[發明專利]鍋爐汽溫控制系統中減溫水沖擊導前汽溫測點的動態補償方法

有效

• 申請號: 201310308005.6
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103343961A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 田亮;劉鑫屏;徐晨靜;劉芳;王鐵華
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: F22G5/12
• 分類號: F22G5/12
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 李羨民;高錫明

技術領域

本發明涉及一種可在減溫水沖擊導前汽溫測點時有效防止電站鍋爐過熱、再熱汽溫串級控制系統控制品質下降的動態補償方法，屬鍋爐技術領域。

背景技術

電站鍋爐中過熱、再熱汽溫是影響鍋爐運行安全性、經濟性的主要參數。大型鍋爐一級、二級過熱汽溫采用噴水減溫調節方式；再熱汽溫采用以煙氣擋板或擺動燃燒器為主、噴水減溫為輔的調節方式。由于被控對象具有大慣性、大遲延、非線性等諸多不利特性，致使汽溫難以控制。由于電網用電負荷隨機性增加、風電大量并網導致發電負荷隨機性增加等原因，電網調度需要更加頻繁地調整火電機組的發電負荷，以維持供需平衡，這使得鍋爐燃燒擾動大大增加。同時，由于燃料性質不穩定、鍋爐實施燃燒優化后需要不斷調整配風方式以降低NO_X排放等原因，也導致鍋爐頻繁調整燃燒狀態以消除各種擾動。燃燒狀態變化使火電機組更多地處于變工況運行狀態，過熱、再熱汽溫更加難以控制。

過熱、再熱汽溫多采用串級或導前微分控制系統，其特點是：在噴水減溫裝置后過熱、再熱器入口前安裝導前汽溫測點，在過熱、再熱器出口處安裝被控汽溫測點。副調節器輸出對導前汽溫的傳遞函數稱為導前區對象；導前汽溫對被控汽溫的傳遞函數稱為惰性區對象。利用導前汽溫能夠快速反映減溫水噴入后被控汽溫變化趨勢的特點，通過一快速控制回路消除減溫水流量擾動、蒸汽流量擾動、執行機構非線性等不利因素，有效提高汽溫的控制品質。以串級控制為例說明，控制系統結構如附圖1所示，系統包含內、外兩個回路，內回路的控制器稱為副調節器，被控對象為導前區對象；外回路控制器稱為主調節器，被控對象為內回路等效對象和惰性區對象串聯后對象。

當鍋爐運行工況快速變化導致汽溫大幅波動時，對于過熱汽溫控制系統，需要過熱器減溫水流量大幅度調整以維持過熱汽溫穩定；對于再熱汽溫控制系統，由于煙氣擋板或擺動燃燒器執行機構可靠性低、線性度差、動作緩慢等原因，仍然依靠再熱器減溫水流量大幅度調整以維持再熱汽溫穩定。當減溫水流量大幅變化時，許多鍋爐都存在減溫水沖擊導前汽溫測點現象，成為影響汽溫控制品質的重要原因。

目前，噴水減溫裝置的減溫水噴口與蒸汽管道之間都安裝有一段鋁合金套管。鋁合金套管耐熱沖擊性好同時又是非承壓部件，可以避免減溫水直接噴到蒸汽管道管壁上引起熱應力變化。但是，這也使得噴水減溫裝置后的蒸汽出現分層流動現象：當減溫水大量噴入時，管道中心蒸汽溫度低而貼近管道壁面處蒸汽溫度高。鍋爐采用熱電偶測量蒸汽溫度，當導前汽溫測點距離噴水減溫裝置較近時，測量得到的溫度是管道中心的蒸汽溫度而并非管道內蒸汽的平均溫度，出現導前汽溫不正常偏低的情況，這即是減溫水沖擊導前汽溫測點現象。同時，由于水和蒸汽可以在較長的管道內進行充分混合，所以減溫水沖擊導前汽溫測點不會對被控汽溫產生影響。

當發生減溫水沖擊導前汽溫測點現象時，會導致汽溫控制品質大幅度下降。整體汽溫被控對象包括導前區對象和惰性區對象。整體汽溫被控對象的增益由三部分相乘后構成，第一部分是減溫水閥開度對減溫水流量的增益K₁、第二部分是減溫水流量對導前汽溫的增益K₂、第三部分是導前汽溫對被控汽溫的增益K₃。K₁與K₂的乘積為導前區對象增益，K₃為惰性區對象增益。在鍋爐蒸汽流量一定的情況下，K₂與K₃的乘積非常接近一個常數，即單位流量減溫水變化導致被控汽溫的變化量是一定的。當發生減溫水沖擊導前汽溫測點現象時，K₂與K₃的乘積也非常接近這一常數，只不過是K₂不正常地偏大，K₃不正常地偏小而已。對于串級控制系統，由于導前區對象的慣性很小，內回路的魯棒性很好，即使導前區增益出現較大變化，對整個控制回路控制品質影響也很小。但是對于外回路而言并非如此，由于惰性區對象的慣性和遲延都很大，對象增益出現微小的變化，都會嚴重影響系統控制品質。對于一個整定好PID控制器參數的串級控制系統，外回路增益變小時被控變量的響應將變得非常遲緩，而外回路增益變大時控制系統會變得不穩定。

發明內容