CN210511630U - 基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统，该系统包括除氧器、给水泵、给水泵出口流量传感器、给水泵调节装置、给水泵小汽轮机、变速给水泵、转速测量表、最小给水流量计算模块、再循环控制器、给水再循环阀门和基于再循环状态给水前馈模块等。本实用新型在保护给水泵低负荷运行安全的前提下，通过限制给水再循环阀门的开度速率及开度曲线，避免给水再循环阀门的低开度运行，减少给水再循环阀门的磨损；并在给水再循环阀门开启或关闭的瞬间，对给水系统进行水量前馈补偿，减小机组在低负荷下由于给水再循环阀门大幅动作对给水系统带来的控制扰动，从而实现低负荷下给水系统的安全、节能与提升控制稳定性的综合目标。

Description

基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统

技术领域

本实用新型属于火力发电厂的自动控制领域，涉及锅炉的给水控制系统，具体涉及一种基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统，适用于给水泵最小流量阀开启及关闭过程。

背景技术

随着我国电力产业机构的升级与可再生能源的快速发展，火电机组将承担电网深度调峰的功能角色，以低负荷至中高负荷的灵活性调节为其主要的运行模式，而频繁低负荷的运行工况对机炉设备及控制系统都提出更高的要求。常规给水控制逻辑设置给水最小流量保护系统保证低负荷下给水泵的安全运行，该系统包括再循环管、给水流量再循环阀、再循环调节前、后电动截止阀、差压变送器及过程控制器等，其中最小流量再循环阀门是最为关键的设备。在机组低负荷运行过程中，若锅炉实际的给水流量持续降低，当给水泵的出口流量低于最小流量再循环阀开启限值时，再循环阀门将自动开启，旁路部分给水回到除氧器，从而增加流经给水泵的工质流量，避免给水泵发生过热和汽蚀，减轻泵体的运行损害。

在深度调峰运行工况下，机组负荷频繁触及30％Pe以下负荷点，给水泵流量偏低的工况持续存在，使得最小流量再循环阀门的保护动作频繁，从而造成给水流量波动大、最小流量阀磨损严重等问题：

(1)常规再循环阀控制策略无法适应深度调峰运行

给水泵最小流量常规保护逻辑采用基础PID控制方式，手动设置的定值作为流量控制目标。当给水泵出口流量小于设定值时，再循环阀开度增大，提高给水泵的入口流量；当实际流量高于设定值后，再通过PID拉回作用关小再循环阀。而长期低负荷运行下，给水泵经常在最小流量附近工作，PID控制过程存在的超调现象，会频繁触发最小流量阀的开关，不利于给水系统的稳定运行及给水泵的安全运行。

(2)给水泵最小流量再循环阀设备易磨损

最小流量再循环阀门安装在给水泵出口与除氧器水箱之间，阀门进出口压差约为20Mpa左右，时刻在高压差下工作。因此，阀门节流后的工质很容易出现闪蒸和气蚀，尤其是低负荷下，阀门在频繁开启的过程中极易产生磨损。实际运行中应考虑避免再循环阀门在小开度下工作，否则将严重加速设备的磨损，牺牲设备寿命。

(3)低负荷下加剧给水控制回路的扰动

在深度调峰运行工况下，出于最小流量阀门保护的目的，可以通过设置给水再循环阀的最小开度限值并设定阀门死区，使其直接越过节流过大的小开度范围。但是由于低负荷下机组的稳定性较弱，当再循环阀门开度瞬时开大或关死时，给水流量的突变将对给水系统带来不可避免的控制扰动，甚至会引起系统的震荡和发散。

实用新型内容

鉴于以上现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统，在保护给水泵低负荷运行安全的前提下，通过限制给水再循环阀门的开度速率及开度曲线，避免给水再循环阀门的低开度运行，减少给水再循环阀门的磨损；并在给水再循环阀门开启或关闭的瞬间，对给水系统进行水量前馈补偿，减小机组在低负荷下由于给水再循环阀门大幅动作对给水系统带来的控制扰动，从而实现低负荷下给水系统的安全、节能与提升控制稳定性的综合目标。

本实用新型采用如下技术方案来实现的：

基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统，包括除氧器、给水泵、给水泵出口流量传感器、给水泵调节装置、给水泵小汽轮机、变速给水泵、转速测量表、最小给水流量计算模块、再循环控制器、给水再循环阀门和基于再循环状态给水前馈模块；其中，

除氧器出口连通至给水泵入口，给水泵出口连通至变速给水泵入口，变速给水泵出口连通至给水母管入口，给水母管出口的一个支路出口连通至给水再循环阀门入口，给水再循环阀门出口连通至除氧器入口，给水泵出口流量传感器设置在连通给水泵出口与变速给水泵入口的管道上；

给水泵调节装置用于驱动给水泵，并与给水泵小汽轮机连接，给水泵小汽轮机通过转轴与变速给水泵连接，转速测量表设置在转轴上；转速测量表的输出端连接至最小给水流量计算模块的输入端，最小给水流量计算模块的输出端和给水泵出口流量传感器的输出端均连接至再循环控制器的输入端，再循环控制器的输入端连接至给水再循环阀门的输入端，给水再循环阀门的输出端连接至基于再循环状态给水前馈模块的输入端，基于再循环状态给水前馈模块的输出端连接至给水泵调节装置的控制端。

本实用新型进一步的改进在于，还包括给水泵入口阀门，其设置在连通除氧器出口与给水泵入口的管道上。

本实用新型具有如下有益的技术效果：

1、常规的给水泵最小流量防汽蚀保护中，采用给水泵额定转速下的一固定最小流量值作为控制目标。然而，随着机组低负荷运行下给水泵转速的降低，泵体的实际最小给水流量限值也随之降低。本实用新型提出根据给水泵的当前实际转速进行给水流量低限的设置，更加合理的设定给水再循环阀门开启流量，减少给水再循环阀门的不必要开启次数，在保证了系统安全的前提下，有效避免不必要的旁路流量造成的经济损失。

2、本实用新型采用单调开启或关闭阀门开度的方法，关闭阀门开度的方法实现对最小流量给水再循环阀门过程控制，防止阀门的波动并灵活调控给水再循环阀门的动作变化及速率。该种方式相比常规PID控制策略，可有效避免调节过程中出现的给水再循环阀门波动及系统超调等问题。

3、最小流量给水再循环阀门前后压差很大，给水再循环阀门节流运行下极易出现闪蒸气蚀的现象。本实用新型设置在开启关闭过程中，使给水再循环阀门快速越过25％以下的低开度范围，避免给水再循环阀门长时间低开度运行，降低给水再循环阀门的冲击磨损风险，延长给水再循环阀门寿命。

4、本实用新型设计中的基于再循环状态给水前馈模块，在给水再循环阀门开度大幅变化的时刻，作用于给水泵转速调节主给水流量，适时补偿由于再循环回路水量的大幅增减对给水母管带来的波动，从而可在给水再循环阀门快速开合状态下，增强给水系统的整体稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

附图标记说明：

1为除氧器，2为给水泵入口阀门，3为给水泵，4为给水泵出口流量传感器，5为给水泵调节装置，6为给水泵小汽轮机，7为转轴，8为变速给水泵，9为转速测量表，10为最小给水流量计算模块，11为再循环控制器，12为给水母管，13为给水再循环阀门，14为基于再循环状态给水前馈模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1所示，本实用新型提供的基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统，包括除氧器1、给水泵入口阀门2及给水泵3，给水泵3后设置给水泵出口流量传感器4，用于驱动给水泵3的给水泵调节装置5，与给水泵调节装置5连接的给水泵小汽轮机6，通过转轴7与给水泵小汽轮机6连接的变速给水泵8，装载在转轴7上的转速测量表9，转速测量表9测得的转速送入最小给水流量计算模块10，得到该转速下的最小给水流量限值。再循环控制器11用于比较给水泵出口流量传感器4输出的给水流量与最小给水流量计算模块10输出的当前转速下最小给水流量限值，当二者的偏差低于预设值时，再循环控制器11将按设定规则开启给水再循环阀门13，将给水母管12中的一部分水工质通过管道送回除氧器1中。进而通过改变变速给水泵8的转速及泵送的水量，增大变速给水泵8的工作流量及效率，使其远离汽蚀点，有效降低变速给水泵8过热及汽蚀的风险。在给水再循环阀门13开启、关闭的瞬间，采用基于再循环状态给水前馈模块14对给水泵调节装置5进行干预，补偿由于给水再循环阀门开度突变对给水系统造成的扰动。

其中，由于本实用新型并非采用给水泵额定转速下计算的定值，而是根据变速给水泵8实际转速折算出当前给水流量的最低限值，作为控制给水再循环阀门13开度的实时目标参数，实时设定给水再循环阀门13的合理开启流量，减少机组不必要的能效损失。

进一步，严格采用单调开启或关闭阀门开度的方法进行给水再循环阀门13的开启及关闭的过程控制，使得给水再循环阀门13的动作变化及变化速率更易控制，有效避免再循环阀门的频繁波动及超调风险。

进一步，将给水再循环阀门13开启状态下的开度最小限值设定在25％，使给水再循环阀门13快速越过25％开度以下的小开度运行区间。从而减小给水再循环阀门13在低开度下由于阀门前后的巨大压差易对给水再循环阀门13造成的严重冲击磨损，延长给水再循环阀门13寿命。

进一步，设计了基于再循环状态给水前馈模块14，在给水再循环阀门13快速开启及关闭时刻适时调节变速给水泵8转速及给水流量，补偿再循环回路的大幅度增减水量对给水系统的扰动，增强给水系统的稳定性。

本实用新型提供的基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统，工作时，包括以下内容：

除氧器1输出的给水流量，经过给水泵入口阀门2及给水泵3，靠近变速给水泵8入口处设置给水泵出口流量传感器4。用于驱动调节给水泵的给水泵调节装置5连接给水泵小汽轮机6，通过转轴7带动变速给水泵8，改变转速实现给水流量的控制。装载在转轴7上的转速测量表9，将测得的转速送入最小给水流量计算模块10，得到该转速下的最小给水流量限值。给水泵出口流量传感器4测得的给水流量与最小给水流量计算模块10输出的最小给水流量限值，作为两路输入进入再循环控制器11进行比较，当实际测得流量小于当前最小给水流量限值时，再循环控制器11将按设定规则开启给水再循环阀门13，此时给水母管12中的一部分水工质通过给水再循环阀门13回到除氧器1中。进而，通过改变变速给水泵8的转速及泵送的水量，增大变速给水泵8的工作流量及效率，使其远离汽蚀边界，有效降低泵体过热及汽蚀的风险。在给水再循环阀门13瞬间开启或关闭的时刻，基于再循环状态给水前馈模块14将作用于给水泵调节装置5，快速补偿给水再循环阀门13突变对总给水系统造成的扰动，实现给水再循环阀门13控制的自适应调节，减少给水再循环阀门13不必要的开启状态，有效提高机组在低负荷下，给水系统的安全节能运行水平。

Claims (2)

1.基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统，其特征在于，包括除氧器(1)、给水泵(3)、给水泵出口流量传感器(4)、给水泵调节装置(5)、给水泵小汽轮机(6)、变速给水泵(8)、转速测量表(9)、最小给水流量计算模块(10)、再循环控制器(11)、给水再循环阀门(13)和基于再循环状态给水前馈模块(14)；其中，

除氧器(1)出口连通至给水泵(3)入口，给水泵(3)出口连通至变速给水泵(8)入口，变速给水泵(8)出口连通至给水母管(12)入口，给水母管(12)出口的一个支路出口连通至给水再循环阀门(13)入口，给水再循环阀门(13)出口连通至除氧器(1)入口，给水泵出口流量传感器(4)设置在连通给水泵(3)出口与变速给水泵(8)入口的管道上；

给水泵调节装置(5)用于驱动给水泵(3)，并与给水泵小汽轮机(6)连接，给水泵小汽轮机(6)通过转轴(7)与变速给水泵(8)连接，转速测量表(9)设置在转轴(7)上；转速测量表(9)的输出端连接至最小给水流量计算模块(10)的输入端，最小给水流量计算模块(10)的输出端和给水泵出口流量传感器(4)的输出端均连接至再循环控制器(11)的输入端，再循环控制器(11)的输入端连接至给水再循环阀门(13)的输入端，给水再循环阀门(13)的输出端连接至基于再循环状态给水前馈模块(14)的输入端，基于再循环状态给水前馈模块(14)的输出端连接至给水泵调节装置(5)的控制端。

2.根据权利要求1所述的基于给水泵再循环阀状态的给水前馈控制系统，其特征在于，还包括给水泵入口阀门(2)，其设置在连通除氧器(1)出口与给水泵(3)入口的管道上。

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