[發(fā)明專利]一種電站鍋爐主蒸汽溫度全程控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310576564.5
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103557511A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王東風(fēng);劉千;江溢洋;牛成林
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號: F22B35/00
• 分類號: F22B35/00
• 代理公司: 石家莊新世紀(jì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 13100
• 代理人: 楊欽祥;張素靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電站鍋爐主蒸汽溫度控制方法，尤其是涉及一種電站鍋爐主蒸汽溫度全程控制方法，適用于燃煤發(fā)電機(jī)組，屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

大型電站鍋爐主蒸汽溫度控制是提高經(jīng)濟(jì)效益、保證機(jī)組安全運行的不可缺少的環(huán)節(jié)。對鍋爐主蒸汽溫度的控制要求是十分嚴(yán)格的，汽溫過高或者過低，以及大幅度的波動都將影響鍋爐、汽輪機(jī)的安全和經(jīng)濟(jì)性。因此維持鍋爐主蒸汽溫度的穩(wěn)定運行是非常必要的。過熱器一般由若干級組成，各級管子常使用不同的材料，分別對應(yīng)一定的最高允許溫度。因此為保證金屬安全，還應(yīng)當(dāng)對各級受熱面出口的汽溫加以限制，此外，還應(yīng)防止局部管子的超溫爆漏和汽輪機(jī)汽缸兩側(cè)的受熱不均。蒸汽溫度過高，若超過了設(shè)備部件（如過熱器管、蒸汽管道、汽輪機(jī)噴嘴、葉片等）的允許工作溫度，將使鋼材加速蠕變，降低使用壽命。嚴(yán)重的超溫甚至?xí)构茏舆^熱而爆破。蒸汽溫度過低，將會降低熱力設(shè)備經(jīng)濟(jì)性，增加發(fā)電煤耗。汽溫過低，還會使汽輪機(jī)最后幾級的蒸汽濕度增加，對葉片的侵蝕作用加劇，嚴(yán)重時將會發(fā)生水沖擊，威脅汽輪機(jī)的安全。而且汽溫突升突降還會使鍋爐各受熱面焊口及連接部分產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，造成脹差增加。嚴(yán)重時甚至可能發(fā)生葉輪與隔板間的動靜摩擦，汽輪機(jī)劇烈振動等。

主蒸汽溫度一般可看做多容分布參數(shù)受控對象，對該對象的控制比較困難。其原因主要有：（1）、鍋爐燃燒工況不穩(wěn)定，煙氣側(cè)擾動頻繁且擾動量較大，影響主蒸汽溫度變化較快；（2）、由于工藝特性決定了各級過熱器管道較長，造成主汽溫對其調(diào)節(jié)手段，即噴水減溫器的減溫水量變化的反應(yīng)較慢，表現(xiàn)出明顯的滯后特性；（3）外部擾動（如主蒸汽流量波動、主蒸汽壓力波動等）變化頻繁且擾動量較大，致使主汽溫經(jīng)常波動；（4）內(nèi)部擾動（如主給水流量波動、給水壓力波動等引起的減溫水流量波動），使得噴水量發(fā)生變化，造成主汽溫在外擾較小時仍經(jīng)常偏離設(shè)定值；（5）主汽溫系統(tǒng)對于機(jī)組負(fù)荷的變化具有明顯的時變特性。熱工對象的動態(tài)特性與運行工況密切相關(guān)，機(jī)組的對象特性隨著機(jī)組負(fù)荷變化發(fā)生明顯變化，特別是對于調(diào)峰機(jī)組現(xiàn)象更為嚴(yán)重。對于主汽溫對象來講，其動態(tài)特性受運行工況參數(shù)（主蒸汽流量、主蒸汽壓力以及主蒸汽溫度）變化影響，導(dǎo)致模型參數(shù)發(fā)生明顯變化。由于機(jī)組負(fù)荷變化影響供煤量，從而直接影響過熱器吸熱，同時汽機(jī)側(cè)負(fù)荷變化也會引起蒸汽流量變化，因此負(fù)荷變化會引起蒸汽流量擾動、過熱器吸熱量擾動以及過熱器入口汽溫擾動。通常當(dāng)負(fù)荷增加時，會導(dǎo)致系統(tǒng)特性函數(shù)的滯后和慣性時間常數(shù)以及靜態(tài)增益都呈現(xiàn)明顯減小的趨勢，總的汽溫則隨負(fù)荷升高而增加。

常規(guī)的主蒸汽溫度控制方案大致包含兩種控制策略及其組合：一種是前饋控制，另一種是串級反饋控制。設(shè)計前饋控制和反饋控制相結(jié)合的復(fù)合控制系統(tǒng)，是克服干擾、提高控制品質(zhì)的有效方法。前饋控制是一種非常有效的手段，其特點是針對確定性擾動，系統(tǒng)控制器根據(jù)擾動的大小和變化情況對被控制對象施加相反的控制作用，補(bǔ)償擾動的影響，從而能夠在擾動對被控對象的影響體現(xiàn)出來之前就將其抵消。但是前饋控制得以應(yīng)用的一個重要前提是擾動可以測量，目前對于汽溫控制來講，鍋爐燃燒擾動無法測量，蒸汽流量的測量誤差也比較大，因此很難設(shè)計精確的前饋控制對其加以抵消。同時，前饋控制不能改變系統(tǒng)的閉環(huán)特性，當(dāng)負(fù)荷變化導(dǎo)致被控對象變化時，系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性只能靠反饋控制回路內(nèi)的控制器的相應(yīng)改變來適應(yīng)。常規(guī)反饋控制方法是基于PID的控制器，通過理論計算或?qū)＜医?jīng)驗調(diào)試得到合適的PID控制器參數(shù)，使其與被控對象的參數(shù)相匹配，從而得到一個穩(wěn)定的且控制性能良好的閉環(huán)控制系統(tǒng)。從工程上來講，PID控制器參數(shù)的物理意義清楚并且容易在線調(diào)整，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但是串級PID控制器的參數(shù)都是在鍋爐處于特定負(fù)荷下整定得到的一組特定值，對于被控系統(tǒng)參數(shù)（增益、滯后時間和慣性時間）隨機(jī)組運行工況（發(fā)電功率、主蒸汽壓力）明顯變化的主蒸汽溫度對象來講，當(dāng)負(fù)荷工況在大范圍內(nèi)變化時，按照固定負(fù)荷設(shè)計的PID參數(shù)很難取得滿意的控制效果。因此需要一種新的電站鍋爐主蒸汽溫度全程控制方法，能夠在機(jī)組負(fù)荷大范圍變化的情況下，保證機(jī)組處于安全穩(wěn)定的高性能運行狀態(tài)。

經(jīng)現(xiàn)有學(xué)術(shù)及技術(shù)文獻(xiàn)的檢索，未發(fā)現(xiàn)專門針對主蒸汽溫度全程控制問題的研究。而對于主蒸汽溫度控制問題的研究，多集中在將各種先進(jìn)控制算法應(yīng)用于某個或某幾個獨立典型工況點的控制嘗試和仿真對比上。對于系統(tǒng)特性隨機(jī)組運行工況明顯變化的主蒸汽溫度對象，現(xiàn)有方法的實用價值不高，控制效果越來越不能滿足高度自動化時代的要求。

發(fā)明內(nèi)容