锅炉过热蒸汽温度控制系统

锅锅炉炉过过热热蒸蒸汽汽温温度度控控制制系系统统 在燃煤锅炉运行中 过热蒸汽温度是一个很重要的控制参数 过热蒸汽温度是 锅炉运行质量的重要指标之一 过热蒸汽温度较高 可能造成过热器蒸汽管道损坏 过热蒸汽温度过低 会降低内功率 所以在锅炉运行中 必须保持过热蒸汽温度稳 定在规定值附近 本文介绍模糊控制在中小型燃煤锅炉过热蒸汽温度中的应用 采用 模糊 控制系统的思路 并用此方法控制燃煤 锅炉的 过热蒸汽温度 使得锅炉 过热 蒸汽温度 即使在扰动幅度较大的情况下仍能保持平稳 模糊控制 的控制算法 不依赖于对象的数学模型 算法简单 易于实现 且对干扰和对象模型时变具有 较强的适应性 它能根据输出偏差的大小进行自动调节 使输出达到给定值 能 提高 国内锅炉 的燃烧效率 燃料适应性 负荷调节性能 污染 灰渣等众多独特 优点而受到越来越广泛的重视 在电力 供热 工厂蒸汽生产中得到越来越广泛的 应用 以某 600MW 汽轮发电机组的汽包锅炉为例 其过热蒸汽生产流程简图和流程 图如下图所示 减减温温水水 调调节节阀阀 汽汽包包 给给水水调调节节 机机构构 省省煤煤器器 低低温温过过热热器器 喷喷水水减减温温器器 高高温温过过热热器器 主主蒸蒸汽汽温温度度 过热蒸汽流程图 级喷水WB1 级喷水WB2 级喷水WB3 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 低低温温对对流流 过过热热器器 级减温器 级减温器 级减温器 至至汽汽轮轮机机 前前屏屏过过 热热器器 后后屏屏过过 热热器器 高高温温对对流流 过过热热器器 主主蒸蒸汽汽 1 1 过过热热蒸蒸汽汽温温度度控控制制的的任任务务 过热蒸汽温度控制的主要任务是维持过热器出口温度在允许的范围之内 并 保护过热 器 使其管壁温度不超过允许的工作温度 过热蒸汽温度是锅炉汽水 系统中的温度最高点 蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下降 以至烧坏 过热器的高温段 严重影响安全 过热蒸汽温度偏低 则会降低发电机组能量转换 效率 据分析 气温每降低5 热经济性将 下降 1 且汽温 偏低会使 汽轮机尾部蒸汽湿度增大 甚至使之带水 严重影响汽轮机的安全运行 该机组 要求控制过热蒸汽温在5 3 8 5 4 8 的范围内 2 2 影影响响过过热热蒸蒸汽汽温温度度的的主主要要因因素素 2 2 1 燃料 给水比 煤水比 只要燃料 给水比的值不变 过热汽温就 不变 只要保持适当的煤水比 在任何负荷和工况下 直流锅炉都能维持一定的过热汽温 2 2 2 给水温度 正常情况下 给水温度一般不会有大的变动 但当高压加热器因故障退出运行 时 给水 温度就会降低 对于直流锅炉 若燃料不变 由于给水温度降低时 加 热段会加长 过热段缩短 因而过热汽温会 随之降低 负荷也会降低 2 2 3 过剩空气系数 过剩空气系数的变化直接影响锅炉的排烟损失 影响对流受热面与辐射受热 面的吸热 比例 当过剩空气系数增大时 除排烟损失增加 锅炉效率降低外炉膛 水冷壁吸热减少 造成过热器进口温度降低 屏式过热器出口温度降低 虽然对流 过热器吸热量有所增加 但在煤水比不变的情况下 末级过热器出口汽温会 有所下降 过剩空气系数减小时的结果与增加时的相反 若要保持过热汽温 不变 则需重新调整煤水比 2 2 4 火焰中心 高度 火焰中心高度变化造成的影响与过剩空气系数变化的影响相似 在煤水比不变 的情况 下 火焰中心上移类似于过剩空气系数增加 过热汽温略有 下降 反之 过热汽温略有 上升 若要保持过热温不变 亦需重新调整煤水比 2 2 5 受热面结渣 煤水比不变的调节下 炉膛水冷壁结渣时 过热汽温会 有所降低 过热 器结渣或积灰时 过热汽温下降 较明显 前者情况发生时 调整煤水比就可 后者情况发生时 不可随便调整煤水比 必须在保证水冷壁温度不超限的前提下调 整煤水比 对于直流锅炉 在水冷 壁温度不超限的条件下 后四种影响过热汽 温因素 都可以通过调整煤水比来消除 所以 只要控制 调节好煤水比 在相当 大的负荷范围内 直流锅炉的过热汽温可 保持在额定值 此 优点是汽包锅炉 无法比拟的 但煤水比的调整 只有自动控制才能可靠完成 3 3 过过热热蒸蒸汽汽温温度度控控制制策策略略 6 0 0 Mw 超临界发电机组锅炉过热汽温的 调节是以调节煤水比为主 用一 二级减温水作细调 3 3 1 过热汽温粗调 煤水比的调节 煤水比的调节的主要温度参照点是中间点 即内置式分离器出口处 焓值 或温度 锅 炉负荷大于4 o MCR 时 分离器呈干态 中间点温度为过热温 度 具体控制思路见锅炉给水控制系统部分 3 3 2 过热汽温细调 由于锅 炉调节中受影响的因素很多 只靠煤水比的粗调是不够的 而且 可能出 现过热器出口左 右侧温度偏差 因此 在后屏过热器的入口处和高温过热器 末 级过热器 的入口处分别布置了一级和二级减温水 每级左 右各 一 喷水减 温器调温惰性小 反应快 开始喷水到喷水点后汽温 开始变化只需几秒钟 可 以实现精确的细调 必须注意的是 要严格控制 减温水总量 以保证有足 够的水量冷却水冷壁 投用时 尽可能多投一级减温水 少投二级减温水 以保护 屏式过热器 3 3 2 1 屏式过热器出口温度控制系统 该机组的屏式过热器出口温度控制系统 叉称一级减温 控制系统 如图 2 所示 该系统由 A 左 侧和 B 右 侧 2 套系统构成2 套系统的结构相似 都采 用温差串级控制策略 例如 A 左 二级减温器入口温度与A 左 二级减温器 出口温度的温差信号作为主调节器的过程被控量 主调的输出作为副调节器的给定 值 过热器A 左 一级减温器出口温度为副调节器的被调量 形成串级调节 系统 产生一级喷水减温器的喷水最指令去控制过热器A 左 一级减温器入口 水调节门 使进 出二级减温器的温差随负荷 蒸汽流量 而变化 这可防止负 荷增加时一级喷水量的减少和二级喷水最的大幅度增加 从而使一级和二级喷水量 相差不大 各段过热器 温度相对比较均匀 设定值可由运行人员手动设定或由 正后的蒸汽流量经 fx 形成 蒸汽流量 总风量 燃器倾角 燃料指令 经动态 滤波处理后 加到主调节器的输出 作为前馈量 其目的是当负荷变化引起烟气侧 扰动时 及时调整喷水最 消除负荷扰动 减小过热汽温波动 为了保证机 组的经济性 防止过多喷水 由汽水分离器出口压力经 fx 形成饱和温度 再 加上 l 0 的过热度后作为喷水的最低温度限 当发生锅炉主燃料跳闸 MFT 或汽机跳闸或 负荷小于等于y 时 优先降一级过热汽温度 当A 侧二级 减温器出口温度变送器发生故 障 或 A 侧一 级减温 出口温度偏差超过低限 或 A 侧一级 减温器阀位偏差 超过低限 或A 侧一级减温出口温度变送器发生 故障 或 A 侧二级减温器入口温度变送器发生故障或优先降温时 A 侧一级 喷控制阀应强制手动 当B 侧二级减温器出口温度变送器发生故障 或B 侧 一级减温出口温度偏差超过低限 或 B 侧一级喷 水阀位 偏差超过低限 或B 侧一级减温出口温度变送器发生 故 障 或 B 侧二级减温器入口温度变送器发 生故障 或优先降时 B 侧一级喷水控制阀应强制手动 3 3 2 2 末级过热蒸汽温度控制系统 该厂的末级过热蒸汽温度控制系统 又称 二级减温控制系统 如图 3 所示 该系统也由结构相似的A 左 侧和 B 右 侧 2 套系统构成 采用典型的串级汽温 控制方案 左末级过热器 出口温度为被控最 主调节器的输出作为副调节器的 给定值 过热器左二级减温器出口温度 为副调节器的被调节量 形成串级 调节系统 副调节器产生的指令去调节左二级减温器入 口水调节门 改变左 二级喷水减温器的喷水量 系统的设定值可由运行人员手动设定或由修正后的蒸汽流最经 fx 形成 蒸汽流量 总风量 燃烧器倾角 燃料指令 经动态滤波补偿处理后 加到主调 节器的输出作为前馈量 其 目的是当负荷变化引起烟气侧扰动时能及时调整喷 水量 消除负荷扰动 减小过热汽温波动 同时 为了保证机组的经济性 防止过多喷水 系统还设置了最低喷水温度限制 即由汽水分离器出口压力 经 fx 形成饱和温度 再加上 l 0 的过热度后作为喷水的最低温度限 当发生 锅炉主燃料跳闸 MFT 或汽机跳闸或负荷小于y 时 优先降二级 减温系统 出口温度 当左末级过热器出口温度变送器发生故障 或左二级减温出口温 度偏差超过低限 或左二级 喷水调节阀位偏差超过低限 或左二级减温系 统末级过热器出口温度与设定值偏差超过低 限时 左二级喷水控制阀应强制 手动 当有末级过热器出口温度变送器发生故障 或右 二级减温出口温度偏 差超过低限 或右二级喷水调节阀位偏差超过低限 或右二级减温系统 末级 过热器出 u 温度与设定值偏差超过低限时 右二级喷水控制阀应强制手动 3 3 2 3 过热汽温控制框图 如图 4 所示 模糊控制的性能相当于PD 控制 其稳态精度较低 故将 PID 控制器加入系统中 当系统在大偏差范围内采用模糊控制 在小偏差范围内采 用 PID 控制 Tre 1 ZKde 模 糊 控 制 器 Ke PID E DE U Ku U1 U2 plant Tc 控制 图 4 过热蒸汽模糊控制系统方框图 在图 3 1 中 Tr 为过热蒸汽输入温度给定变量 Tc 为输出量 U 为控制量 e 为模糊控制器输入给定变量与输出量的偏差 其中