一、過(guò)熱汽溫?zé)崃ο到y(tǒng)結(jié)構(gòu)
襄樊電廠3號(hào)爐是上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-1025/17.53-M842亞臨界自然循環(huán)汽包爐,過(guò)熱蒸汽壓力和溫度分別是17.53MPa和540℃。過(guò)熱汽溫?zé)崃ο到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,從鍋爐汽包的汽水分離器分離出來(lái)的蒸汽經(jīng)低溫過(guò)熱器加熱后,由一級(jí)減溫器減溫后,分別進(jìn)入左右(A、B)側(cè)分隔屏過(guò)熱器加熱。二級(jí)減溫器控制分隔屏過(guò)熱器出口過(guò)熱蒸汽溫度。過(guò)熱蒸汽經(jīng)二級(jí)減溫器后進(jìn)入聯(lián)箱中混合,再迸人高溫過(guò)熱器,在高溫過(guò)熱器中加熱后,經(jīng)過(guò)熱蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸。
二、過(guò)熱蒸汽溫度控制
過(guò)熱蒸汽溫度設(shè)計(jì)采用噴水減溫,即通過(guò)改變減溫水閥門(mén)開(kāi)度來(lái)改變減溫水量,控制蒸汽溫度。一級(jí)噴水閥控制采用典型的串級(jí)控制系統(tǒng),系統(tǒng)中有主副2個(gè)調(diào)節(jié)器,分隔屏過(guò)熱器出口溫度測(cè)量值作為主信號(hào),一級(jí)噴水閥出口溫度信號(hào)是導(dǎo)前信號(hào),主調(diào)節(jié)器輸出作為副調(diào)節(jié)器的定值。汽機(jī)*級(jí)壓力信號(hào)經(jīng)函數(shù)修正后作為主調(diào)節(jié)器的定值。二級(jí)噴水閥控制與一級(jí)噴水閥控制相似,不同之處在于導(dǎo)前信號(hào)取的是二級(jí)噴水閥后溫度的平均值。圖2是二級(jí)噴水閥串級(jí)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。機(jī)組的控制系統(tǒng)由WDPF-Ⅱ型分散控制系統(tǒng)構(gòu)成。
過(guò)熱蒸汽溫度控制的任務(wù)是維持高溫過(guò)熱器出口溫度在允許范圍之內(nèi),并保護(hù)過(guò)熱器,使其管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。引起過(guò)熱蒸汽溫度變化的擾動(dòng)因素歸納起來(lái)主要有蒸汽流量、煙氣傳熱量和減溫水量,在這三方面擾動(dòng)下,控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性都是有遲延、有慣性且有自平衡能力的。過(guò)熱蒸汽溫度采用傳統(tǒng)的串級(jí)控制系統(tǒng)借助兩級(jí)噴水閥進(jìn)行控制。從過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以看出,蒸汽經(jīng)一級(jí)噴水后,分兩路進(jìn)入分隔屏過(guò)熱器,因此,不可能用一級(jí)噴水閥控制兩側(cè)蒸汽溫度達(dá)到同一設(shè)定值?,F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),分隔屏過(guò)熱器兩側(cè)出口溫度偏差較大。在蒸汽流量和煙氣傳熱量基本不變的情況下,一級(jí)噴水閥門(mén)開(kāi)度增加10%,流量增加約lOt/h,二級(jí)減溫器前A側(cè)的溫度比B側(cè)高15℃。因流過(guò)A、B兩側(cè)分隔屏過(guò)熱器的蒸汽流量基本相等,二級(jí)噴水流量也相同,混合后的蒸汽溫度波動(dòng)較大,致使過(guò)熱蒸汽溫度經(jīng)常偏高或偏低。一級(jí)噴水控制只起粗調(diào)作用,是二級(jí)控制的基礎(chǔ),主要靠二級(jí)噴水控制過(guò)熱蒸汽溫度。因兩側(cè)噴水閥對(duì)蒸汽溫度影響的動(dòng)態(tài)特性不相同,但系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,分隔屏過(guò)熱器后A、B兩側(cè)噴水閥采用的串級(jí)控制系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器輸出的卻是同一個(gè)指令,所以無(wú)法消除A、B兩側(cè)分隔屏出口蒸汽溫度的偏差,從而造成過(guò)熱蒸汽溫度波動(dòng)很大,經(jīng)常超出允許偏差,影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
四、過(guò)熱汽溫控制試驗(yàn)及控制優(yōu)化
4.1一級(jí)噴水試驗(yàn)及控制優(yōu)化
通過(guò)對(duì)3號(hào)鍋爐進(jìn)行試驗(yàn),得到了一級(jí)噴水?dāng)_動(dòng)下低溫過(guò)熱器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性曲線(圖3)。實(shí)際上,因?yàn)橐患?jí)噴水控制是二級(jí)噴水控制的基礎(chǔ),只起粗調(diào)作用,所以對(duì)一級(jí)噴水控制系統(tǒng)不作改動(dòng),只是考慮到蒸汽流量、燃料量指令等外部擾動(dòng)對(duì)主蒸汽溫度的影響,添加了它們擾動(dòng)的前饋信號(hào),以提早補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。
4.2二級(jí)噴水試驗(yàn)及控制優(yōu)化
圖4是二級(jí)噴水?dāng)_動(dòng)下動(dòng)態(tài)特性曲線(襄樊電廠3號(hào)機(jī)組,負(fù)荷2l0MW),圖中上面兩幅曲線是分隔屏過(guò)熱器A、B兩側(cè)減溫水的流量,中間兩幅曲線是過(guò)熱器A、B兩側(cè)噴水閥后的溫度,下邊左側(cè)曲線是主蒸汽溫度,右側(cè)曲線是燃料量指令曲線。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù),確定A、B兩側(cè)分隔屏噴水閥后蒸汽溫度的偏差,是造成混合后的過(guò)熱蒸汽溫度有很大波動(dòng)的直接原因。因此對(duì)原來(lái)的串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,具體方案是:將原來(lái)2個(gè)二級(jí)噴水閥由串級(jí)控制回路的1個(gè)副P(pán)ID調(diào)節(jié)器的輸出進(jìn)行控制,改為增加1個(gè)副調(diào)節(jié)器,使每個(gè)二級(jí)噴水閥單獨(dú)由1個(gè)串級(jí)回路的副調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)行控制。優(yōu)化后的系統(tǒng)可以對(duì)溫度高的一側(cè)增加噴水量,對(duì)溫度低的一側(cè)減少?lài)娝?,保證二級(jí)噴水總量基本不變。這樣A、B兩側(cè)二級(jí)噴水閥后的過(guò)熱蒸汽溫度基本相等,使混合后的過(guò)熱蒸汽溫度波動(dòng)較小。二級(jí)噴水控制優(yōu)化原理見(jiàn)圖5。
五、過(guò)熱蒸汽溫度控制效果及應(yīng)用前景
借助WDPF分散控制系統(tǒng)上述控制方案在襄樊電廠3號(hào)機(jī)組上得以實(shí)現(xiàn)。圖6是2002年12月12日在襄樊電廠3號(hào)機(jī)組上主蒸汽溫度定值擾動(dòng)下系統(tǒng)的響應(yīng)曲線?,F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明,優(yōu)化后的控制系統(tǒng)在控制性能方面有較大的提高,在正常運(yùn)行工況下,機(jī)組沒(méi)有出現(xiàn)溫度偏高或偏低現(xiàn)象,保證了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。由于該方案無(wú)需改造鍋爐系統(tǒng)及分散控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備,只需對(duì)分散控制系統(tǒng)的軟件組態(tài)做少量修改,就能達(dá)到較好的控制效果,所以,對(duì)于采用分散控制系統(tǒng)且有分隔屏過(guò)熱器的鍋爐,該方案具有較好的應(yīng)用前景。
六、結(jié)論
在目前運(yùn)行的300MW機(jī)組上,應(yīng)用本文研究的方案,對(duì)分散控制系統(tǒng)組態(tài)只需做少量修改即可明顯改善過(guò)熱蒸汽溫度的控制品質(zhì),提高鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性,值得有關(guān)單位借鑒。