300MW機組鍋爐汽溫控制系統(tǒng)優(yōu)化調試

1、300MW機組鍋爐汽溫控制系統(tǒng)優(yōu)化調試與問題探討 300MW機組鍋爐汽溫控制系統(tǒng)優(yōu)化調試過程，包括過熱汽溫和再熱汽溫系統(tǒng)調試與控制組 態(tài)修改，參數(shù)整定，并對過熱汽溫和再熱汽溫控制難點進行了分析討論，當負荷變化時，爐 底風熱風擋板投自動，可引起機組負荷不穩(wěn)定，汽溫變化較大，爐膛壓力、煙氣含氧量較大 變化，不利于提高機組熱效率，概述過熱汽溫控制分為A、B側，為二級控制系統(tǒng)，這兩級噴射式減溫器用來控制末級過熱器的 出口蒸汽溫度，使其在負荷50100%BMCR時，溫度控制在5413C；多段類型的控制按 順序排列，控制在一級減溫器完成，經(jīng)過二級減溫器溫降維持正常恒定；在60100%BMCR 滑壓運行方式

2、下，和80100%BMCR定壓運行模式下，再熱蒸汽溫度一般控制在541 C 5C，通過調節(jié)進入鍋爐底部的熱風注入擋板進行控制，以調節(jié)熱二次風實現(xiàn)上述目的。1 過熱汽溫控制系統(tǒng)調試與控制組態(tài)修改1.1過熱汽溫調節(jié)系統(tǒng)的任務過熱蒸汽溫度自動控制的任務一一是維持過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，并且保護過熱 器，使管壁溫度不超過允許的工作溫度。1.2原控制系統(tǒng)構成原設計過熱汽溫控制系統(tǒng)是以常規(guī)PID調節(jié)器組成的串級溫差控制系統(tǒng)，其控制熱力系統(tǒng) 結構如圖1，原控制系統(tǒng)的抗干擾能力差，在穩(wěn)定工況下，運行人員每隔15分鐘左右，必 須將控制系統(tǒng)切為手動操作，待系統(tǒng)穩(wěn)定后再投入自動，給運行人員的操作增加了很大工

3、作 量，而且控制參數(shù)經(jīng)常超標，不利于機組安全經(jīng)濟運行，圖1為過熱汽溫控制熱力系統(tǒng)原 理。該過熱汽溫控制系統(tǒng)的缺點是由于過熱汽溫控制系統(tǒng)的對象特征具有很大的遲延，用簡單的 數(shù)學模型很難得到理想的等效對象特征和控制品質，Smith率先提出一種克服純遲延的控制 方案，即Smith預估器，如果數(shù)學模型完全準確，Smith預估器完全可以純遲延對控制系統(tǒng) 的影響，從而在理論計算上解決了大遲延對象的控制問題，ABB Bailey公司的INFI-90控 制系統(tǒng)中設計了 Smith預估器控制算法，為工程實現(xiàn)提供了平臺。1.3 現(xiàn)控制系統(tǒng)構成過熱汽溫控制系統(tǒng)組態(tài)進行改進，設計成以Smith預估器為基層的控制系統(tǒng)，

4、提高控制效果， 結構如圖2。1.3.1Smith預估器的控制原理和應用傳統(tǒng)PID控制屬于“事后控制”，即根據(jù)以前的控制作用序列的控制效果，來決定當前時刻 的控制作用，但對慣性大的滯后過程，由于過程輸出的偏差不能及時反映控制量的變化，造 成汽溫的過調或欠調，Smith預估器取代標準PID功能，根據(jù)當前控制量的變化來預測被控 量的變化，從而來改變下一步的控制輸出，利用一個帶死區(qū)的一階慣性動態(tài)模型，來預測控 制輸出引起的過程變量的未來變化量，對過熱汽溫這種具有較長的死區(qū)時間、有遲延、大慣 性的過程調節(jié)具有良好的調節(jié)效果。1.3.2 Smith預估器的控制參數(shù)使用Smith預估器的串級汽溫控制，主回路

5、采用一個FC160功能碼，副環(huán)采用常規(guī)PID調 節(jié)，參數(shù)整定相對傳統(tǒng)PID調節(jié)要簡單的多，只有一個調節(jié)參數(shù)，如圖3。一般對過程做1-2次開環(huán)階躍響應實驗，即可完成對Smith預估器FC160參數(shù)的設置，通 過在荷澤電廠的應用，對Smith預估器的使用進行分析，并對實施后的效果與常規(guī)PID控制 效果進行比較；S7表示過程模型增益K，K=AY/AX=(Y2-Y1)/(X2-X1)= (510-520) / (15-5) = 1 (C/%), S8表示過程模型死區(qū)時間D等于從控制器輸出變化到過熱汽溫剛 開始發(fā)生變化之間的時間，D=t1-t0, S9表示過程模型滯后時間L等于過熱汽溫剛開始變化 與達到

6、最終穩(wěn)定值的65%之間的時間，L=t2-t1，S10代表預測偏差處理參數(shù)T，T=D+L=t2-t0。 控制系統(tǒng)投入自動，進行擾動試驗，如果響應的比較慢，減小T，如果產(chǎn)生振蕩，增加T， 如果TVL，控制輸出具有較大的超前作用，如果TL，控制輸出具有較大的滯后作用，過 程模型準確，T=LX30%=0.3L，過程模型不很準確，T=D+LX300%=D+3L。1.4控制系統(tǒng)動態(tài)調試通過調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)試驗，現(xiàn)在的控制系統(tǒng)設計組態(tài)是成功的，達到了預想的目的，汽溫控制 系統(tǒng)的調試經(jīng)歷了控制系統(tǒng)組態(tài)圖修改、系統(tǒng)動態(tài)特性測試、系統(tǒng)優(yōu)化調試、負荷變化擾動、 吹灰擾動、噴水擾動等過程；在動態(tài)調試過程中，根據(jù)現(xiàn)場實際情

7、況，進行了幾次小范圍修 改，根據(jù)現(xiàn)場情況，編寫了動態(tài)特性擾動試驗措施，在300MW負荷時作了過熱汽溫一級、 二級噴水擾動和再熱汽溫噴水擾動試驗，取得了系統(tǒng)參數(shù)調整優(yōu)化的初步依據(jù)。通過調試，A/B側一級、二級過熱汽溫控制系統(tǒng)已能長期投入運行，經(jīng)過細調整，現(xiàn)過熱汽 溫已能得到有效控制，負荷擾動、噴水擾動、吹灰擾動證明了這一點；#3機組的調試經(jīng)過 閥門擾動試驗，初步確定了控制對象的動態(tài)特性，通過計算，給出控制系統(tǒng)的動態(tài)調節(jié)參數(shù)， 經(jīng)過觀察，對動態(tài)參數(shù)進行了優(yōu)化，A側一級、二級過熱汽溫控制系統(tǒng)參數(shù)如表1。A側過熱汽溫控制系統(tǒng)在負荷比較穩(wěn)定時，溫度可控制在設定值的+2C一2C之間，當負 荷變化，滑壓運行

8、時，溫度可控制在設定值的+5C一5C之間。B側過熱汽溫控制系統(tǒng)在負荷比較穩(wěn)定時，溫度可控制在設定值的+1.5C一3C之間，當 負荷變化，滑壓運行時，溫度可控制在設定值的+3C一5C之間。#4 機組的調試經(jīng)過閥門擾動試驗，初步確定了控制對象的動態(tài)特性，通過計算，給出控制 系統(tǒng)的動態(tài)調節(jié)參數(shù)，經(jīng)過觀察，對動態(tài)參數(shù)進行了優(yōu)化，A側過熱汽溫控制系統(tǒng)在負荷比 較穩(wěn)定時，溫度可控制在設定值的+3C一4C之間，當負荷變化，滑壓運行時，溫度可控 制在設定值的+5C一5C之間；B側過熱汽溫控制系統(tǒng)在負荷比較穩(wěn)定時，溫度可控制在 設定值的+3C一4C之間。當負荷變化，滑壓運行時，溫度可控制在設定值的+5C一5C

9、之間。2 再熱汽溫控制系統(tǒng)調試與控制組態(tài)修改再熱汽溫的調節(jié)有兩種方式，由爐底注入的熱風作為正常調節(jié)手段，再熱汽冷段的噴水調節(jié) 作為緊急調節(jié)手段，控制系統(tǒng)設計分為兩種方式，在正常情況下，爐底熱風作為主要調節(jié)手 段，當再熱汽溫過高時，再熱器噴水投入，作為備用調節(jié)手段參與汽溫的控制。2.1原控制系統(tǒng)構成再熱汽溫控制系統(tǒng)是以常規(guī)PID調節(jié)器組成的串級控制系統(tǒng)，爐底注入風為正常調節(jié)手段， 噴水減溫為事故緊急調節(jié)手段，在噴水減溫控制子系統(tǒng)中，存在減溫水流量控制內(nèi)環(huán)，導致 控制系統(tǒng)控制速度降低，不利于提高控制品質，其控制熱力系統(tǒng)結構如4。2.2現(xiàn)控制系統(tǒng)構成將#3、#4機組的再熱汽溫控制系統(tǒng)組態(tài)進行改進，設

10、定值回路進行了改進，取消了噴水流 量控制小回路，結構如圖5。2.3 控制系統(tǒng)動態(tài)調試通過調節(jié)系統(tǒng)動態(tài)試驗，現(xiàn)在的控制系統(tǒng)設計組態(tài)是成功的，基本達到了預想的目的，汽溫 控制系統(tǒng)的調試經(jīng)歷了控制系統(tǒng)組態(tài)圖修改、系統(tǒng)動態(tài)特性測試、系統(tǒng)優(yōu)化調試、負荷變化 擾動、吹灰擾動、噴水擾動等過程，在動態(tài)調試過程中，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，進行了幾次小 范圍修改，根據(jù)現(xiàn)場情況，編寫了動態(tài)特性擾動試驗措施，花00MW負荷時作了再熱汽溫 噴水擾動試驗，取得了系統(tǒng)參數(shù)調整優(yōu)化的初步依據(jù)。通過調試，再熱汽溫控制系統(tǒng)已能長期投入運行，在負荷穩(wěn)定時，爐底熱風注入、噴水減溫 調節(jié)系統(tǒng)自動可投入，當負荷升降時，爐底熱風注入自動調節(jié)系統(tǒng)

11、自動狀態(tài)調節(jié)偏慢，但將 控制系統(tǒng)控制速度加速，將可能影響其他調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)效果，如可能引起機組負荷、主汽 壓力、過熱汽溫、鍋爐爐膛煙氣含量的擾動，不利于鍋爐的穩(wěn)定運行，因此，建議爐底熱風 注入調節(jié)系統(tǒng)控制速率以穩(wěn)定負荷為主，如果在升、降負荷時，再熱汽溫偏低，可手動開大 爐底風擋板開度，控制系統(tǒng)經(jīng)過細調整，現(xiàn)再熱汽溫已能得到有效控制，負荷擾動、噴水擾 動、吹灰擾動證明了這一點。#3機組的調試經(jīng)過閥門擾動試驗，初步確定了控制對象的動態(tài)特性，通過計算，給出控制 系統(tǒng)的動態(tài)調節(jié)參數(shù)。經(jīng)過觀察，對動態(tài)參數(shù)進行了優(yōu)化，如表2。再熱汽溫控制系統(tǒng)在負荷比較穩(wěn)定時，溫度可控制在設定值的+4C一5C之間，當負荷變

12、 化，滑壓運行時，溫度可控制在設定值的+5C一12C之間。#4 機組的調試經(jīng)過閥門擾動試驗，初步確定了控制對象的動態(tài)特性，給出控制系統(tǒng)的動態(tài) 調節(jié)參數(shù)，經(jīng)過觀察，對動態(tài)參數(shù)進行了優(yōu)化，再熱汽溫控制系統(tǒng)在負荷比較穩(wěn)定時溫度可 控制在設定值的+ 4C一5C之間，當負荷變化，滑壓運行時，溫度可控制在設定值的+ 5C一12C之間。2.4再熱蒸汽溫度調試結果再熱汽溫調節(jié)系統(tǒng)已可長期投入自動，能運行正常，再熱汽溫的調節(jié)有兩種手段，在正常情 況下，再熱汽溫由鍋爐爐底二次熱風調節(jié)，當再熱汽溫超過設定值2C時，再熱器噴水參與 調節(jié)。在負荷較穩(wěn)定時，如果將爐底熱風擋板投入自動，再熱汽溫的控制效果非常明顯，特別在低

13、 負荷階段，再熱器噴水調節(jié)門、隔離門已完全關閉，再熱汽溫仍然偏低，這時，如果爐底熱 風擋板手動，再熱汽溫會大幅波動，如果爐底熱風擋板自動，再熱汽溫將得到有效控制。3問題討論3.1過熱汽溫/再熱汽溫控制難點鍋爐出口的過熱汽溫、再熱汽溫是表征鍋爐燃燒工況一個綜合參數(shù)，影響汽溫變化的因素很 多，如主汽壓力變化、燃燒工況的變化、吹灰的影響、鍋爐送風量的變化等，主汽壓力的變 化對過熱汽溫的影響比較大，反應快，因噴水減溫帶有一定的慣性，無法從根本上克服主汽 壓力波動引起的過熱汽溫波動；鍋爐燃燒、送風量的變化對汽溫產(chǎn)生影響，持續(xù)時間長，帶 有慣性，當燃燒工況、送風量波動時，過熱汽溫、再熱汽溫在較長時間內(nèi)會偏

14、離設定值。 鍋爐吹灰對汽溫也有影響。鍋爐吹灰器的布置為初級過熱器6個、屏式過熱器6個、末級過 熱器6個、再熱器8個、省煤器4個、空氣預熱器2個、爐膛20個；鍋爐吹灰就是將汽/ 水管道外表面上的積灰吹掉，保證管道有效的傳熱，提高管道吸熱性能，當吹灰時，鍋爐管 道上的積灰厚度直接影響吹灰后其吸熱效果，而管道積灰厚度與吹灰間隔長短關系緊密，其 二，吹灰位置的不同，對汽溫影響又不盡相同，省煤器、初級過熱器吹灰對主汽溫影響較小， 而末級過熱器、再熱器吹灰對過熱蒸汽、再熱蒸汽溫度影響較大，其三，吹灰面積大小（即 吹灰器投入數(shù)量）對汽溫也有影響。3.2 A、B側過熱汽溫控制特性分析過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)由于各

15、閥門特性、管道、熱力系統(tǒng)布置不同，導致A、B側調節(jié)效果 不相同，相對而言，A側調節(jié)效果較好，而B側效果較差，通過各種努力，B側的調節(jié)質 量有時仍不及A側；過熱蒸汽噴水調節(jié)閥門布置于鍋爐A側，距離A側減溫器較近，距離 B側減溫器較遠，同樣的閥門噴水量對A、B側汽溫影響動態(tài)有差異；過熱蒸汽二級噴水流 量設計偏小、管道直徑較細、閥門容量較小，噴水減溫控制能力受到限制，當閥門開度變化 很大時，才會引起噴水后溫度的變化，這樣，不利于汽溫控制。鍋爐設計為微噴水汽溫控制，因此，鍋爐超出力能力較小，基于以上原因，鍋爐一級噴水流 量比二級噴水流量大很多，在100%BMCR工況、燃燒校核煤種下，一級噴水流量7.3

16、kg/s， 二級噴水流量為2.9kg/s；在100%TMCR工況、燃燒校核煤種下，一級噴水流量7.6kg/s，二 級噴水流量為2.8kg/s；在80%TMCR工況、燃燒校核煤種下，一級噴水流量14.7kg/s，二級 噴水流量為2.0kg/s；而一級噴水管道相對于二級噴水管道直徑大很多，一級噴水最大設計 流量125.64t/h，最小設計流量33.12t/h，如表3。二級噴水最大設計流量12.6t/h，最小流量5.04t/h，基于這種原因，鍋爐二級噴水管道直徑 比一級噴水管道直徑小很多，平常情況下，二級減溫水調節(jié)門開很小開度（5%），汽溫即 可控制。但當出現(xiàn)過熱汽溫超溫時，噴水流量顯得偏小。對于運

17、行人員提出一級汽溫控制較慢，閥門開度變化較小的情況，在系統(tǒng)調試過程中，有意 識提高一級噴水控制速度，讓一級噴水流量變化較大。3.3再熱汽溫控制的特點再熱汽溫控制方式是爐底熱風注入加再熱汽溫噴水調節(jié)，爐底熱風注入控制子系統(tǒng)為單回路 雙執(zhí)行機構控制系統(tǒng)，當負荷穩(wěn)定時，爐底風控制可投入，并可取得良好的效果，但當負荷 變化時，如果爐底風變化較快，不利于機組穩(wěn)定運行，故運行人員不希望爐底風變化較快， 而當負荷變化時，再熱汽溫變化較大，為保證再熱汽溫穩(wěn)定，爐底風必須進行較大變化，與 運行人員思想不一致，形成一對矛盾，通過本次調試發(fā)現(xiàn)，當機組負荷穩(wěn)定時，爐底風熱風 擋板投自動，可減少再熱器噴水，提高鍋爐效率

18、；當負荷變化時，爐底風熱風擋板投自動， 可引起機組負荷不穩(wěn)定，汽溫變化較大，爐膛壓力、煙氣含氧量較大變化，不利于提高機組 熱效率。4對策分析針對荷澤電廠目前存在的問題，在穩(wěn)態(tài)時，底部風投入自動，有關模擬量控制系統(tǒng)參數(shù)品質 尚可，在變工況時，相應的模擬量控制系統(tǒng)參數(shù)品質擾動太大，浙江嘉興發(fā)電有限公司設備 管理部DCS工程師唐義軍理解為是底部風（再熱汽溫）控制系統(tǒng)的控制策略抗擾動能力不 強，使本來具有紊流（也有文獻稱為湍流）特性的煙氣動力場溫度脈動更加明顯，使再熱汽 溫穩(wěn)定性降低，由于各分控制系統(tǒng)之間存在較強的耦合性，同時會影響到主汽溫的穩(wěn)定性（一 般情況下，影響幅值沒有再熱汽溫大），甚至會影響到上層CCS控制系統(tǒng)，導致燃燒、送引 風、二次風等風煙系統(tǒng)出現(xiàn)波動太大的現(xiàn)象，要對上述問題進行詳細的正確分析，一定要對 現(xiàn)場各種變工況進行實時跟蹤分析調研，掌握被控對象動態(tài)特性的第一手資料，根據(jù)其控制 難度，設計出相適應的控制策略，滿足變工況下抗干擾能力的要求，達到汽溫調節(jié)的穩(wěn)定性、 可靠性，為此初步設想如下：4.1現(xiàn)場調研被控對象的物理結構調研，包括各受熱面結構布置參數(shù)，各受熱面的焓降靜態(tài)關系，執(zhí)行機 構的靜態(tài)特性等等，需要12天時間，被控對象變工況下的動態(tài)特性調研，以及掌握各分 控制系統(tǒng)之間的耦合關聯(lián)度。需要3