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

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重要的參數(shù)，因?yàn)榛痣姀S是靠蒸汽推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動，汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動力機(jī)械，又稱蒸汽透平。蒸汽的壓力會影響后面的整個工序，如果蒸汽的壓力不夠的話將是汽

2、輪機(jī)無法正常工作。勢必會影響到蒸汽機(jī)的壽命和廠子的效益。壓力過高將可能導(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，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，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)場調(diào)試來確定，這時應(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PID控制系統(tǒng)包括主回路和副回路兩個回路。副回路包括副調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、主蒸汽壓力被控對象的導(dǎo)前區(qū)和測量導(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)，可以抑制擾動對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、被控對象的惰性區(qū)和測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、主蒸汽溫度的變化、給水流量和溫度的波動、吹灰器投入、磨煤機(jī)的切換等，在主蒸汽壓力串級PID控制系統(tǒng)中，可以將負(fù)荷信號、燃料量信號、主蒸汽壓力信號、給水流量信號以前饋形式引入到串級系統(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)是維持過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，并且使過熱器溫度不超過允許的工作溫度。過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，在過熱器正常

5、運(yùn)行時已經(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)定值的暫時偏差不能超過10，長期偏差不不能超過5。2 本廠主蒸汽參數(shù)控制系統(tǒng)存在的問題自京隆電廠投產(chǎn)以來，主蒸汽壓力波動值一直較大，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，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PID的優(yōu)勢傳統(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)時間為純遲延時間的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PID采用了模型預(yù)測的原理，即通過在控制算法中基于動態(tài)特性試驗(yàn)搭建的模型，盡最大可能模擬實(shí)際的過程特性，來預(yù)測控制輸出將產(chǎn)生的實(shí)際變化值。從理論上來講，如果控制算法搭建的模型與實(shí)際工藝過程的模型一致的話，設(shè)定點(diǎn)與過程被調(diào)量是完全一致的，模型驅(qū)動PID正是通過追求搭建模型與實(shí)際工藝模型的匹配，最大限

7、度地穩(wěn)定主蒸汽參數(shù)。控制系統(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PID替換了原邏輯中爐主控PID的輸出。在未投入MDPID邏輯時，MDPID跟蹤原邏輯被替換部分，實(shí)現(xiàn)無擾投運(yùn)。MDPID投運(yùn)時，當(dāng)出現(xiàn)通訊故障或PLC故障時將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)定值與測量值的偏差。在未投入

8、MDPID邏輯時，MDPID跟蹤原邏輯被替換部分，實(shí)現(xiàn)無擾投運(yùn)。MDPID投運(yùn)時，當(dāng)出現(xiàn)通訊故障、MDPID計(jì)算錯誤（越限）或PLC故障時減溫水調(diào)門跳出自動，再次投入調(diào)門自動時MDPID切換到原DCS邏輯，故障處理完手動復(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系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行過程中不僅會受到多種因素的影響，而且還具有較大的遲延性和時變性。尤其是其遲延性，給主蒸汽壓力和溫度的控制帶來了很大的難度，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，對主蒸汽參數(shù)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時，必須根據(jù)實(shí)際情況做出正確的分析，并針對不同的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，陳來九.模糊PID控制器及在過熱控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.中國電機(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