主汽压力影响因素分析及解决方案

刘永红（中国大唐科学技术研究院西北分公司，陕西　西安　710065）陈锁宏（大唐陕西发电有限公司，陕西 西安 710065）韩海峰（大唐韩城第二发电有限公司，陕西 韩城 715400）刘毅（大唐陕西汉江开发公司蜀河发电厂，陕西 安康 725721）

主汽压力影响因素分析及解决方案

刘永红（中国大唐科学技术研究院西北分公司，陕西西安710065）
陈锁宏（大唐陕西发电有限公司，陕西 西安 710065）
韩海峰（大唐韩城第二发电有限公司，陕西 韩城 715400）
刘毅（大唐陕西汉江开发公司蜀河发电厂，陕西 安康 725721）

影响主汽压力稳定的因素很多，但是其中影响最大的是减温水扰动，如果能把减温水扰动对主汽压力的影响消除，就能基本解决主汽压力波动问题。本文设计了一个煤量前馈控制方案，通过减温水流量变化来超前控制这一煤量前馈，提前消除影响主汽压力波动的主要因素。

；减温水；扰动；主汽压力；煤量；前馈

1　前言

火力发电厂锅炉在运行中，影响主汽压力的因素很多，比如：一次风量、二次风量、炉膛压力、氧量、给水流量、给水温度、减温水流量等。通过深入分析，发现减温水流量对主汽压力的影响更大，其它因素虽有影响，但不明显。因此，抓住了影响主汽压力的主要因素，就能够实现对主汽压力的精确控制。

减温水的作用是控制主汽温度，如果汽温过高，将引起过热器、再热器、蒸汽管道以及汽轮机汽缸、阀门、转子部分金属强度降低，导致设备使用寿命缩短，严重时甚至造成设备损坏，因而汽温过高对设备的安全是一个很大的威胁。而蒸汽温度低将引起机组的循环效率下降，会使煤耗、汽耗、热耗上升，严重时可能引起蒸汽带水，给汽轮机的安全运行带来严重危害。

为了防止锅炉正常运行中的汽温过高或过低，必须及时投入减温水对主汽温度进行调节，但减温水投入后会导致主汽压力的大幅波动，究其原因是分子是有间隔的，受热后分子间隔变大。水受热转化成水蒸汽，水分子间的间隙变大，体积要增大上千倍，1克水（1cm³）沸腾变为同温度的水蒸汽体积变为1676 cm³。

为确保机组参数在正常范围，火力发电厂锅炉在正常运行中，均需投入一定量的减温水。减温水投入后，其状态经历从未饱和水、饱和水、饱和蒸汽、过热蒸汽的一系列变化过程，减温水量变化对主汽压力的影响，有一定的时延性。

锅炉燃料量增加，主汽压力、主汽温度会升高，为确保主汽温度在正常范围，会增加减温水量。减温水吸热变为水蒸汽，其体积会增加上千倍，进一步导致主汽压力升高。同样，燃料量减小，主汽压力、主汽温度降低，减温水量减少，又会进一步导致主汽压力降低。

机组运行中，主汽压力是否稳定，是判断自动调整品质的一个重要衡量标准。以往的机组协调控制，只是根据机组负荷、主汽压力的变化，进行相应的控制，未考虑减温水量对主汽压力的影响。减温水量变化较小时，其对主汽压力的影响有限，可通过正常的压力调整逻辑解决。当减温水量变化较大时，其对主汽压力的影响较大，会导致主汽压力波动较大。

在机组自动控制过程中，为保证主汽压力稳定，要充分考虑减温水量变化对主汽压力的影响。在减温水量增加时，主汽压力的变化趋势如果是升高，则减少给煤量，主汽压力的变化趋势如果是降低，则无需调整给煤量；在减温水量减少时，主汽压力的变化趋势如果是降低，则增加给煤量，主汽压力的变化趋势如果是增加，则无需调整给煤量。

因此在控制回路中，要充分兼顾减温水量和主汽压力的变化趋势，有针对性地采取措施，才能精确控制主汽压力的波动。

2　减温水前馈逻辑实现

如果能够通过减温水量的变化，设计一控制逻辑，当减温水量大幅增加、压力变化趋势是增大时，前馈逻辑减小煤量；当减温水量大幅减小、压力变化趋势是减小时，前馈逻辑增加煤量，提前对炉主控进行修正，就能够大幅减小减温水对主汽压力的影响。

逻辑设计思路：

·将主汽压力测量值与滞后值相减得到实时变化的主汽压力变化值，当主汽压力变化值为正值时，主汽压力的变化趋势是升高，当主汽压力变化值为负值时，主汽压力的变化趋势是降低；

·主汽压力变化值为正值时，发出正脉冲，主汽压力变化值为负值时，发出负脉冲；

·当减温水量变化值为正值、与发出正脉冲同时满足时，输出减温水量变化值为减温水前馈；

·当减温水量变化值为负值、与发出负脉冲同时满足时，输出减温水量变化值为减温水前馈；

·通过减温水前馈来调整给煤量，煤量前馈乘以煤量系数K得到调整所需的给煤量。

如图1所示，逻辑由加法模块1、LEADLAG函数模块2、加法模块3、加法模块4、函数模块5、函数模块6、切换块7、切换块8组成。

图1　减温水变化量与压力趋势组成煤量前馈图

下面结合图2与具体实施方式对本技术方案作进一步详细描述。

图2　减温水煤量前馈形成图

如图1所示，判断减温水量的增加或减少是通过TRANSPORT模块与加法模块1实现，TRANSPORT模块是对模拟量输入点进行延时输出的算法模块。

减温水量采集后分别输入TRANSPORT模块的输入端与加法模块1的一个输入端，TRANSPORT模块的输出端连接加法模块1的另一个输入端。

在本方案中，TRANSPORT模块设置延时时间为3分钟，减温水量数据经采集后进入TRANSPORT模块，延时3分钟后输出。加法模块1将每时刻的减温水量与该时刻3分钟前的减温水量相减，得到实时变化的减温水量变化值，并形成图2中的“减温水变化值曲线”。

当减温水量变化值为正值时，说明减温水量增加，当减温水量变化值为负值时，说明减温水量减少。图2中“减温水变化值曲线”的3～5区间为正值，即3～5区间减温水量增加；1～3、5～7区间为负值，即1～3、5～7区间减温水量减少。

如图1所示，判断主汽压力的变化趋势是通过LEADLAG函数模块2、加法模块3实现，LEADLAG函数模块2是非线性的超前/滞后函数模块，具有两个参数LEAD和LAG，当LEAD=0时，LAG＞0时，在本方案中，该模块为滞后模块。

主汽压力测量值分别输入LEADLAG函数模块2的输入端和加法模块3的一个输入端，LEADLAG函数模块2的输出端连接加法模块3的另一个输入端。

每一时刻的主汽压力测量值输入LEADLAG函数模块2滞后后，与该时刻的主汽压力测量值相减得到主汽压力变化值，并形成图2中“主汽压力变化曲线”。采用主汽压力的测量值与滞后值相减，使主汽压力变化值更准确地表现在减温水量影响下主汽压力的升高或降低趋势。

当主汽压力变化值为正值时，说明主汽压力的变化趋势是升高，当主汽压力变化值为负值时，说明主汽压力的变化趋势是降低。图2中“主汽压力变化曲线”的1～2、4～6区间为正值，即1～2、4～6区间主汽压力的变化趋势是升高；2～4、6～7区间为负值，即2～4、6～7区间主汽压力的变化趋势是降低。

加法模块3的输出端分别连接选高模块（HIGHMON）和选低模块（LOWMON），在主汽压力变化值为正值时，通过选高模块输出正脉冲，在主汽压力变化值为负值时，通过选低模块输出负脉冲，如图2中“正脉冲”、“负脉冲”所示。

如图1所示，加法模块1的输出端分别连接函数模块5和函数模块6的输入端，函数模块5的输出端连接切换块7的输入端，函数模块6的输出端连接切换块8的输入端。

函数模块5的作用是：当减温水量变化值为正值时，输出始终为0，当为负值时，输出对应的减温水量变化值。

函数模块6的作用是：当减温水量变化值为正值时，输出对应的减温水量变化值；当为负值时，输出始终为0。

当输出正脉冲时，切换块8条件满足，函数模块6起作用，输出减温水量变化值为减温水前馈，形成图2“减温水前馈曲线”中的44～55区间。

当输出负脉冲时，切换块7条件满足，函数模块5起作用，输出减温水量变化值为减温水前馈，形成图2“减温水前馈曲线”中的11～33、66～88区间。

减温水前馈输入至加法模块4，加法模块4将减温水前馈乘以负系数得到煤量前馈，形成图2中“煤量前馈曲线”。当减温水量增大、主汽压力升高，说明投入大量减温水导致主汽压力逐渐升高，产生了逐渐增大的减温水前馈，此时应该减少给煤量，故将减温水前馈乘以负系数，得到减少给煤量的煤量前馈。当减温水量减少、主汽压力降低，说明减少了大量减温水导致主汽压力逐渐降低，产生了逐渐减少的减温水前馈，此时应该增加给煤量，故将减温水前馈乘以负系数，得到增加给煤量的煤量前馈。

加法模块4将煤量前馈乘以煤量系数K得到调整所需的给煤量，在本方案中，减温水量变化值范围基本在-100～100之间，煤量系数K选定为0.1，这样给煤量的调节范围就在-10吨～10吨之间。煤量系数K为经验值或计算值，可根据需要自行调整。

本技术方案所述的一种锅炉主汽压力的控制方法，兼顾了减温水量和主汽压力变化趋势，只有在减温水量和主汽压力均升高或降低时，才通过减温水量变化提前控制煤量前馈，通过煤量前馈调整给煤量对主汽压力进行修正，大幅消除减温水量扰动带来的主汽压力波动。

3　该逻辑控制策略在生产现场中的应用

大唐韩城第二发电有限公司4台600MW机组，应用本控制方案至协调控制系统，有效解决了主汽压力不稳定，导致负荷大幅波动、燃烧恶化的问题，类比于其他优化系统，成本低，调整时间大大缩短，自动调节品质达到了规程的优良指标。

图3与图4分别是采用减温水煤量前馈逻辑前、后的主汽压力变化曲线。

图3　未采用减温水前馈的主汽压力曲线

由图3可以看出，红色曲线为主汽压力波动曲线，粉红色曲线为减温水变化量曲线，从两个曲线1～7的比较可以看出，当减温水流量大幅度变化时，随后压力也大幅度变化，而且通过曲线可以发现减温水总量的变化具有提前量，为控制主汽压力提供了有利条件。

图4　采用减温水前馈的主汽压力曲线

由图4可以看出，当减温水流量大幅波动时，提前给予给煤量一个合适前馈，能够及时消除由于减温水扰动带来的主汽压力波动。由于及时采取减温水煤量前馈逻辑，可以看出在升负荷阶段有非常大的减温水扰动。由于给煤量前馈的作用，实际压力波动很小。在稳定负荷阶段，通过曲线1、2、3可以看出，增加了给煤量前馈，使压力波动也很小。因此通过检测减温水量的大幅变化，及时对给煤量进行正确的超前干预，就可以大幅减小减温水对主汽压力的扰动，保证了主汽压力的稳定。

4　结束语

导致主汽压力波动的因素很多，经过对各个影响因素进行分析，发现减温水对主汽压力的影响最大、最直接、最频繁，更重要的是减温水对主汽压力的影响有时间上的提前量，给解决该问题提供了一个很好的条件，如果能够把这个影响主汽压力波动的主要因素抓住，就能彻底解决好主汽压力的波动问题。

目前部分火电厂的协调控制系统投入几十万元的资金，采用斯密斯预估、状态观测器等先进算法，但由于理论深、参数多，有的还是黑匣子，一般普通工程技术人员很难掌握修改参数的方法。该控制策略没有使用先进的控制算法，不需要投入资金，仅采用DCS系统常用的模块搭接而成，通过找准问题的核心和本质，提供了一个解决方案，成功解决了火力发电厂主汽压力波动这一困扰，提高了机组调节品质，在火力发电厂具有很好的推广价值。

；

［1］李遵基.热工自动控制系统［M］.北京：中国电力出版社，2001.

［2］罗万金.电厂热工过程自动调节［M］.北京：水利电力出版社，1991.

Analysis and Solution to Main Steam Pressure Factors

Many factors influence the stability of main steam pressure.Among them，the greatest impact is the desuperheating disturbances.If we can eliminate the influence of the temperature disturbance on the main steam pressure，we can solve the problem of main steam pressure fluctuation.In this paper，we designed a feed forward control scheme.By reducing the flow rate of the water，the main factors affecting the fluctuation of main steam pressure can be eliminated in advance.

Desuperheating；Disturbance；Main steam pressure；Coal；Feed forward

B

1003-0492（2016）07-094-04

TP29

刘永红（1971-），男，陕西韩城人，高级工程师，本科，毕业于葛洲坝水电工程学院电气自动化专业，现就职于大唐科学技术研究院西北分公司，长期从事火电厂热工设备管理和技术管理方面的工作。

陈锁宏（1973-），男，陕西西安人，工程师，本科，现就职于大唐陕西发电有限公司，主要从事设备管理和热控技术管理方面的工作。

韩海峰（1972-），男，陕西澄城人，工程师，现就职于大唐韩城第二发电有限公司，长期从事锅炉运行管理工作。

刘毅（1989-），男，陕西韩城人，助理工程师，电气工程及自动化专业毕业，现就职于大唐陕西汉江投资开发公司蜀河发电厂。