主汽温及再热汽温控制系统的优化

陈增吉，李秋风

(华电能源股份有限公司哈尔滨第三发电厂，黑龙江 哈尔滨 150024)

0 引言

华电能源股份有限公司哈尔滨第三发电厂(以下简称哈三电厂)现有2台600 MW燃煤发电机组，采用了哈尔滨锅炉厂HG－2008/18.2－YM2型锅炉，其控制系统为ABB公司的INFI－90分散控制系统。由于该机组为亚临界机组，主汽温、再热汽温和主汽压稳定控制对锅炉运行的安全性和经济性有着至关重要的影响。

系统原采用串级PID主汽温控制方式，在机组平稳运行时，其主汽温和再热汽温控制精度为±5℃，在负荷变动和减温系统启、停时，需要运行人员手动干预，以防止主汽温超温或温度过低发生。因此，汽温自动控制无法满足全工况安全、稳定运行的需要。

1 汽温优化控制系统功能

汽温优化控制系统STOCS(Steam Temperature Optimize Control System)主要用于各种类型电力供热锅炉的主汽温和母管汽温减温水的控制系统，优化协调各种主汽温控制手段，提高锅炉汽温控制精度和安全性，在减少主汽温波动的前提下，提高主汽温至临界值，提高机组总体效率。

STOCS的主要特点如下:

(1)精确计算在各种锅炉运行工况下各级减温器所需的喷水量，对系统扰动进行准确超前判断，实现减温水量的提前增减调节，以保证主汽温的稳定。

(2)对于多级减温水系统而言，应根据控制稳定、可靠、及时和减温水量消耗量最小原则，自动分配减温水在各级减温器间的喷水量，提高减温水对主汽温控制效能。在多级减温器控制系统中，运行人员只需设定主汽温和再热汽温定值，系统自动在各级减温器中分配水量。

(3)系统可克服锅炉燃烧的各种扰动，其中包括机组负荷变化扰动，燃料量变化扰动和各种烟气量变化扰动。锅炉扰动较大时(如启、停减温系统或锅炉负荷快速增减时)，主汽温控制精度为±3℃，锅炉在正常运行状态下，主汽温控制精度可达到±1℃。

(4)该自动控制系统可自动适应各种锅炉工况，因此，保证在所有工况下主汽温的精确控制自动投入率为100%。

(5)在过热器加温能力无法达到定值时，控制系统可提前感知此变化，要及时关闭减温水。机组调峰时负荷时常波动，从而影响锅炉的主汽温控制，可明显减少减温水总量，提高主汽温平均温度。

(6)在汽温控制精度提升后，可适当提高汽温定值，从而提高机组效率。

2 STOCS原理

STOCS是通过精确计算并预估锅炉对蒸汽提供的热量，预估出减温水精确的需水量，其具体方法如下:

(1)由过热器出口焓值差估算出减温水量。

(2)通过烟气能量输入估算出减温水的修正量。

(3)通过主汽压变化修正减温水的量。

(4)全预估主汽温控制系统的自我优化。

(5)多级减温器控制系统减温水自动分配。

3 STOCS配置及通信结构

为充分利用原有分散控制系统(DCS)的功能，提高系统运行可靠性，减少设备投入，便于现场实施，STOCS采用嵌入原有分散控制系统的安装方式，通过与分散控制系统数据通信实现STOCS的数据获取和指令输出，保留原分散控制系统所有操作和运行方式。通过在原有操作员站增设的运行方式选择键，得到自动控制方式在原有方式和STOCS方式的切换。STOCS配置如图1所示。

STOCS与INFI－90系统通信结构如图2所示。

图1 STOCS全预估主汽温控制系统配置图

图2 STOCS全预估主汽温控制系统接口逻辑图

4 优化控制系统接口逻辑

4.1 通信硬线连接方式

主、从模件通过TMP01互为冗余，而主汽温控制器通过TMP01串口通信，所有主、从模件的切换对通信没有影响。连接方式如图3所示。

图4 调节型执行机构控制逻辑

图3 通信硬件连接方式

4.2 调节型执行机构控制逻辑

一级减温水调节门、二级减温水A侧调节门、二级减温水B侧调节门、再热减温水A侧调节门、再热减温水B侧调节门、火嘴摆角调节，执行机构控制存在3种状态:手动状态、常规自动状态和优化自动状态。调节型执行机构控制逻辑如图4所示。

4.3 STOCS通信正常判断逻辑和控制方式切换

系统通信狗STOCS－DOG为一个以4 s为周期的0，1变化开关量。在DCS端如果此量10 s内未变化，应视为通信中断，所有执行机构应切除STOCS自动状态，此判别组态逻辑如图5所示。

5 实施内容

(1)系统输入和输出。STOCS的被控信号和指令信号输入输出全部通过INFI－90 DCS，STOCS所需传输点共计79个。

(2)操作员站添加。在操作员站的主汽温控制画面添加2个选择选中按键(STOCS主汽温自动和STOCS再热气温自动)，在选中按键被选中时，减温水投入自动为STOCS自动控制，未选中时为原有自动控制。

(3)STOCS与 INFI－90 DCS通信。在INFI－90 DCS中通过MFP02和NTMP01实现一个基于MODBUS协议的通信串口，再根据通信版与STOCS控制器的距离来决定是485还是232通信(含光电隔离)。

(4)通信组态和调试。在 INFI－90 DCS和STOCS分别设计并实施系统通信接口组态逻辑，安装和调试系统通信保护组态。

(5)根据自动规程，设计编辑系统稳态控制组态、系统性能分析和优化组态。根据减温系统实际情况，建立减温系统仿真模型，通过历史数据和在线实时数据对仿真模型进行训练，使其逼近实际系统。

(6)在机组平稳运行后，对STOCS减温系统进行动态调试，保证主汽温控制系统均可投入自动运行。

(7)在系统稳态自动投入后，通过系统优化组态对系统历史工况进行分析，给出系统的最佳稳态工况参量。

(8)安装并调试STOCS减温系统在线监测组态和显示操作员站报警监视窗口，实现系统控制功能软硬件自动诊断。

6 结束语

600 MW机组采用STOCS控制汽温后，在锅炉燃烧稳定时(燃料量变化小于5%)，主汽温控制的定值偏差为－1.5～1.0℃;锅炉燃烧扰动时(燃料量变化大于5%)，主汽温控制的定值偏差为－3.0～2.0℃。在减温水完全关闭的情况下，锅炉的总体能力无法达到主汽温定值的锅炉工况不计在内。主汽温控制稳定后，一般可提高主汽温

3～5℃，从而减少了减温水用量，提高机组效率。

系统具有优化协调多级减温水和其他多种主汽温控制手段的能力，从而进一步提高了系统优化控制能力。提高再热汽温减温水保护调节精度，在锅炉燃烧扰动时，应及时计算出精确的减温水量，以避免出现再热汽温超温和过调现象。

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