循环流化床锅炉主蒸汽温度控制系统介绍

主蒸汽温度指的是过热器出口蒸汽温度，主蒸汽温度控制系统的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，保证机组的经济运行，同时保护过热器，使管壁温度不超过允许的控制温度。主蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，主蒸汽温度过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。若是主蒸汽温度过高，可能造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分金属热应力过大，容易造成金属疲劳，影响设备的安全运行，主蒸汽温度的上限一般不超过额定值5℃；而主蒸汽温度过低，则会影响蒸汽品质，降低蒸汽的过热度，降低全厂的热效率，甚至会造成蒸汽带水，影响汽轮机的安全运行，主蒸汽温度的下限一般不低于额定值10℃。

很多因素都会造成过热器出口蒸汽温度发生变化，如蒸汽流量变化、燃烧工况变化、锅炉给水温度变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流经过热器的烟气温度变化、锅炉受热面结垢等。

主蒸汽温度的调节的方法通常分两大类：一类是蒸汽侧调温；另一类是烟气侧调温。蒸汽侧调温方法是通过改变蒸汽焓值来调节汽温，主要有喷水减温和汽-汽交换法；烟气侧调温方法是通过改变锅炉内辐射受热面和对流受热面的吸热量分配比例来调节汽温，主要有改变火焰中心位置 （如采用摆动式燃烧器）、烟气再循环法和烟气挡板法。

目前在设计主蒸汽温度控制系统时，通常采用综合多个方法的调节手段。从控制特性的角度来看，选择改变烟气流量或温度作为汽温调节手段的动态特性较好。但是调整烟气的系统实现起来比较困难，并且会造成与锅炉燃烧控制系统的相互干扰。而单纯采用喷水减温时，控制对象有较大的迟延和惯性，同时运行中要求有较小的汽温控制偏差，采用单回路往往不能满足生产要求，因此即使采用喷水减温调节主蒸汽温度，也需要使用串级控制方案。因此在设计控制系统时，常常使用串级喷水减温作为主蒸汽温度控制的主要手段，加入比主蒸汽温度能提前反映扰动的前馈补偿信号，如负荷变化、导前汽温信号等，同时还需要将烟气侧的调节手段（如烟气挡板开度）引入前馈补偿。这样当扰动发生后，可以在主蒸汽温度还未产生明显的变化时就进行调节，能及时地消除扰动对主蒸汽温度造成的影响。

在控制系统的构成方面，为了及时反映、调节温度的变化、提高控制系统的稳定性和控制品质，主蒸汽温度控制系统通常采用快速测量元件和执行机构来减小控制通道的滞后和惯性，并通过实时控制系统进行处理。现代大型锅炉的换热设备结构复杂，过热器管道很长，系统的滞后和惯性大大增加，一般需要采用分段式控制策略。

过热汽温控制系统大致运用串级控制系统、导前汽温微分信号的双回路控制系统、相位补偿汽温控制系统和分段串级汽温控制系统。目前广泛采用喷水减温作为控制主蒸汽温度的手段，而烟气侧的调节手段（摆动式燃烧器和烟气挡板法）多被用来调节再热汽温，同时被作为前馈引入主蒸汽温度调节系统。汽温控制系统的控制算法常采用PID 控制算法，目前模糊控制、神经网络、预测控制等算法也有被采用的案例。

导前汽温控制系统和串级控制系统这两种控制思路中，均是采用将主蒸汽温度对象分为导前区和惯性区，传递函数分别为W2（s）和W1（s），其中喷水减温器中，喷水量与减温器后蒸汽温度直接的关系称为导前区；通过过热器后，减温器后蒸汽温度与过热器后蒸汽温度直接的关系称为惯性区。目前在循环流化床锅炉的主蒸汽温度控制系统中，多数使用串级控制系统结构。同时考虑到大容量循环流化床锅炉蒸汽生成和过热过程中蒸汽流程长的特性，在实际使用上通常按照不同的喷水减温器的布置方式来设计分段控制系统，即针对每个喷水减温器均设计串级控制系统，每一级的控制系统结构基本相同。串级控制系统结构图如图5-1所示，控制原理图如图5-2所示。(www.xing528.com)

串级蒸汽温度控制系统以过热器出口温度为主参数，以喷水阀出口温度为副参数。由串级控制系统的特点可以看出，这种控制方案具有较强的抗内扰能力，能够有效地克服诸如给水量扰动这样的内扰，同时还具有一定自适应能力，能够在锅炉负荷发生变化、对象特性参数发生改变时有效地调节主蒸汽温度。

图5-1　主蒸汽温度串级控制系统结构

θ1—过热器出口温度；θ2—过热器进口温度

图5-2　主蒸汽温度串级控制系统控制原理图

W1（s）、W2（s）—传递函数；γ1—过热器出口温度的测量变送器传递函数；γ2—过热器进口温度的测量变送器的传递函数