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趙永生
1 前言
對于除氧給水母管制運(yùn)行的機(jī)組，保持給水母管壓力的穩(wěn)定，除保證給水除氧系統(tǒng)安全運(yùn)行之外，還能有效保證鍋爐汽包水位的穩(wěn)定。穩(wěn)定負(fù)荷時(shí)，減少給水側(cè)的擾動(dòng)；變動(dòng)負(fù)荷時(shí)，及時(shí)調(diào)整給水泵轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定住給水母管壓力，使給水量變化及時(shí)，同時(shí)還有一定的節(jié)能效果。但為保證給水系統(tǒng)的基本穩(wěn)定，同時(shí)還要穩(wěn)定母管壓力，運(yùn)行泵組往往采用定速泵和調(diào)速泵的組合。組合不同，其調(diào)節(jié)特性也會(huì)有較大變化，因此，給水母管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試必須考慮其組合變化。由安徽電力試驗(yàn)研究所調(diào)試的山東濱洲魏橋紡織集團(tuán)熱電廠的給水母管壓力自動(dòng)系統(tǒng)，考慮了這個(gè)因素，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試中，利用DCS可以靈活組態(tài)的功能，采用調(diào)節(jié)參數(shù)變增益的方法，滿足了給水泵不同組合形式下，給水母管壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
2 機(jī)組概況
山東濱洲魏橋紡織集團(tuán)熱電廠一期工程為4×12MW的供熱機(jī)組。鍋爐系無錫鍋爐廠生產(chǎn)的UG-75/3.82-M30型單汽包、自然循環(huán)、Л型布置的固態(tài)排渣煤粉爐；汽輪機(jī)系南京汽輪電機(jī)廠生產(chǎn)的C12－3.43/0.98-2型12MW單缸軸流，中壓，沖動(dòng)，抽凝式汽輪機(jī)，它帶有可調(diào)整抽汽，正常功率為12MW。熱工控制系統(tǒng)采用北京和利時(shí)控制工程有限公司生產(chǎn)的分散控制系統(tǒng)（DCS）。目前一期工程已經(jīng)全面完成建設(shè)，投入運(yùn)行。
3 給水除氧系統(tǒng)
其除氧給水系統(tǒng)采用母管制運(yùn)行方式。除氧給水系統(tǒng)配用的除氧器采用CY-85型，最大出力為85t/h的臥式除氧器。四臺(tái)機(jī)組的六臺(tái)除氧器采用母管制方式并列運(yùn)行，四臺(tái)鍋爐給水從給水母管引出，用給水調(diào)節(jié)門控制鍋爐水位。除氧給水系統(tǒng)共配有6臺(tái)給水泵，其中3臺(tái)電動(dòng)定速給水泵，3臺(tái)電動(dòng)調(diào)速給水泵。調(diào)速給水泵系日照水泵廠生產(chǎn)的DG85-67*9型鍋爐給水泵，在電動(dòng)機(jī)與給水泵之間裝有大連液力機(jī)械有限公司YOTGC360型液力耦合器。勺管調(diào)速范圍20%至90%，給水泵額定轉(zhuǎn)速為2985rpm。
圖1中可以看出，其1、2、5號(hào)泵為調(diào)速給水泵，3、4、6號(hào)泵為定速泵。根據(jù)負(fù)荷的不同要求，可以選用2、3或4臺(tái)泵運(yùn)行，可以采用1、2或3臺(tái)調(diào)速給水泵來控制給水母管壓力穩(wěn)定。
4 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)負(fù)荷要求及給水系統(tǒng)的設(shè)備狀況，泵組有不同的運(yùn)行組合。給水泵的運(yùn)行總臺(tái)數(shù)、參與自動(dòng)調(diào)節(jié)的調(diào)速給水泵臺(tái)數(shù)會(huì)有不同，相應(yīng)影響給水母管壓力調(diào)節(jié)的特性。由于定速給水泵型號(hào)、出力及接入系統(tǒng)運(yùn)行方式一樣；調(diào)速給水泵型號(hào)、出力、接入系統(tǒng)及調(diào)速運(yùn)行方式一樣，因此同型號(hào)但不同的泵運(yùn)行變化可以不考慮，這樣可以做到滿足泵組運(yùn)行變化要求的同時(shí)，盡量簡化系統(tǒng)。對調(diào)節(jié)特性影響最大的是參與自動(dòng)調(diào)節(jié)的調(diào)速給水泵臺(tái)數(shù)，及其在泵的總體運(yùn)行臺(tái)數(shù)中的比重。設(shè)計(jì)給水母管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)必須考慮這個(gè)因素。
給水母管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采取串級調(diào)節(jié)，其主回路接受給水母管壓力信號(hào)，與給水母管壓力定值比較后進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，其輸出為調(diào)速水泵轉(zhuǎn)速指令，各個(gè)調(diào)速水泵采用單獨(dú)的PID調(diào)節(jié)器作為副回路，是快速回路，通過控制相應(yīng)調(diào)速給水泵的勺管開度，來調(diào)節(jié)相應(yīng)調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速與主調(diào)輸出轉(zhuǎn)速指令相等，從而維持給水母管壓力為給定值。
如果參與自動(dòng)調(diào)節(jié)的調(diào)速給水泵臺(tái)數(shù)及其在泵的總體運(yùn)行臺(tái)數(shù)中的比重發(fā)生變化，則即使是同樣的主調(diào)節(jié)器的輸出變化，其對給水母管壓力的影響也不一樣。因此，必須根據(jù)泵組不同的運(yùn)行方式，相應(yīng)改變調(diào)節(jié)器通道的比例增益，消除由于參與自動(dòng)調(diào)節(jié)的調(diào)速給水泵臺(tái)數(shù)及其在泵的總體運(yùn)行臺(tái)數(shù)中的比重變化所帶來的影響。這樣才能保證無論泵組運(yùn)行方式如何變化，都能有效維持給水母管壓力。
圖2是隨泵組運(yùn)行變化而變比例增益的給水母管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理示意圖。
圖2 給水母管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理示意圖
調(diào)節(jié)提到增益變化的計(jì)算是以三臺(tái)泵總體運(yùn)行，其中用一臺(tái)調(diào)速水泵調(diào)節(jié)給水母管壓力的工況為基礎(chǔ)。因?yàn)橄到y(tǒng)的初始調(diào)試是在此工況下進(jìn)行的，并以此試驗(yàn)得到最佳調(diào)節(jié)器參數(shù)。由于DCS中調(diào)節(jié)器模塊不方便設(shè)置可變調(diào)節(jié)參數(shù)，因此比例增益的變化施加于給水母管壓力定值與測量值之差上，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)通道的變比例增益調(diào)節(jié)。
由于可能有不同的調(diào)速水泵投入自動(dòng)，或多臺(tái)調(diào)速水泵逐一投入自動(dòng)，為保證自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)手動(dòng)/自動(dòng)雙向無擾切換，必須設(shè)計(jì)正確的跟蹤回路。跟蹤回路的設(shè)計(jì)必須使手動(dòng)時(shí)，主調(diào)節(jié)器跟蹤運(yùn)行的調(diào)速水泵轉(zhuǎn)速信號(hào)，各泵副調(diào)節(jié)器的定值跟蹤相應(yīng)泵的轉(zhuǎn)速，輸出跟蹤相應(yīng)調(diào)速水泵勺管的開度信號(hào)，才能保證信號(hào)的平衡，實(shí)現(xiàn)無擾手/自動(dòng)切換。圖中的信號(hào)處理模塊組為示意，它是一系列選擇和加減乘除等模塊組成，目的是將主調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，根據(jù)不同調(diào)速水泵的運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速定值，送入副調(diào)節(jié)器，使其在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)的值跟蹤泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速，自動(dòng)狀態(tài)時(shí)接受主調(diào)節(jié)器信號(hào)，維持給水泵轉(zhuǎn)速。
為保證自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全，從而保證給水系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的信號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù)功能。這樣在調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行的情況下，當(dāng)由于自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身的原因，如執(zhí)行器故障、變送器信號(hào)故障、線路故障或調(diào)節(jié)幅度超限等，造成調(diào)節(jié)系統(tǒng)不能正常工作；或者由于外部原因，如熱力系統(tǒng)不正常大幅擾動(dòng)或運(yùn)行在不穩(wěn)定工況，造成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)不可以正常工作，會(huì)發(fā)出報(bào)警或自動(dòng)切除自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)至手動(dòng)狀態(tài)，以避免不正常工況擴(kuò)大造成不必要的事故。
5 自動(dòng)系統(tǒng)調(diào)試及投運(yùn)
設(shè)計(jì)好調(diào)節(jié)系統(tǒng)，觀察運(yùn)行情況，根據(jù)手動(dòng)時(shí)壓力調(diào)整的情況，設(shè)置好DCS中相應(yīng)功能塊的靜態(tài)配合參數(shù)及PID模塊的初始參數(shù)。為保證在自動(dòng)調(diào)節(jié)的工況下，調(diào)速水泵的轉(zhuǎn)速在正常工作范圍之內(nèi)，應(yīng)設(shè)置好PID調(diào)節(jié)器的輸出上下限幅。
調(diào)節(jié)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)試是在兩臺(tái)定速泵加一臺(tái)調(diào)速水泵的運(yùn)行工況下進(jìn)行的，調(diào)速水泵為#2泵，通過定值擾動(dòng)和觀察外部負(fù)荷變化時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)加以優(yōu)化。和利時(shí)公司的DCS可以對組態(tài)的在線下裝，保證了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)的優(yōu)化。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，給水母管壓力能夠穩(wěn)定在6.0±0.15MPa。在其它泵組合的運(yùn)行方式下，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)也能夠滿足穩(wěn)定給水母管壓力的要求。
在調(diào)試過程中遇見的主要問題是執(zhí)行環(huán)節(jié)死區(qū)偏大。主要原因有兩個(gè)，一是執(zhí)行器選型相對于勺管開度行程有些偏大，因此執(zhí)行器電機(jī)一動(dòng)，勺管就有過調(diào)；二是該執(zhí)行器采用開關(guān)量控制，伺服放大器為DCS內(nèi)部的軟伺服模塊，調(diào)節(jié)器指令與閥位反饋比較運(yùn)算后的輸出控制由DCS的普通DO點(diǎn)完成，未采用可以調(diào)整DO脈沖輸出寬度和頻率的專門進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的DO模塊。造成軟伺服模塊死區(qū)只能大于4%，每次勺管的調(diào)整量有7%左右，產(chǎn)生調(diào)節(jié)初始階段滯后而調(diào)整進(jìn)行時(shí)產(chǎn)生過調(diào)，影響調(diào)節(jié)速度和質(zhì)量，否則調(diào)節(jié)品質(zhì)將會(huì)更好。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)