主/再热蒸汽控制策略优化

锅炉过热器控制系统是一个大延迟的控制过程。为了提高过热蒸汽温度的调节品质，自20世纪90年代，数字式控制系统DCS取代了常规控制系统，以微处理机为基础的控制系统快速处理锅炉机组的大量动态信息。原瑞士苏尔寿公司采用了一个观察器，即用数学模型进行计算；计算结果再与过热器出口温度进行比较后不断地去校正模型，最后使模型与实际过程完全一样。采用了数字式状态调节器后，控制精度及调节品质大大提高。

1 000 MW超超临界机组主蒸汽温度变化特性主要表现为辐射特性，中间点温度对主蒸汽温度影响较大。主蒸汽温度调节的关键是控制汽水分离器出口过热度，以调节煤水比（water fuel ratio，WFR）控制蒸汽过热度。

再热器蒸汽温度控制以再热器烟道烟气挡板调节为主，辅以摆动燃烧器喷嘴来控制炉膛出口烟气温度，在负荷变化期间和危急情况下，采取再热器事故喷水。

潮州电厂3号、4号1 000 MW超超临界燃煤机组锅炉运行过程中多次出现主蒸汽温度、再热蒸汽温度大幅度波动且偏离设定值的问题。分析认为：给水调节控制问题以及中间点温度波动大是主蒸汽温度波动大的主要原因；减温水调节阀自动投入时超调量大，烟气挡板未自动投入是再热蒸汽温度波动大的原因［16］。

实际上通过调节燃料量可使煤水比的比例与工况相对应，但在大惯性的调节回路中，PID调节也未能取得较好效果。在低负荷下，中间点温度的静态波动最大达±12℃，如图3-16所示。

图3-16　中间点温度波动曲线

1—WFR PID输出（-150～5 t/h）；2—中间点温度（300～450℃）；3—分离器入口温度过热度目标值（300～450℃）；4—机组负荷（200～1 100 MW）；5—总燃料量（100～450 t/h）；6—给煤量指令（100～450 t/h）

1）主蒸汽温度控制优化策略

主蒸汽温度控制优化策略有如下几种。

（1）干态下WFR控制汽水分离器出口过热度和末级过热器出口温度，但两者权重不同。据三菱公司数据，其温度偏差的比例为9∶1，视实际情况修正。当中间点温度偏离设定值较大时可用附加给水量修正值调整。

（2）在机组运行过程中中间点过热度偏离设定值较大的情况下，额外附加一定的给水流量修正值，可以调整中间点合适的蒸汽过热度。

（3）增加给水流量指令，以减温水流量的补偿保持给水流量的稳定性。

（4）为补偿燃料热值变化，把WFR控制指令加在燃料流量指令上；为了改进锅炉在负荷改变期间的响应性，给锅炉输入加速指令（BIR-FF）作为前馈信号；把WFR控制指令加在燃料流量指令上。WFR优化控制策略如图3-17所示。

图3-17　WFR优化控制策略

2）再热蒸汽温度控制优化措施(www.xing528.com)

再热蒸汽温度控制优化措施如下。

（1）A侧和B侧末级再热器温度烟气调节挡板分别单独控制，互不影响。

（2）采用机组负荷变化率作为前馈。

（3）将本侧末级再热蒸汽温度微分作为前馈。

（4）以总给煤量的微分作为前馈信号。

（5）采用喷水减温器后再热蒸汽温度的微分作为再热烟气调节挡板自动的前馈。

（6）配合使用再热烟气挡板系统和喷水减温，自动投入。

（7）适当限制再热烟气挡板的开度。

（8）摆动燃烧器喷嘴调节所需的函数应根据近期的运行情况来定。

3）火电厂主汽温度是确保机组安全、经济运行的一个重要参数

绥中电厂1 000 MW燃煤机组采用炉、机、电集中控制方式［17］，分散控制系统（DCS）采用西门子SPPA-3000系统。单元机组的控制系统包括数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）、锅炉炉膛安全监控（FSSS）、电气监控（ECMS）、汽机数字电液控制（DEH）及给水泵汽轮机控制（MEH）。厂用电源公用系统纳入DCS，均由DCS操作员站监控，并设置相互操作闭锁，循环水泵房设远程控制站。分散控制系统电源为电气双回路不停供电。

协调控制系统设计在模拟量控制系统（MCS）中，包含机炉自动（BF）协调、锅炉（自动）跟随、汽机（自动）跟随和基本（手动）4种控制方式。

（1）主汽温控制算法基于其控制系统大时滞、大惯性及动态特性随工况变化而变化的特点，在常规PID控制器的基础上，为获得理想的控制品质，发展了多种智能控制算法：①模糊控制——不依赖被控对象的精确数学模型；②神经网络——具有快速处理、高度非线性、高度容错、联想记忆及自学习与自适应等特点，能够学习与适应严重不确定性系统的动态特性；③遗传算法（genetic algorithm，GA）——通过模拟自然遗传学中优胜劣汰、适者生存的进化法则，实现对特定目标的自适应概率性优化搜索，不需要计算梯度，故其目标函数不受限制，也不要求目标函数连续可微以及其他辅助信息；④Smith控制——一种具有代表性的纯滞后补偿控制方法，在一定条件下可以消除纯滞后对调节过程的影响，大大提高控制品质，但此算法需要已知被控对象的模型，对模型的误差十分敏感，鲁棒性和抗干扰性比较差。

（2）控制方法：主蒸汽温度精准控制有一级/二级过热器喷水控制煤水比及偏置补偿。在绥中1 000 MW机组的主汽温度控制中，将专家控制策略与串级PID控制相结合，有效地克服了传统PID控制的缺点，提高了系统的动态品质及克服外部扰动的能力，主汽温度控制误差在±3℃之内，保证了机组的汽水品质和安全稳定运行。