“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王真（252033）山東中華電力有限公司聊城發電廠張洪波景昌華東荷澤發電廠陳言軍周銀生的體會。

　　1概述過熱器蒸汽溫度的控制品質對電廠的安全經濟運行有重大影響。汽溫過高，會燒壞過熱器而爆管，汽機側高壓缸也會因汽溫過高，承受過高的熱應力而損壞汽溫過低會降低機組的熱效率。據有關資料顯示，一般汽溫降低5 10℃熱效率約降低1 ，同時將增大汽輪機排汽濕度而影響汽輪機的安全，短時間內汽溫偏差不應超過10℃，長期偏差不應超過5℃，而定值一般為540℃左右為最佳。

　　聊城電廠2X600MW機組（荷澤為2×300MW）是亞臨界、中間一次再熱機組，鍋爐采用英國三井巴布科克能源有限公司生產的W火焰燃燒鍋爐，配備一次風正壓直吹式雙進雙出鋼球磨制粉系統。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。

　　副調節器，C4、C5分別為一級減溫控制回路的主副調節器，C2為協調調節器2減溫水工藝結構大型鍋爐由于過熱器管道較長，結構較為復雜，為了進一步改善控制品質，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（300MW有2個， 600MW有四個）一級噴水減溫器，減溫水取自給水泵母管管道，經一共同的減溫水流量計后，分別送入各個減溫器，每個減溫器構成一個獨立的控制系統。二級噴水減溫的結構類同于一級減溫，但是設計的兩級減溫水流量有很大的差別，一級減溫水流量設計容量為二級減溫水流量設計容量的十倍左右。這和國內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系統分析由減溫水工藝結構可知，整個過熱器蒸汽溫度控制共有四套（300MW機組為2套）一級減溫控制和四套相應的二級減溫控制。本文僅對一套一級減溫控制和相應的二級減溫控制進行分析，如圖首先，對二級減溫控制進行分析。二級減溫控制仍采用傳統的串級控制。其主要特點為：（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度都由兩個熱電偶進行測量，并進行二選一邏輯判斷：正常時，取其平均值當其中一個測點為壞值時，取另一個好值，同時在CRT畫面上進行報警當兩個測點都為壞值時，在CRT畫面上報警并輸出一事先人為確定的值當兩測點的偏差超限時，報警。

　　（2）末級過熱器出口溫度的設定值的形成分為兩種情況，一、由運行人員手動設定二、根據機組的負荷（主蒸汽流量），通過函數發生器形成過熱汽溫的設定值。根據運行方式不同，由運行人員進行選擇。

　　（3）蒸汽流量通過函數發生器轉化作為副調節器的前饋信號，以減小蒸汽流量信號動態過程中對過熱汽溫的影響，改善過熱汽溫的品質。

　　（4）不同的負荷下，減溫噴水量對過熱汽溫的對象特性是非線性的，為了適應不同的負荷，主副調節器的PID參數設計成自適應參數調節，即PID參數隨著機組負荷的變化而變化。這樣，在整個機組負荷范圍內，過熱汽溫都能達到良好的控制品質。

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

　　本方案完美地實現了主調節器抗積分飽和功能。

　　在串級控制中，只有當調節閥門全開或全關時才會出現積分飽和。假設當調節閥門全關（閥門反饋2 ）時，通過限制主調節器的輸出上限為減溫器的出口溫度即副調節器的測量值，消除積分飽和。但僅僅這樣還不太完善，因為當主調節器的限幅起作用時，對副調節器必然產生階躍擾動，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。本方案對此進行了完善，當閥門全關時，發一2～3秒的脈沖，禁止副調節器的輸出，消除了階躍擾動，也不影響溫度的進一步控制，使過熱器溫度控制品質得到了優化。

　　一級減溫控制方案同二級減溫控制基本相同。

　　其主要特點：（1）最大的特色是其屏式過熱器出口溫度的設定值產生。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立，各控制回路的被調量的設定值彼此沒有聯系，其設定值的產生要么是由運行人員設定，要么是根據蒸汽流量通過函數轉換產生。這種控制方案的優點是，兩控制回路彼此獨立，方便控制參數的調整，但缺點是當燃燒工況或機組負荷變化時，可能造成二級減溫控制的減溫水調節門全開或全關時，主汽溫度仍不能達到設定值，一級減溫水調節門卻仍有調節余量，由于一級、二級減溫控制是彼此獨立的，所以無法解決上述問題，造成主汽溫度控制品質差，尤其對于一、二級減溫水設計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PID ，以協調一級和二級的調節作用，稱之為協調PID.工作原理介紹如下：當一、二級減溫控制正常工作時，協調PID的輸出跟蹤二級減溫控制的主回路PID的輸出，當二級減溫水調節門X 或Y （X、Y根據調節門的流量特性確定），協調PID的輸出不再跟蹤二級減溫控制的主回路PID的輸出，而是進行PID運算。協調PID的測量值是主汽溫度，設定值是主汽溫度設定值。協調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定值。

　　（2）另一特色為：當給水控制變化太大時，可能造成給水母管壓力下降太大，造成減溫水供應不足，嚴重影響溫度控制品質。為此，在主給水管道省煤器入口設計了一個節流閥，此節流閥不能夠全關，只能關一部分。當一級減溫水調節門開度大于70 時，逐漸關小節流閥，進而提高給水母管壓力，當一級減溫水調節門開度小于40 時，逐漸開大節流閥，進而降低給水母管壓力。通過對節流閥的控制，保證了減溫水的供水壓力，改善了主汽溫的控制品質。

　　（3）因為一級減溫水流量相對較大，為了保證進入屏式過熱器的蒸汽有一定的過熱度，對副調節器的設定值進行了限制，使其不能小于相應壓力下的飽和溫度和偏置量之和。

　　這樣，通過協調PID ，把一級減溫控制和二級減溫控制有機地結合起來，使過熱器減溫控制的適應性更強。由于一、二級減溫水設計流量不同，一級減溫控制對主汽溫度起粗調作用，二級減溫控制對主汽溫度起細調作用。在正常控制時，二級減溫控制回路的主調節器的輸出，一路送給副調節器作山東電力技術燒器進行改造，同時調整燃燒器假想切圓的直徑，改善爐內空氣動力場。◆芩可法等，鍋爐和熱交換器的積灰、結渣、磨損和腐蝕的防止原理與計算，科學出版社， 1995.11苗長信等，煤粉鍋爐爐膛壓力異常寬幅波動的成因分析，為副調節器的設定值，控制二級減溫水調節門另一路通過協調PID ，產生一級減溫控制回路屏式過熱器出口溫度的設定值，控制一級減溫水調節門。

　　當二級減溫水調節門全關（X ）或全開（Y ）時，二級減溫控制主調節器由于限幅的作用，對主汽溫度暫時不起控制作用，協調PID進行PID運算，產生一級減溫控制回路屏式過熱器出口溫度的設定值，控制一級減溫水調節門，從而控制主汽溫度。當一級減溫水調節門全開或全關時，為了消除積分飽和，協調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調整與優化在二級減溫控制正常工作時，汽溫控制系統的方框圖如圖2 ，在參數整定時，先用一般整定單回路的方法求得副回路中副調節器的整定參數，然后再整定主回路中主調節器的參數，投入自動后，再根據實際控制效果進行細調。一級減溫控制的參數調整類似。由于一級和二級控制并不彼此獨立，造成二級控制系統的主調節器參數調整更加復雜，只能根據實際的控制曲線進行調整。

　　圖中，θ為主汽溫度的設定值，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節器， W（S）為二級減溫控制副調節器， W（S）二級減溫控制導前汽溫對噴水擾動的傳遞函數， W（S）二級減溫控制主汽溫對導前汽溫的傳遞函數， WPID′（S）一級減溫控制主調節器，WPI′（S）一級減溫控制副調節器， W′（S）為一級減溫控制導前汽溫對噴水擾動的傳遞函數， W1′（S）為屏式過熱器出口溫度對導前汽溫的傳遞函數圖中，θ為主汽溫度的設定值，θ為主汽溫度， WPID″（S）為協調調節器， WPID′（S）為一級減溫控制主調節器，′（S）為一級減溫控制副調節器， W′（S）為導前汽溫對噴水擾動的傳遞函數， W′（S）為屏式過熱器出口溫度對導前汽溫的傳遞函數， W″（S）為主汽溫度對屏式過熱器出口溫度的傳遞函數在二級減溫控制不能正常工作時（減溫水調節門全關或全開），汽溫控制系統的方框圖如圖3 ，一級減溫控制回路的參數已整定好，主要是整定協調調節器的參數，根據實際的控制曲線進行調整。控制參數調整期間，根據實際情況，對協調調節器的主汽溫度設定值形成進行優化。當二級減溫水調節門全開（或全關）時，協調調節器起作用，此時對在原主汽溫設定值的基礎上減去（或加上）2℃作為協調調節器的設定值。此改變有兩個優點：一、加快溫度的調節速度二、使一級減溫水有一定的過調量，這樣就能夠恢復二級減溫水調節門的調節作用，提高了主汽溫的控制品質。