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1、火力發(fā)電廠600MW亞臨界機(jī)組主蒸汽參數(shù)優(yōu)化與應(yīng)用耿彪,姚政強(qiáng) ,辛鍇(內(nèi)蒙古京隆發(fā)電有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 豐鎮(zhèn)市012100)摘要:本文針對(duì)內(nèi)蒙古京隆電廠主蒸汽參數(shù)控制系統(tǒng)中存在的不足,分析廠用主蒸汽參數(shù)控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性,從而優(yōu)化PID控制器的控制參數(shù),結(jié)果證明優(yōu)化后的PID控制器提高了本廠的主蒸汽參數(shù)控制性能,使鍋爐效率得以充分利用。關(guān)鍵詞:主蒸汽參數(shù)優(yōu)化;主汽壓力;主汽溫度;PID控制0 引言主蒸汽壓力是火電廠的一個(gè)重要的參數(shù),因?yàn)榛痣姀S是靠蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械,又稱蒸汽透平。蒸汽的壓力會(huì)影響后面的整個(gè)工序,如果蒸汽的壓力不夠的話將是汽
2、輪機(jī)無(wú)法正常工作。勢(shì)必會(huì)影響到蒸汽機(jī)的壽命和廠子的效益。壓力過(guò)高將可能導(dǎo)致鍋爐超壓運(yùn)行。因此,主蒸汽壓力控制系統(tǒng)的優(yōu)惡直接關(guān)系到火電廠能否安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。除主蒸汽壓力控制系統(tǒng)之外,主蒸汽溫度控制系統(tǒng)也是提高火電廠經(jīng)濟(jì)效益,保證機(jī)組安全運(yùn)行的不可缺少的環(huán)節(jié)。主蒸汽溫度是表征鍋爐特性的重要指標(biāo)之一,主蒸汽溫度的穩(wěn)定對(duì)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有極大的作用。1 主蒸汽參數(shù)控制系統(tǒng)介紹京隆發(fā)電廠機(jī)組為亞臨界600MW機(jī)組,鍋爐出口蒸汽壓力為15.719.6MPa。額定壓力為16.7MPa,額定溫度為547。本廠主蒸汽參數(shù)控制系統(tǒng)主要包括壓力控制和溫度控制兩部分。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)
3、整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí),控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定,這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。因此主蒸汽壓力及溫度控制系統(tǒng)都采用PID控制器控制。主蒸汽壓力串級(jí)PID控制系統(tǒng)包括主回路和副回路兩個(gè)回路。副回路包括副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、主蒸汽壓力被控對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)和測(cè)量導(dǎo)前壓力的壓力變送器。副調(diào)節(jié)器一般采用比例調(diào)節(jié)器,它的任務(wù)是根據(jù)導(dǎo)前壓力的變化調(diào)節(jié)減溫水的流量,其作用是在擾動(dòng)引起主蒸汽壓力變化之前先進(jìn)行調(diào)節(jié),可以抑制擾動(dòng)對(duì)主蒸汽壓力的部分影響。主回路包括主調(diào)節(jié)器、副回路、主蒸汽壓力
4、被控對(duì)象的惰性區(qū)和測(cè)量主蒸汽壓力的壓力變送器。主調(diào)節(jié)器采用PID調(diào)節(jié)器,它的任務(wù)是消除主蒸汽壓力與給定值之間的偏差。由于影響主蒸汽壓力的因素很多,如:負(fù)荷的變化、煙氣溫度和壓力的波動(dòng)、主蒸汽溫度的變化、給水流量和溫度的波動(dòng)、吹灰器投入、磨煤機(jī)的切換等,在主蒸汽壓力串級(jí)PID控制系統(tǒng)中,可以將負(fù)荷信號(hào)、燃料量信號(hào)、主蒸汽壓力信號(hào)、給水流量信號(hào)以前饋形式引入到串級(jí)系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器中,以實(shí)現(xiàn)“超前”調(diào)節(jié)。主蒸汽溫度控制系統(tǒng)也采用PID控制。主蒸汽溫度的控制任務(wù)是維持過(guò)熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi),并且使過(guò)熱器溫度不超過(guò)允許的工作溫度。過(guò)熱器溫度是全廠工質(zhì)溫度的最高點(diǎn),也是金屬壁溫的最高處,在過(guò)熱器正常
5、運(yùn)行時(shí)已經(jīng)接近材料允許的最高溫度,因此主蒸汽溫度的控制水平直接影響到鍋爐的熱效率和過(guò)熱器管道、汽輪機(jī)等設(shè)備的安全運(yùn)行。所以在鍋爐運(yùn)行中,必須保持主蒸汽溫度穩(wěn)定在規(guī)定值附近。一般要求主蒸汽溫度與規(guī)定值的暫時(shí)偏差不能超過(guò)10,長(zhǎng)期偏差不不能超過(guò)5。2 本廠主蒸汽參數(shù)控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題自京隆電廠投產(chǎn)以來(lái),主蒸汽壓力波動(dòng)值一直較大,增加了主蒸汽壓力控制的調(diào)節(jié)難度。而主蒸汽溫度與設(shè)定的偏差一直處于較大波動(dòng),嚴(yán)重影響了設(shè)備的使用壽命。由于主蒸汽溫度原因,曾導(dǎo)致京隆電廠出現(xiàn)鍋爐爆管的事故。3 優(yōu)化方案本方案主要采用由DCS系統(tǒng)將相關(guān)數(shù)據(jù)送至某PLC控制器,經(jīng)PLC控制器計(jì)算后,將計(jì)算結(jié)果再送回至DCS系統(tǒng),
6、最后DCS系統(tǒng)依據(jù)PLC控制系統(tǒng)計(jì)算的數(shù)據(jù)和本身的控制數(shù)據(jù)相比較,輸出一個(gè)理想的指令到執(zhí)行機(jī)構(gòu),以完成主蒸汽參數(shù)的控制。1、模型驅(qū)動(dòng)PID的優(yōu)勢(shì)傳統(tǒng)PID算法最優(yōu)調(diào)試方法為1/4波形衰減法,波形持續(xù)時(shí)間為純遲延時(shí)間的5倍左右,為減小控制偏差,只能將比例增益減小,但這樣又犧牲了設(shè)定點(diǎn)的響應(yīng)特性。模型驅(qū)動(dòng)PID采用了模型預(yù)測(cè)的原理,即通過(guò)在控制算法中基于動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)搭建的模型,盡最大可能模擬實(shí)際的過(guò)程特性,來(lái)預(yù)測(cè)控制輸出將產(chǎn)生的實(shí)際變化值。從理論上來(lái)講,如果控制算法搭建的模型與實(shí)際工藝過(guò)程的模型一致的話,設(shè)定點(diǎn)與過(guò)程被調(diào)量是完全一致的,模型驅(qū)動(dòng)PID正是通過(guò)追求搭建模型與實(shí)際工藝模型的匹配,最大限
7、度地穩(wěn)定主蒸汽參數(shù)??刂葡到y(tǒng)方框圖2、主蒸汽壓力優(yōu)化切換邏輯:邏輯接口圖如下,圖中藍(lán)色部分為穩(wěn)定主蒸汽參數(shù)項(xiàng)目修改的投切邏輯。主蒸汽壓力優(yōu)化模塊中用模型驅(qū)動(dòng)PID替換了原邏輯中爐主控PID的輸出。在未投入MDPID邏輯時(shí),MDPID跟蹤原邏輯被替換部分,實(shí)現(xiàn)無(wú)擾投運(yùn)。MDPID投運(yùn)時(shí),當(dāng)出現(xiàn)通訊故障或PLC故障時(shí)將MDPID控制切換到原DCS邏輯控制。邏輯如圖2所示。圖2 主蒸汽壓力控制邏輯優(yōu)化3、主蒸汽溫度優(yōu)化切換邏輯:邏輯接口圖如下,圖中藍(lán)色部分為穩(wěn)定主蒸汽參數(shù)項(xiàng)目修改的投切邏輯。主蒸汽溫度優(yōu)化模塊中用模型驅(qū)動(dòng)PID替換了原DCS邏輯中導(dǎo)前汽溫四階慣性及目標(biāo)值設(shè)定值與測(cè)量值的偏差。在未投入
8、MDPID邏輯時(shí),MDPID跟蹤原邏輯被替換部分,實(shí)現(xiàn)無(wú)擾投運(yùn)。MDPID投運(yùn)時(shí),當(dāng)出現(xiàn)通訊故障、MDPID計(jì)算錯(cuò)誤(越限)或PLC故障時(shí)減溫水調(diào)門跳出自動(dòng),再次投入調(diào)門自動(dòng)時(shí)MDPID切換到原DCS邏輯,故障處理完手動(dòng)復(fù)位后方可再次投入MDPID。邏輯如圖3所示。圖3 部分主蒸汽溫度控制邏輯優(yōu)化4 結(jié)論電廠主蒸汽壓力系統(tǒng)是電廠控制系統(tǒng)中控制難度較大的一個(gè)系統(tǒng),在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不僅會(huì)受到多種因素的影響,而且還具有較大的遲延性和時(shí)變性。尤其是其遲延性,給主蒸汽壓力和溫度的控制帶來(lái)了很大的難度,并且機(jī)組容量越大,主蒸汽壓力系統(tǒng)的遲延性就越嚴(yán)重,控制難度就越大。因此,對(duì)主蒸汽參數(shù)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí),必須根據(jù)實(shí)際情況做出正確的分析,并針對(duì)不同的PID參數(shù)不斷進(jìn)行試驗(yàn),最終才能計(jì)算出最優(yōu)的控制參數(shù),取得良好的控制效果。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后,京隆發(fā)電廠主蒸汽參數(shù)控制系統(tǒng)的控制可靠性及準(zhǔn)確性得到了有效提高。參 考 文 獻(xiàn)1 1 呂劍虹,陳來(lái)九.模糊PID控制器及在過(guò)熱控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào).1995:5152 林梅金,羅飛.模糊PID控制器在火電廠主汽壓控制中的應(yīng)用J.動(dòng)力工程,2005,4(2):231-2343 馬永光,趙建軍.主汽壓系統(tǒng)的模糊PID控制及仿真J.儀器儀表與
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