M701F4燃气轮机联合循环机组高压汽包水位控制异常分析与处理

1、m701f4燃气轮机联合循环机组高压汽包 水位控制异常分析与处理江觀中国大唐集团魁学技术研究院有限公司华东分公司摘要：针对某m701f4燃气-蒸汽联合机组在运行过程屮经常出现的高压汽包水位控制 品质恶化的情况，通过分析，发现由于系统结构复杂，而控制逻辑设计相对简 单，未充分考虑各回路之间的相互影响，最终导致给水控制调节阀频繁大幅摆 动，引起高压汽水位波动异常。通过对控制参数的修改初步解决了该问题，对 进一步优化设计也提出了针对性建议。关键词：燃气轮机联合循环机组;m701m;高压汽包水位控制;tca;控制逻辑优化;作者简介：江溢洋（1991-）,男，硕士研究生，主耍从事发电厂生产过程自动 化工

2、作。0引言汽包水位是表征汽包安全稳定运行的重要标志，过高将影响汽水分离效果，使 饱和蒸汽湿度增大，造成蒸汽管道及汽轮机进水，甚至腐蚀损坏叶片。水位过低 时将破坏锅炉水循环，在负荷略有变化时很容易因补水不及时引起蒸发管道进 汽，导致水冷壁受热不均或干烧，严重时造成汽包破坏或爆炸ill。因此，汽包 水位控制对于机组运行安全显得极其重要。m701f4燃气-蒸汽联合机组的高压汽包控制系统，在常规给水回路的基础上并 联增设了一套燃机转子及动叶系统中的空气冷却器（简称tca）的冷却水回路 m。如图1所示，该冷却水回路同样由高压给水泵供给进水，经过冷却器换热 后设置有两个线路冋水;一路至凝汽器（线路1），一

3、路至高压汽包（线路2）。 通常对于机组在启动、低负荷阶段或紧急情况时，该给水回路由线路1回水至凝 汽器;在机组升负荷达到一定值后，自动切换至线路2回水，同时线路1转为备 用状态。线路1和线路2的流量分别各自的流量调节阀（fcv）控制，切换过程 由控制系统自动完成3。由于给水hl路的增加，而且tca冷却水回路涉及燃机系统安全稳定运行，对其 冷却水流量的保障具有较高要求，因此相对于常规机组高压汽伍水位控制， m701f4燃气-蒸汽联合机组具有更大控制难度。1高压汽包水位控制异常情况及原因分析1.1异常情况如图2所示，某厂某机组高压汽包水位在实际运行中暴露出水位自动控制品质 不佳的问题，在部分负荷段

4、水位波动幅度甚至超过自动切除保护阈值，自动难 以投入。实际负荷435mff实际负荷商压汽包图1 m701f4燃气-蒸汽联合机组高压汽包控制系统示意图下载原图对于此高压汽包水位控制异常情况，由于涉及控制参数、控制策略及调阀特性等 多方面影响因素，因此必须先对该系统的控制策略进行全面分析，从而确定引 起控制异常的根本原因。1.2控制策略分析1.2.1汽包水位控制回路高压汽包水位控制回路采用单冲量控制。控制汽包水位作为被控量，高压进水调 阀lcv开度作为控制量。1.2.2高压给水压力控制回路高压给水泵勺管控制泵出口压力，即高压给水压力，高压给水压力作为被控量， 勺管开度作为控制量。1.2.3 tca

5、冷却水流量控制回路如上文所述，tca冷却水回路有2条线路，其冷却水流量同燃气轮机负荷经由一 定的函数相互联系，进而改变相应控制调阀指令开度。其中为了保障机组运行各 个阶段冷却水流量耍求，设置有最小给水流量限制逻辑，一旦低于不同水温下 的限制定值便及时开大fcv-2阀，通过导通线路1快速增大冷却水流量。这一控 制适用于整个机组状态，正常情况下线路1 一般处于关闭备用状态，由线路2 投入运行。对于线路2其流量控制由tca冷却器给水流量设定和流量调阀前后差 压来控制，其给水调阀fcv-2开度控制指令计算公式如式（1）:q366w式（1）中，c表示fcv-2调阀指令（经由控制器最终生成百分比开度）为给

6、 水流量设定，t/h; ap为流量调阀的前后差压，k pa; p为水密度，kg/nhl。通过式（1）可知，给水流量设定跟负荷有关，不同负荷工况下对应不同定值； 水密度则主要与tca出口冷却水温度相关，工况不变时p值变化程度很小。因 此对于稳态工况，调阀开度控制指令主要受流量调阀前后差压ap影响。1.3异常工况的原因分析基于上述分析，对部分负荷段自动状态水位水位控制异常工况作进一步分析， 其主要原因如下：对于tcs冷却水回路，在稳态负荷下，根据流量调阀前后差压控制其开度，差 压越大阀门开度越小，反之亦然。在高压汽包水位偏高时，lcv阀根据水位偏离 设定值的变化关小阀门，导致进u给水压力变高，虽然

7、高压给水泵通过改变勺 管开度以稳定高压给水压力，但与此同时同样从高压给水来的tca冷却水冋路， 由于调阀fcv-1前后差压的变小，fcv-1阀开度变大，冷却水流量增大，而正常 运行时由于回水均由线路2进入高压汽包，所以势必对汽包水位调节带来干扰。2改进措施与建议2. 1改进控制参数针对上述问题，提出如下参数优化方案:(1) 经过分析研究后，由于几个控制回路之间相互影响干扰，而目前lcv阀调 节幅度又相对较大加剧了相互之间的影响，而部分负荷由于阀门线性不佳，最 终出现该机组上文屮所述的控制发散，自动难以投入的现象。综合各方面因素， 将高压汽包给水调阀pid控制器比例系数由1.5优化为0.7，积分

8、系数200优化 为420，以使得整个调节过程相对平缓，一定程度上减弱各控制回路之间相互 影响。在完成上述参数改进工作后，在投入自动时，调阀控制平稳，给水流量及汽包 水位波动均有明显降低，在正常agc指令变化时，满足各工况下水位控制要求， 不再出现大幅波动或发散情况。(图3)2.2后续优化建议通过改进机组控制参数，初步解决了变负荷部分工况下的水位控制异常问题， 但是当遇到快速大幅度减负荷吋，由于fcv-1采用根据阀前后差压的开环控制 方式，往往不能及时改变阀位，加之fcv阀门线性不佳，导致变负荷时汽包水 位不能及时回落，建议将fcv阀控制策略改为直接控制tca冷却水流量。实际负4顯lcv调阀指令

9、/反馈图3改进控制参数后机组高压汽包水位控制曲线下载原图lcv离压给水流毋1. 2，3冷却水液wk 2、3i +xa w阁4高压汽包水位水位控制系统优化后组态示意阁下载原阁另一方面，该机组高压汽包水位控制系统控制策略单一，仅为简单的单回路控 制方式，由于两条并联进水回路工作方式不尽和同，因此总给水流量对汽包水 位调节干扰较大。综合各方面因素，建议采用三冲量的水位控制模式，同时在方 案设计中需考虑到tca冷却水流量的控制要求。因此根据现场测点布置，针对控 制策略提出如图4所示优化建议。由于tca冷却水回路有两条回水线路，为丫避免回水至凝汽器线路对总给水流 量的干扰，对此根据fcv-2调阀状态进行

10、冷却水回路流量选择处理后，加上lcv 回路流量计算出高压汽包总给水流量。通过综合汽包水位、蒸汽流量和给水流量 进行三冲量控制策略设计，可以有效避免蒸汽负荷变化所带来的虚假水位，同 吋对于两并联给水冋路的流量复杂变化进行综合考虑，进而保证汽包水位调节 的快速及稳定。3结语本文通过对某m701f4燃气轮机联合循环机组在运行中出现的高压汽包水位控制 异常情况的深入分析，总结原有控制方案中存在的问题，进而提出优化控制策 略。经过改进控制方案后，机组在各负荷工况下均能满足水位控制要求，实现良 好的按制品质。参考文献1马占辉.对高压锅炉汽包水位的分析及运行中的控制j.中国新技术新产品， 2010 (1) :138.2梁珊珊，董奎，杨小军，陶健.m701f4燃气轮机新型空气冷却器及其系