鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

1、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。能提高國內(nèi)鍋爐

2、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)流程簡圖和流程圖如下圖所示：I級(jí)減溫器主蒸汽/一前屏過熱器62,n級(jí)噴水W低溫對(duì)流過熱器I級(jí)噴水Wbi后屏過熱器田級(jí)減溫器.9秘高溫對(duì)流過熱器至汽輪機(jī)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)使過熱器管壁金屬強(qiáng)度下降，以至燒壞過熱器的高溫

3、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5C,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538548C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龋谌魏呜?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、過熱段縮短，

4、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)過剩空氣系數(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。3 .2.4火焰中心高度火焰中心高度變化造成的影響與過?？諝庀禂?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

5、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過熱蒸汽溫度控制策略600Mw超臨界發(fā)電機(jī)組鍋爐過熱汽溫的調(diào)節(jié)

6、是以調(diào)節(jié)煤水比為主，用一二級(jí)減溫水作細(xì)調(diào)。3.3.1過熱汽溫粗調(diào)（煤水比的調(diào)節(jié)）煤水比的調(diào)節(jié)的主要溫度參照點(diǎn)是中間點(diǎn)（即內(nèi)置式分離器出口處）烙值（或溫度）。鍋爐負(fù)荷大于4o%MCR時(shí)，分離器呈干態(tài)，中間點(diǎn)溫度為過熱溫度。具體控制思路見鍋爐給水控制系統(tǒng)部分。3.3.2過熱汽溫細(xì)調(diào)由于鍋爐調(diào)節(jié)中受影響的因素很多，只靠煤水比的粗調(diào)是不夠的；而且，可能出現(xiàn)過熱器出口左、右側(cè)溫度偏差。因此，在后屏過熱器的入口處和高溫過熱器（末級(jí)過熱器）的入口處分別布置了一級(jí)和二級(jí)減溫水（每級(jí)左、右各一）。噴水減溫器調(diào)溫惰性小、反應(yīng)快，開始噴水到噴水點(diǎn)后汽溫開始變化只需幾秒鐘，可以實(shí)現(xiàn)精確的細(xì)調(diào)。必須注意的是，要嚴(yán)格控制

7、減溫水總量，以保證有足夠的水量冷卻水冷壁；投用時(shí)，盡可能多投一級(jí)減溫水，少投二級(jí)減溫水，以保護(hù)屏式過熱器。3.3.2.1屏式過熱器出口溫度控制系統(tǒng)該機(jī)組的屏式過熱器出口溫度控制系統(tǒng)（叉稱一級(jí)減溫控制系統(tǒng)）如圖2所示。該系統(tǒng)由A（左）側(cè)和B（右）側(cè)2套系統(tǒng)構(gòu)成2套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，都采用溫差串級(jí)控制策略。例如，A（左）二級(jí)減溫器入口溫度與A（左）二級(jí)減溫器出口溫度的溫差信號(hào)作為主調(diào)節(jié)器的過程被控量，主調(diào)的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，過熱器A（左）一級(jí)減溫器出口溫度為副調(diào)節(jié)器的被調(diào)量，形成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，產(chǎn)生一級(jí)噴水減溫器的噴水最指令去控制過熱器A（左）一級(jí)減溫器入口水調(diào)節(jié)門，使進(jìn)、出二級(jí)減溫器的溫差隨

8、負(fù)荷（蒸汽流量）而變化。這可防止負(fù)荷增加時(shí)一級(jí)噴水量的減少和二級(jí)噴水最的大幅度增加，從而使一級(jí)和二級(jí)噴水量相差不大，各段過熱器溫度相對(duì)比較均勻。設(shè)定值可由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定或由正后的蒸汽流量經(jīng)（fx）形成蒸汽流量、總風(fēng)量、燃器傾角（燃料指令）經(jīng)動(dòng)態(tài)濾波處理后，加到主調(diào)節(jié)器的輸出，作為前饋量，其目的是當(dāng)負(fù)荷變化引起煙氣側(cè)擾動(dòng)時(shí)，及時(shí)調(diào)整噴水最，消除負(fù)荷擾動(dòng)，減小過熱汽溫波動(dòng)。為了保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，防止過多噴水，由汽水分離器出口壓力經(jīng)（fx）形成飽和溫度，再加上l0c的過熱度后作為噴水的最低溫度限。當(dāng)發(fā)生鍋爐主燃料跳閘（MFT）或汽機(jī)跳閘或負(fù)荷小于等于y%時(shí)，優(yōu)先降一級(jí)過熱汽溫度；當(dāng)A側(cè)二級(jí)減溫器出

9、口溫度變送器發(fā)生故障，或A側(cè)一級(jí)減溫出口溫度偏差超過低限，或A側(cè)一級(jí)減溫器閥位偏差超過低限，或A側(cè)一級(jí)減溫出口溫度變送器發(fā)生故障，或A側(cè)二級(jí)減溫器入口溫度變送器發(fā)生故障或優(yōu)先降溫時(shí)，A側(cè)一級(jí)噴控制閥應(yīng)強(qiáng)制手動(dòng)；當(dāng)B側(cè)二級(jí)減溫器出口溫度變送器發(fā)生故障、或B側(cè)一級(jí)減溫出口溫度偏差超過低限，或B側(cè)一級(jí)噴水閥位偏差超過低限，或B側(cè)一級(jí)減溫出口溫度變送器發(fā)生故障，或B側(cè)二級(jí)減溫器入口溫度變送器發(fā)生故障，或優(yōu)先降時(shí)，B側(cè)一級(jí)噴水控制閥應(yīng)強(qiáng)制手動(dòng)。修正后的蒸汽流量因風(fēng)量動(dòng)態(tài)料償分商糖出口壓ioq夔理溫器出口陶度一is域溫翳噴水指令級(jí)減溫控制系統(tǒng)原理I3.3.2.2末級(jí)過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)該廠的末級(jí)過熱蒸汽溫

10、度控制系統(tǒng)（又稱二級(jí)減溫控制系統(tǒng)）如圖3所示。該系統(tǒng)也由結(jié)構(gòu)相似的A（左）側(cè)和B（右）側(cè)2套系統(tǒng)構(gòu)成，采用典型的串級(jí)汽溫控制方案，左末級(jí)過熱器出口溫度為被控最，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，過熱器左二級(jí)減溫器出口溫度為副調(diào)節(jié)器的被調(diào)節(jié)量，形成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的指令去調(diào)節(jié)左二級(jí)減溫器入口水調(diào)節(jié)門，改變左二級(jí)噴水減溫器的噴水量。系統(tǒng)的設(shè)定值可由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定或由修正后的蒸汽流最經(jīng)（fx）形成。蒸汽流量、總風(fēng)量、燃燒器傾角（燃料指令）經(jīng)動(dòng)態(tài)濾波補(bǔ)償處理后，加到主調(diào)節(jié)器的輸出作為前饋量，其目的是當(dāng)負(fù)荷變化引起煙氣側(cè)擾動(dòng)時(shí)能及時(shí)調(diào)整噴水量，消除負(fù)荷擾動(dòng)，減小過熱汽溫波動(dòng)。同時(shí)，為了保證

11、機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，防止過多噴水，系統(tǒng)還設(shè)置了最低噴水溫度限制，即由汽水分離器出口壓力經(jīng)（僅）形成飽和溫度，再加上l0C的過熱度后作為噴水的最低溫度限。當(dāng)發(fā)生鍋爐主燃料跳閘（MFT）或汽機(jī)跳閘或負(fù)荷小于y%時(shí)，優(yōu)先降二級(jí)減溫系統(tǒng)出口溫度；當(dāng)左末級(jí)過熱器出口溫度變送器發(fā)生故障，或左二級(jí)減溫出口溫度偏差超過低限，或左二級(jí)噴水調(diào)節(jié)閥位偏差超過低限，或左二級(jí)減溫系統(tǒng)末級(jí)過熱器出口溫度與設(shè)定值偏差超過低限時(shí)，左二級(jí)噴水控制閥應(yīng)強(qiáng)制手動(dòng)：當(dāng)有末級(jí)過熱器出口溫度變送器發(fā)生故障，或右二級(jí)減溫出口溫度偏差超過低限，或右二級(jí)噴水調(diào)節(jié)閥位偏差超過低限，或右二級(jí)減溫系統(tǒng)末級(jí)過熱器出u溫度與設(shè)定值偏差超過低限時(shí)，右二級(jí)噴水控制閥應(yīng)強(qiáng)制手動(dòng)?；谡虻恼羝髁繉雱?dòng)態(tài)補(bǔ)償10C1分也幽阻回2蒞P出口0度二級(jí)誠阻器噴水指令圖3末級(jí)過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)原理圖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。PID控制圖4過熱蒸汽模糊控制系統(tǒng)方框圖模帝控制器在圖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