發電廠300MW鍋爐過熱汽溫控制系統淺談

摘 要：過熱蒸汽溫度過高或過低會顯著影響電廠的經濟性和安全性，所以過熱蒸汽溫度無疑是鍋爐運行質量好壞的重要指標之一。文章首先介紹了過熱汽溫控制系統原理，隨后對某電廠的300MW機組的過熱蒸汽溫度控制方案做了粗淺的探討。

關鍵詞：300WM；過熱蒸汽；溫度控制

1 過熱汽溫控制系統原理

鍋爐的過熱蒸汽系統分為A、B兩路，它們具有完全相同的控制系統。過熱蒸汽的控制是通過控制兩個相串聯的過熱器的噴水而實現的，這就是中間汽溫控制（一級減溫控制）和末級減溫控制（二級減溫控制）。主蒸汽溫度由二級減溫控制來保證，第一級減溫控制的任務是克服進入低溫過熱器和屏式過熱器的擾動，維持進入第二級減溫器的蒸汽溫度的穩定；第二級減溫控制的任務是直接保證主蒸汽溫度等于給定值，是主蒸汽溫度控制系統中最主要的回路。過熱蒸汽溫度控制的這兩個回路在系統結構上都屬于帶有前饋信號的串級調節系統。

一級和二級減溫控制系統的結構原理完全相同。一級減溫控制系統將中間過熱器出口汽溫與設定值比較，經主調節器的PI運算，結果形成的控制信號又與中間過熱器的入口汽溫進行比較，然后再經付調節器運算輸出控制信號去調節噴水閥。該系統的設計通常包括有對中間過熱器入口（一級減溫器出口）汽溫過高和過低的限制，這一溫度設定值的高限可以用鍋爐風量的函數來限制，而設定值的低限可以用鍋爐壓力的函數限制。二級減溫控制系統中，高溫過熱器出口汽溫與設定值相比較，形成的控制信號又與二級減溫器出口溫度相比較，最后去控制二級噴水閥。這個系統通常應考慮對末級高溫過熱器入口汽溫設定值的高限限制，入口汽溫高限設定值可按總風量的函數給出。

目前，大型單元機組多采用直接噴水減溫方法來控制過熱汽溫，所以減溫水擾動下的汽溫特性屬對象控制通道的動態特性，該特性是過熱汽溫控制系統設計、分析和整定的依據。由動態特性介紹可知，汽溫對象控制通道存在的遲延和慣性比較大，單純根據主汽溫度偏差采用單回路調節方案來控制汽溫是不能滿足生產要求的，而應引入能夠提前反映擾動的導前信號，構成多回路系統。現在采用最多的是串級汽溫控制系統和具有導前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統兩種典型方案。

2 發電廠300MW機組過熱汽溫控制系統

某火力發電廠2 300MW鍋爐是采用美國燃燒工程公司引進技術設計和制造的HG1045/17.5-YM17型鍋爐。鍋爐為亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環汽包爐，采用單爐膛倒U型布置、平衡通風、擺動式直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式，燃用山西煙煤。300MW機組過熱汽溫采用兩級噴水減溫控制，其中二級減溫器分左右兩側，對稱布置。減溫水來自給水泵出口母管。一級減溫器只設置了一個噴水調節閥，二級減溫器左右兩側各有一個噴水調節閥。

2.1 過熱器一級噴水減溫控制系統

一級減溫器安裝在初級過熱器出口聯箱和分割屏過熱器入口聯箱之間，根據爐膛內分割屏過熱器出口汽溫和一級噴口減溫器出口汽溫的大小，控制一級減溫器噴水調節閥的開度，以調節減溫水量的大小，達到使分割屏過熱器出口汽溫為設定值的目的。該系統通過一級減溫水流量的控制，使分割屏過熱器出口汽溫維持在給定值，以保護屏式過熱器管壁不要超溫，同時配合末級過熱汽溫控制系統的工作。

2.1.1 分割屏過熱器出口汽溫偏差信號的形成

分割屏過熱器出口汽溫的測量點設在分割屏過熱器出口，左右兩側各有一個測點，經兩選一后輸出作為實測值。再經低通濾波后送往PID控制器的測量信號端（P端）。分割屏過熱器出口汽溫的設定值與機組負荷有關。對應于不同負荷運行工況下的主蒸汽流量經函數模塊處理成相應的分割屏過熱器出口汽溫設定值，加法器的輸出就是分割屏過熱器出口汽溫設定值。該值送至PID控制器設定信號端（S端）。以上所得到的測量值和設定值相比較，即可得到分割屏過熱器出口汽溫偏差信號。

2.1.2 前饋信號

蒸汽負荷變化和煙氣側擾動均對汽溫有較大的影響。一般地，當機組負荷變化時，首先改變燃料量，然后改變送風量及引風量等，本系統引入了總燃料量的實際微分前饋，由加法模塊實現；主蒸汽流量的比例微分或實際微分前饋，由函數模塊實現。這樣可以提高該系統在負荷變化和燃料擾動時一級減溫水量調整的響應速度，同時也可在負荷變化時，協助末級過熱器出口汽溫的調節工作。

2.1.3 導前汽溫微分信號的形成

導前汽溫信號（即一級噴水減溫器出口溫度信號）有兩個測點，經兩選一處理后得到其實測值，然后通過實際微分運算后得到導前汽溫的微分信號。所以導前汽溫微分信號的強度與一級噴水減溫器出口汽溫的變化速度和變化幅度有關從而能夠有效地控制一級減溫器噴水量，穩定分割屏過熱器出口汽溫。

2.1.4 一級減溫水量調節閥控制回路

分割屏過熱器出口汽溫偏差經PID調節器運算后的輸出，與導前微分信號、總燃料的實際微分前饋和主蒸汽流量的前饋綜合后，作為減溫噴水量調節閥開度指令信號。

2.2 末級過熱器出口汽溫控制系統

2.2.1 末級過熱器出口汽溫控制系統

末級過熱器出口汽溫控制系統是為了保證鍋爐出口（即末級過熱器出口）蒸汽溫度為設定值而設置的。通過調節二級減溫器的噴水流量，達到控制末級過熱器出口汽溫的目的。二級減溫器安裝在分割屏過熱器出口聯箱和末級過熱器入口聯箱之間，分左右兩側布置有兩個噴水減溫器，故也設置了兩套完全相同的控制系統。

2.2.2 末級過熱器出口汽溫偏差的形成

末級過熱器出口蒸汽管道分左右布置，末級過熱汽溫測量點設在左右兩側，每側各有2個測點，左側的2個測點經兩選一后輸出作為實測值。再經低通濾波后送往PID控制器的測量信號端（P端）。末級過熱器出口汽溫的設定值與機組負荷有關。對應于不同負荷運行工況下的主蒸汽流量經函數模塊處理成相應的末級過熱器出口汽溫設定值，根據實際運行的特點，有時需要對該設定值的大小進行調整，故該系統中設置了模擬量設定器，由運行人員通過OM窗口微調末級過熱器出口汽溫設定值的大小。加法器的輸出就是分割屏過熱器出口汽溫設定值。該值送至PID控制器設定值信號端（S端）。以上所得到的測量值和設定值相比較，即可得到末級過熱器出口汽溫偏差信號。

2.2.3 前饋信號

與一級噴水減溫控制一樣，在末級過熱器出口汽溫控制系統中也引入了總燃料量的實際微分前饋，由加法模塊實現；同時，也引入了主蒸汽流量的微分前饋，有函數模塊實現。這樣可以提高該系統在負荷變化和燃料擾動時二級減溫水量調整的響應速度，達到在負荷側和燃料側擾動下，末級過熱器出口汽溫盡量不受或少受影響。

2.2.4 二級減溫水量調節閥控制回路

末級過熱器出口汽溫控制系統屬于串級加前饋的控制方式。末級過熱器出口汽溫偏差經PID調節器運算后的輸出，與主蒸汽流量的前饋信號疊加后作為副回路調節器的設定值，副回路的輔助被調量為二級減溫器后的溫度（即末級過熱汽溫控制系統的導前溫度）。所以，副回路控制器的入口偏差就是該設定值與該導前溫度之間的差值。副控制器對該偏差進行PID運算后，再加上總燃料量的前饋信號，所得到的就是左側二級減溫器噴水調門開度的指令信號。

參考文獻

[1]夏明.超臨界機組汽溫控制系統設計[J].中國電力，2006（3）.

[2]程光坤，趙文杰，丁艷軍，吳占松.基于串級PID的過熱汽溫多模型切換控制[J].電站系統工程，2008（6）.

作者簡介：周爽（1979，3-），男，漢族，就職于山西興能發電有限責任公司點檢部，助理工程師。