亚临界600MW引进机组过热蒸汽温度控制系

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1、引进机组过热蒸汽温度控制系统分析作者：彭钢，阎凯峰摘要：对引进机组主蒸汽温度控制系统在克服其被控对象的大迟延、大惯性、时变性和非线性的内在机理进行了分析，提出了该控制系统的调整和投运应注意的问题。邯峰发电厂1期工程2×660MW机组锅炉为美国福斯特惠勒能源公司FWEC设计制造的2020t/h亚临界自然循环汽包炉，汽轮机为德国SIMENS公司制造的HMN系统单轴、四排汽、纯凝汽反动式汽轮机，发电机为SIMENS制造的THDFll5/67型发电机。机组DCS采用SIMENS公司的TELEPERM-XP系统。本文对该机组的过热汽温控制系统进行分析，研究它在克服主蒸汽温度

2、被控对象的大迟延、大惯性、时变性和非线性的内在机理，并对其调整和投运过程中的问题进行研究。一、过热蒸汽温度控制系统分析1.1过热蒸汽温度控制的工艺流程   机组过热器喷水减温系统工艺流程如图1所示。该系统设置了2级喷水减温器，每级减温器分左右两侧布置。第1级减温器布置在分割屏过热器的入口，其喷水量占总设计喷水量的2/3，在第1级减温器左右两侧均设置有2个喷嘴与相应的调节阀门。第2级减温器布置在末级过热器的入口，其喷水量占总设计喷水量的1/3，第2级减温器左右两侧各设置1个喷嘴与相应的调节阀门。每侧喷嘴和阀门系统的设计能力均为该级喷水量的50%。1.2过热蒸汽温度控

3、制系统   对应于图1所示的工艺系统，整个过热汽温控制系统也相应地包含了第1级和第2级减温喷水流量控制系统。由于两级的控制系统原理基本相同，因此本文仅对第1级减温控制系统进行分析。图2给出了第1级减温(左侧)控制系统示意。该控制系统以分割屏过热器出口汽温作为被调量进行调节，以保护屏式过热器管壁不致超温，同时配合末级过热汽温控制系统的工作。分割屏过热器出口蒸汽温度的偏差信号经过蒸汽焓值校正后，分别经过燃料量前馈信号和预估控制信号的补偿，然后经过过热度保护回路的处理后，经PID调节器送至阀门控制回路，以控制第1级减温器左侧的2个减温水调节阀。   图2中u'为减温水调

4、节阀开度(%)，t'1为第1级减温器后的温度(℃)，t'2为分割屏过热器后的温度(℃),t'0为分害屏过热器后温度调节的设定值(℃)。1.2.1蒸汽焓值校正作用   图2所示的减温控制系统中，蒸汽焓值校正系数是随汽包压力值的不同而改变的，其关系如图3所示，其校正作用相当于根据机组运行工况的不同而自动修正控制系统的开环增益。当屏式过热器出口汽温受该处蒸汽焓值影响而发生变化时，能够提前调整减温水量，以更好地维持分屏割过热器出口汽温的稳定。1.2.2燃料量的前馈作用   影响主蒸汽温度控制的因素很多，最主要的干扰是送入炉膛的煤粉量和风量的变化。根据这些主要扰动量，及时地

5、改变减温水量以平衡这些干扰，有利于提高主蒸汽温度的调节品质。因此，在图2所示的第1级汽温控制系统中，以总燃料量的变化量作为控带系统的前馈量，燃料量的前馈回路如图4所示。        1.2.3过热度保护作用   根据实际测量的汽包压力值，可以得出对应于该压力下蒸汽的饱和温度ts，该温度可作为第1级减温器出口蒸汽的饱和温度，其近似公式(拟合)为：   式中:ts为蒸汽的饱和温度(℃)，pb为汽包压力(MPa)。   在实际应用过程中，将式(1)计算得到的第1级减温器出口蒸汽的饱和温度，加20℃～30℃作为分割屏过热器入口蒸汽温度的保护值(如图5所示)，当实测汽温低

6、于该保护值时，该保护回路输出为0的信号，以限制减温水调节阀开度的增大，保持分割屏过热器入口汽温在相应的过热度保护区间内，避免屏式过热器入口蒸汽带水，影响机组的安全运行。        1.2.4预估补偿控制   预估补偿控制是主蒸汽温度控制的核心环节，其作用是针对大型机组主蒸汽温度控制对象大迟延、大惯性、时变性和非线性的特点，通过构造数学模型改善被控对象的动态特性，以提高调节系统的调节品质。在第1级减温控制系统中(图2)，其预估补偿控制回路如图6所示。            图6中：PT1为一阶惯性环节，y=f(x)为在不同主蒸汽流量下各一阶惯性环节PT1时间常数

7、的函数。二、过热蒸汽温度控制系统中预估补偿控制的研究2.1减温过程被控对象的动态特性  大型火电机组的第1级减温控制被控对象，是一个高阶、大迟延、大惯性、时变、有自平衡能力的复杂对象。在热工调节系统中，通常将减温被控对象分为两个区域，即从减温水调节阀开度u'到减温器后温度t'1这一段称为导前区，从减温器后温度t'1到第1级减温出口温度t'2这一段称为惰性区(图2)，设其传递函数分别为G'1(s)和G'2(s)。  导前区动态特性，即第1级减温器后的温度t'1对减温器喷水流量(或减温器调节阀开度u')的时间响应特性，主要表现为一个有自平衡能力的惯性过程(纯迟延小，可

8、忽略)，因