300MW机组锅炉汽温控制系统优化调试

1、300MW机组锅炉汽温控制系统优化调试与问题探讨 300MW机组锅炉汽温控制系统优化调试过程，包括过热汽温和再热汽温系统调试与控制组 态修改，参数整定，并对过热汽温和再热汽温控制难点进行了分析讨论，当负荷变化时，炉 底风热风挡板投自动，可引起机组负荷不稳定，汽温变化较大，炉膛压力、烟气含氧量较大 变化，不利于提高机组热效率，概述过热汽温控制分为A、B侧，为二级控制系统，这两级喷射式减温器用来控制末级过热器的 出口蒸汽温度，使其在负荷50100%BMCR时，温度控制在5413C；多段类型的控制按 顺序排列，控制在一级减温器完成，经过二级减温器温降维持正常恒定；在60100%BMCR 滑压运行方式

2、下，和80100%BMCR定压运行模式下，再热蒸汽温度一般控制在541 C 5C，通过调节进入锅炉底部的热风注入挡板进行控制，以调节热二次风实现上述目的。1 过热汽温控制系统调试与控制组态修改1.1过热汽温调节系统的任务过热蒸汽温度自动控制的任务一一是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热 器，使管壁温度不超过允许的工作温度。1.2原控制系统构成原设计过热汽温控制系统是以常规PID调节器组成的串级温差控制系统，其控制热力系统 结构如图1，原控制系统的抗干扰能力差，在稳定工况下，运行人员每隔15分钟左右，必 须将控制系统切为手动操作，待系统稳定后再投入自动，给运行人员的操作增加了很大工

3、作 量，而且控制参数经常超标，不利于机组安全经济运行，图1为过热汽温控制热力系统原 理。该过热汽温控制系统的缺点是由于过热汽温控制系统的对象特征具有很大的迟延，用简单的 数学模型很难得到理想的等效对象特征和控制品质，Smith率先提出一种克服纯迟延的控制 方案，即Smith预估器，如果数学模型完全准确，Smith预估器完全可以纯迟延对控制系统 的影响，从而在理论计算上解决了大迟延对象的控制问题，ABB Bailey公司的INFI-90控 制系统中设计了 Smith预估器控制算法，为工程实现提供了平台。1.3 现控制系统构成过热汽温控制系统组态进行改进，设计成以Smith预估器为基层的控制系统，

4、提高控制效果， 结构如图2。1.3.1Smith预估器的控制原理和应用传统PID控制属于“事后控制”，即根据以前的控制作用序列的控制效果，来决定当前时刻 的控制作用，但对惯性大的滞后过程，由于过程输出的偏差不能及时反映控制量的变化，造 成汽温的过调或欠调，Smith预估器取代标准PID功能，根据当前控制量的变化来预测被控 量的变化，从而来改变下一步的控制输出，利用一个带死区的一阶惯性动态模型，来预测控 制输出引起的过程变量的未来变化量，对过热汽温这种具有较长的死区时间、有迟延、大惯 性的过程调节具有良好的调节效果。1.3.2 Smith预估器的控制参数使用Smith预估器的串级汽温控制，主回路

5、采用一个FC160功能码，副环采用常规PID调 节，参数整定相对传统PID调节要简单的多，只有一个调节参数，如图3。一般对过程做1-2次开环阶跃响应实验，即可完成对Smith预估器FC160参数的设置，通 过在荷泽电厂的应用，对Smith预估器的使用进行分析，并对实施后的效果与常规PID控制 效果进行比较；S7表示过程模型增益K，K=AY/AX=(Y2-Y1)/(X2-X1)= (510-520) / (15-5) = 1 (C/%), S8表示过程模型死区时间D等于从控制器输出变化到过热汽温刚 开始发生变化之间的时间，D=t1-t0, S9表示过程模型滞后时间L等于过热汽温刚开始变化 与达到

6、最终稳定值的65%之间的时间，L=t2-t1，S10代表预测偏差处理参数T，T=D+L=t2-t0。 控制系统投入自动，进行扰动试验，如果响应的比较慢，减小T，如果产生振荡，增加T， 如果TVL，控制输出具有较大的超前作用，如果TL，控制输出具有较大的滞后作用，过 程模型准确，T=LX30%=0.3L，过程模型不很准确，T=D+LX300%=D+3L。1.4控制系统动态调试通过调节系统动态试验，现在的控制系统设计组态是成功的，达到了预想的目的，汽温控制 系统的调试经历了控制系统组态图修改、系统动态特性测试、系统优化调试、负荷变化扰动、 吹灰扰动、喷水扰动等过程；在动态调试过程中，根据现场实际情

7、况，进行了几次小范围修 改，根据现场情况，编写了动态特性扰动试验措施，在300MW负荷时作了过热汽温一级、 二级喷水扰动和再热汽温喷水扰动试验，取得了系统参数调整优化的初步依据。通过调试，A/B侧一级、二级过热汽温控制系统已能长期投入运行，经过细调整，现过热汽 温已能得到有效控制，负荷扰动、喷水扰动、吹灰扰动证明了这一点；#3机组的调试经过 阀门扰动试验，初步确定了控制对象的动态特性，通过计算，给出控制系统的动态调节参数， 经过观察，对动态参数进行了优化，A侧一级、二级过热汽温控制系统参数如表1。A侧过热汽温控制系统在负荷比较稳定时，温度可控制在设定值的+2C一2C之间，当负 荷变化，滑压运行

8、时，温度可控制在设定值的+5C一5C之间。B侧过热汽温控制系统在负荷比较稳定时，温度可控制在设定值的+1.5C一3C之间，当 负荷变化，滑压运行时，温度可控制在设定值的+3C一5C之间。#4 机组的调试经过阀门扰动试验，初步确定了控制对象的动态特性，通过计算，给出控制 系统的动态调节参数，经过观察，对动态参数进行了优化，A侧过热汽温控制系统在负荷比 较稳定时，温度可控制在设定值的+3C一4C之间，当负荷变化，滑压运行时，温度可控 制在设定值的+5C一5C之间；B侧过热汽温控制系统在负荷比较稳定时，温度可控制在 设定值的+3C一4C之间。当负荷变化，滑压运行时，温度可控制在设定值的+5C一5C

9、之间。2 再热汽温控制系统调试与控制组态修改再热汽温的调节有两种方式，由炉底注入的热风作为正常调节手段，再热汽冷段的喷水调节 作为紧急调节手段，控制系统设计分为两种方式，在正常情况下，炉底热风作为主要调节手 段，当再热汽温过高时，再热器喷水投入，作为备用调节手段参与汽温的控制。2.1原控制系统构成再热汽温控制系统是以常规PID调节器组成的串级控制系统，炉底注入风为正常调节手段， 喷水减温为事故紧急调节手段，在喷水减温控制子系统中，存在减温水流量控制内环，导致 控制系统控制速度降低，不利于提高控制品质，其控制热力系统结构如4。2.2现控制系统构成将#3、#4机组的再热汽温控制系统组态进行改进，设

10、定值回路进行了改进，取消了喷水流 量控制小回路，结构如图5。2.3 控制系统动态调试通过调节系统动态试验，现在的控制系统设计组态是成功的，基本达到了预想的目的，汽温 控制系统的调试经历了控制系统组态图修改、系统动态特性测试、系统优化调试、负荷变化 扰动、吹灰扰动、喷水扰动等过程，在动态调试过程中，根据现场实际情况，进行了几次小 范围修改，根据现场情况，编写了动态特性扰动试验措施，花00MW负荷时作了再热汽温 喷水扰动试验，取得了系统参数调整优化的初步依据。通过调试，再热汽温控制系统已能长期投入运行，在负荷稳定时，炉底热风注入、喷水减温 调节系统自动可投入，当负荷升降时，炉底热风注入自动调节系统

11、自动状态调节偏慢，但将 控制系统控制速度加速，将可能影响其他调节系统的调节效果，如可能引起机组负荷、主汽 压力、过热汽温、锅炉炉膛烟气含量的扰动，不利于锅炉的稳定运行，因此，建议炉底热风 注入调节系统控制速率以稳定负荷为主，如果在升、降负荷时，再热汽温偏低，可手动开大 炉底风挡板开度，控制系统经过细调整，现再热汽温已能得到有效控制，负荷扰动、喷水扰 动、吹灰扰动证明了这一点。#3机组的调试经过阀门扰动试验，初步确定了控制对象的动态特性，通过计算，给出控制 系统的动态调节参数。经过观察，对动态参数进行了优化，如表2。再热汽温控制系统在负荷比较稳定时，温度可控制在设定值的+4C一5C之间，当负荷变

12、 化，滑压运行时，温度可控制在设定值的+5C一12C之间。#4 机组的调试经过阀门扰动试验，初步确定了控制对象的动态特性，给出控制系统的动态 调节参数，经过观察，对动态参数进行了优化，再热汽温控制系统在负荷比较稳定时温度可 控制在设定值的+ 4C一5C之间，当负荷变化，滑压运行时，温度可控制在设定值的+ 5C一12C之间。2.4再热蒸汽温度调试结果再热汽温调节系统已可长期投入自动，能运行正常，再热汽温的调节有两种手段，在正常情 况下，再热汽温由锅炉炉底二次热风调节，当再热汽温超过设定值2C时，再热器喷水参与 调节。在负荷较稳定时，如果将炉底热风挡板投入自动，再热汽温的控制效果非常明显，特别在低

13、 负荷阶段，再热器喷水调节门、隔离门已完全关闭，再热汽温仍然偏低，这时，如果炉底热 风挡板手动，再热汽温会大幅波动，如果炉底热风挡板自动，再热汽温将得到有效控制。3问题讨论3.1过热汽温/再热汽温控制难点锅炉出口的过热汽温、再热汽温是表征锅炉燃烧工况一个综合参数，影响汽温变化的因素很 多，如主汽压力变化、燃烧工况的变化、吹灰的影响、锅炉送风量的变化等，主汽压力的变 化对过热汽温的影响比较大，反应快，因喷水减温带有一定的惯性，无法从根本上克服主汽 压力波动引起的过热汽温波动；锅炉燃烧、送风量的变化对汽温产生影响，持续时间长，带 有惯性，当燃烧工况、送风量波动时，过热汽温、再热汽温在较长时间内会偏

14、离设定值。 锅炉吹灰对汽温也有影响。锅炉吹灰器的布置为初级过热器6个、屏式过热器6个、末级过 热器6个、再热器8个、省煤器4个、空气预热器2个、炉膛20个；锅炉吹灰就是将汽/ 水管道外表面上的积灰吹掉，保证管道有效的传热，提高管道吸热性能，当吹灰时，锅炉管 道上的积灰厚度直接影响吹灰后其吸热效果，而管道积灰厚度与吹灰间隔长短关系紧密，其 二，吹灰位置的不同，对汽温影响又不尽相同，省煤器、初级过热器吹灰对主汽温影响较小， 而末级过热器、再热器吹灰对过热蒸汽、再热蒸汽温度影响较大，其三，吹灰面积大小（即 吹灰器投入数量）对汽温也有影响。3.2 A、B侧过热汽温控制特性分析过热蒸汽温度控制系统由于各

15、阀门特性、管道、热力系统布置不同，导致A、B侧调节效果 不相同，相对而言，A侧调节效果较好，而B侧效果较差，通过各种努力，B侧的调节质 量有时仍不及A侧；过热蒸汽喷水调节阀门布置于锅炉A侧，距离A侧减温器较近，距离 B侧减温器较远，同样的阀门喷水量对A、B侧汽温影响动态有差异；过热蒸汽二级喷水流 量设计偏小、管道直径较细、阀门容量较小，喷水减温控制能力受到限制，当阀门开度变化 很大时，才会引起喷水后温度的变化，这样，不利于汽温控制。锅炉设计为微喷水汽温控制，因此，锅炉超出力能力较小，基于以上原因，锅炉一级喷水流 量比二级喷水流量大很多，在100%BMCR工况、燃烧校核煤种下，一级喷水流量7.3

16、kg/s， 二级喷水流量为2.9kg/s；在100%TMCR工况、燃烧校核煤种下，一级喷水流量7.6kg/s，二 级喷水流量为2.8kg/s；在80%TMCR工况、燃烧校核煤种下，一级喷水流量14.7kg/s，二级 喷水流量为2.0kg/s；而一级喷水管道相对于二级喷水管道直径大很多，一级喷水最大设计 流量125.64t/h，最小设计流量33.12t/h，如表3。二级喷水最大设计流量12.6t/h，最小流量5.04t/h，基于这种原因，锅炉二级喷水管道直径 比一级喷水管道直径小很多，平常情况下，二级减温水调节门开很小开度（5%），汽温即 可控制。但当出现过热汽温超温时，喷水流量显得偏小。对于运

17、行人员提出一级汽温控制较慢，阀门开度变化较小的情况，在系统调试过程中，有意 识提高一级喷水控制速度，让一级喷水流量变化较大。3.3再热汽温控制的特点再热汽温控制方式是炉底热风注入加再热汽温喷水调节，炉底热风注入控制子系统为单回路 双执行机构控制系统，当负荷稳定时，炉底风控制可投入，并可取得良好的效果，但当负荷 变化时，如果炉底风变化较快，不利于机组稳定运行，故运行人员不希望炉底风变化较快， 而当负荷变化时，再热汽温变化较大，为保证再热汽温稳定，炉底风必须进行较大变化，与 运行人员思想不一致，形成一对矛盾，通过本次调试发现，当机组负荷稳定时，炉底风热风 挡板投自动，可减少再热器喷水，提高锅炉效率

18、；当负荷变化时，炉底风热风挡板投自动， 可引起机组负荷不稳定，汽温变化较大，炉膛压力、烟气含氧量较大变化，不利于提高机组 热效率。4对策分析针对荷泽电厂目前存在的问题，在稳态时，底部风投入自动，有关模拟量控制系统参数品质 尚可，在变工况时，相应的模拟量控制系统参数品质扰动太大，浙江嘉兴发电有限公司设备 管理部DCS工程师唐义军理解为是底部风（再热汽温）控制系统的控制策略抗扰动能力不 强，使本来具有紊流（也有文献称为湍流）特性的烟气动力场温度脉动更加明显，使再热汽 温稳定性降低，由于各分控制系统之间存在较强的耦合性，同时会影响到主汽温的稳定性（一 般情况下，影响幅值没有再热汽温大），甚至会影响到上层CCS控制系统，导致燃烧、送引 风、二次风等风烟系统出现波动太大的现象，要对上述问题进行详细的正确分析，一定要对 现场各种变工况进行实时跟踪分析调研，掌握被控对象动态特性的第一手资料，根据其控制 难度，设计出相适应的控制策略，满足变工况下抗干扰能力的要求，达到汽温调节的稳定性、 可靠性，为此初步设想如下：4.1现场调研被控对象的物理结构调研，包括各受热面结构布置参数，各受热面的焓降静态关系，执行机 构的静态特性等等，需要12天时间，被控对象变工况下的动态特性调研，以及掌握各分 控制系统之间的耦合关联度。需要3