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汽轮发电机组组凝汽器水位控制(汽液两相流疏水器)分析

2024/4/1 10:56:04 字体:  浏览 62

汽轮发电机组组凝汽器水位控制汽液两相流疏水器)分析

       汽轮发电机组组凝汽器水位控制汽液两相流疏水器)分析,汽轮机凝汽器水位控制汽液两相流疏水器系统的设计一直是基建调试中容易忽视的问题,对一台350MW汽轮发电机组的凝汽器水位系统进行了汽液两相流疏水器安装分析与设计,提出优化方案。控制逻辑中增加了闭锁出发逻辑,解决了电动补水阀的位置导致无效调节,以及两条管路的调节阀同时动作增加了设备损耗的问题。
       汽轮机组旁路或汽缸进汽后,排汽进入凝汽器,排汽受到冷却介质的冷却而凝结成水,汽体凝结成水后,进入热水井,热井布置在管束的下方,热井下部为凝结水停留区域,为适应真空泵和凝结泵运行,凝结水需要保证一定的水位。凝结水通过二壳体底部出水管引向一个出口流出,经滤网后与凝结水泵入口相连接。
       凝汽器正常运行时,有两路进水,主要是低压缸排汽凝结水,其次是从凝结水补水泵来除盐水补水,负荷平稳时理想状态下汽水损失为零,则凝汽器水位稳定,除盐水补水量为零。机组的汽水工质在实际做功循环过程中损失是较大的,因此需要不停补充除盐水。负荷大幅度下降时,汽水工质减少,多余的水通过除氧器或凝汽器紧急放水回路疏水到凝结水储水箱;反之,需要快速大量补水。为提高整个循环的热经济性,大型机组均采用补水到凝汽器,但是补水管道通常为多路,如何通过自动汽液两相流疏水器安装的设计优化来解决和优化多路补水的控制问题以其达到优化,是热工自动化业研究的一个问题。
       过高的凝结水水位将会降低凝汽器受冷面积,也会造成凝结水含氧量增加并加快凝汽器铜管腐蚀。同时,也会破坏凝汽器真空值,增加热段抽汽量,降低机组的热效率。机组高水位继续带负荷运行,即易发生推力轴承磨损、轴向位移大等严重问题,致使机组触发ETS动作并被迫停止运行。过低的凝汽器水位会引起凝结水泵空转运行,造成水泵气蚀,危急设备安全。同时,除氧器水位也会降低造成机组减负荷运行。
1系统工艺分析
       某电厂350MW超临界机组凝汽器系统如图1所示。凝汽器选用两路补水,每路配置一个电动调节阀和一个电动阀;真空泵维持凝汽器真空;3台凝结水泵给除氧器补水,保证锅炉上水需求,2用1备,其中2台凝结水泵带有变频器控制。
分析系统工艺,调节凝汽器水位共有三种方式:
       一、真空泵的运转与否会影响凝汽器真空度,对于水位略有影响;
       二、凝结水泵变频器频率的改变造成凝泵出力的改变从而影响水位;
       三、补水调节阀开度的改变影响水位。
       由于真空度对于整个机组安全运行至关重要,而且真空泵未设计变频模式,真空泵在机组启动时必须运转,一种调节方式不可取。凝结水泵变频器频率主要维持凝结水泵出口母管压力,主要作用是保证除氧器水位以便给锅炉上水,所以二种调节方式也不可取。所以只有三种方式通过改变补水调节阀开度才能调节凝汽器水位。
2常规汽液两相流疏水器安装分析
       凝汽器水位控制汽液两相流疏水器系统通常选择单回路传统调节方案,汽液两相流疏水器安装如图2所示,先设置水位设定值,被控变量选择凝汽器水位,通过主调节器计算调阀总体指令需求,再通过副调节器计算各自补水阀开度指令,补水调节阀即为控制系统控制变量。
       设计副调节器的作用是因为补水主管道截面积和补水副管道截面积不一致,通过设置调阀指令平均分配系数即可分配开度指令。一般情况下,此汽液两相流疏水器安装能很好的对水位进行控制。当凝汽器水位降低时,通过控制回路的计算调整将会增大两个补水调节阀的开度从而提高水位,反之亦然。
       该汽液两相流疏水器安装未考虑补水电动阀运行位置。如果补水电动阀处于关闭位,所对应的补水调阀即使开度为大,该管道还是不具备补水能力;调节时两个补水调阀同时动作,增加了执行机构活动频率,降低其使用寿命;两个补水调阀同时动作增加管道节流损失,从节能的角度而言也是浪费。
3汽液两相流疏水器安装优化
3.1凝汽器水位控制汽液两相流疏水器控制系统闭锁原理
       当遇到某种工况时,为了保证设备运行的安全性或者经济性,会自动进行增或减负荷操作,这个过程通过自动控制系统回路实现,无法进行人为干预。这就是所谓的闭锁增或者闭锁减功能。
       控制系统的闭锁增、闭锁减功能,主要是判断凝汽器补水调节阀的调节能力,针对控制系统汽液两相流疏水器安装增减采取的限制措施。主要考虑补水阀开度、节流损失等因素作为判断条件。
       系统的调节能力具体到补水阀的开度就是被调量即凝汽器水位对给定值的响应能力,以给定值与实际值偏差来量化表示。
       在凝结水水位控制系统中设置闭锁增减功能的含义是,如果多个补水阀在凝结水水位调节过程中存在节流损失以至于影响执行机构的寿命,那调节阀的动作需要有先后性,多个调阀开度的范围必须具有一定的重合度,水位的调节需要考虑阀门调节出力的能力、机组性能、稳定安全等多个方面,当然具体情况需要具体对待。
3.2凝汽器水位控制汽液两相流疏水器控制系统优化策略
       针对常规汽液两相流疏水器安装所存在的问题,结合闭锁原理和机组安全性、经济性运行,优化后汽液两相流疏水器安装如图3所示。
       优化后的水位汽液两相流疏水器安装中设置两个补水调节阀各自单独控制水位回路,但是共用同一个水位设定值,通过各自的调节器计算补水调阀开度指令。其中在主管道调阀1中控制器设置闭锁增减回路,主管道调阀2中控制器也设置闭锁增减回路。
闭锁触发逻辑如下:
       (1)当调阀2在自动状态且指令开度大于10%时,调阀1开度闭锁减1信号触发。
       (2)当调阀1在自动状态且指令开度小于70%时,调阀2开度闭锁增2信号触发。
       (3)补水电动阀1在关闭位置,闭锁减1信号和闭锁增1信号同时触发。
       (4)补水电动阀2在关闭位置,闭锁减2信号和闭锁增2信号同时触发。
       (5)闭锁功能只在控制器参与自动状态时作用,若补水调阀在手动状态时,控制器输出跟踪补水调阀指令,避免投入自动状态时产生扰动。
逻辑优化后,可以取得如下效果。
       (1)设置单独控制器的目的在于减少两个调节阀的耦合度。由于两个补水管道截面积不同,所对应的控制器参数应当会有所变化,这和原控制回路中主控制器参数设置时需兼顾两者有所区别。
       (2)当调阀1在自动状态且指令开度小于70%时,调阀2开度闭锁增2信号触发。保证需要补水时先打开调阀1,只有当调阀1指令大于70%时才调节调阀2.
       (3)当调阀2在自动状态且指令开度大于10%时,调阀1开度闭锁减1信号触发。保证需要降水时先降低调阀2,只有当调阀2指令小于10%时才调节调阀1。
       (4)当补水电动阀在关闭状态时,闭锁增减相应的调阀,只有当调阀在手动状态时才可进行开关操作,避免调阀做无必要动作,减少执行机构磨损。
3.3控制器参数设置
       设置凝汽器水位控制(汽液两相流疏水器)器参数时,如果完全凭借经验法设置,由于水位控制系统响应时间长,周期大,惯性迟延大,反映到控制器参数设置时,比例系数难以捉摸,积分调整时间长,调整波峰较为缓慢。为解决此问题,推荐进行凝汽器补水调节阀阀门开度对水位的扰动试验。具体方法如下:
       (1)补水调阀开度对水位的影响,即控制器比例作用参数通过阶跃扰动试验获得。在机组额定负荷工况或者稳定负荷工况下,待凝汽器水位稳定后,手动阶跃增加补水调阀开度。这时凝汽器水位因补水量增加而增加,待水位稳定到新的平衡值,其水位增加量与调阀开度增加量的比值即为比例系数。
       (2)积分时间的获取可通过观察时间获得,用过观察补水调阀动作直到水位发生变化的历史趋势曲线获取积分时间。当然,也可暂时无限放大积分时间,相当于仅仅投入比例作用,然后逐渐增强积分作用和降低积分时间,直到控制曲线无“超调”、“欠调”、“回调”现象,以达到设计目的。
       (3)由于本系统控制具有延时性、滞后性,所以在工程实际中暂不考虑使用微分控制环节。
3.4逻辑优化后的意义
       (1)本汽液两相流疏水器安装考虑补水电动阀位置。如果补水电动阀处于关闭位,所对应的补水调阀将会闭锁在当前位置,避免执行机构进行无谓动作。
       (2)调节时两个补水调阀动作过程具有先后性,降低执行机构活动频率,提高使用寿命。
       通过对350MW超临界机组凝汽器水位控制汽液两相流疏水器策略的分析,完善了机组的控制功能需求。汽液两相流疏水器安装的指导思想为行业内自动汽液两相流疏水器安装设计提供了一些经验和建议。

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