“W”火焰锅炉主汽温度控制探析

“W”火焰锅炉主汽温度控制探析

　W火焰锅炉主汽温度控制探析东电力研究院李昌卫王真（252033）山东中华电力有限公司聊城发电厂张洪波景昌华东荷泽发电厂陈言军周银生的体会。

　　1概述过热器蒸汽温度的控制品质对电厂的安全经济运行有重大影响。汽温过高，会烧坏过热器而爆管，汽机侧高压缸也会因汽温过高，承受过高的热应力而损坏汽温过低会降低机组的热效率。据有关资料显示，一般汽温降低5 10℃热效率约降低1 ，同时将增大汽轮机排汽湿度而影响汽轮机的安全，短时间内汽温偏差不应超过10℃，长期偏差不应超过5℃，而定值一般为540℃左右为最佳。

　　聊城电厂2X600MW机组（荷泽为2×300MW）是亚临界、中间一次再热机组，锅炉采用英国三井巴布科克能源有限公司生产的W火焰燃烧锅炉，配备一次风正压直吹式双进双出钢球磨制粉系统。过热器分为三级：初级过热器、屏式过热器、末级过热器。过热器蒸汽温度采用分段减温水控制。

　　副调节器，C4、C5分别为一级减温控制回路的主副调节器，C2为协调调节器2减温水工艺结构大型锅炉由于过热器管道较长，结构较为复杂，为了进一步改善控制品质，W锅炉过热器采用了两级减温水控制过热汽温。一级喷水减温器位于初级过热器和屏式过热器之间，控制屏式过热器出口温度二级喷水减温器位于屏式过热器和末级过热器之间，控制末级过热器出口温度，即主蒸汽温度。过热器有四个（300MW有2个， 600MW有四个）一级喷水减温器，减温水取自给水泵母管管道，经一共同的减温水流量计后，分别送入各个减温器，每个减温器构成一个独立的控制系统。二级喷水减温的结构类同于一级减温，但是设计的两级减温水流量有很大的差别，一级减温水流量设计容量为二级减温水流量设计容量的十倍左右。这和国内锅炉两级减温水流量基本一样有很大的差别，这也决定了减温水控制方案必须有特别之处。

　　3系统分析由减温水工艺结构可知，整个过热器蒸汽温度控制共有四套（300MW机组为2套）一级减温控制和四套相应的二级减温控制。本文仅对一套一级减温控制和相应的二级减温控制进行分析，如图首先，对二级减温控制进行分析。二级减温控制仍采用传统的串级控制。其主要特点为：（1）末级过热器出口温度和二级减温器后的温山东电力技术度都由两个热电偶进行测量，并进行二选一逻辑判断：正常时，取其平均值当其中一个测点为坏值时，取另一个好值，同时在CRT画面上进行报警当两个测点都为坏值时，在CRT画面上报警并输出一事先人为确定的值当两测点的偏差超限时，报警。

　　（2）末级过热器出口温度的设定值的形成分为两种情况，一、由运行人员手动设定二、根据机组的负荷（主蒸汽流量），通过函数发生器形成过热汽温的设定值。根据运行方式不同，由运行人员进行选择。

　　（3）蒸汽流量通过函数发生器转化作为副调节器的前馈信号，以减小蒸汽流量信号动态过程中对过热汽温的影响，改善过热汽温的品质。

　　（4）不同的负荷下，减温喷水量对过热汽温的对象特性是非线性的，为了适应不同的负荷，主副调节器的PID参数设计成自适应参数调节，即PID参数随着机组负荷的变化而变化。这样，在整个机组负荷范围内，过热汽温都能达到良好的控制品质。

　　（5）在串级控制回路中，影响控制性能的最大问题是主调节器的积分饱和。副调节器可通过简单的积分限幅来实现抗积分饱和。而主调节器的抗积分饱和必须通过比较复杂的回路才能实现。

　　本方案完美地实现了主调节器抗积分饱和功能。

　　在串级控制中，只有当调节阀门全开或全关时才会出现积分饱和。假设当调节阀门全关（阀门反馈2 ）时，通过限制主调节器的输出上限为减温器的出口温度即副调节器的测量值，消除积分饱和。但仅仅这样还不太完善，因为当主调节器的限幅起作用时，对副调节器必然产生阶跃扰动，造成阀门打开，不利于温度的控制。在以往的抗积分饱和方案中基本上仅仅到此。本方案对此进行了完善，当阀门全关时，发一2～3秒的脉冲，禁止副调节器的输出，消除了阶跃扰动，也不影响温度的进一步控制，使过热器温度控制品质得到了优化。

　　一级减温控制方案同二级减温控制基本相同。

　　其主要特点：（1）最大的特色是其屏式过热器出口温度的设定值产生。过去，我们采用的两级减温控制方案，一般是一、二级减温控制回路彼此独立，各控制回路的被调量的设定值彼此没有联系，其设定值的产生要么是由运行人员设定，要么是根据蒸汽流量通过函数转换产生。这种控制方案的优点是，两控制回路彼此独立，方便控制参数的调整，但缺点是当燃烧工况或机组负荷变化时，可能造成二级减温控制的减温水调节门全开或全关时，主汽温度仍不能达到设定值，一级减温水调节门却仍有调节余量，由于一级、二级减温控制是彼此独立的，所以无法解决上述问题，造成主汽温度控制品质差，尤其对于一、二级减温水设计流量相差很大的温度控制方案。本控制方案很好的解决了上述问题。在一级和二级控制回路之间，增加一个PID ，以协调一级和二级的调节作用，称之为协调PID.工作原理介绍如下：当一、二级减温控制正常工作时，协调PID的输出跟踪二级减温控制的主回路PID的输出，当二级减温水调节门X 或Y （X、Y根据调节门的流量特性确定），协调PID的输出不再跟踪二级减温控制的主回路PID的输出，而是进行PID运算。协调PID的测量值是主汽温度，设定值是主汽温度设定值。协调PID的输出加一偏置（一般5℃左右）作为一级减温控制回路屏式过热器出口温度的设定值。

　　（2）另一特色为：当给水控制变化太大时，可能造成给水母管压力下降太大，造成减温水供应不足，严重影响温度控制品质。为此，在主给水管道省煤器入口设计了一个节流阀，此节流阀不能够全关，只能关一部分。当一级减温水调节门开度大于70 时，逐渐关小节流阀，进而提高给水母管压力，当一级减温水调节门开度小于40 时，逐渐开大节流阀，进而降低给水母管压力。通过对节流阀的控制，保证了减温水的供水压力，改善了主汽温的控制品质。

　　（3）因为一级减温水流量相对较大，为了保证进入屏式过热器的蒸汽有一定的过热度，对副调节器的设定值进行了限制，使其不能小于相应压力下的饱和温度和偏置量之和。

　　这样，通过协调PID ，把一级减温控制和二级减温控制有机地结合起来，使过热器减温控制的适应性更强。由于一、二级减温水设计流量不同，一级减温控制对主汽温度起粗调作用，二级减温控制对主汽温度起细调作用。在正常控制时，二级减温控制回路的主调节器的输出，一路送给副调节器作山东电力技术烧器进行改造，同时调整燃烧器假想切圆的直径，改善炉内空气动力场。◆芩可法等，锅炉和热交换器的积灰、结渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算，科学出版社， 1995.11苗长信等，煤粉锅炉炉膛压力异常宽幅波动的成因分析，为副调节器的设定值，控制二级减温水调节门另一路通过协调PID ，产生一级减温控制回路屏式过热器出口温度的设定值，控制一级减温水调节门。

　　当二级减温水调节门全关（X ）或全开（Y ）时，二级减温控制主调节器由于限幅的作用，对主汽温度暂时不起控制作用，协调PID进行PID运算，产生一级减温控制回路屏式过热器出口温度的设定值，控制一级减温水调节门，从而控制主汽温度。当一级减温水调节门全开或全关时，为了消除积分饱和，协调PID的输出下限或上限为屏式过热器出口温度和偏置之差。

　　4调整与优化在二级减温控制正常工作时，汽温控制系统的方框图如图2 ，在参数整定时，先用一般整定单回路的方法求得副回路中副调节器的整定参数，然后再整定主回路中主调节器的参数，投入自动后，再根据实际控制效果进行细调。一级减温控制的参数调整类似。由于一级和二级控制并不彼此独立，造成二级控制系统的主调节器参数调整更加复杂，只能根据实际的控制曲线进行调整。

　　图中，θ为主汽温度的设定值，θ为主汽温度，θ′为屏式过热器出口温度， W（S）为二级减温控制主调节器， W（S）为二级减温控制副调节器， W（S）二级减温控制导前汽温对喷水扰动的传递函数， W（S）二级减温控制主汽温对导前汽温的传递函数， WPID′（S）一级减温控制主调节器，WPI′（S）一级减温控制副调节器， W′（S）为一级减温控制导前汽温对喷水扰动的传递函数， W1′（S）为屏式过热器出口温度对导前汽温的传递函数图中，θ为主汽温度的设定值，θ为主汽温度， WPID″（S）为协调调节器， WPID′（S）为一级减温控制主调节器，′（S）为一级减温控制副调节器， W′（S）为导前汽温对喷水扰动的传递函数， W′（S）为屏式过热器出口温度对导前汽温的传递函数， W″（S）为主汽温度对屏式过热器出口温度的传递函数在二级减温控制不能正常工作时（减温水调节门全关或全开），汽温控制系统的方框图如图3 ，一级减温控制回路的参数已整定好，主要是整定协调调节器的参数，根据实际的控制曲线进行调整。控制参数调整期间，根据实际情况，对协调调节器的主汽温度设定值形成进行优化。当二级减温水调节门全开（或全关）时，协调调节器起作用，此时对在原主汽温设定值的基础上减去（或加上）2℃作为协调调节器的设定值。此改变有两个优点：一、加快温度的调节速度二、使一级减温水有一定的过调量，这样就能够恢复二级减温水调节门的调节作用，提高了主汽温的控制品质。