楊大賢

(國能智深控制技術(shù)有限公司,北京 100761)

0 引言

目前，火力發(fā)電機(jī)組大多進(jìn)行過超低排放燃燒器改造，配風(fēng)方式與設(shè)計(jì)工況偏離較大，導(dǎo)致機(jī)組吸熱原理發(fā)生根本性改變，過熱汽溫波動幅度大，超溫現(xiàn)象頻發(fā)，汽溫自動投入率低，運(yùn)行人員操作干預(yù)很頻繁，監(jiān)盤壓力很大。常規(guī)過熱汽溫采取串級PID控制策略居多，穩(wěn)態(tài)工況下控制效果尚可，但遇到變負(fù)荷工況、啟停磨、AGC-R等工況，對象特性變化大，積分飽和現(xiàn)象明顯，控制效果欠佳。

常規(guī)機(jī)組一、二級過熱汽溫給定值獨(dú)立控制，在某些工況下容易出現(xiàn)一級過熱汽溫設(shè)定不合理造成二級汽溫欠溫或者超溫現(xiàn)象。本文采用內(nèi)模與PD控制相結(jié)合的技術(shù)，同時(shí)構(gòu)建了煤量、主蒸汽流量與一、二級噴水減溫精準(zhǔn)前饋控制策略。該控制策略已于2020年10月投入穩(wěn)定運(yùn)行，與原有基于串級PID控制效果進(jìn)行對比，新的控制策略提高了過熱器自動投入率，減小了汽溫波動幅度和超溫現(xiàn)象，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

1 過熱汽溫控制

1.1 過熱汽溫控制對象

本項(xiàng)目低溫過熱器布置在爐膛尾部煙道，通過煙氣對流進(jìn)行換熱；一級過熱器布置在爐膛水平煙道中，通過輻射和對流方式實(shí)現(xiàn)換熱；二級過熱器布置在水平煙道上，通過對流方式實(shí)現(xiàn)換熱。從燃燒角度來看，一級過熱器出口汽溫受到給煤量、總風(fēng)量、主蒸汽流量、減溫水流量和燃燒方式等多方面因素的影響；二級過熱器出口汽溫除受到上述因素影響之外，還受到一級過熱器出口汽溫的影響。綜上可知，影響一、二級過熱汽溫的因素很多，從控制角度來說又是大慣性、大遲延、強(qiáng)耦合、非線性的系統(tǒng)，因此對主汽溫度的精準(zhǔn)控制是現(xiàn)階段火電機(jī)組的普遍難題。本項(xiàng)目330 MW亞臨界火電機(jī)組一、二級過熱器出口汽溫控制對象系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 一、二過熱器出口汽溫控制對象系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 過熱汽溫控制策略

某電廠330 MW亞臨界機(jī)組一、二級過熱器出口汽溫控制策略如圖2、圖3所示。

圖2 某電廠330 MW亞臨界機(jī)組一級過熱器出口汽溫優(yōu)化控制策略

圖3 某電廠330 MW亞臨界機(jī)組二級過熱器出口汽溫優(yōu)化控制策略

過熱器出口汽溫設(shè)定值以運(yùn)行人員手動給定為基礎(chǔ)，二級過熱器對象對一級過熱器出口汽溫設(shè)定值進(jìn)行自動修正(由F(X)來修正)。修正規(guī)則如下：

(1) 增負(fù)荷時(shí)，二級過熱出口汽溫高并且閥門位置大于50%，降低一級過熱器出口汽溫設(shè)定值。

(2) 降負(fù)荷時(shí)，二級過熱出口汽溫不高并且閥門位置小于20%，提高一級過熱器出口汽溫設(shè)定值。

(3) 穩(wěn)態(tài)時(shí)，閥門位置大于50%時(shí)，降低二級過熱器前溫度設(shè)定值；閥門位置小于10%時(shí)，提高一級過熱器出口汽溫設(shè)定值。

通過二級過熱器對一級過熱器汽溫設(shè)定值進(jìn)行聯(lián)動修正來實(shí)現(xiàn)基于多變量預(yù)測控制算法的控制策略。運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)二級減溫水調(diào)閥全開或者全關(guān)狀態(tài)導(dǎo)致二級過熱器出口汽溫缺乏調(diào)節(jié)裕度，而此時(shí)一級減溫水調(diào)閥還具備較大調(diào)節(jié)裕度，因此本文將二級減溫器的給定值作為前饋引入一級過熱器出口汽溫控制回路中，結(jié)合減溫水流量和過熱器出口汽溫設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法對一級過熱器出口設(shè)定值進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)汽溫聯(lián)動控制。同時(shí)控制前饋中加入了減溫器溫度的四階慣性(LAG)前饋和設(shè)定值的微分環(huán)節(jié)，減少了由于管道長度導(dǎo)致的控制滯后。

2 控制效果對比

上述基于多變量廣義預(yù)測控制算法的主汽溫優(yōu)化控制策略于2020年5月在某電廠330 MW亞臨界機(jī)組中進(jìn)行了應(yīng)用。圖4、圖5分別為常規(guī)PID控制與多變量廣義預(yù)測算法在機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況下的對比數(shù)據(jù)，時(shí)間窗口為3 h。由圖4可見，穩(wěn)態(tài)工況下PID控制的二級過熱器出口汽溫最大偏差為7.1 ℃且減溫水流量波動較大。圖5為采用了優(yōu)化控制策略的控制結(jié)果，最大偏差為1.8 ℃且減溫水調(diào)節(jié)比較平穩(wěn)。

圖4 穩(wěn)定負(fù)荷工況下的PID控制效果

圖5 穩(wěn)定負(fù)荷工況下的優(yōu)化控制效果

圖6、圖7分別為常規(guī)PID控制與多變量廣義預(yù)測算法在機(jī)組變負(fù)荷工況下的對比數(shù)據(jù)，時(shí)間窗口為3 h。由圖6可見，變負(fù)荷工況下常規(guī)串級PID控制的汽溫最大偏差大于18 ℃且需要人工頻繁干預(yù)。圖7為采用了優(yōu)化控制策略的控制結(jié)果，最大偏差小于8 ℃且長期處于自動狀態(tài)，調(diào)節(jié)效果明顯改善。

圖6 大范圍變負(fù)荷時(shí)PID控制曲線

圖7 大范圍變負(fù)荷時(shí)優(yōu)化控制曲線

3 結(jié)語

實(shí)踐結(jié)果表明：基于多變量廣義預(yù)測控制算法的汽溫優(yōu)化控制策略提高了該廠的經(jīng)濟(jì)性，通過對比過熱汽溫優(yōu)化控制投入前后一個(gè)月的主汽溫度小時(shí)均值、減溫水用量的數(shù)據(jù)并進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)計(jì)算。過熱汽溫優(yōu)化控制策略投入后，超溫次數(shù)和超溫時(shí)長降低80%以上；主蒸汽溫度小時(shí)平均值達(dá)到539.5 ℃，較優(yōu)化前提高5.4 ℃；減溫水使用量平均值為31 t，較優(yōu)化前降低17 t；日平均自動投入時(shí)長由18 h提升至23 h，有效降低了發(fā)電成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。