超臨界機(jī)組主蒸汽溫度自動控制優(yōu)化

杜志強(qiáng)，李迪永，姜化斌

(華電新鄉(xiāng)發(fā)電有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453635)

1 超臨界機(jī)組自動控制現(xiàn)狀

目前，600 MW超臨界機(jī)組已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但在自動化技術(shù)和運(yùn)行技術(shù)方面還存在一些問題，造成機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，非計劃停運(yùn)次數(shù)較多。因此，應(yīng)從自動控制方面著手:一是保證熱控設(shè)備的穩(wěn)定性以及聯(lián)鎖、保護(hù)動作的正確性，以提高機(jī)組運(yùn)行的安全性;二是提高自動化水平，使機(jī)組運(yùn)行在最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間，從而提高全廠的經(jīng)濟(jì)效益。

鑒于機(jī)組本身的復(fù)雜性，對鍋爐實(shí)施控制時存在以下幾個難點(diǎn)。

1.1 系統(tǒng)存在嚴(yán)重耦合性

超臨界直流機(jī)組屬多變量被控對象，其主要輸入量是給水量、燃料量和送風(fēng)量，主要輸出量是主蒸汽溫度、主蒸汽壓力和發(fā)電機(jī)功率。任何輸入量變化都會引起輸出量的變化，所以，超臨界直流機(jī)組不能像汽包爐那樣，將燃料、給水、汽溫簡單地分為3個控制系統(tǒng)，而是將燃料量和給水量的控制與主蒸汽溫度控制緊密地聯(lián)系在一起，這是超臨界直流機(jī)組控制最突出的特點(diǎn)。

1.2 系統(tǒng)存在較強(qiáng)非線性

隨著負(fù)荷的變化，超臨界機(jī)組的動態(tài)特性參數(shù)亦隨之大幅度變化，而且鍋爐控制存在不確定時滯;此外，超臨界機(jī)組普遍采用變壓方式運(yùn)行，當(dāng)工質(zhì)溫度處于對應(yīng)壓力下的大比熱容區(qū)域時，隨著工質(zhì)吸熱量的增加，工質(zhì)溫度變化不大，而工質(zhì)比熱容急劇增大，溫導(dǎo)系數(shù)急劇減小，容易引起水動力不穩(wěn)定或流量分配不均。

2 主蒸汽溫度控制工作原理

雙回路熱平衡減溫控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示，雙回路熱平衡控制SAMA圖如2所示。這是一個具有導(dǎo)前信號的雙回路汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，與典型的具有導(dǎo)前微分雙回路汽溫控制有以下不同之處。

圖1 雙回路熱平衡減溫控制系統(tǒng)原理圖

2.1 雙回路熱平衡減溫控制原理

雙回路熱平衡減溫控制內(nèi)回路采用了［(1－PTn)×導(dǎo)前信號］為反饋信號。PTn為過熱器特性模擬器，它隨著負(fù)荷的變化而發(fā)生改變，可通過負(fù)荷與多容環(huán)節(jié)時間常數(shù)的關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)不同負(fù)荷下過熱器特性的調(diào)節(jié)。［(1－PTn)×導(dǎo)前信號］相當(dāng)于一個實(shí)際微分環(huán)節(jié)，動態(tài)時使PTn模塊的輸出與主汽溫近似相等，從而改善主汽溫度調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性;穩(wěn)態(tài)時［(1－PTn)×導(dǎo)前信號］近似為零，使過熱器出口汽溫等于給定值。

圖2 雙回路熱平衡控制SAMA圖

2.2 雙回路熱平衡減溫控制的計算方法

雙回路熱平衡減溫控制全部采用焓值計算，過熱器出口汽溫的改變量是通過過熱器入口汽溫(噴水減溫器出口汽溫)的改變來實(shí)現(xiàn)的。由表1、表2、圖3、圖4可以看出，在不同壓力或負(fù)荷下，過熱器出口汽溫的改變量間同樣也存在定量關(guān)系，可通過過熱器進(jìn)口和出口蒸汽的比熱容確定，而比熱容隨著壓力升高而增大。例如，在某負(fù)荷下，過熱器入口蒸汽參數(shù)為25.5MPa/396℃，其比熱容為24.6kJ/(kg·℃);過熱器出口蒸汽參數(shù)為24.2 MPa/566℃，其比熱容為3.1 kJ/(kg·℃)。因此，入口蒸汽比焓增加24.6 kJ/kg，將提高進(jìn)口溫度1℃，出口汽溫提高1℃，則需出口蒸汽比焓增加3.1 kJ/kg，在出口蒸汽比焓同樣增加24.6kJ/kg的情況下，出口蒸汽溫度將增加24.6/3.1=7.93(℃)。出口與入口蒸汽比熱容的比值為出口汽溫對應(yīng)入口汽溫要求的調(diào)整系數(shù)。但如果采用比焓計算，就不用此修正系數(shù)。

由表1可以看出，分離器出口溫度(過熱度為10℃)每變化1℃，對主蒸汽溫度的影響為24.6/3.1=7.93(℃);當(dāng)分離器出口溫度(過熱度為2℃)每變化1℃，對主蒸汽溫度的影響為36.8/3.1=11.87(℃)。

表2 主蒸汽壓力為18.0 MPa時的比熱容

由表2可以看出，分離器出口溫度(過熱度為10℃)每變化1℃，對主蒸汽溫度的影響為10.2/2.8=3.6(℃)。

2.3 利用傳遞原理計算噴水后蒸汽焓增

采用能量傳遞原理，計算噴水后蒸汽焓增，計算方法如下

表1 主蒸汽壓力為24.2 MPa時的比熱容

由式(1)、式(2)可得出噴水后過熱蒸汽比焓為

內(nèi)回路包括噴水后過熱蒸汽比焓計算回路、［(1－PTn)×導(dǎo)前信號］微分回路、調(diào)節(jié)器、M/A手操器、減溫水調(diào)節(jié)閥;外回路包括主汽比焓、一級減溫水入口比焓、主蒸汽流量、減溫水流量等。為了增強(qiáng)系統(tǒng)快速性并減少系統(tǒng)帶來的擾動，引入噴水前溫度微分前饋信號和主汽比焓微分加入主調(diào)節(jié)回路。

3 結(jié)束語

引入減溫水流量作為閉環(huán)控制，對系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和快速性起到很好的作用。全比焓傳遞使得系統(tǒng)簡單，只有一個PID調(diào)節(jié)器，完成主、副調(diào)節(jié)和流量閉環(huán)功能，使現(xiàn)場調(diào)整參數(shù)更簡單。

經(jīng)過對減溫控制的優(yōu)化，使得主蒸汽溫度控制更快速、準(zhǔn)確，提高了超臨界機(jī)組的可靠性和安全性，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益，減少了溫度大幅波動給機(jī)組帶來的損失，防止爆管，延長了機(jī)組壽命。