一種基于焓值的新型生物質能熱電聯產項目減溫水調閥控制策略分析與實現

袁洪波 陳鵬 劉浩 黨爭明 王曉龍

【摘要】本文以中電京安生物質能熱電聯產項目為例，針對該項目減溫水調閥控制自動無法正常投運情況，結合農林生物質振動爐排鍋爐燃燒特點，采取了一種新型控制策略，較好的解決了生物質能熱電聯產項目一、二、三級減溫水自動控制的問題。

關鍵詞：生物質能熱電聯產? 過熱器汽溫自動控制? 新型控制策略

0. 引言

在熱電聯產機組中，過熱器是鍋爐供給汽輪機蒸汽的一個重要加熱環節，過熱器出口溫度是機組運行需監控的幾個最重要參數之一，主蒸汽溫度過高或過低都會影響機組的安全經濟運行，精確控制過熱器出口溫度，對單元機組的正常運行是必不可少的，適宜的控制策略和相應的參數整定是實現過熱汽溫控制的必要保障。

1. 中電京安生物質能熱電聯產項目減溫水自動控制存在的問題

中電京安生物質能熱電聯產項目過熱器和減溫水系統結構如圖1所示。

該項目過熱器分四級，飽和蒸汽由鍋筒上的8根飽和蒸汽連接管引入飽和蒸汽集箱，沿連接管進入一級過熱器，從一級過熱器出來后經過一級減溫器減溫后進入二級過熱器，然后再經過二級減溫器、三級過熱器、三級減溫器、四級過熱器后進入主蒸汽管。一、二級過熱器位于第三煙氣回程，蒸汽與煙氣逆向流動，管排為順列布置，管排在煙道中垂直于前墻。三、四級過熱器分別位于爐膛出口和第二煙氣通道，蒸汽與煙氣的流向為混流，管排沿煙氣方向順列布置，管排在煙道中垂直于前墻。過熱器系統采用三級噴水減溫。過熱器設計主蒸汽溫度為540℃。過熱器在鍋爐內布置如圖2所示。

鍋爐減溫水自動控制系統采用三級減溫串級調節的方式。一級減溫水作為超前調節，二級減溫水作為粗調，三級減溫水細調主蒸汽溫度。

在機組正常運行的時候，由于鍋爐蓄熱量較大，一級減溫水調閥的開度一直在高開度無規律的變動，長時間處于70%的開度以上，有時全開時也不能將溫度降下來;二級減溫水調閥的開度長時間處于80%的開度以上，實際的運行中，我們發現當調門不斷開大的時候，三級過熱器出口溫度仍有上升的趨勢，有時全開的時候，溫度也不能降下來，自動調節已失去作用;四級過熱器布置位置的原因，三級減溫水調閥在自動投入情況下運行情況相對較好，但主蒸汽調節品質仍是差強人意。

鑒于以上原因，本項目改造前，運行人員通過手動控制各級減溫水調節閥來調節各級過熱器出口溫度，進而控制主蒸汽溫度。

2.各級過熱器減溫水調閥自動控制策略優化

基于以上分析，利用傳統的三級減溫串級調節的方式已不能有效控制減溫水調閥達到各級過熱器出口溫度調節的目的，必須另辟蹊徑，采取非常規的控制策略調節減溫水調閥。

經過長期觀察發現，在爐排振動時爐膛溫度升高，各級過熱器受熱加劇，過熱器出口溫度上升很快，在傳統PID控制方式下各級調閥跟蹤溫度變化較慢，過熱器出口溫度得不到有效控制，各級過熱器尤其是處于爐膛頂部的三級過熱器經常會出現超溫現象，而二級減溫水調閥長時間開度較大時三級過熱器出口溫度又急劇下降，主蒸汽溫度又出現溫度太低的現象，不利于機組經濟安全運行;

鑒于各級減溫水調閥長時間大開度工況下過熱器出口溫度仍不下降的情況，首先考慮減溫水量不足的問題，需要設置主給水到汽包電動調閥投自動控制，以滿足主給水管道壓力與減溫器蒸汽壓力壓差大于0.9MPa，保證減溫水順利進入減溫器。

結合過熱器在爐膛內的布置情況，四級過熱器進出口溫差在各種工況下變化相對較小，對三級減溫水調閥開度變化響應較快，故三級減溫水調閥仍然采取串級PID控制，通過對PID參數整定、引入前饋等方法應能達到四級過熱器溫度控制的目的。

三級過熱器由于安裝于爐膛內部，受爐膛溫度變化影響最為劇烈。通過分析可認定三級過熱器出口溫度變化量可近似表示為溫度、壓力和流量的函數：

通過擬合對三級過熱器影響較大的幾個參數，以利二級減溫水調閥對各工況及時響應，達到三級過熱器出口溫度控制的目的。

二級過熱器處于鍋爐尾部煙道，爐膛溫度變化對二級過熱器出口溫度影響不大，在減溫水壓力足夠的情況下二級過熱器溫度變化對一減調閥響應及時，因此一減調閥可采取單PID控制，保障二級過熱器出口溫度不超標。

由于生物質能鍋爐燃燒的不穩定性，導致爐膛溫度變化劇烈，爐排振動后爐膛溫度升高，各級過熱器受熱加劇，各級過熱器出口溫度升高;后爐膛溫度逐漸降低，各過熱器受熱減少，各級過熱器出口溫度降低。因此考慮將后一級過熱器出口溫度作為前一級減溫水調閥的前饋，把過熱器作為整體考慮控制過熱器出口溫度。

3.過熱器減溫水調閥自動控制的實現

基于上述分析，三級過熱器減溫水調閥采用傳統的串級PID調節，依據PID參數設置原則及經驗對PID參數進行重新整定，整定效果較為理想。

二減調閥通過對蒸汽壓力、溫度和流量的擬合反應鍋爐燃燒情況，以期對過熱器溫度變化做預判對二減調閥進行調節。

一減調閥采用單級PID調節，并采取三級過熱器出口溫度作為一減調閥的前饋，從整體上調節過熱蒸汽溫度。

4.過熱器減溫水調閥自動控制效果及效益

通過以上方式對減溫水調閥進行自動控制后，過熱器出口溫度得到很好控制，減溫水系統可長期投自動運行，極大減輕了運行人員勞動強度，減少了過熱器溫度超溫對設備安全運行的影響。

該控制策略對農林生物質能振動爐排鍋爐減溫水系統控制具有極大的指導意義，具有較強的推廣價值。

參考文獻：

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