基于內(nèi)模控制的二次再熱機(jī)組再熱汽溫調(diào)節(jié)策略

葉羅 陳靜 王興邦

摘 ?要：與常規(guī)一次再熱機(jī)組相比，選用二次再熱后過(guò)熱蒸汽和再熱蒸汽的吸熱比為72：28，過(guò)熱蒸汽和再熱蒸汽吸熱比例發(fā)生了較大的變化。由于增加了一級(jí)再熱器，被控對(duì)象的強(qiáng)耦合、非線(xiàn)性、大遲滯、時(shí)變、不確定特性更為突出，控制難度更大。本文通過(guò)介紹帶有內(nèi)模控制的再熱器汽溫控制策略在二次再熱機(jī)組中的應(yīng)用，為同類(lèi)型機(jī)組提供借鑒。

關(guān)鍵詞：內(nèi)模控制;再熱汽溫;二次再熱

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621.6 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）12-0036-02

Abstract：Compared with the conventional primary reheating unit，the ratio of superheated steam to reheated steam is 72：28，and the ratio of superheated steam to reheated steam has changed greatly. Due to the addition of a primary reheater，the strong coupling，non-linearity，large hysteresis，time-varying and uncertain characteristics of the controlled object are more prominent，and the control is more difficult. This paper introduces the application of reheater steam temperature control strategy with internal model control in secondary reheater units，which can provide reference for similar units.

Keywords：internal model control;reheat steam temperature;secondary reheat

1 ?機(jī)組情況介紹

某廠二次再熱鍋爐型式為超臨界變壓運(yùn)行直流爐，塔式布置、四角切向燃燒。一、二次再熱器在爐膛采用并列布置，并且一次、二次再熱系統(tǒng)均為串聯(lián)布置兩級(jí)受熱面。高溫再熱器布置在爐膛中上部，位處高溫區(qū)。為了保障受熱面的安全和換熱效率，高溫再熱器分成上、下兩部分，上部分為高溫段，下部分為低溫段。在高溫再熱器熱端上面布置了低溫再熱器，煙氣溫度相對(duì)較低。

再熱蒸汽調(diào)溫方式與傳統(tǒng)一次再熱機(jī)組一致，采用的是減溫水、燃燒器擺動(dòng)、尾部煙道擋板調(diào)節(jié)三種方式。在穩(wěn)定工況下，過(guò)熱汽溫在50-100%BMCR（鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量）、一次再熱汽溫在50-100%BMCR、二次再熱汽溫在65-100%BMCR負(fù)荷范圍時(shí)，保持穩(wěn)定在額定值，應(yīng)維持過(guò)熱器出口汽溫為605℃，再熱器出口汽溫為613℃。

2 ?汽溫調(diào)節(jié)的運(yùn)行要求

再熱蒸汽汽溫調(diào)節(jié)在正常運(yùn)行時(shí)，一方面是通過(guò)燃燒器擺角上下調(diào)整，改變火焰中心高度來(lái)控制受熱面所處區(qū)域的煙氣溫度，即改變爐內(nèi)輻射傳熱量和煙道中對(duì)流傳熱量的分配比例，從而改變?cè)贌崞鞯奈鼰崃浚_(dá)到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的[1]。另一方面是通過(guò)尾部煙道擋板開(kāi)度控制鍋爐中間隔墻兩側(cè)煙氣量，改變一、二次再熱器間的吸熱分配比例來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)一、二次再熱器出口溫度平衡的目的[2]。由于再熱器減溫水的使用將導(dǎo)致機(jī)組循環(huán)效率的下降，在燃燒器擺角及尾部煙道擋板有調(diào)節(jié)裕度的情況下，應(yīng)盡量避免或減少再熱器減溫水的使用。其中需要注意一點(diǎn)，為避免燃燒器擺角出現(xiàn)卡澀情況，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)能正常運(yùn)行，燃燒器擺角應(yīng)定期活動(dòng)。

在異常情況下，再熱器汽溫出現(xiàn)波動(dòng)或超限時(shí)，可使用再熱器減溫水實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)，但在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)變化趨勢(shì)做好提前控制，避免大開(kāi)大合的操作方式，防止汽溫長(zhǎng)期波動(dòng)振蕩，或引起局部水塞和蒸汽帶水等情況發(fā)生。

根據(jù)如上的工藝系統(tǒng)原理，可以確立如下調(diào)溫原則：

（1）采用燃燒器擺動(dòng)調(diào)節(jié)一、二次再熱汽溫。通過(guò)燃燒器擺動(dòng)，對(duì)兩次再熱器產(chǎn)生同步的影響[3]。根據(jù)一、二次再熱蒸汽溫度變化趨勢(shì)擺動(dòng)擺角，即當(dāng)再熱蒸汽溫度趨勢(shì)變高時(shí)就燃燒器下擺，反之燃燒器上擺。

（2）采用尾部煙道擋板調(diào)節(jié)一、二次再熱之間的溫差。由于火焰偏斜及受熱面局部積灰等多種因素影響下，一、二次再熱汽溫雖大部分時(shí)間是同步變化的，但變化量仍存在較大差異。易出現(xiàn)一側(cè)中再熱汽溫達(dá)到額定，而另一側(cè)仍有差距偏差的情況。根據(jù)一、二次再熱蒸汽溫度差，即哪側(cè)低就開(kāi)大該側(cè)尾部煙道擋板，并將另一側(cè)擋板關(guān)小，直至一、二次再熱汽溫達(dá)到基本相同。

（3）當(dāng)有汽溫超限趨勢(shì)發(fā)生時(shí)或在燃燒器擺角及尾部煙道擋板沒(méi)有調(diào)節(jié)裕度的情況下，用減溫水微調(diào)、暫調(diào)。

3 ?再熱蒸汽溫度控制

根據(jù)調(diào)溫原則（一次再熱汽溫控制與二次相同，本文不再贅述二次再熱汽溫控制），該二次再熱機(jī)組再熱汽溫控制采用減溫水和燃燒器擺角協(xié)同控制。減溫水系統(tǒng)采用串級(jí)控制。燃燒器擺角控制器帶有內(nèi)模控制，同時(shí)將風(fēng)量和磨煤機(jī)運(yùn)行組合作為前饋信號(hào)引入控制器。

3.1 ?燃燒器內(nèi)模控制

在一次再熱機(jī)組實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)單純采用燃燒器擺角上下擺動(dòng)調(diào)節(jié)再熱汽溫存在一定的慣性和滯后，已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前汽溫調(diào)整的需要，故燃燒器擺角控制引入了內(nèi)模控制。

內(nèi)模控制具有在估計(jì)模型準(zhǔn)確且沒(méi)有外界擾動(dòng)情況下反饋信號(hào)為零的特點(diǎn)。這樣，在忽略模型不確定性和無(wú)未知輸入的條件下，內(nèi)模控制系統(tǒng)具有開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)[4]。通過(guò)內(nèi)模控制機(jī)理可以看出，對(duì)于開(kāi)環(huán)穩(wěn)定的過(guò)程來(lái)說(shuō)，只要確保過(guò)程和過(guò)程輸入的清楚準(zhǔn)確，克服過(guò)程的不確定性，則只需要關(guān)注開(kāi)環(huán)（前饋）控制，而不需要關(guān)注閉環(huán)（反饋）控制。

3.2 ?燃燒器擺角調(diào)節(jié)和減溫水調(diào)節(jié)協(xié)同控制

如上述調(diào)溫原則，正常運(yùn)行時(shí)燃燒器擺角調(diào)汽溫、尾部煙道擋板調(diào)偏差，再熱器減溫水盡量避免使用。當(dāng)再熱汽溫高于設(shè)定值有超限趨勢(shì)時(shí)，則微量、事故兩級(jí)減溫水參與控制汽溫。當(dāng)燃燒器擺角和再熱器減溫水均投入自動(dòng)控制時(shí)，減溫水控制器輸入汽溫設(shè)定值不能人為修改，其值為燃燒器擺角控制器輸入的目標(biāo)值加4℃，其設(shè)定的目標(biāo)是避免兩控制器發(fā)生干擾和影響。當(dāng)再熱汽溫低于設(shè)定目標(biāo)值時(shí)，則減溫水控制器閉鎖調(diào)節(jié)，汽溫調(diào)節(jié)主要由擺動(dòng)燃燒器擺角控制。當(dāng)再熱汽溫高于再熱器減溫水控制器輸入的設(shè)定值時(shí)，燃燒器擺角與減溫水協(xié)同參與調(diào)節(jié)，并且在開(kāi)啟減溫水調(diào)節(jié)閥時(shí)閉鎖燃燒器擺角上擺，直至汽溫回落、減溫水調(diào)門(mén)關(guān)閉后，才允許燃燒器上擺。

4 ?再熱汽溫控制設(shè)計(jì)應(yīng)用

4.1 ?擺動(dòng)燃燒器噴嘴控制

燃燒器擺角控制器采用了內(nèi)模控制，并引入兩個(gè)靜態(tài)前饋信號(hào)和一個(gè)動(dòng)態(tài)前饋信號(hào)，靜態(tài)前饋信號(hào)為鍋爐總風(fēng)量和磨煤機(jī)運(yùn)行方式，動(dòng)態(tài)前饋為鍋爐超調(diào)量。當(dāng)再熱器汽溫大于燃燒器輸入的設(shè)定值時(shí)，則輸出指令使燃燒器擺角向下擺動(dòng);反之，當(dāng)再熱器汽溫小于燃燒器攝入的設(shè)定值時(shí)，使燃燒器擺角向上擺動(dòng)，適當(dāng)設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū)。

4.2 ?尾部煙道擋板控制

尾部煙道擋板控制主要依據(jù)一次、二次再熱器汽溫偏差。當(dāng)一次再熱汽溫偏高高于二次再熱汽溫一定值時(shí)，開(kāi)二再側(cè)煙道擋板，關(guān)小一次側(cè)煙道擋板。當(dāng)某側(cè)煙道擋板關(guān)至最小開(kāi)度時(shí)，該側(cè)再熱汽溫、壁溫仍偏高時(shí)，則燃燒器擺角參與調(diào)節(jié)，并采取對(duì)其前面的受熱面進(jìn)行吹灰等手段來(lái)降低汽壁溫。為防止因尾部煙道擋板開(kāi)度過(guò)小，而引起煙氣系統(tǒng)阻力過(guò)大大，要求一、二次再熱器尾部煙道擋板開(kāi)度之和不得小于150。同時(shí)為防止尾部煙道調(diào)節(jié)擋板控制器與燃燒器擺角控制器發(fā)生糾偏和影響，尾部煙道擋板控制器控制目標(biāo)設(shè)置適當(dāng)死區(qū)。

4.3 ?再熱器減溫水控制

再熱器減溫水控制分為兩級(jí)，一級(jí)為事故減溫水控制，主要控制低溫再熱器汽溫和壁溫。二級(jí)為微量減溫水控制，主要控制高溫再熱器汽溫和壁溫。事故減溫水控制在正常運(yùn)行時(shí)不投用，僅作為一種應(yīng)急手段，只有當(dāng)對(duì)應(yīng)的再熱器微量減溫水調(diào)閥開(kāi)度大于20時(shí)，事故減溫水才參與調(diào)節(jié)，即微量減溫水作為事故減溫水的前饋信號(hào)。再熱器減溫水控制器控制目標(biāo)設(shè)定如表1所示。

同時(shí)為避免事故、微量減溫水控制器控制目標(biāo)，即再熱器出口溫度進(jìn)入飽和區(qū)，當(dāng)燃燒器擺角達(dá)到下限時(shí)，將分別對(duì)事故、微量噴水減溫器設(shè)定值的下調(diào)5℃、3℃。

5 ?結(jié) ?論

二次再熱機(jī)組再熱汽溫控制技術(shù)是當(dāng)前一項(xiàng)重要的鍋爐技術(shù)，本文通過(guò)對(duì)某廠二次再熱機(jī)組的再熱汽溫調(diào)節(jié)控制策略進(jìn)行梳理，介紹了帶有內(nèi)模控制再熱汽控制策略在實(shí)際中的應(yīng)用，其控制效果目前已在實(shí)踐中獲得認(rèn)可，后續(xù)同類(lèi)型機(jī)組可參考本文中的控制思路做進(jìn)一步完善和優(yōu)化。

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作者簡(jiǎn)介：葉羅（1988.07-），男，漢族，江西上饒人，機(jī)組長(zhǎng)，工程師，本科，研究方向：大型火力發(fā)電廠集控運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化。