基于自適應(yīng)變參數(shù)策略的干熄焦余熱鍋爐主汽溫控制方法研究

顧 蓉,艾 軍,邢莉華

（上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠，江蘇南京 210039）

基于自適應(yīng)變參數(shù)策略的干熄焦余熱鍋爐主汽溫控制方法研究

顧 蓉,艾 軍,邢莉華

（上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠，江蘇南京 210039）

針對(duì)干熄焦余熱鍋爐主蒸汽溫度控制波動(dòng)大的問(wèn)題，提出了一種主汽溫優(yōu)化控制方案，設(shè)計(jì)了基于自適應(yīng)變參數(shù)調(diào)整的前饋+PID反饋的控制策略，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

干熄焦；余熱鍋爐；主汽溫；自適應(yīng)；變參數(shù)

引言

目前的熄焦工藝有濕法熄焦和干法熄焦兩種，干熄焦技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)CDQ）是利用惰性氣體將紅焦在無(wú)氧的環(huán)境下降溫冷卻的一種熄焦方法。在干熄焦過(guò)程中，紅焦從干熄爐的頂部裝入，低溫惰性氣體由循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入干熄爐冷卻段紅焦層內(nèi)，冷卻后的焦炭從干熄爐底部排除；吸收紅焦?jié)摕岷鬁囟壬叩亩栊匝h(huán)氣體從干熄爐環(huán)形煙道排出后，進(jìn)入干熄焦余熱鍋爐進(jìn)行換熱，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從干熄焦余熱鍋爐冷卻后的低溫惰性氣體進(jìn)入循環(huán)風(fēng)機(jī)重新鼓入干熄爐。

上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠干熄焦余熱發(fā)電機(jī)組采用該工藝方法進(jìn)行發(fā)電，其余熱鍋爐的主汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)原有的控制策略為簡(jiǎn)單的定參數(shù)串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

1 存在問(wèn)題

由于受上游工藝影響，干熄焦余熱鍋爐內(nèi)部的熱量經(jīng)常變化，同時(shí)主汽溫調(diào)節(jié)過(guò)程是典型的大延遲加大慣性控制系統(tǒng)，常規(guī)的基于串級(jí)調(diào)節(jié)的定參數(shù)PID控制策略控制主汽溫?zé)o法取得較好的控制效果。主汽溫度波動(dòng)大，運(yùn)行人員為了防止超溫，通常將主汽溫度設(shè)定值設(shè)置偏低，另外當(dāng)出現(xiàn)主汽溫波動(dòng)大退出自動(dòng)時(shí)，容易過(guò)量噴入減溫水，導(dǎo)致余熱鍋爐主汽溫度平均值偏低，影響了余熱鍋爐的整體運(yùn)行效率與經(jīng)濟(jì)效益。

2 改進(jìn)方案

針對(duì)該問(wèn)題，如圖1所示，提出了一種基于自適應(yīng)變參數(shù)的前饋+PID串級(jí)反饋的控制策略。在原串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，引入干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫度作為前饋量，并依照入口惰性氣體溫度的變化趨勢(shì)強(qiáng)弱修正前饋增益系數(shù)。根據(jù)減溫水出口溫度的變化趨勢(shì)與減溫水調(diào)門(mén)指令變化的趨勢(shì)的對(duì)比，實(shí)現(xiàn)副調(diào)PID的比例系數(shù)與積分時(shí)間參數(shù)自適應(yīng)變化。在副回路中實(shí)現(xiàn)抗積分飽和功能，同時(shí)根據(jù)主汽溫測(cè)量值與設(shè)定值的偏差，判斷主汽溫偏差是否超過(guò)預(yù)設(shè)定的閾值，對(duì)副調(diào)PID前饋?lái)?xiàng)進(jìn)行方向閉鎖，僅保留反饋調(diào)節(jié)功能，讓主汽溫盡快回穩(wěn)定到設(shè)定值。

圖1 主汽溫控制策略原理圖

3 主汽溫控制策略研究

3.1 余熱鍋爐入口惰性氣體溫度自適應(yīng)前饋

干熄焦余熱鍋爐的主汽溫控制系統(tǒng)存在大滯后+大慣性的特性，同時(shí)受上游工藝影響，余熱鍋爐內(nèi)部熱量存在一定的變化，對(duì)主汽溫的調(diào)節(jié)帶來(lái)了難度，等主汽溫出現(xiàn)變化再進(jìn)行調(diào)節(jié)由于存在一定的滯后，往往控制效果不佳，因此選擇一個(gè)合適的前饋量尤為重要。通過(guò)運(yùn)行實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫度變化趨勢(shì)與主汽溫變化趨勢(shì)大體一致，同時(shí)具有超前特性，因此可作為主汽溫控制的前饋量參與調(diào)節(jié)。為了達(dá)到更好的控制效果，根據(jù)入口惰性氣體溫度的變化趨勢(shì)強(qiáng)弱修正前饋增益系數(shù)。實(shí)時(shí)獲取干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫度，采用數(shù)值分析算法，根據(jù)一分鐘內(nèi)的數(shù)據(jù)變化，來(lái)計(jì)算干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫升率。

判斷干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫升率是否超過(guò)預(yù)先設(shè)定值a0，或者低于預(yù)先設(shè)定值a1；如果超過(guò)預(yù)先設(shè)定值a0，選擇前饋增益系數(shù)Kmax，如果入口惰性氣體溫升率低于預(yù)先設(shè)定值a1，選擇前饋增益系數(shù)Kmin，否則選擇前饋增益系數(shù)Knor，最終得到前饋增益系數(shù)。根據(jù)10組動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，將a0設(shè)置為2,a1設(shè)置為0.5，干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫度前饋的增益系數(shù)K變化范圍為[0.1,0.2]。干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫升率大于2時(shí)，K=Kmax=0.2，干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫升率小于0.5時(shí)，K=Kmin=0.1，否則 K=Knor=0.15。

最終，將干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫度乘以前饋增益系數(shù)K，作為副調(diào)PID的前饋信號(hào)，與串級(jí)PID運(yùn)算結(jié)果相加，共同作用于減溫水調(diào)門(mén)的控制輸出。

3.2 減溫水調(diào)門(mén)特性校準(zhǔn)PID副回路參數(shù)

在常規(guī)的主汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，主汽溫度測(cè)量值作為主調(diào)的反饋輸入值，與主汽溫設(shè)定值進(jìn)行PID運(yùn)算后送入副調(diào)作為副調(diào)設(shè)定值，與減溫器出口汽溫進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，其結(jié)果經(jīng)限幅后由手操器輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。干熄焦余熱鍋爐主汽溫減溫水調(diào)門(mén)由于經(jīng)常操作，指令變化較為頻繁，機(jī)組運(yùn)行段時(shí)間后，閥門(mén)特性存在一定的死區(qū)和回差，導(dǎo)致在一定的調(diào)門(mén)指令變化范圍內(nèi)，減溫水流量基本不變，一定程度上影響了自動(dòng)調(diào)節(jié)效果。

為了克服減溫水調(diào)門(mén)空行程的影響，獲取減溫器出口汽溫T和減溫水調(diào)門(mén)指令OP各典型工況下的歷史數(shù)據(jù)，采用數(shù)值分析算法，計(jì)算減溫水調(diào)門(mén)指令階躍變化時(shí)，減溫器出口汽溫變化的幅度：如果該比值低于預(yù)先設(shè)定值，表明該調(diào)門(mén)指令范圍內(nèi)，流量不太連續(xù)，宜選擇一組副調(diào)比例系數(shù)和積分時(shí)間較大的PID參數(shù)（Kp1，Ki1），快速通過(guò)調(diào)門(mén)流量不靈敏區(qū)域；如果高于預(yù)先設(shè)定值，表明該調(diào)門(mén)指令范圍內(nèi)，流量流量較為連續(xù)，宜選擇一組副調(diào)比例系數(shù)和積分時(shí)間相對(duì)較小的 PID 參數(shù)（Kp2，Ki2）。Kp1數(shù)值可選擇為 Kp2的 1.5~2倍，Ki1數(shù)值可選擇為Ki2的2~3倍。

3.3 抗積分飽和與閉鎖

如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)到達(dá)極限位置，仍然不能消除偏差時(shí)，由于積分作用，盡管PID差分方程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大或者減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無(wú)相應(yīng)的動(dòng)作，這種現(xiàn)象叫做積分飽和。進(jìn)入飽和區(qū)愈深，則退飽和時(shí)間愈長(zhǎng)，造成控制性能惡化。因此，在控制策略中，設(shè)計(jì)了抗積分飽和功能。當(dāng)減溫水調(diào)門(mén)處于自動(dòng)模式下，同時(shí)調(diào)門(mén)指令達(dá)到高限時(shí)，閉鎖主調(diào)PID輸出減少；當(dāng)減溫水調(diào)門(mén)處于自動(dòng)模式下，同時(shí)調(diào)門(mén)指令達(dá)到低限時(shí)，閉鎖主調(diào)PID輸出增加。

同時(shí)為了更好地提升主汽溫調(diào)節(jié)品質(zhì)，根據(jù)主汽溫測(cè)量值與設(shè)定值的偏差，來(lái)判斷主汽溫偏差是否超過(guò)預(yù)設(shè)定的閾值。當(dāng)主汽溫超過(guò)設(shè)定值5益時(shí)，閉鎖副調(diào)PID前饋量的減小，防止前饋?zhàn)饔脺p小而關(guān)閉調(diào)門(mén)，導(dǎo)致主汽溫進(jìn)一步升高；當(dāng)主汽溫低于設(shè)定值5益時(shí)，閉鎖副調(diào)PID前饋量的增加，防止前饋?zhàn)饔迷黾佣蜷_(kāi)調(diào)門(mén)，導(dǎo)致主汽溫進(jìn)一步降低。

4 應(yīng)用效果

圖2為優(yōu)化前主汽溫12 h的歷史工況趨勢(shì)圖，運(yùn)行工況基本相近，主汽溫的數(shù)值在428.5益到451.8益之間變化，平均值為439.5益，均方差為3.8，中間多次從自動(dòng)切為手動(dòng)，主汽溫度波動(dòng)大。

圖2 優(yōu)化前12 h主汽溫曲線

圖3為優(yōu)化后主汽溫12 h的歷史工況趨勢(shì)圖中。主汽溫的數(shù)值在438.1益,到449.2益之間變化，平均值為445益，均方差為1.5，中間自動(dòng)情況投入良好，沒(méi)有切手動(dòng)，主汽溫度波動(dòng)小。

圖3 優(yōu)化后12 h主汽溫曲線

通過(guò)對(duì)圖2和圖3中的歷史曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主汽溫的波動(dòng)幅度明顯減小，并且沒(méi)有出現(xiàn)切除自動(dòng)的情況發(fā)生，主汽溫度平均值提升了5益以上，自動(dòng)調(diào)節(jié)效果較優(yōu)化前有了較大的改善。

[1]丁海泉,吉明鵬.干熄焦電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化 [J].四川冶金，2009.

Research on the Main Steam Tem perature Control Methods Based on Adaptive Variable Parameter Strategy for CDQ Waste Heat Boiler

Gu Rong,Ai Jun，Xing Lihua
(Thermal Power Plant of Meishan Iron&Steel Co.Nanjing 210039,China)

To solve the problem of excessive fluctuation in the main steam temperature control of CDQ waste heat boiler,an optimized control method was put forward based on adaptive variable parameter strategy.The method has achieved good effect in practical appli-cation.

CDQ;waste heat boiler;main steam temperature control;adaptive,variable parameter

TK229

B

1006-6764(2018)01-0044-03

2017-10-19

顧蓉（1978-），女，大學(xué)本科學(xué)歷，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事熱工自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工作。