史堃 李治國

300MW機組過熱汽溫控制系統(tǒng)設計

史堃 李治國

300MW單元機組過熱汽溫控制通常采用分段控制系統(tǒng)，由二段相對獨立的串級控制構成，串級控制系統(tǒng)對改善控制過程品質(zhì)極為有效。過熱汽溫的控制系統(tǒng)對于電廠的安全經(jīng)濟運行都非常重要，整個系統(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：

鍋爐過熱蒸汽溫度是影響機組生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟性的重要參數(shù)?，F(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組整個汽水行程中工質(zhì)溫度的最高點，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，過熱器正常運行時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，也會使整齊管道、汽輪機內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過大的熱膨脹變形而毀壞，影響機組的安全運行。如果過熱蒸汽溫度過低，將會降低機組的熱效率，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，浪費能源，而且還將使汽輪機最后幾級的蒸汽溫度增加，加速汽輪機葉片的水蝕。另外，過熱蒸汽溫度降低還會導致汽輪機高壓部分級的焓降減少，引起各級反動度增大，也對汽輪機的安全運行帶來不利影響。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是維持過熱器出口主蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)，并對過熱器進行保護，使管壁金屬溫度不超過允許的工作范圍。正常運行時，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蒸汽流量擾動下；②煙汽熱量擾動下；③減溫水量擾動下。本次課題是以減溫水的擾動為例來研究過熱汽溫控制系統(tǒng)。

過熱汽溫調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性是指引過熱汽溫變化的擾動與汽溫之間的動態(tài)關系。引起過熱蒸汽溫度變化的原因很多，歸結起來，過熱汽溫調(diào)節(jié)對象的擾動主要來自三個方面：蒸汽流量變化（負荷變化），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）。通過對過熱汽溫調(diào)節(jié)對象做階躍實驗，可得到在不同擾動作用下的對象動態(tài)特性。它們均為有遲延的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動態(tài)特性參數(shù)值有較大差別。其中：為延遲時間，“為響應時間”，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

從動態(tài)特性的角度來看，改變煙汽側參數(shù)的調(diào)節(jié)手段比較理想，但具體實現(xiàn)比較困難，一般很少采用。而噴水減溫對過熱器的安全運行比較有利，所以盡管對象的調(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，由于對象調(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)器必須緩慢地動作，才能保證系統(tǒng)具有必要的穩(wěn)定性裕量，這樣會增加調(diào)節(jié)過程中被調(diào)量的動態(tài)偏差。但在實際運行中，對過熱汽溫的控制要求較高，只允許有較小的汽溫控制偏差，所以有必要對單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行改進。針對過熱汽溫被控對象通道慣性遲延大，被調(diào)量信號反饋慢的特點，可以從對象的調(diào)節(jié)通道中找出一個比被調(diào)量提前反應擾動的中間點輔助信號作為調(diào)節(jié)器的補充反饋信號，來有效地限制被調(diào)量的動態(tài)偏差，改善對象通道的動態(tài)特性。

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

2.2 過熱汽溫串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成

關于導前汽溫的的選取，如果導前汽溫信號選取過于提前，則副回路改善動態(tài)特性的作用就小了，而如果導前汽溫信號很接近被調(diào)量過熱器出口汽溫，提前反應擾動的作用就不大了，因此，選取導前汽溫信號，既要使它能提前反應較多擾動，又要使副回路能起到有效改善調(diào)節(jié)對象特性的作用?；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（稱為導前汽溫信號）。顯然，如果有某種擾動，比如減溫水流量的自發(fā)變化，使得汽溫t，比t2提前反應，由于副調(diào)節(jié)器的提前動作，就能十分有效的減少過熱器出口的偏差。整個汽溫被控對象的動態(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，減溫器出口溫度t，作為輸出信號的對象，這部分調(diào)節(jié)通道稱為導前區(qū)，傳遞函數(shù)為G，（s）。

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

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

可見，在串級過熱汽溫控制系統(tǒng)中，內(nèi)回路的任務是盡快減溫水量的自發(fā)性擾動和其他進入內(nèi)回路的各種擾動，對過熱汽溫的穩(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 結論

本文是一篇應用基礎性論文，主要以300MW機組過熱汽溫控制系統(tǒng)設計為例，論述了300MW機組過熱汽溫控制系統(tǒng)設計和對300MW機組過熱汽溫控制系統(tǒng)及控制系統(tǒng)工作原理進行分析。

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

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TM621.6

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1004-7344（2016）07-0095-01

2016-2-20

史堃（1981-），男，山東人，大學本科，學士學位，研究方向為生產(chǎn)過程自動化控制及應用，任項目經(jīng)理。

李治國（1979-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，本科，學士學位，研究方向為電氣控制與自動化控制研究與應用，任項目經(jīng)理。