張俊杰

(蘇晉塔山發(fā)電有限公司，山西 大同 037000)

在超臨界直流燃煤機組中，主蒸汽溫度控制為機組運行中極為重要的一個主要自動控制系統，由于缺少汽包的巨大蓄熱能力輔助調節(jié)，只有要求燃燒、風量及給水控制能夠與減溫水互相之間完美配合，才能夠保障在自動控制狀態(tài)下主蒸汽不超溫，且能夠充分滿足機組負荷變化時對主蒸汽溫度的要求。某發(fā)電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的具有超臨界參數、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼構架等特點的∏型直流鍋爐。同步建設煙氣脫硝裝置。單元機組具有一定的調峰能力，其調峰范圍為40%～100%機組額定出力。

1 控制邏輯情況概述

該發(fā)電廠共2臺機組，由主機控制系統(DCS)和公用系統構成。DCS系統采用艾默生公司OVATION控制系統，其中模擬量控制系統(MCS)包括協調控制系統、燃料及送風控制系統、磨煤機A-F風溫/風量控制系統、爐膛負壓及一次風壓控制系統、主/再熱汽溫控制系統、給水控制系統、除氧器/熱井水位控制系統、雜項溫度控制系統及其他單回路控制系統的控制。

2 主蒸汽控制系統需要解決的問題

根據1年來的機組運行狀況及發(fā)現的問題，須針對性解決的主要問題如下。

給水自動問題：水量超調量太大；加減負荷速率過快時給水跟蹤較差；加減負荷幅度大的情況下協調調水跟蹤不好；降負荷水減得快；低負荷工況下負荷波動協調跟蹤慢，水冷壁、分隔屏易超溫。

減溫水問題：過、再熱器減溫水調門響應速度太慢，線性差，跟蹤慢。

給水控制優(yōu)化：中間點溫度投自動運行時，調節(jié)長時間跟蹤不到位；中間點溫度偏置作用很?。粎f調對中間點溫度跟蹤不太好。

煤量問題：加減負荷，煤量超調量大；高負荷工況時，降負荷快的情況下協調調水跟蹤不好，煤量跟蹤慢，減煤少，致使水少煤多，鍋爐易超溫。

風量問題：風量自動跟蹤性能較差；總風量跟蹤不太好。

3 主蒸汽控制邏輯優(yōu)化過程

3.1 給水自動問題

給水泵再循環(huán)閥原有邏輯框架可以滿足流量調節(jié)功能的發(fā)揮，但因設定值內部限值設置的下限較高，因此運行人員在啟動初期投自動時，可能會出現設定值與被調量之間存在較大偏差，比例作用較為強烈，閥門動作太快，使得運行人員不敢投自動。釋放設定值內部下限的設置，使之能與當時運行時的流量形成跟蹤，可排除在投自動切換瞬間造成瞬時偏差較大，閥門動作太快的故障，以順利處理好給水自動控制的問題。

3.2 送風回路整定

在送風指令回路上增加2階慣性環(huán)節(jié)時間。這樣的邏輯設計可以讓風量去擬合煤量的變化和燃燒過程，有利于減緩風量變化，減小機組主蒸汽溫度波動幅度，從而進一步減少機組在動態(tài)時過熱和再熱減溫水的使用量，也對鍋爐燃燒的飛灰含碳量的降低有利。

對送風控制系統PID調節(jié)器參數進行微調，加入負荷變化微分對送風控制系統的前饋作用(見圖1)，在變負荷初期增強燃燒；重新整定送風控制系統PID調節(jié)器參數，增強比例積分作用，提高實際風量與風量指令之間的跟蹤速度。加入主蒸汽壓力微分對給水系統的前饋作用，在主蒸汽壓力發(fā)生變化初期，可優(yōu)先于鍋爐主控對壓力進行微小的修正。

圖1 負荷變化微分對送風控制系統的前饋作用

3.3 鍋爐壁溫頻繁超溫

3.3.1 存在問題

機組運行在中高負荷區(qū)間時，屏式過熱器有個別溫度點存在頻繁的超溫現象，考慮到小指標考核問題，運行人員需要經常關注屏式過熱器的壁溫，浪費了大量的精力去操作減溫水，影響運行人員的工作效率。

3.3.2 問題分析

先與運行人員溝通，再調取曲線觀察后發(fā)現，確實有個別壁溫點在溫度變化時比相鄰的壁溫點溫度要高，與檢修溝通后也排除了是原件或測量問題導致的溫度偏高。在邏輯優(yōu)化時，只能邏輯模仿運行人員操作過熱器一級減溫水的操作模式，試圖通過一級減溫水去壓低即將超溫的屏式過熱器溫度，并對給水中間點溫度控制PID調節(jié)器參數進行優(yōu)化，從上游也做一些改善。

過熱器一級減溫水現有串級回路，只能調節(jié)二級減溫水入口的溫度，而無法顧及屏式過熱器超溫的問題。給水中間點溫度控制PID調節(jié)器參數不合適，調節(jié)速度響應過慢，在中間點溫度發(fā)生變化時，未能及時地加減水。

3.3.3 優(yōu)化內容

針對屏式過熱器易超溫的個別點，將其變化率引入邏輯中，當該點溫度升速率較高且溫度達到某個高I值的時候，或者不看升速率而溫度達到某個高II值的時候，對應的一級減溫水預開一定的開度，持續(xù)10 s后判斷，如果溫度仍然高，繼續(xù)再開10 s，如果溫度降到報警值以下，則取消預開度。并且引入給水流量的微分作用，在給水流量下降較快時，預開一級減溫水[1]。給水中間點溫度PID調節(jié)器參數整定，比例積分作用太弱，會導致中間點溫度調節(jié)速度跟不上。

3.4 過熱器減溫水問題

存在問題：過熱器一、二級減溫水調門響應速度太慢，線性差，跟蹤慢。

問題分析：過熱器一級減溫水主副PID調節(jié)器參數較弱，導致一減的調節(jié)效果較差。過熱器二級減溫水閥門線性度差，經過調取閥門開度與流量的歷史曲線發(fā)現，開度在23%以下時幾乎沒有流量，23%以上流量突增。

邏輯優(yōu)化內容：重新整定過熱器一級減溫水主副PID調節(jié)器參數，加強PID副調節(jié)器調節(jié)速度。過熱器的二級減溫水存在的問題，則需要優(yōu)先考慮從機務角度來解決，主要是先把減溫水閥門的特性曲線解決好，然后再進行控制邏輯的參數優(yōu)化，因為一切自動都是基于設備狀態(tài)良好，可調空間充裕[2]，這樣才能夠從根本上解決問題。

3.5 中間點溫度控制問題

存在問題：中間點溫度偏置作用很小；中間點溫度跟蹤不滿足要求。

問題分析：中間點溫度偏置作用很小、中間點溫度跟蹤不好，均由中間點溫度控制系統PID調節(jié)器參數不合適所致，當中間點溫度發(fā)生變化時，對給水控制系統的校正量較小、較慢。

優(yōu)化內容：重新調整煤水比函數，合理設計各負荷段煤水比控制邏輯，實現全負荷段中間點溫度的平穩(wěn)控制，接著對中間點溫度控制系統PID調節(jié)器參數進行整定，以增強調節(jié)幅度及調節(jié)速率，即增加到原來的2～3倍，這樣使之滿足中間點溫度變化時的跟蹤情況。

3.6 給水自動問題

在之前優(yōu)化協調控制邏輯時的主蒸汽壓力波動項目中，已將負荷微分作用于鍋爐主控前饋的量改小[3]，并且把作用于燃料主控的前饋量刪除。此次則通過優(yōu)化給水控制系統PID調節(jié)器參數，提高了加減負荷速率過快或加減負荷幅度大的情況下給水的跟蹤速度。本次暫未針對降負荷水減得快而對給水控制系統進行修改。

3.7 煤量問題

在之前優(yōu)化協調控制邏輯時的主蒸汽壓力波動項目中，已將負荷微分作用于鍋爐主控前饋的量改小，并且把作用于燃料主控的前饋量刪除。本次優(yōu)化過程將負荷微分作用于鍋爐主控前饋的量在減負荷方向上放大，修改鍋爐側煤量微分信號，實現變參數控制，通過變負荷速率、負荷變動幅值及主蒸汽壓力偏差等情況的變化控制鍋爐側煤量微分信號，以匹配實際熱負荷變化，使鍋爐在減負荷動作中能更加迅速地將煤量減少[3]，以抑制因汽輪機調門快速關小帶來的主蒸汽壓力升高問題。

4 邏輯優(yōu)化后運行的注意事項及建議

4.1 過熱器減溫水操作問題

當機組因鍋爐吹灰、機組背壓變化較快等因素發(fā)生溫度突然上漲且升速率較快，存在超溫風險時，運行人員操作減溫水應提前小幅度改變偏置設定，不能等到溫度已經非常接近超溫值的時候，才快速將減溫水調門全開，試圖降溫[4]。因為過熱器減溫水取自給水主路，瞬間全開減溫水調門會導致給水主路發(fā)生短暫的搶水現象，使主給水波動，這樣不僅增加了給水泵的負擔，也會影響中間點溫度控制的穩(wěn)定性，對溫度產生較大的擾動。其次，該區(qū)域的溫度響應較為滯后，全開減溫水調門時，如果關慢時了，可能造成溫度下降過快，這時又不得不快速關閉減溫水調門，同樣也不利于溫度的穩(wěn)定。建議在發(fā)現溫度升速率較快時，可以提前預開一定的開度進行降溫，當溫度升速率減緩時，提前減小減溫水調門開度，這樣可以避免因人為操作導致的溫度內擾。

4.2 給水中間點溫度操作問題

給水中間點溫度受給水流量控制，機組升降負荷、背壓變化、快速操作減溫水調門等多種因素都可能造成中間點溫度的波動，現在新加入的給水對壓力偏差的修正同樣也影響著中間點溫度。運行人員干預中間點溫度控制系統，多數時間是針對水冷壁溫度上漲較快，同樣過熱器減溫水操作也面臨類似的問題，操作幅度若太大，有時會出現瞬間加入100余t的情況，這種操作雖然能將突然變化的中間點溫度升高抑制住，但是對給水影響主蒸汽壓力非常靈敏的直流爐來說，這樣的瞬間擾動無疑是巨大的，突然加入的給水會將主蒸汽壓力瞬間頂高，對整個鍋爐的穩(wěn)定會造成擾動。建議在操作時同樣參照過熱器減溫水的操作模式，提前緩加緩減，以最大程度減小對鍋爐壓力的影響。

5 總結

在未進行此項優(yōu)化前，鍋爐屏過壁溫頻繁超溫，調取歷史曲線可知，在8 h內超溫數十次，而在該機組DCS系統主蒸汽控制系統優(yōu)化后，在投入機組協調控制狀態(tài)下，機組在增減變負荷時，機組超溫問題已經基本得到了根本性控制。通過調取查閱歷史曲線，以及與運行人員溝通，邏輯優(yōu)化后，同樣在8 h內的超溫只發(fā)生了1次(見表1)，切實解決了該機組在自動控制投入運行的情況下主蒸汽頻頻超溫的疑難問題，且在解決了運行人員監(jiān)視操作工作強度大的同時，也為同類型機組解決同類問題提供了行之有效的參考實例。

表1 優(yōu)化后降負荷主蒸汽溫度統計