基于自适应变参数策略的干熄焦余热锅炉主汽温控制方法研究

顾 蓉,艾 军,邢莉华

（上海梅山钢铁股份有限公司热电厂，江苏南京 210039）

基于自适应变参数策略的干熄焦余热锅炉主汽温控制方法研究

顾 蓉,艾 军,邢莉华

（上海梅山钢铁股份有限公司热电厂，江苏南京 210039）

针对干熄焦余热锅炉主蒸汽温度控制波动大的问题，提出了一种主汽温优化控制方案，设计了基于自适应变参数调整的前馈+PID反馈的控制策略，在实际应用中取得了良好的效果。

干熄焦；余热锅炉；主汽温；自适应；变参数

引言

目前的熄焦工艺有湿法熄焦和干法熄焦两种，干熄焦技术（简称CDQ）是利用惰性气体将红焦在无氧的环境下降温冷却的一种熄焦方法。在干熄焦过程中，红焦从干熄炉的顶部装入，低温惰性气体由循环风机鼓入干熄炉冷却段红焦层内，冷却后的焦炭从干熄炉底部排除；吸收红焦潜热后温度升高的惰性循环气体从干熄炉环形烟道排出后，进入干熄焦余热锅炉进行换热，锅炉产生的蒸汽进入汽轮机带动发电机发电，从干熄焦余热锅炉冷却后的低温惰性气体进入循环风机重新鼓入干熄炉。

上海梅山钢铁股份有限公司热电厂干熄焦余热发电机组采用该工艺方法进行发电，其余热锅炉的主汽温调节系统原有的控制策略为简单的定参数串级调节系统。

1 存在问题

由于受上游工艺影响，干熄焦余热锅炉内部的热量经常变化，同时主汽温调节过程是典型的大延迟加大惯性控制系统，常规的基于串级调节的定参数PID控制策略控制主汽温无法取得较好的控制效果。主汽温度波动大，运行人员为了防止超温，通常将主汽温度设定值设置偏低，另外当出现主汽温波动大退出自动时，容易过量喷入减温水，导致余热锅炉主汽温度平均值偏低，影响了余热锅炉的整体运行效率与经济效益。

2 改进方案

针对该问题，如图1所示，提出了一种基于自适应变参数的前馈+PID串级反馈的控制策略。在原串级调节系统中，引入干熄焦余热锅炉入口惰性气体温度作为前馈量，并依照入口惰性气体温度的变化趋势强弱修正前馈增益系数。根据减温水出口温度的变化趋势与减温水调门指令变化的趋势的对比，实现副调PID的比例系数与积分时间参数自适应变化。在副回路中实现抗积分饱和功能，同时根据主汽温测量值与设定值的偏差，判断主汽温偏差是否超过预设定的阈值，对副调PID前馈项进行方向闭锁，仅保留反馈调节功能，让主汽温尽快回稳定到设定值。

图1 主汽温控制策略原理图

3 主汽温控制策略研究

3.1 余热锅炉入口惰性气体温度自适应前馈

干熄焦余热锅炉的主汽温控制系统存在大滞后+大惯性的特性，同时受上游工艺影响，余热锅炉内部热量存在一定的变化，对主汽温的调节带来了难度，等主汽温出现变化再进行调节由于存在一定的滞后，往往控制效果不佳，因此选择一个合适的前馈量尤为重要。通过运行实践发现，干熄焦余热锅炉入口惰性气体温度变化趋势与主汽温变化趋势大体一致，同时具有超前特性，因此可作为主汽温控制的前馈量参与调节。为了达到更好的控制效果，根据入口惰性气体温度的变化趋势强弱修正前馈增益系数。实时获取干熄焦余热锅炉入口惰性气体温度，采用数值分析算法，根据一分钟内的数据变化，来计算干熄焦余热锅炉入口惰性气体温升率。

判断干熄焦余热锅炉入口惰性气体温升率是否超过预先设定值a0，或者低于预先设定值a1；如果超过预先设定值a0，选择前馈增益系数Kmax，如果入口惰性气体温升率低于预先设定值a1，选择前馈增益系数Kmin，否则选择前馈增益系数Knor，最终得到前馈增益系数。根据10组动态试验的数据分析，将a0设置为2,a1设置为0.5，干熄焦余热锅炉入口惰性气体温度前馈的增益系数K变化范围为[0.1,0.2]。干熄焦余热锅炉入口惰性气体温升率大于2时，K=Kmax=0.2，干熄焦余热锅炉入口惰性气体温升率小于0.5时，K=Kmin=0.1，否则 K=Knor=0.15。

最终，将干熄焦余热锅炉入口惰性气体温度乘以前馈增益系数K，作为副调PID的前馈信号，与串级PID运算结果相加，共同作用于减温水调门的控制输出。

3.2 减温水调门特性校准PID副回路参数

在常规的主汽温度调节系统中，主汽温度测量值作为主调的反馈输入值，与主汽温设定值进行PID运算后送入副调作为副调设定值，与减温器出口汽温进行调节运算，其结果经限幅后由手操器输出至执行机构。干熄焦余热锅炉主汽温减温水调门由于经常操作，指令变化较为频繁，机组运行段时间后，阀门特性存在一定的死区和回差，导致在一定的调门指令变化范围内，减温水流量基本不变，一定程度上影响了自动调节效果。

为了克服减温水调门空行程的影响，获取减温器出口汽温T和减温水调门指令OP各典型工况下的历史数据，采用数值分析算法，计算减温水调门指令阶跃变化时，减温器出口汽温变化的幅度：如果该比值低于预先设定值，表明该调门指令范围内，流量不太连续，宜选择一组副调比例系数和积分时间较大的PID参数（Kp1，Ki1），快速通过调门流量不灵敏区域；如果高于预先设定值，表明该调门指令范围内，流量流量较为连续，宜选择一组副调比例系数和积分时间相对较小的 PID 参数（Kp2，Ki2）。Kp1数值可选择为 Kp2的 1.5~2倍，Ki1数值可选择为Ki2的2~3倍。

3.3 抗积分饱和与闭锁

如果执行机构已经到达极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管PID差分方程式所得的运算结果继续增大或者减小，但执行机构已无相应的动作，这种现象叫做积分饱和。进入饱和区愈深，则退饱和时间愈长，造成控制性能恶化。因此，在控制策略中，设计了抗积分饱和功能。当减温水调门处于自动模式下，同时调门指令达到高限时，闭锁主调PID输出减少；当减温水调门处于自动模式下，同时调门指令达到低限时，闭锁主调PID输出增加。

同时为了更好地提升主汽温调节品质，根据主汽温测量值与设定值的偏差，来判断主汽温偏差是否超过预设定的阈值。当主汽温超过设定值5益时，闭锁副调PID前馈量的减小，防止前馈作用减小而关闭调门，导致主汽温进一步升高；当主汽温低于设定值5益时，闭锁副调PID前馈量的增加，防止前馈作用增加而打开调门，导致主汽温进一步降低。

4 应用效果

图2为优化前主汽温12 h的历史工况趋势图，运行工况基本相近，主汽温的数值在428.5益到451.8益之间变化，平均值为439.5益，均方差为3.8，中间多次从自动切为手动，主汽温度波动大。

图2 优化前12 h主汽温曲线

图3为优化后主汽温12 h的历史工况趋势图中。主汽温的数值在438.1益,到449.2益之间变化，平均值为445益，均方差为1.5，中间自动情况投入良好，没有切手动，主汽温度波动小。

图3 优化后12 h主汽温曲线

通过对图2和图3中的历史曲线数据进行分析，主汽温的波动幅度明显减小，并且没有出现切除自动的情况发生，主汽温度平均值提升了5益以上，自动调节效果较优化前有了较大的改善。

[1]丁海泉,吉明鹏.干熄焦电气控制系统的优化 [J].四川冶金，2009.

Research on the Main Steam Tem perature Control Methods Based on Adaptive Variable Parameter Strategy for CDQ Waste Heat Boiler

Gu Rong,Ai Jun，Xing Lihua
(Thermal Power Plant of Meishan Iron&Steel Co.Nanjing 210039,China)

To solve the problem of excessive fluctuation in the main steam temperature control of CDQ waste heat boiler,an optimized control method was put forward based on adaptive variable parameter strategy.The method has achieved good effect in practical appli-cation.

CDQ;waste heat boiler;main steam temperature control;adaptive,variable parameter

TK229

B

1006-6764(2018)01-0044-03

2017-10-19

顾蓉（1978-），女，大学本科学历，高级工程师，现从事热工自动化专业工作。