火電廠600MW單元機組主汽溫度優(yōu)化控制研究

黃新

摘要：主汽溫度控制是非線性，強稱合，大滯后的時變系統(tǒng)，影響因素多，控制難度大；而且要降低機組煤耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。針對這一問題，該文設(shè)計了串級雙回路控制系統(tǒng)，并且引入前饋信號和防超溫保護回路。使主汽溫度的控制更加趨于穩(wěn)定，對下游設(shè)備的安全和電廠的經(jīng)濟效益起到了重要作用。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化控制；主汽溫度；串級雙回路；PID

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）02-0382-02

通過合理的優(yōu)化控制策略可以使機組的煤耗更低，實現(xiàn)節(jié)能減排，而且機組的蒸汽品質(zhì)對煤耗的影響很大，創(chuàng)建資源節(jié)約型社會，要求我們更加注重資源的節(jié)約，可見，優(yōu)化發(fā)展對我們火電企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展舉足輕重。

鍋爐的主蒸汽溫度（過熱汽溫和再熱汽溫）對機組的安全和經(jīng)濟運行起著重要作用，考慮到電廠的經(jīng)濟效益一般都會將主汽溫度控制在一定的范圍之內(nèi)，過高或過低都會對鍋爐造成很大影響。鑒于鍋爐再熱汽溫和過熱汽溫是非線性， 大滯后，強稱合的時變系統(tǒng)，對它的控制影響因素多，控制難度大。而且，鍋爐的過熱器和再熱器長時間超溫超壓運行會造成鍋爐受熱面損壞而導(dǎo)致鍋爐停機事故，引起不必要的經(jīng)濟損失；而鍋爐的蒸汽品質(zhì)直接影響著全廠的熱效率和下游設(shè)備的安全運行，其控制系統(tǒng)是鍋爐重要的控制系統(tǒng)之一[1][2]。

1 工藝介紹

由于鍋爐的構(gòu)造不同，其靜態(tài)特性和動態(tài)特性也有所區(qū)別，所以其主汽溫度自動控制系統(tǒng)也不盡相同，為了滿足鍋爐主蒸汽品質(zhì)的控制。大型機組一般采用中間再熱方式，所以主汽溫度控制不僅包括過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)，而且還有再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)。

由鍋爐生產(chǎn)原理可知，其主汽溫度控制的手段有兩種：一是在蒸汽管道上設(shè)置減溫器，一是改變煙氣側(cè)傳熱量。其中在蒸汽管道上設(shè)置減溫器又有兩種方式，包括噴水減溫和面式減溫。根據(jù)鍋爐對調(diào)節(jié)品質(zhì)的動態(tài)要求，結(jié)合他們的安裝位置，噴水減溫器的性能優(yōu)于面式減溫器，且噴水減溫器的調(diào)節(jié)范圍較大，設(shè)備布置簡單，所以其得到更多電廠的青睞。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)上面的介紹，我們這里采用二級噴水減溫控制方式來調(diào)節(jié)主蒸汽溫度。過熱器設(shè)計成兩級噴水減溫方式，不僅可以減少過熱蒸汽的純遲延，改善過熱蒸汽的品質(zhì)外，而且第一級噴水減溫器還具有防止屏式過熱器超溫、確保機組安全經(jīng)濟運行的作用。過熱器一、二級噴水減溫的控制目標(biāo)是在機組不同負(fù)荷下維持鍋爐二級減溫器入口和二級過熱器出口的蒸汽溫度。

2.1 一級減溫控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是在一個串級雙回路控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入前饋信號和防超溫保護回路而形成噴水減溫控制系統(tǒng)[4]。

將二級減溫器入口溫度作為主回路的被控量，根據(jù)實測值與其給定值的比較，形成二級減溫器入口蒸汽溫度的偏差信號。其主回路給定值由機組負(fù)荷信號（主蒸汽流量信號代表機組負(fù)荷信號）經(jīng)折線函數(shù)[f（x）]產(chǎn)生，其理解為：給定值和負(fù)荷是一一對應(yīng)的。操作員可以對此給定值給予正負(fù)偏置。由PID1對主回路進(jìn)行控制，將二級減溫器入口處蒸汽溫度偏差信號送至主回路控制器，經(jīng)過PID1運算后，將其輸出送回至副回路。

副回路將一級減溫器的出口蒸汽溫度作為被控量。其溫度的測量值送入副回路與其給定值進(jìn)行比較，形成一級減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號。副回路的給定值是由主回路控制器輸出與前饋信號迭加而成。副回路采用PID2調(diào)節(jié)器，它接受一級減溫器出口蒸汽溫度的偏差信號。

將機組負(fù)荷、送風(fēng)量、噴燃器火嘴傾角等外干擾信號作為前饋量。這些前饋擾動信號對過熱蒸汽溫度的變化比較敏感，所以將其因為前饋量，可以提前預(yù)測過熱蒸汽溫度的趨勢，做到預(yù)測控制，從而改善過熱蒸汽溫度控制的品質(zhì)。

由于控制對象的動態(tài)特性隨機組負(fù)荷的改變而改變，為了使控制品質(zhì)可以在較大的負(fù)荷變化范圍內(nèi)得以保證，在機組的主蒸汽溫度控制中，可以將計算機分散系統(tǒng)和先進(jìn)控制算法充分的結(jié)合，可以設(shè)定為根據(jù)負(fù)荷不同自動調(diào)整PID參數(shù)的自整定調(diào)節(jié)器，從而滿足對主汽溫度控制的要求。

2.2 二級減溫控制系統(tǒng)

二級主蒸汽減溫控制系統(tǒng)與一級主蒸汽減溫控制系統(tǒng)的原理基本相同，也是一個串級雙回路控制系統(tǒng)，不同的是：偏差信號不盡相同，前饋信號也不盡相同。因此本文僅對不同之處作以解釋。

二級減溫控制系統(tǒng)主回路的被控量為二級過熱器出口的蒸汽溫度，經(jīng)與主回路的給定值比較，形成偏差信號。前饋信號與主回路控制器的輸出迭加形成副回路的給定值

二級過熱器蒸汽溫度控制是鍋爐出口蒸汽溫度的最后一道控制手段，為了保證下游設(shè)備的安全經(jīng)濟運行，一般電廠要求盡可能提高出口蒸汽溫度的調(diào)節(jié)品質(zhì)。所以，采用基于焓值計算作為二級減溫控制主回路的前饋信號。前饋信號不僅有主蒸汽壓力和溫度的給定值函數(shù)，還有主蒸汽流量（代表的機組負(fù)荷）以及送風(fēng)量、燃燒器火嘴擺動傾角等[5]。

3 總結(jié)

本文通過在二級減溫中設(shè)計串級雙回路控制系統(tǒng)，并且引入防超溫保護回路和前饋信號而形成噴水減溫控制系統(tǒng)，使主汽溫度的控制更加穩(wěn)定，很好的使用符合的變化。對非線性，強稱合，大滯后的時變系統(tǒng)有著良好的控制效果[6]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張寶瑞.火電廠鍋爐主汽溫度控制研究[J].科技風(fēng)，2011（21）.

[2] 趙建軍.100MW機組計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造方案設(shè)計與應(yīng)用 [D].北京：華北電力大學(xué)，2008.

[3] 劉志偉，張惠君，等.火電廠鍋爐主汽溫度控制策略[J].科技傳播，2012（1）.

[4] 張瑾哲.600MW機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化策略的研究[D]. 北京：華北電力大學(xué)，2012.

[5] 何顯富，萬巖.火電廠鍋爐主汽溫度變化原因及控制方法分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（31）.

[6] 王國玉.主汽溫系統(tǒng)模糊自適應(yīng)預(yù)測函數(shù)控制[J].中國機電工程學(xué)報，2003，23（10）：230-235.