主汽壓力影響因素分析及解決方案

劉永紅（中國(guó)大唐科學(xué)技術(shù)研究院西北分公司，陜西　西安　710065）陳鎖宏（大唐陜西發(fā)電有限公司，陜西 西安 710065）韓海峰（大唐韓城第二發(fā)電有限公司，陜西 韓城 715400）劉毅（大唐陜西漢江開發(fā)公司蜀河發(fā)電廠，陜西 安康 725721）

主汽壓力影響因素分析及解決方案

劉永紅（中國(guó)大唐科學(xué)技術(shù)研究院西北分公司，陜西西安710065）
陳鎖宏（大唐陜西發(fā)電有限公司，陜西 西安 710065）
韓海峰（大唐韓城第二發(fā)電有限公司，陜西 韓城 715400）
劉毅（大唐陜西漢江開發(fā)公司蜀河發(fā)電廠，陜西 安康 725721）

影響主汽壓力穩(wěn)定的因素很多，但是其中影響最大的是減溫水?dāng)_動(dòng)，如果能把減溫水?dāng)_動(dòng)對(duì)主汽壓力的影響消除，就能基本解決主汽壓力波動(dòng)問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)煤量前饋控制方案，通過(guò)減溫水流量變化來(lái)超前控制這一煤量前饋，提前消除影響主汽壓力波動(dòng)的主要因素。

；減溫水；擾動(dòng)；主汽壓力；煤量；前饋

1　前言

火力發(fā)電廠鍋爐在運(yùn)行中，影響主汽壓力的因素很多，比如：一次風(fēng)量、二次風(fēng)量、爐膛壓力、氧量、給水流量、給水溫度、減溫水流量等。通過(guò)深入分析，發(fā)現(xiàn)減溫水流量對(duì)主汽壓力的影響更大，其它因素雖有影響，但不明顯。因此，抓住了影響主汽壓力的主要因素，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)主汽壓力的精確控制。

減溫水的作用是控制主汽溫度，如果汽溫過(guò)高，將引起過(guò)熱器、再熱器、蒸汽管道以及汽輪機(jī)汽缸、閥門、轉(zhuǎn)子部分金屬?gòu)?qiáng)度降低，導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)甚至造成設(shè)備損壞，因而汽溫過(guò)高對(duì)設(shè)備的安全是一個(gè)很大的威脅。而蒸汽溫度低將引起機(jī)組的循環(huán)效率下降，會(huì)使煤耗、汽耗、熱耗上升，嚴(yán)重時(shí)可能引起蒸汽帶水，給汽輪機(jī)的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重危害。

為了防止鍋爐正常運(yùn)行中的汽溫過(guò)高或過(guò)低，必須及時(shí)投入減溫水對(duì)主汽溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，但減溫水投入后會(huì)導(dǎo)致主汽壓力的大幅波動(dòng)，究其原因是分子是有間隔的，受熱后分子間隔變大。水受熱轉(zhuǎn)化成水蒸汽，水分子間的間隙變大，體積要增大上千倍，1克水（1cm3）沸騰變?yōu)橥瑴囟鹊乃羝w積變?yōu)?676 cm3。

為確保機(jī)組參數(shù)在正常范圍，火力發(fā)電廠鍋爐在正常運(yùn)行中，均需投入一定量的減溫水。減溫水投入后，其狀態(tài)經(jīng)歷從未飽和水、飽和水、飽和蒸汽、過(guò)熱蒸汽的一系列變化過(guò)程，減溫水量變化對(duì)主汽壓力的影響，有一定的時(shí)延性。

鍋爐燃料量增加，主汽壓力、主汽溫度會(huì)升高，為確保主汽溫度在正常范圍，會(huì)增加減溫水量。減溫水吸熱變?yōu)樗羝?，其體積會(huì)增加上千倍，進(jìn)一步導(dǎo)致主汽壓力升高。同樣，燃料量減小，主汽壓力、主汽溫度降低，減溫水量減少，又會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致主汽壓力降低。

機(jī)組運(yùn)行中，主汽壓力是否穩(wěn)定，是判斷自動(dòng)調(diào)整品質(zhì)的一個(gè)重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。以往的機(jī)組協(xié)調(diào)控制，只是根據(jù)機(jī)組負(fù)荷、主汽壓力的變化，進(jìn)行相應(yīng)的控制，未考慮減溫水量對(duì)主汽壓力的影響。減溫水量變化較小時(shí)，其對(duì)主汽壓力的影響有限，可通過(guò)正常的壓力調(diào)整邏輯解決。當(dāng)減溫水量變化較大時(shí)，其對(duì)主汽壓力的影響較大，會(huì)導(dǎo)致主汽壓力波動(dòng)較大。

在機(jī)組自動(dòng)控制過(guò)程中，為保證主汽壓力穩(wěn)定，要充分考慮減溫水量變化對(duì)主汽壓力的影響。在減溫水量增加時(shí)，主汽壓力的變化趨勢(shì)如果是升高，則減少給煤量，主汽壓力的變化趨勢(shì)如果是降低，則無(wú)需調(diào)整給煤量；在減溫水量減少時(shí)，主汽壓力的變化趨勢(shì)如果是降低，則增加給煤量，主汽壓力的變化趨勢(shì)如果是增加，則無(wú)需調(diào)整給煤量。

因此在控制回路中，要充分兼顧減溫水量和主汽壓力的變化趨勢(shì)，有針對(duì)性地采取措施，才能精確控制主汽壓力的波動(dòng)。

2　減溫水前饋邏輯實(shí)現(xiàn)

如果能夠通過(guò)減溫水量的變化，設(shè)計(jì)一控制邏輯，當(dāng)減溫水量大幅增加、壓力變化趨勢(shì)是增大時(shí)，前饋邏輯減小煤量；當(dāng)減溫水量大幅減小、壓力變化趨勢(shì)是減小時(shí)，前饋邏輯增加煤量，提前對(duì)爐主控進(jìn)行修正，就能夠大幅減小減溫水對(duì)主汽壓力的影響。

邏輯設(shè)計(jì)思路：

·將主汽壓力測(cè)量值與滯后值相減得到實(shí)時(shí)變化的主汽壓力變化值，當(dāng)主汽壓力變化值為正值時(shí)，主汽壓力的變化趨勢(shì)是升高，當(dāng)主汽壓力變化值為負(fù)值時(shí)，主汽壓力的變化趨勢(shì)是降低；

·主汽壓力變化值為正值時(shí)，發(fā)出正脈沖，主汽壓力變化值為負(fù)值時(shí)，發(fā)出負(fù)脈沖；

·當(dāng)減溫水量變化值為正值、與發(fā)出正脈沖同時(shí)滿足時(shí)，輸出減溫水量變化值為減溫水前饋；

·當(dāng)減溫水量變化值為負(fù)值、與發(fā)出負(fù)脈沖同時(shí)滿足時(shí)，輸出減溫水量變化值為減溫水前饋；

·通過(guò)減溫水前饋來(lái)調(diào)整給煤量，煤量前饋乘以煤量系數(shù)K得到調(diào)整所需的給煤量。

如圖1所示，邏輯由加法模塊1、LEADLAG函數(shù)模塊2、加法模塊3、加法模塊4、函數(shù)模塊5、函數(shù)模塊6、切換塊7、切換塊8組成。

圖1　減溫水變化量與壓力趨勢(shì)組成煤量前饋圖

下面結(jié)合圖2與具體實(shí)施方式對(duì)本技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖2　減溫水煤量前饋形成圖

如圖1所示，判斷減溫水量的增加或減少是通過(guò)TRANSPORT模塊與加法模塊1實(shí)現(xiàn)，TRANSPORT模塊是對(duì)模擬量輸入點(diǎn)進(jìn)行延時(shí)輸出的算法模塊。

減溫水量采集后分別輸入TRANSPORT模塊的輸入端與加法模塊1的一個(gè)輸入端，TRANSPORT模塊的輸出端連接加法模塊1的另一個(gè)輸入端。

在本方案中，TRANSPORT模塊設(shè)置延時(shí)時(shí)間為3分鐘，減溫水量數(shù)據(jù)經(jīng)采集后進(jìn)入TRANSPORT模塊，延時(shí)3分鐘后輸出。加法模塊1將每時(shí)刻的減溫水量與該時(shí)刻3分鐘前的減溫水量相減，得到實(shí)時(shí)變化的減溫水量變化值，并形成圖2中的“減溫水變化值曲線”。

當(dāng)減溫水量變化值為正值時(shí)，說(shuō)明減溫水量增加，當(dāng)減溫水量變化值為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明減溫水量減少。圖2中“減溫水變化值曲線”的3～5區(qū)間為正值，即3～5區(qū)間減溫水量增加；1～3、5～7區(qū)間為負(fù)值，即1～3、5～7區(qū)間減溫水量減少。

如圖1所示，判斷主汽壓力的變化趨勢(shì)是通過(guò)LEADLAG函數(shù)模塊2、加法模塊3實(shí)現(xiàn)，LEADLAG函數(shù)模塊2是非線性的超前/滯后函數(shù)模塊，具有兩個(gè)參數(shù)LEAD和LAG，當(dāng)LEAD=0時(shí)，LAG＞0時(shí)，在本方案中，該模塊為滯后模塊。

主汽壓力測(cè)量值分別輸入LEADLAG函數(shù)模塊2的輸入端和加法模塊3的一個(gè)輸入端，LEADLAG函數(shù)模塊2的輸出端連接加法模塊3的另一個(gè)輸入端。

每一時(shí)刻的主汽壓力測(cè)量值輸入LEADLAG函數(shù)模塊2滯后后，與該時(shí)刻的主汽壓力測(cè)量值相減得到主汽壓力變化值，并形成圖2中“主汽壓力變化曲線”。采用主汽壓力的測(cè)量值與滯后值相減，使主汽壓力變化值更準(zhǔn)確地表現(xiàn)在減溫水量影響下主汽壓力的升高或降低趨勢(shì)。

當(dāng)主汽壓力變化值為正值時(shí)，說(shuō)明主汽壓力的變化趨勢(shì)是升高，當(dāng)主汽壓力變化值為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明主汽壓力的變化趨勢(shì)是降低。圖2中“主汽壓力變化曲線”的1～2、4～6區(qū)間為正值，即1～2、4～6區(qū)間主汽壓力的變化趨勢(shì)是升高；2～4、6～7區(qū)間為負(fù)值，即2～4、6～7區(qū)間主汽壓力的變化趨勢(shì)是降低。

加法模塊3的輸出端分別連接選高模塊（HIGHMON）和選低模塊（LOWMON），在主汽壓力變化值為正值時(shí)，通過(guò)選高模塊輸出正脈沖，在主汽壓力變化值為負(fù)值時(shí)，通過(guò)選低模塊輸出負(fù)脈沖，如圖2中“正脈沖”、“負(fù)脈沖”所示。

如圖1所示，加法模塊1的輸出端分別連接函數(shù)模塊5和函數(shù)模塊6的輸入端，函數(shù)模塊5的輸出端連接切換塊7的輸入端，函數(shù)模塊6的輸出端連接切換塊8的輸入端。

函數(shù)模塊5的作用是：當(dāng)減溫水量變化值為正值時(shí)，輸出始終為0，當(dāng)為負(fù)值時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)的減溫水量變化值。

函數(shù)模塊6的作用是：當(dāng)減溫水量變化值為正值時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)的減溫水量變化值；當(dāng)為負(fù)值時(shí)，輸出始終為0。

當(dāng)輸出正脈沖時(shí)，切換塊8條件滿足，函數(shù)模塊6起作用，輸出減溫水量變化值為減溫水前饋，形成圖2“減溫水前饋曲線”中的44～55區(qū)間。

當(dāng)輸出負(fù)脈沖時(shí)，切換塊7條件滿足，函數(shù)模塊5起作用，輸出減溫水量變化值為減溫水前饋，形成圖2“減溫水前饋曲線”中的11～33、66～88區(qū)間。

減溫水前饋輸入至加法模塊4，加法模塊4將減溫水前饋乘以負(fù)系數(shù)得到煤量前饋，形成圖2中“煤量前饋曲線”。當(dāng)減溫水量增大、主汽壓力升高，說(shuō)明投入大量減溫水導(dǎo)致主汽壓力逐漸升高，產(chǎn)生了逐漸增大的減溫水前饋，此時(shí)應(yīng)該減少給煤量，故將減溫水前饋乘以負(fù)系數(shù)，得到減少給煤量的煤量前饋。當(dāng)減溫水量減少、主汽壓力降低，說(shuō)明減少了大量減溫水導(dǎo)致主汽壓力逐漸降低，產(chǎn)生了逐漸減少的減溫水前饋，此時(shí)應(yīng)該增加給煤量，故將減溫水前饋乘以負(fù)系數(shù)，得到增加給煤量的煤量前饋。

加法模塊4將煤量前饋乘以煤量系數(shù)K得到調(diào)整所需的給煤量，在本方案中，減溫水量變化值范圍基本在-100～100之間，煤量系數(shù)K選定為0.1，這樣給煤量的調(diào)節(jié)范圍就在-10噸～10噸之間。煤量系數(shù)K為經(jīng)驗(yàn)值或計(jì)算值，可根據(jù)需要自行調(diào)整。

本技術(shù)方案所述的一種鍋爐主汽壓力的控制方法，兼顧了減溫水量和主汽壓力變化趨勢(shì)，只有在減溫水量和主汽壓力均升高或降低時(shí)，才通過(guò)減溫水量變化提前控制煤量前饋，通過(guò)煤量前饋調(diào)整給煤量對(duì)主汽壓力進(jìn)行修正，大幅消除減溫水量擾動(dòng)帶來(lái)的主汽壓力波動(dòng)。

3　該邏輯控制策略在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用

大唐韓城第二發(fā)電有限公司4臺(tái)600MW機(jī)組，應(yīng)用本控制方案至協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，有效解決了主汽壓力不穩(wěn)定，導(dǎo)致負(fù)荷大幅波動(dòng)、燃燒惡化的問(wèn)題，類比于其他優(yōu)化系統(tǒng)，成本低，調(diào)整時(shí)間大大縮短，自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)達(dá)到了規(guī)程的優(yōu)良指標(biāo)。

圖3與圖4分別是采用減溫水煤量前饋邏輯前、后的主汽壓力變化曲線。

圖3　未采用減溫水前饋的主汽壓力曲線

由圖3可以看出，紅色曲線為主汽壓力波動(dòng)曲線，粉紅色曲線為減溫水變化量曲線，從兩個(gè)曲線1～7的比較可以看出，當(dāng)減溫水流量大幅度變化時(shí)，隨后壓力也大幅度變化，而且通過(guò)曲線可以發(fā)現(xiàn)減溫水總量的變化具有提前量，為控制主汽壓力提供了有利條件。

圖4　采用減溫水前饋的主汽壓力曲線

由圖4可以看出，當(dāng)減溫水流量大幅波動(dòng)時(shí)，提前給予給煤量一個(gè)合適前饋，能夠及時(shí)消除由于減溫水?dāng)_動(dòng)帶來(lái)的主汽壓力波動(dòng)。由于及時(shí)采取減溫水煤量前饋邏輯，可以看出在升負(fù)荷階段有非常大的減溫水?dāng)_動(dòng)。由于給煤量前饋的作用，實(shí)際壓力波動(dòng)很小。在穩(wěn)定負(fù)荷階段，通過(guò)曲線1、2、3可以看出，增加了給煤量前饋，使壓力波動(dòng)也很小。因此通過(guò)檢測(cè)減溫水量的大幅變化，及時(shí)對(duì)給煤量進(jìn)行正確的超前干預(yù)，就可以大幅減小減溫水對(duì)主汽壓力的擾動(dòng)，保證了主汽壓力的穩(wěn)定。

4　結(jié)束語(yǔ)

導(dǎo)致主汽壓力波動(dòng)的因素很多，經(jīng)過(guò)對(duì)各個(gè)影響因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)減溫水對(duì)主汽壓力的影響最大、最直接、最頻繁，更重要的是減溫水對(duì)主汽壓力的影響有時(shí)間上的提前量，給解決該問(wèn)題提供了一個(gè)很好的條件，如果能夠把這個(gè)影響主汽壓力波動(dòng)的主要因素抓住，就能徹底解決好主汽壓力的波動(dòng)問(wèn)題。

目前部分火電廠的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入幾十萬(wàn)元的資金，采用斯密斯預(yù)估、狀態(tài)觀測(cè)器等先進(jìn)算法，但由于理論深、參數(shù)多，有的還是黑匣子，一般普通工程技術(shù)人員很難掌握修改參數(shù)的方法。該控制策略沒(méi)有使用先進(jìn)的控制算法，不需要投入資金，僅采用DCS系統(tǒng)常用的模塊搭接而成，通過(guò)找準(zhǔn)問(wèn)題的核心和本質(zhì)，提供了一個(gè)解決方案，成功解決了火力發(fā)電廠主汽壓力波動(dòng)這一困擾，提高了機(jī)組調(diào)節(jié)品質(zhì)，在火力發(fā)電廠具有很好的推廣價(jià)值。

；

［1］李遵基.熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2001.

［2］羅萬(wàn)金.電廠熱工過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)［M］.北京：水利電力出版社，1991.

Analysis and Solution to Main Steam Pressure Factors

Many factors influence the stability of main steam pressure.Among them，the greatest impact is the desuperheating disturbances.If we can eliminate the influence of the temperature disturbance on the main steam pressure，we can solve the problem of main steam pressure fluctuation.In this paper，we designed a feed forward control scheme.By reducing the flow rate of the water，the main factors affecting the fluctuation of main steam pressure can be eliminated in advance.

Desuperheating；Disturbance；Main steam pressure；Coal；Feed forward

B

1003-0492（2016）07-094-04

TP29

劉永紅（1971-），男，陜西韓城人，高級(jí)工程師，本科，畢業(yè)于葛洲壩水電工程學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)就職于大唐科學(xué)技術(shù)研究院西北分公司，長(zhǎng)期從事火電廠熱工設(shè)備管理和技術(shù)管理方面的工作。

陳鎖宏（1973-），男，陜西西安人，工程師，本科，現(xiàn)就職于大唐陜西發(fā)電有限公司，主要從事設(shè)備管理和熱控技術(shù)管理方面的工作。

韓海峰（1972-），男，陜西澄城人，工程師，現(xiàn)就職于大唐韓城第二發(fā)電有限公司，長(zhǎng)期從事鍋爐運(yùn)行管理工作。

劉毅（1989-），男，陜西韓城人，助理工程師，電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)，現(xiàn)就職于大唐陜西漢江投資開發(fā)公司蜀河發(fā)電廠。