“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(guò)熱器蒸汽溫度的控制品質(zhì)對(duì)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重大影響。汽溫過(guò)高，會(huì)燒壞過(guò)熱器而爆管，汽機(jī)側(cè)高壓缸也會(huì)因汽溫過(guò)高，承受過(guò)高的熱應(yīng)力而損壞汽溫過(guò)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(guò)10℃，長(zhǎng)期偏差不應(yīng)超過(guò)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(guó)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(guò)熱器分為三級(jí)：初級(jí)過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器。過(guò)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(jí)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(guò)熱器管道較長(zhǎng)，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(guò)熱器采用了兩級(jí)減溫水控制過(guò)熱汽溫。一級(jí)噴水減溫器位于初級(jí)過(guò)熱器和屏式過(guò)熱器之間，控制屏式過(guò)熱器出口溫度二級(jí)噴水減溫器位于屏式過(guò)熱器和末級(jí)過(guò)熱器之間，控制末級(jí)過(guò)熱器出口溫度，即主蒸汽溫度。過(guò)熱器有四個(gè)（300MW有2個(gè)， 600MW有四個(gè)）一級(jí)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(jí)噴水減溫的結(jié)構(gòu)類(lèi)同于一級(jí)減溫，但是設(shè)計(jì)的兩級(jí)減溫水流量有很大的差別，一級(jí)減溫水流量設(shè)計(jì)容量為二級(jí)減溫水流量設(shè)計(jì)容量的十倍左右。這和國(guó)內(nèi)鍋爐兩級(jí)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(guò)熱器蒸汽溫度控制共有四套（300MW機(jī)組為2套）一級(jí)減溫控制和四套相應(yīng)的二級(jí)減溫控制。本文僅對(duì)一套一級(jí)減溫控制和相應(yīng)的二級(jí)減溫控制進(jìn)行分析，如圖首先，對(duì)二級(jí)減溫控制進(jìn)行分析。二級(jí)減溫控制仍采用傳統(tǒng)的串級(jí)控制。其主要特點(diǎn)為：（1）末級(jí)過(guò)熱器出口溫度和二級(jí)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(cè)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(cè)點(diǎn)為壞值時(shí)，取另一個(gè)好值，同時(shí)在CRT畫(huà)面上進(jìn)行報(bào)警當(dāng)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)都為壞值時(shí)，在CRT畫(huà)面上報(bào)警并輸出一事先人為確定的值當(dāng)兩測(cè)點(diǎn)的偏差超限時(shí)，報(bào)警。

　�。�2）末級(jí)過(guò)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(guò)函數(shù)發(fā)生器形成過(guò)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(guò)函數(shù)發(fā)生器轉(zhuǎn)化作為副調(diào)節(jié)器的前饋信號(hào)，以減小蒸汽流量信號(hào)動(dòng)態(tài)過(guò)程中對(duì)過(guò)熱汽溫的影響，改善過(guò)熱汽溫的品質(zhì)。

　　（4）不同的負(fù)荷下，減溫噴水量對(duì)過(guò)熱汽溫的對(duì)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(guò)熱汽溫都能達(dá)到良好的控制品質(zhì)。

　�。�5）在串級(jí)控制回路中，影響控制性能的最大問(wèn)題是主調(diào)節(jié)器的積分飽和。副調(diào)節(jié)器可通過(guò)簡(jiǎn)單的積分限幅來(lái)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(guò)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(jí)控制中，只有當(dāng)調(diào)節(jié)閥門(mén)全開(kāi)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(mén)全關(guān)（閥門(mén)反饋2 ）時(shí)，通過(guò)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(cè)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(duì)副調(diào)節(jié)器必然產(chǎn)生階躍擾動(dòng)，造成閥門(mén)打開(kāi)，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(duì)此進(jìn)行了完善，當(dāng)閥門(mén)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(guò)熱器溫度控制品質(zhì)得到了優(yōu)化。

　　一級(jí)減溫控制方案同二級(jí)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(guò)熱器出口溫度的設(shè)定值產(chǎn)生。過(guò)去，我們采用的兩級(jí)減溫控制方案，一般是一、二級(jí)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(méi)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(guò)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(jí)減溫控制的減溫水調(diào)節(jié)門(mén)全開(kāi)或全關(guān)時(shí)，主汽溫度仍不能達(dá)到設(shè)定值，一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)門(mén)卻仍有調(diào)節(jié)余量，由于一級(jí)、二級(jí)減溫控制是彼此獨(dú)立的，所以無(wú)法解決上述問(wèn)題，造成主汽溫度控制品質(zhì)差，尤其對(duì)于一、二級(jí)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(wèn)題。在一級(jí)和二級(jí)控制回路之間，增加一個(gè)PID ，以協(xié)調(diào)一級(jí)和二級(jí)的調(diào)節(jié)作用，稱(chēng)之為協(xié)調(diào)PID.工作原理介紹如下：當(dāng)一、二級(jí)減溫控制正常工作時(shí)，協(xié)調(diào)PID的輸出跟蹤二級(jí)減溫控制的主回路PID的輸出，當(dāng)二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)門(mén)X 或Y （X、Y根據(jù)調(diào)節(jié)門(mén)的流量特性確定），協(xié)調(diào)PID的輸出不再跟蹤二級(jí)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(cè)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(jí)減溫控制回路屏式過(guò)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(jí)減溫水調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)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(jí)減溫水調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度小于40 時(shí)，逐漸開(kāi)大節(jié)流閥，進(jìn)而降低給水母管壓力。通過(guò)對(duì)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?jí)減溫水流量相對(duì)較大，為了保證進(jìn)入屏式過(guò)熱器的蒸汽有一定的過(guò)熱度，對(duì)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(guò)協(xié)調(diào)PID ，把一級(jí)減溫控制和二級(jí)減溫控制有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使過(guò)熱器減溫控制的適應(yīng)性更強(qiáng)。由于一、二級(jí)減溫水設(shè)計(jì)流量不同，一級(jí)減溫控制對(duì)主汽溫度起粗調(diào)作用，二級(jí)減溫控制對(duì)主汽溫度起細(xì)調(diào)作用。在正�？刂茣r(shí)，二級(jí)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(chǎng)。◆芩可法等，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(zhǎng)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(jí)減溫水調(diào)節(jié)門(mén)另一路通過(guò)協(xié)調(diào)PID ，產(chǎn)生一級(jí)減溫控制回路屏式過(guò)熱器出口溫度的設(shè)定值，控制一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)門(mén)。

　　當(dāng)二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)門(mén)全關(guān)（X ）或全開(kāi)（Y ）時(shí)，二級(jí)減溫控制主調(diào)節(jié)器由于限幅的作用，對(duì)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(jí)減溫控制回路屏式過(guò)熱器出口溫度的設(shè)定值，控制一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)門(mén)，從而控制主汽溫度。當(dāng)一級(jí)減溫水調(diào)節(jié)門(mén)全開(kāi)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(guò)熱器出口溫度和偏置之差。

　　4調(diào)整與優(yōu)化在二級(jí)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(jí)減溫控制的參數(shù)調(diào)整類(lèi)似。由于一級(jí)和二級(jí)控制并不彼此獨(dú)立，造成二級(jí)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(guò)熱器出口溫度， W（S）為二級(jí)減溫控制主調(diào)節(jié)器， W（S）為二級(jí)減溫控制副調(diào)節(jié)器， W（S）二級(jí)減溫控制導(dǎo)前汽溫對(duì)噴水?dāng)_動(dòng)的傳遞函數(shù)， W（S）二級(jí)減溫控制主汽溫對(duì)導(dǎo)前汽溫的傳遞函數(shù)， WPID′（S）一級(jí)減溫控制主調(diào)節(jié)器，WPI′（S）一級(jí)減溫控制副調(diào)節(jié)器， W′（S）為一級(jí)減溫控制導(dǎo)前汽溫對(duì)噴水?dāng)_動(dòng)的傳遞函數(shù)， W1′（S）為屏式過(guò)熱器出口溫度對(duì)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(jí)減溫控制主調(diào)節(jié)器，′（S）為一級(jí)減溫控制副調(diào)節(jié)器， W′（S）為導(dǎo)前汽溫對(duì)噴水?dāng)_動(dòng)的傳遞函數(shù)， W′（S）為屏式過(guò)熱器出口溫度對(duì)導(dǎo)前汽溫的傳遞函數(shù)， W″（S）為主汽溫度對(duì)屏式過(guò)熱器出口溫度的傳遞函數(shù)在二級(jí)減溫控制不能正常工作時(shí)（減溫水調(diào)節(jié)門(mén)全關(guān)或全開(kāi)），汽溫控制系統(tǒng)的方框圖如圖3 ，一級(jí)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(duì)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(jí)減溫水調(diào)節(jié)門(mén)全開(kāi)（或全關(guān)）時(shí)，協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)器起作用，此時(shí)對(duì)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(jí)減溫水有一定的過(guò)調(diào)量，這樣就能夠恢復(fù)二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)門(mén)的調(diào)節(jié)作用，提高了主汽溫的控制品質(zhì)。