史堃 李治國(guó)

300MW機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

史堃 李治國(guó)

300MW單元機(jī)組過熱汽溫控制通常采用分段控制系統(tǒng)，由二段相對(duì)獨(dú)立的串級(jí)控制構(gòu)成，串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)改善控制過程品質(zhì)極為有效。過熱汽溫的控制系統(tǒng)對(duì)于電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都非常重要，整個(gè)系統(tǒng)是維持過熱器出口蒸汽溫度保持在允許的范圍內(nèi)，并且保護(hù)過熱器是管壁溫度不超過允許的工作溫度。

電力系統(tǒng)；過熱汽溫；串級(jí)控制

1 過熱汽溫控制系統(tǒng)概述

過熱蒸汽溫度控制的意義和任務(wù)：

鍋爐過熱蒸汽溫度是影響機(jī)組生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)。現(xiàn)代鍋爐的過熱器是在高溫、高壓的條件下工作的，過熱器出口的過熱蒸汽溫度是機(jī)組整個(gè)汽水行程中工質(zhì)溫度的最高點(diǎn)，也是金屬壁溫度的最高處。過熱器采用的是耐高溫高壓的合金鋼材料，過熱器正常運(yùn)行時(shí)的溫度已接近材料所允許的最高溫度。如果過熱蒸汽溫度過高，容易損壞過熱器，也會(huì)使整齊管道、汽輪機(jī)內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過大的熱膨脹變形而毀壞，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。如果過熱蒸汽溫度過低，將會(huì)降低機(jī)組的熱效率，一般蒸汽溫度每降低5～10℃，熱效率約降低1%，不僅增加燃料消耗量，浪費(fèi)能源，而且還將使汽輪機(jī)最后幾級(jí)的蒸汽溫度增加，加速汽輪機(jī)葉片的水蝕。另外，過熱蒸汽溫度降低還會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)高壓部分級(jí)的焓降減少，引起各級(jí)反動(dòng)度增大，也對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行帶來不利影響。所以，過熱整齊溫度過高或過低都是生產(chǎn)過程不允許的。

過熱汽溫控制的任務(wù)是維持過熱器出口主蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)，并對(duì)過熱器進(jìn)行保護(hù)，使管壁金屬溫度不超過允許的工作范圍。正常運(yùn)行時(shí)，一般要求過熱器出口蒸汽溫度與額定值偏差不超過±5%。

影響過熱出口蒸汽溫度變化的原因很多。歸納起來主要有：①蒸汽流量擾動(dòng)下；②煙汽熱量擾動(dòng)下；③減溫水量擾動(dòng)下。本次課題是以減溫水的擾動(dòng)為例來研究過熱汽溫控制系統(tǒng)。

過熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指引過熱汽溫變化的擾動(dòng)與汽溫之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。引起過熱蒸汽溫度變化的原因很多，歸結(jié)起來，過熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的擾動(dòng)主要來自三個(gè)方面：蒸汽流量變化（負(fù)荷變化），加熱煙汽的熱量變化和減溫水流量變化（過熱器入口汽溫變化）。通過對(duì)過熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象做階躍實(shí)驗(yàn)，可得到在不同擾動(dòng)作用下的對(duì)象動(dòng)態(tài)特性。它們均為有遲延的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)值有較大差別。其中：為延遲時(shí)間，“為響應(yīng)時(shí)間”，P為自平衡系數(shù)。

2 過熱汽溫的整定

2.1 常規(guī)過熱汽溫傳統(tǒng)控制策略

從動(dòng)態(tài)特性的角度來看，改變煙汽側(cè)參數(shù)的調(diào)節(jié)手段比較理想，但具體實(shí)現(xiàn)比較困難，一般很少采用。而噴水減溫對(duì)過熱器的安全運(yùn)行比較有利，所以盡管對(duì)象的調(diào)節(jié)特性不夠理想，但目前還是作為過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)方法被廣泛采用。采用噴水減溫時(shí)，由于對(duì)象調(diào)節(jié)通道有較大的遲延和慣性，如果采用單回路反饋系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器必須緩慢地動(dòng)作，才能保證系統(tǒng)具有必要的穩(wěn)定性裕量，這樣會(huì)增加調(diào)節(jié)過程中被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差。但在實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)過熱汽溫的控制要求較高，只允許有較小的汽溫控制偏差，所以有必要對(duì)單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。針對(duì)過熱汽溫被控對(duì)象通道慣性遲延大，被調(diào)量信號(hào)反饋慢的特點(diǎn)，可以從對(duì)象的調(diào)節(jié)通道中找出一個(gè)比被調(diào)量提前反應(yīng)擾動(dòng)的中間點(diǎn)輔助信號(hào)作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充反饋信號(hào)，來有效地限制被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差，改善對(duì)象通道的動(dòng)態(tài)特性。

目前在電廠采用的過熱汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有兩種，串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用導(dǎo)前汽溫微分信號(hào)作為輔助信號(hào)的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

2.2 過熱汽溫串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成

關(guān)于導(dǎo)前汽溫的的選取，如果導(dǎo)前汽溫信號(hào)選取過于提前，則副回路改善動(dòng)態(tài)特性的作用就小了，而如果導(dǎo)前汽溫信號(hào)很接近被調(diào)量過熱器出口汽溫，提前反應(yīng)擾動(dòng)的作用就不大了，因此，選取導(dǎo)前汽溫信號(hào)，既要使它能提前反應(yīng)較多擾動(dòng)，又要使副回路能起到有效改善調(diào)節(jié)對(duì)象特性的作用?；谝陨峡紤]，系統(tǒng)中采用減溫器出口處汽溫t，作為輔助調(diào)節(jié)信號(hào)（稱為導(dǎo)前汽溫信號(hào)）。顯然，如果有某種擾動(dòng)，比如減溫水流量的自發(fā)變化，使得汽溫t，比t2提前反應(yīng)，由于副調(diào)節(jié)器的提前動(dòng)作，就能十分有效的減少過熱器出口的偏差。整個(gè)汽溫被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性主要由兩部分組成：

（1）以噴水調(diào)節(jié)閥開度作為輸入信號(hào)，減溫器出口溫度t，作為輸出信號(hào)的對(duì)象，這部分調(diào)節(jié)通道稱為導(dǎo)前區(qū)，傳遞函數(shù)為G，（s）。

（2）以減溫器出口汽溫t。為輸入信號(hào)，過熱器出口汽溫t2為輸出信號(hào)的通道，這部分調(diào)節(jié)通道為對(duì)象惰性區(qū)，傳遞函數(shù)為Gz（s），顯然導(dǎo)前區(qū) G，（s）的遲延與慣性要比 JJ：性區(qū) Gz（s）的慣性小得多。

串級(jí)控制系統(tǒng)能改善控制品質(zhì)，主要是由于有一個(gè)快速動(dòng)作的內(nèi)回路存在。導(dǎo)前汽溫信號(hào)能快速反映擾動(dòng)，尤其是減溫水側(cè)的自發(fā)性擾動(dòng)，只要導(dǎo)前汽溫信號(hào)變化，內(nèi)回路就立即動(dòng)作，用副調(diào)節(jié)器的輸出控制減溫水量，使導(dǎo)前汽溫信號(hào)維持在一定的范圍內(nèi)，從而使過熱汽溫基本不變。當(dāng)主汽溫偏離給定值時(shí)，則由主調(diào)節(jié)器發(fā)出校正信號(hào)，通過副調(diào)節(jié)器及執(zhí)行器改變減溫水量，使主汽溫最終恢復(fù)到給定值。主調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)相當(dāng)于副調(diào)節(jié)器的可變給定值。

可見，在串級(jí)過熱汽溫控制系統(tǒng)中，內(nèi)回路的任務(wù)是盡快減溫水量的自發(fā)性擾動(dòng)和其他進(jìn)入內(nèi)回路的各種擾動(dòng)，對(duì)過熱汽溫的穩(wěn)定起粗調(diào)作用，副調(diào)節(jié)器一般可采用P或PD調(diào)節(jié)器；而外回路的任務(wù)是保持過熱汽溫等于給定值，所以主調(diào)節(jié)器可采用PI或PID調(diào)節(jié)器。

3 結(jié)論

本文是一篇應(yīng)用基礎(chǔ)性論文，主要以300MW機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，論述了300MW機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和對(duì)300MW機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)及控制系統(tǒng)工作原理進(jìn)行分析。

同時(shí)希望本文所做的工作，能起到一個(gè)拋磚引玉的作用，為今后火電廠300MW機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)的改革研究提供更廣闊的思路。

[1]李平康.現(xiàn)代工程師實(shí)用數(shù)字化技術(shù).中國(guó)電力出版社，2000，5.

[2]白焰，吳鴻，楊國(guó)田.分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng).2001，3.

[3]邊立秀，等.熱工控制系統(tǒng).中國(guó)電力出版社，2002，1.

TM621.6

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1004-7344（2016）07-0095-01

2016-2-20

史堃（1981-），男，山東人，大學(xué)本科，學(xué)士學(xué)位，研究方向?yàn)樯a(chǎn)過程自動(dòng)化控制及應(yīng)用，任項(xiàng)目經(jīng)理。

李治國(guó)（1979-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，本科，學(xué)士學(xué)位，研究方向?yàn)殡姎饪刂婆c自動(dòng)化控制研究與應(yīng)用，任項(xiàng)目經(jīng)理。