火电厂600MW单元机组主汽温度优化控制研究

黄新

摘要：主汽温度控制是非线性，强稱合，大滞后的时变系统，影响因素多，控制难度大；而且要降低机组煤耗，实现节能减排。针对这一问题，该文设计了串级双回路控制系统，并且引入前馈信号和防超温保护回路。使主汽温度的控制更加趋于稳定，对下游设备的安全和电厂的经济效益起到了重要作用。

关键词：优化控制；主汽温度；串级双回路；PID

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）02-0382-02

通过合理的优化控制策略可以使机组的煤耗更低，实现节能减排，而且机组的蒸汽品质对煤耗的影响很大，创建资源节约型社会，要求我们更加注重资源的节约，可见，优化发展对我们火电企业的可持续发展举足轻重。

锅炉的主蒸汽温度（过热汽温和再热汽温）对机组的安全和经济运行起着重要作用，考虑到电厂的经济效益一般都会将主汽温度控制在一定的范围之内，过高或过低都会对锅炉造成很大影响。鉴于锅炉再热汽温和过热汽温是非线性， 大滞后，强稱合的时变系统，对它的控制影响因素多，控制难度大。而且，锅炉的过热器和再热器长时间超温超压运行会造成锅炉受热面损坏而导致锅炉停机事故，引起不必要的经济损失；而锅炉的蒸汽品质直接影响着全厂的热效率和下游设备的安全运行，其控制系统是锅炉重要的控制系统之一[1][2]。

1 工艺介绍

由于锅炉的构造不同，其静态特性和动态特性也有所区别，所以其主汽温度自动控制系统也不尽相同，为了满足锅炉主蒸汽品质的控制。大型机组一般采用中间再热方式，所以主汽温度控制不仅包括过热蒸汽温度控制系统，而且还有再热蒸汽温度控制系统。

由锅炉生产原理可知，其主汽温度控制的手段有两种：一是在蒸汽管道上设置减温器，一是改变烟气侧传热量。其中在蒸汽管道上设置减温器又有两种方式，包括喷水减温和面式减温。根据锅炉对调节品质的动态要求，结合他们的安装位置，喷水减温器的性能优于面式减温器，且喷水减温器的调节范围较大，设备布置简单，所以其得到更多电厂的青睐。

2 控制系统设计

根据上面的介绍，我们这里采用二级喷水减温控制方式来调节主蒸汽温度。过热器设计成两级喷水减温方式，不仅可以减少过热蒸汽的纯迟延，改善过热蒸汽的品质外，而且第一级喷水减温器还具有防止屏式过热器超温、确保机组安全经济运行的作用。过热器一、二级喷水减温的控制目标是在机组不同负荷下维持锅炉二级减温器入口和二级过热器出口的蒸汽温度。

2.1 一级减温控制系统

该系统是在一个串级双回路控制系统的基础上，引入前馈信号和防超温保护回路而形成喷水减温控制系统[4]。

将二级减温器入口温度作为主回路的被控量，根据实测值与其给定值的比较，形成二级减温器入口蒸汽温度的偏差信号。其主回路给定值由机组负荷信号（主蒸汽流量信号代表机组负荷信号）经折线函数[f（x）]产生，其理解为：给定值和负荷是一一对应的。操作员可以对此给定值给予正负偏置。由PID1对主回路进行控制，将二级减温器入口处蒸汽温度偏差信号送至主回路控制器，经过PID1运算后，将其输出送回至副回路。

副回路将一级减温器的出口蒸汽温度作为被控量。其温度的测量值送入副回路与其给定值进行比较，形成一级减温器出口蒸汽温度的偏差信号。副回路的给定值是由主回路控制器输出与前馈信号迭加而成。副回路采用PID2调节器，它接受一级减温器出口蒸汽温度的偏差信号。

将机组负荷、送风量、喷燃器火嘴倾角等外干扰信号作为前馈量。这些前馈扰动信号对过热蒸汽温度的变化比较敏感，所以将其因为前馈量，可以提前预测过热蒸汽温度的趋势，做到预测控制，从而改善过热蒸汽温度控制的品质。

由于控制对象的动态特性随机组负荷的改变而改变，为了使控制品质可以在较大的负荷变化范围内得以保证，在机组的主蒸汽温度控制中，可以将计算机分散系统和先进控制算法充分的结合，可以设定为根据负荷不同自动调整PID参数的自整定调节器，从而满足对主汽温度控制的要求。

2.2 二级减温控制系统

二级主蒸汽减温控制系统与一级主蒸汽减温控制系统的原理基本相同，也是一个串级双回路控制系统，不同的是：偏差信号不尽相同，前馈信号也不尽相同。因此本文仅对不同之处作以解释。

二级减温控制系统主回路的被控量为二级过热器出口的蒸汽温度，经与主回路的给定值比较，形成偏差信号。前馈信号与主回路控制器的输出迭加形成副回路的给定值

二级过热器蒸汽温度控制是锅炉出口蒸汽温度的最后一道控制手段，为了保证下游设备的安全经济运行，一般电厂要求尽可能提高出口蒸汽温度的调节品质。所以，采用基于焓值计算作为二级减温控制主回路的前馈信号。前馈信号不仅有主蒸汽压力和温度的给定值函数，还有主蒸汽流量（代表的机组负荷）以及送风量、燃烧器火嘴摆动倾角等[5]。

3 总结

本文通过在二级减温中设计串级双回路控制系统，并且引入防超温保护回路和前馈信号而形成喷水减温控制系统，使主汽温度的控制更加稳定，很好的使用符合的变化。对非线性，强稱合，大滞后的时变系统有着良好的控制效果[6]。

参考文献：

[1] 张宝瑞.火电厂锅炉主汽温度控制研究[J].科技风，2011（21）.

[2] 赵建军.100MW机组计算机监控系统改造方案设计与应用 [D].北京：华北电力大学，2008.

[3] 刘志伟，张惠君，等.火电厂锅炉主汽温度控制策略[J].科技传播，2012（1）.

[4] 张瑾哲.600MW机组协调控制系统优化策略的研究[D]. 北京：华北电力大学，2012.

[5] 何显富，万岩.火电厂锅炉主汽温度变化原因及控制方法分析[J].科技创新与应用，2013（31）.

[6] 王国玉.主汽温系统模糊自适应预测函数控制[J].中国机电工程学报，2003，23（10）：230-235.