“W”火焰鍋爐主汽溫度控制探析

　W火焰鍋爐主汽溫度控制探析東電力研究院李昌衛(wèi)王真（252033）山東中華電力有限公司聊城發(fā)電廠張洪波景昌華東荷澤發(fā)電廠陳言軍周銀生的體會(huì)。

　　1概述過熱器蒸汽溫度的控制品質(zhì)對電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重大影響。汽溫過高，會(huì)燒壞過熱器而爆管，汽機(jī)側(cè)高壓缸也會(huì)因汽溫過高，承受過高的熱應(yīng)力而損壞汽溫過低會(huì)降低機(jī)組的熱效率。據(jù)有關(guān)資料顯示，一般汽溫降低5 10℃熱效率約降低1 ，同時(shí)將增大汽輪機(jī)排汽濕度而影響汽輪機(jī)的安全，短時(shí)間內(nèi)汽溫偏差不應(yīng)超過10℃，長期偏差不應(yīng)超過5℃，而定值一般為540℃左右為最佳。

　　聊城電廠2X600MW機(jī)組（荷澤為2×300MW）是亞臨界、中間一次再熱機(jī)組，鍋爐采用英國三井巴布科克能源有限公司生產(chǎn)的W火焰燃燒鍋爐，配備一次風(fēng)正壓直吹式雙進(jìn)雙出鋼球磨制粉系統(tǒng)。過熱器分為三級：初級過熱器、屏式過熱器、末級過熱器。過熱器蒸汽溫度采用分段減溫水控制。

　　副調(diào)節(jié)器，C4、C5分別為一級減溫控制回路的主副調(diào)節(jié)器，C2為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)器2減溫水工藝結(jié)構(gòu)大型鍋爐由于過熱器管道較長，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了進(jìn)一步改善控制品質(zhì)，W鍋爐過熱器采用了兩級減溫水控制過熱汽溫。一級噴水減溫器位于初級過熱器和屏式過熱器之間，控制屏式過熱器出口溫度二級噴水減溫器位于屏式過熱器和末級過熱器之間，控制末級過熱器出口溫度，即主蒸汽溫度。過熱器有四個(gè)（300MW有2個(gè)， 600MW有四個(gè)）一級噴水減溫器，減溫水取自給水泵母管管道，經(jīng)一共同的減溫水流量計(jì)后，分別送入各個(gè)減溫器，每個(gè)減溫器構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)。二級噴水減溫的結(jié)構(gòu)類同于一級減溫，但是設(shè)計(jì)的兩級減溫水流量有很大的差別，一級減溫水流量設(shè)計(jì)容量為二級減溫水流量設(shè)計(jì)容量的十倍左右。這和國內(nèi)鍋爐兩級減溫水流量基本一樣有很大的差別，這也決定了減溫水控制方案必須有特別之處。

　　3系統(tǒng)分析由減溫水工藝結(jié)構(gòu)可知，整個(gè)過熱器蒸汽溫度控制共有四套（300MW機(jī)組為2套）一級減溫控制和四套相應(yīng)的二級減溫控制。本文僅對一套一級減溫控制和相應(yīng)的二級減溫控制進(jìn)行分析，如圖首先，對二級減溫控制進(jìn)行分析。二級減溫控制仍采用傳統(tǒng)的串級控制。其主要特點(diǎn)為：（1）末級過熱器出口溫度和二級減溫器后的溫山東電力技術(shù)度都由兩個(gè)熱電偶進(jìn)行測量，并進(jìn)行二選一邏輯判斷：正常時(shí)，取其平均值當(dāng)其中一個(gè)測點(diǎn)為壞值時(shí)，取另一個(gè)好值，同時(shí)在CRT畫面上進(jìn)行報(bào)警當(dāng)兩個(gè)測點(diǎn)都為壞值時(shí)，在CRT畫面上報(bào)警并輸出一事先人為確定的值當(dāng)兩測點(diǎn)的偏差超限時(shí)，報(bào)警。

　�。�2）末級過熱器出口溫度的設(shè)定值的形成分為兩種情況，一、由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定二、根據(jù)機(jī)組的負(fù)荷（主蒸汽流量），通過函數(shù)發(fā)生器形成過熱汽溫的設(shè)定值。根據(jù)運(yùn)行方式不同，由運(yùn)行人員進(jìn)行選擇。

　�。�3）蒸汽流量通過函數(shù)發(fā)生器轉(zhuǎn)化作為副調(diào)節(jié)器的前饋信號，以減小蒸汽流量信號動(dòng)態(tài)過程中對過熱汽溫的影響，改善過熱汽溫的品質(zhì)。

　�。�4）不同的負(fù)荷下，減溫噴水量對過熱汽溫的對象特性是非線性的，為了適應(yīng)不同的負(fù)荷，主副調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)設(shè)計(jì)成自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)，即PID參數(shù)隨著機(jī)組負(fù)荷的變化而變化。這樣，在整個(gè)機(jī)組負(fù)荷范圍內(nèi)，過熱汽溫都能達(dá)到良好的控制品質(zhì)。

　　（5）在串級控制回路中，影響控制性能的最大問題是主調(diào)節(jié)器的積分飽和。副調(diào)節(jié)器可通過簡單的積分限幅來實(shí)現(xiàn)抗積分飽和。而主調(diào)節(jié)器的抗積分飽和必須通過比較復(fù)雜的回路才能實(shí)現(xiàn)。

　　本方案完美地實(shí)現(xiàn)了主調(diào)節(jié)器抗積分飽和功能。

　　在串級控制中，只有當(dāng)調(diào)節(jié)閥門全開或全關(guān)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)積分飽和。假設(shè)當(dāng)調(diào)節(jié)閥門全關(guān)（閥門反饋2 ）時(shí)，通過限制主調(diào)節(jié)器的輸出上限為減溫器的出口溫度即副調(diào)節(jié)器的測量值，消除積分飽和。但僅僅這樣還不太完善，因?yàn)楫?dāng)主調(diào)節(jié)器的限幅起作用時(shí)，對副調(diào)節(jié)器必然產(chǎn)生階躍擾動(dòng)，造成閥門打開，不利于溫度的控制。在以往的抗積分飽和方案中基本上僅僅到此。本方案對此進(jìn)行了完善，當(dāng)閥門全關(guān)時(shí)，發(fā)一2～3秒的脈沖，禁止副調(diào)節(jié)器的輸出，消除了階躍擾動(dòng)，也不影響溫度的進(jìn)一步控制，使過熱器溫度控制品質(zhì)得到了優(yōu)化。

　　一級減溫控制方案同二級減溫控制基本相同。

　　其主要特點(diǎn)：（1）最大的特色是其屏式過熱器出口溫度的設(shè)定值產(chǎn)生。過去，我們采用的兩級減溫控制方案，一般是一、二級減溫控制回路彼此獨(dú)立，各控制回路的被調(diào)量的設(shè)定值彼此沒有聯(lián)系，其設(shè)定值的產(chǎn)生要么是由運(yùn)行人員設(shè)定，要么是根據(jù)蒸汽流量通過函數(shù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生。這種控制方案的優(yōu)點(diǎn)是，兩控制回路彼此獨(dú)立，方便控制參數(shù)的調(diào)整，但缺點(diǎn)是當(dāng)燃燒工況或機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，可能造成二級減溫控制的減溫水調(diào)節(jié)門全開或全關(guān)時(shí)，主汽溫度仍不能達(dá)到設(shè)定值，一級減溫水調(diào)節(jié)門卻仍有調(diào)節(jié)余量，由于一級、二級減溫控制是彼此獨(dú)立的，所以無法解決上述問題，造成主汽溫度控制品質(zhì)差，尤其對于一、二級減溫水設(shè)計(jì)流量相差很大的溫度控制方案。本控制方案很好的解決了上述問題。在一級和二級控制回路之間，增加一個(gè)PID ，以協(xié)調(diào)一級和二級的調(diào)節(jié)作用，稱之為協(xié)調(diào)PID.工作原理介紹如下：當(dāng)一、二級減溫控制正常工作時(shí)，協(xié)調(diào)PID的輸出跟蹤二級減溫控制的主回路PID的輸出，當(dāng)二級減溫水調(diào)節(jié)門X 或Y （X、Y根據(jù)調(diào)節(jié)門的流量特性確定），協(xié)調(diào)PID的輸出不再跟蹤二級減溫控制的主回路PID的輸出，而是進(jìn)行PID運(yùn)算。協(xié)調(diào)PID的測量值是主汽溫度，設(shè)定值是主汽溫度設(shè)定值。協(xié)調(diào)PID的輸出加一偏置（一般5℃左右）作為一級減溫控制回路屏式過熱器出口溫度的設(shè)定值。

　�。�2）另一特色為：當(dāng)給水控制變化太大時(shí)，可能造成給水母管壓力下降太大，造成減溫水供應(yīng)不足，嚴(yán)重影響溫度控制品質(zhì)。為此，在主給水管道省煤器入口設(shè)計(jì)了一個(gè)節(jié)流閥，此節(jié)流閥不能夠全關(guān)，只能關(guān)一部分。當(dāng)一級減溫水調(diào)節(jié)門開度大于70 時(shí)，逐漸關(guān)小節(jié)流閥，進(jìn)而提高給水母管壓力，當(dāng)一級減溫水調(diào)節(jié)門開度小于40 時(shí)，逐漸開大節(jié)流閥，進(jìn)而降低給水母管壓力。通過對節(jié)流閥的控制，保證了減溫水的供水壓力，改善了主汽溫的控制品質(zhì)。

　　（3）因?yàn)橐患墱p溫水流量相對較大，為了保證進(jìn)入屏式過熱器的蒸汽有一定的過熱度，對副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值進(jìn)行了限制，使其不能小于相應(yīng)壓力下的飽和溫度和偏置量之和。

　　這樣，通過協(xié)調(diào)PID ，把一級減溫控制和二級減溫控制有機(jī)地結(jié)合起來，使過熱器減溫控制的適應(yīng)性更強(qiáng)。由于一、二級減溫水設(shè)計(jì)流量不同，一級減溫控制對主汽溫度起粗調(diào)作用，二級減溫控制對主汽溫度起細(xì)調(diào)作用。在正�？刂茣r(shí)，二級減溫控制回路的主調(diào)節(jié)器的輸出，一路送給副調(diào)節(jié)器作山東電力技術(shù)燒器進(jìn)行改造，同時(shí)調(diào)整燃燒器假想切圓的直徑，改善爐內(nèi)空氣動(dòng)力場�！糗丝煞ǖ�，鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理與計(jì)算，科學(xué)出版社， 1995.11苗長信等，煤粉鍋爐爐膛壓力異常寬幅波動(dòng)的成因分析，為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，控制二級減溫水調(diào)節(jié)門另一路通過協(xié)調(diào)PID ，產(chǎn)生一級減溫控制回路屏式過熱器出口溫度的設(shè)定值，控制一級減溫水調(diào)節(jié)門。

　　當(dāng)二級減溫水調(diào)節(jié)門全關(guān)（X ）或全開（Y ）時(shí)，二級減溫控制主調(diào)節(jié)器由于限幅的作用，對主汽溫度暫時(shí)不起控制作用，協(xié)調(diào)PID進(jìn)行PID運(yùn)算，產(chǎn)生一級減溫控制回路屏式過熱器出口溫度的設(shè)定值，控制一級減溫水調(diào)節(jié)門，從而控制主汽溫度。當(dāng)一級減溫水調(diào)節(jié)門全開或全關(guān)時(shí)，為了消除積分飽和，協(xié)調(diào)PID的輸出下限或上限為屏式過熱器出口溫度和偏置之差。

　　4調(diào)整與優(yōu)化在二級減溫控制正常工作時(shí)，汽溫控制系統(tǒng)的方框圖如圖2 ，在參數(shù)整定時(shí)，先用一般整定單回路的方法求得副回路中副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)，然后再整定主回路中主調(diào)節(jié)器的參數(shù)，投入自動(dòng)后，再根據(jù)實(shí)際控制效果進(jìn)行細(xì)調(diào)。一級減溫控制的參數(shù)調(diào)整類似。由于一級和二級控制并不彼此獨(dú)立，造成二級控制系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整更加復(fù)雜，只能根據(jù)實(shí)際的控制曲線進(jìn)行調(diào)整。

　　圖中，θ為主汽溫度的設(shè)定值，θ為主汽溫度，θ′為屏式過熱器出口溫度， W（S）為二級減溫控制主調(diào)節(jié)器， W（S）為二級減溫控制副調(diào)節(jié)器， W（S）二級減溫控制導(dǎo)前汽溫對噴水?dāng)_動(dòng)的傳遞函數(shù)， W（S）二級減溫控制主汽溫對導(dǎo)前汽溫的傳遞函數(shù)， WPID′（S）一級減溫控制主調(diào)節(jié)器，WPI′（S）一級減溫控制副調(diào)節(jié)器， W′（S）為一級減溫控制導(dǎo)前汽溫對噴水?dāng)_動(dòng)的傳遞函數(shù)， W1′（S）為屏式過熱器出口溫度對導(dǎo)前汽溫的傳遞函數(shù)圖中，θ為主汽溫度的設(shè)定值，θ為主汽溫度， WPID″（S）為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)器， WPID′（S）為一級減溫控制主調(diào)節(jié)器，′（S）為一級減溫控制副調(diào)節(jié)器， W′（S）為導(dǎo)前汽溫對噴水?dāng)_動(dòng)的傳遞函數(shù)， W′（S）為屏式過熱器出口溫度對導(dǎo)前汽溫的傳遞函數(shù)， W″（S）為主汽溫度對屏式過熱器出口溫度的傳遞函數(shù)在二級減溫控制不能正常工作時(shí)（減溫水調(diào)節(jié)門全關(guān)或全開），汽溫控制系統(tǒng)的方框圖如圖3 ，一級減溫控制回路的參數(shù)已整定好，主要是整定協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，根據(jù)實(shí)際的控制曲線進(jìn)行調(diào)整�？刂茀���(shù)調(diào)整期間，根據(jù)實(shí)際情況，對協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)器的主汽溫度設(shè)定值形成進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)二級減溫水調(diào)節(jié)門全開（或全關(guān)）時(shí)，協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)器起作用，此時(shí)對在原主汽溫設(shè)定值的基礎(chǔ)上減去（或加上）2℃作為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。此改變有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一、加快溫度的調(diào)節(jié)速度二、使一級減溫水有一定的過調(diào)量，這樣就能夠恢復(fù)二級減溫水調(diào)節(jié)門的調(diào)節(jié)作用，提高了主汽溫的控制品質(zhì)。