火電廠過熱減溫水自動控制調節品質對發電煤耗的研究

吳顯亭

（中國華電哈爾濱熱電有限責任公司熱工分場，哈爾濱 150046）

1 影響火電廠發電煤耗的多種因素

以下是300MW機組主要參數波動對熱耗變化和發電煤耗率變化的影響。（黑龍江省電科院自動化研究所提供）如下表所示：

?

從上表可以看出，自動控制系統直接控制的參數有主蒸汽壓力，主蒸汽溫度，過熱器噴水增加量，再熱器溫度、給水溫度等，控制這些主要參數都是通過自動控制系統來完成。如何測算其在節能降耗中的具體作用，以過熱器出口溫度為例，介紹了300MW機組主蒸汽溫度自動控制系統在節能降耗中的作用。

目前火電廠過熱器減溫水控制主要采用二級減溫控制，控制系統的邏輯圖如圖1所示：

圖1

如圖所示：其中一級減溫、左右二級減溫主要通過減溫控制器控制減溫調節門對過熱器噴水，實現對過熱器出口溫度的控制。最終左右側二級減溫器出口溫度在鍋爐主蒸汽母管上匯合送至汽輪機主蒸汽母管，將主蒸汽母管溫度控制在汽輪機的額定溫度范圍內。

要想量化測算自動控制系統在機組節能中的貢獻，就必須讓系統中各個相關參數直接、可見、可調。以300MW亞臨界機組為例，機組額定壓力為16.7Mpa，額定主汽溫度為537℃，當燃煤進入爐膛后進行化學反應進行燃燒加熱蒸汽，目的是將主蒸汽溫度和壓力達到額定，當額定溫度超過537℃時，此時要對主蒸汽管道進行噴水減溫，一般噴入的減溫水溫度為250℃左右。

可以根據一級、左右二級減溫水流量的統計及其機組負荷的統計，科學分析出減溫水用量和機組負荷及其煤量的關系。經過統計，調試前每天300MW機組二級減溫水用量大約300t左右，經過統計后進行PID參數調整之后可以通過調整后的曲線對問題進行說明。如圖2所示：

圖2

2 自動控制系統方案設計及工程實施

2.1 方案設計

根據實際對象特性研究，以在計算機上仿真研究確定的控制方案為基礎，設計了減溫水過熱汽溫監督式自適應控制系統。系統主要包括以下創新性內容：

2.1.1 自動計算一級減溫器出口汽溫設定值

這是系統的主要新穎之處之一。一級減溫水控制系統納入了8個參數：一級減溫器出口蒸汽溫度及其變化率、分割屏出口蒸汽溫度及其變化率、末級過熱器出口蒸汽溫度及其變化率、鍋爐熱負荷以及鍋爐主控指令的變化率。另外，考慮蒸汽的過熱度和飽和度。DCS控制系統根據上述諸項自動計算一級減溫器出口汽溫的設定值，同時運行人員也可以在操作器上對一級減溫器出口汽溫進行設定。

2.1.2 PID參數自動調整

系統中所有PID參數均根據機組負荷、磨煤機的啟/停狀態進行自動調整。

2.1.3 二級減溫水控制優化

二級減溫水控制在原來的基礎上，增加了末級過熱器出口汽溫的變化率調節和鍋爐主控指令的變化率調節，當變化率較大時，二級減溫水會快速變化，且變化率越大，二級減溫水變化越快。上述兩個變化率的作用根據負荷自動調整。

2.1.4 兩級減溫水聯動優化控制

研究兩級減溫水對汽溫的影響及相互間的影響，通過協調兩級減溫水噴水量，使用兩級減溫水聯動的方法，優化兩級減溫水控制。

2.2 工程組態實現

由于DCS控制系統組態算法庫中的模塊種類有限，模塊算法簡單，而設計出的控制系統是很復雜的控制規律。因此，需要將新算法簡化，以能夠用簡單的模塊來實現目的，同時又要滿足：盡量使這種簡化對系統性能的影響降到最小，組態算法適于現場參數調試，這也是項目的關鍵點之一。根據算法和DCS控制系統實際功能，最終設計出系統SAMA圖，并完成組態。

2.3 現場調試

分別在機組穩態運行、變負荷、啟/停磨煤機、吹灰時對系統進行反復調試，并進行試驗驗證，以實現設計效果。

3 應用總結

系統投入運行了4個月時間，自動投入效果良好，在機組穩態運行、變負荷、啟/停磨煤機、吹灰時都能較好地投入自動運行，如圖3、圖4所示。過熱減溫水自動控制調節品質的提高，從根本上降低了發電煤耗，為電力系統的自動化開創一個新的領域。

由于系統對于劣質煤的不適應，導致對流、輻射、傳熱比發生變化，出現減溫水明顯變大的情況，適應性不如預期效果好。究其原因，是由于受DCS控制系統功能所限，有一個算法組態和設計存在出入所致，需要在今后的工作中逐步改善。

圖3 吹灰過程中系統自動運行情況

圖4 變負荷過程(沒有磨煤機啟/停)中系統自動運行情況

［1］羅文廣.單神經元無辨識自適應預估控制算法及在過熱汽溫控制中的仿真研究［J］.中國電機工程學報，2005，（2）：18-19.

［2］張夕林.過熱汽溫控制中的自適應控制器設計及其組態實現［J］.熱力發電，2003，（8）：34-35.