鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)在燃煤鍋爐運(yùn)行中，過熱蒸汽溫度是一個(gè)很重要的控制參數(shù)。過熱蒸汽溫度是鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，過熱蒸汽溫度較高，可能造成過熱器蒸汽管道損壞；過熱蒸汽溫度過低，會(huì)降低內(nèi)功率。所以在鍋爐運(yùn)行中，必須保持過熱蒸汽溫度穩(wěn)定在規(guī)定值附近。本文介紹模糊控制在中小型燃煤鍋爐過熱蒸汽溫度中的應(yīng)用，采用模糊控制系統(tǒng)的思路，并用此方法控制燃煤鍋爐的過熱蒸汽溫度，使得鍋爐過熱蒸汽溫度即使在擾動(dòng)幅度較大的情況下仍能保持平穩(wěn)。模糊控制的控制算法不依賴于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型,算法簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),且對(duì)干擾和對(duì)象模型時(shí)變具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，它能根據(jù)輸出偏差的大小進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使輸出達(dá)到給定值。能提高國(guó)內(nèi)鍋爐的燃燒效率、燃料適應(yīng)性、負(fù)荷調(diào)節(jié)性能、污染、灰渣等眾多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)而受到越來越廣泛的重視，在電力、供熱、工廠蒸汽生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。以某600MW汽輪發(fā)電機(jī)組的汽包鍋爐為例，其過熱蒸汽生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖和流程圖如下圖所示：過熱蒸汽流程圖1．1過熱蒸汽溫度控制的任務(wù)過熱蒸汽溫度控制的主要任務(wù)是維持過熱器出口溫度在允許的范圍之內(nèi)，并保護(hù)過熱器，使其管壁溫度不超過允許的工作溫度。過熱蒸汽溫度是鍋爐汽水系統(tǒng)中的溫度最高點(diǎn)，蒸汽溫度過高會(huì)使過熱器管壁金屬?gòu)?qiáng)度下降，以至燒壞過熱器的高溫段，嚴(yán)重影響安全；過熱蒸汽溫度偏低，則會(huì)降低發(fā)電機(jī)組能量轉(zhuǎn)換效率。據(jù)分析，氣溫每降低5℃，熱經(jīng)濟(jì)性將下降1％；且汽溫偏低會(huì)使汽輪機(jī)尾部蒸汽濕度增大,甚至使之帶水，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。該機(jī)組要求控制過熱蒸汽溫在538～548℃的范圍內(nèi)。2．2影響過熱蒸汽溫度的主要因素2．2．1燃料、給水比(煤水比)只要燃料、給水比的值不變，過熱汽溫就不變。只要保持適當(dāng)?shù)拿核?，在任何?fù)荷和工況下，直流鍋爐都能維持一定的過熱汽溫。2．2．2給水溫度正常情況下，給水溫度一般不會(huì)有大的變動(dòng)；但當(dāng)高壓加熱器因故障退出運(yùn)行時(shí)，給水溫度就會(huì)降低。對(duì)于直流鍋爐，若燃料不變，由于給水溫度降低時(shí)，加熱段會(huì)加長(zhǎng)、過熱段縮短，因而過熱汽溫會(huì)隨之降低，負(fù)荷也會(huì)降低。2．2．3過?？諝庀禂?shù)過?？諝庀禂?shù)的變化直接影響鍋爐的排煙損失。影響對(duì)流受熱面與輻射受熱面的吸熱比例。當(dāng)過?？諝庀禂?shù)增大時(shí)，除排煙損失增加、鍋爐效率降低外爐膛水冷壁吸熱減少，造成過熱器進(jìn)口溫度降低、屏式過熱器出口溫度降低；雖然對(duì)流過熱器吸熱量有所增加，但在煤水比不變的情況下，末級(jí)過熱器出口汽溫會(huì)有所下降。過?？諝庀禂?shù)減小時(shí)的結(jié)果與增加時(shí)的相反。若要保持過熱汽溫不變，則需重新調(diào)整煤水比。2．2．4火焰中心高度火焰中心高度變化造成的影響與過剩空氣系數(shù)變化的影響相似。在煤水比不變的情況下，火焰中心上移類似于過剩空氣系數(shù)增加，過熱汽溫略有下降；反之，過熱汽溫略有上升。若要保持過熱溫不變，亦需重新調(diào)整煤水比。2．2．5受熱面結(jié)渣煤水比不變的調(diào)節(jié)下，爐膛水冷壁結(jié)渣時(shí)，過熱汽溫會(huì)有所降低；過熱器結(jié)渣或積灰時(shí)，過熱汽溫下降較明顯。前者情況發(fā)生時(shí)，調(diào)整煤水比就可；后者情況發(fā)生時(shí)，不可隨便調(diào)整煤水比，必須在保證水冷壁溫度不超限的前提下調(diào)整煤水比。對(duì)于直流鍋爐，在水冷壁溫度不超限的條件下，后四種影響過熱汽溫因素都可以通過調(diào)整煤水比來消除；所以，只要控制、調(diào)節(jié)好煤水比，在相當(dāng)大的負(fù)荷范圍內(nèi)，直流鍋爐的過熱汽溫可保持在額定值。此優(yōu)點(diǎn)是汽包鍋爐無法比擬的；但煤水比的調(diào)整，只有自動(dòng)控制才能可靠完成。3．3.2.3過熱汽溫控制框圖如圖4所示，模糊控制的性能相當(dāng)于PD控制，其穩(wěn)態(tài)精度較低，故將PID控制器加入系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)在大偏差范圍內(nèi)采用模糊控制，在小偏差范圍內(nèi)采用PID控制。圖4過熱蒸汽模糊控制系統(tǒng)方框圖在圖3.1中，Tr為過熱蒸汽輸入溫度給定變量，Tc為輸出量，U為控制量，e為模糊控制器輸入給定變量與輸出量的偏差，其中e(k)=Tr(k)-Tc(k)Fuzzy為模糊控制，PID為PID控制。當(dāng)控制系統(tǒng)的輸入給定變量時(shí)：若e＞k，則系統(tǒng)選擇模糊控制方式進(jìn)行控制；若e＜k，則系統(tǒng)選擇PID控制方式進(jìn)行控制。經(jīng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)后，得到最優(yōu)的輸出量U，進(jìn)而輸出變量Tc。上面所講述的控制系統(tǒng)方框圖可轉(zhuǎn)化為如圖5所示系統(tǒng)流程圖。Treee>k?e>k?