，对给水控制进行优化，增强给水系统的控制效果和适应能力成为迫切需要解决的问题。面对在电厂中

3、给水控制投自动困难的问题，以实现机组给水控制高效运行为目的，利用多变量解耦控制方法实现低负荷阶段给水控制的优化设计。在高负荷时采用串级三冲量给水控制系统控制汽包水位的方法。并且分别通过MATLAB仿真，证明了所设计的系统可以在低负荷阶段速度响应加快，过渡过程缩短，高负荷阶段很好克服系统的内外扰动，实现汽包锅炉水位控制的要求。当前，电力行业市场化改革己经实行，“厂网分离，竞价上网”对机组的运行提出了更高的要求。完善和优化给水控制无疑是一个具有非常现实意义的课题。第一章国内外电厂给水控制的现状1.1ABB贝利公司给水系统设计方案ABB贝利公司设计的给水控制系统采用了两段式给水控

4、制模式，即在启动和低负荷阶段通过控制给水旁路阀和给水泵转速来维持汽包水位和给水压力；在高负荷阶段通过控制两台汽:动给水泵转速来调节给水的流量，从而控制汽:包水位。在启动和低负荷时，单冲量汽包水位控制采用调节电动给水泵出口管路上的给水旁路阀的开度来控制给水流量。维持汽包压力及克服给水管路上的阻力，则通过调节电动给水泵的转速来控制。以保证电动给水泵有足够的，但不过于富余的压力。其控制系统图如图1・1所示。电泵指令图1・1ABB公司低负荷给水控制系统示意图在高负荷时，采用串级三冲量给水控制模式对两台汽动给水泵进行控制，而电动给水泵则处丁热备用的状态。串级三冲量给水控制是指系统利用

5、汽包水位偏差、给水流量以及蒸汽流量作为串级PID的输入，以汽水系统的物质平衡和能量平衡为调节口标的控制方式。两台汽动给水泵具有多输出系统功能。经过串级PID调节输出的给水控制指令，平均分配后送至汽动给水泵控制回路，调节汽动给水泵的转速来调节给水流量。其控制冋路图如图1・2所示。汽包水位H蒸汽涼量PII)►I△总给水涼量申。.5图1・2ABB公司高负荷给水控制系统示意图1.2目前给水控制总体状况目前，随着单元机组容量的增人和参数的提高，机组在启停过程中需耍监视和控制的项口越来越多，因此，为了机组的安全和经济运行，必须实现锅炉给水从机组的启动到止常运行，乂到停炉冷却全部过程均能

6、实现口动控制。锅炉在不同负荷和参数吋，rti于给水被控对象的动态特性不同，低负荷时由于蒸汽参数低，负荷变化小，虚假水位现象不太严重，通常对维持水位恒定的要求又不高,因此一般可采用给水调节阀调节汽包水位，给水泵维持给水并压和结合的控制方式和单冲量给水控制方式。在高负荷时，由于水位动态特性复杂，且汽包存在着严重的“虚假水位"现象，为了保证给水系统的安全可靠，高负荷时大多采用串级三冲量控制系统。目前，我国大型火电机组的给水控制基木上还是采用经典的PID控制算法。不同的控制公司在给水控制策略的设计上虽然各有特点差异，但基本上还是遵循了单冲量和三冲量控制相结合的控制模式，采用的也基本

7、上是调阀和调泵相结合的控制方法。虽然从理论上讲，现有的控制方法应该可以实现机组的全程给水口动。但是，实际上由于给水系统和机组运行的复杂性，机组在启动和低负荷时往往投不上自动。另外，机组在高负荷时，虽然可以实现三冲量给水自动且正常情况时效果也不错，但适应异常工况的能力和出现设备故障的情况时的口调整能力也较并。因此，如何真止很好地实现给水控制是现今控制工程人员急于解决的一个课题。通常来说，经典PID控制难以解决的问题，可以寻求高级的过程控制方法来解决。高级控制方法虽然在理论上已趋近于完善，但要在工程实际应用发挥作用，还