主蒸汽温度控制策略优化

一、概述

安徽华塑股份有限公司自备热电厂300MW#1 机组系上海锅炉厂有限公司生产的1025t/h 亚临界参数一次中间再热自然循环锅炉。单汽包、单炉膛平衡通风、四角切圆燃烧、燃烧器摆动调温、煤粉炉、供热机组。

2017 年#1、#2 机组分别进行了大修及超低排放改造，大修后锅炉烟风道阻力变化，送引风机出力变化，机组负荷变化时，煤量过调导致风量过调的问题更加严重。尤其AGC 投入后，在负荷波动时，由于风量、煤量过调，炉膛压力大幅波动，燃烧扰动较大。汽温、汽压、汽包水位波动较大，炉膛压力、汽包水位波动至高低报警值的现象频繁出现。

在23 年，机组又经历了通流扩容改造，导致机组各方面参数发生了变化，原有的控制系统组态不能适应协调控制的要求。特别在机组升降负荷时，由于煤量、风量突升突降，燃烧扰动非常大。加之锅炉减温水自动调节性能较差，减温水调门跟踪不及时，主再热汽温经常超出指标控制范围。

二、影响主蒸汽温度的主要因素

1.自动发电控制（AGC）负荷指令的频繁变化使主蒸汽温度调节产生扰动。

目前，对于主蒸汽温度的控制多采用 PID 串级控制回路的控制方式。由于主蒸汽温度的惯性较大，延迟大的特性，以及控制策略的局限性，对于主蒸汽温度的控制并不理想。

2.煤量的过调也是非常大的因素，特别在负荷静态前馈的不准确，会导致主蒸汽温度的波动。

结合现场经验，首先要解决煤量过调超调问题。因为我厂入炉煤种较杂，所以在锅炉主控的优化方面，除了要对静态前馈、PID 的参数进行调整以外，还必须增加BTU 校正组态，以适应不同热值的煤种对协调控制的影响。

水冷壁结焦，使炉内辐射换热量和水冷壁蒸发量减少。水冷壁的冷却效果减少，会导致主蒸汽温度的升高。对于直吹式制粉系统，锅炉燃烧状态取决于风煤比。如果磨煤机一次风量测量不准确，会影响锅炉燃烧调节，进而影响主蒸汽温度的调节。

火焰中心的位置对主蒸汽温度的影响很大。火焰中心的上移会减少炉膛辐射吸热，增加对流过热器吸热，导致主蒸汽温度升高，增加主蒸汽温度控制的难度。

三、优化措施

1.增加入炉煤热值校正回路

华塑热电厂运行超过 10 年，燃烧所用的煤种多样，与设计煤种热值存在偏差。此种情况下，可以增加入炉煤热值校正回路（BTU 校正），以克服入炉煤热值变化大带来的影响。通过修正入炉煤煤量，提高锅炉燃烧调节的品质。

图 1

如图1 所示，用总煤量反馈值与负荷折算煤量（负荷所对应的设计煤种的预测值）的差值，除于负荷折煤量后得到BTU 折算系数。图中PID 采用纯积分，可以有效避免给煤量的过调。

我厂BTU 校正组态并未采用过热蒸汽流量作为参考值，而是采用负荷预测煤量。虽然过热蒸汽流量比较准确，更能直观的反应燃烧情况，但过热蒸汽流量波动频繁，在稳定性上，不如采用负荷预测。采用负荷预测，更加有利于锅炉燃烧的稳定。

2.过热器减温水调门

之前过热器减温水调门调节性能不好，并且存在内漏，导致水量控制不住，必然会对调控产生很大影响。所以，必须解决内漏问题，并更换性能可靠的设备。

3.一次风压控制

磨煤机分离器出口风压及磨煤机入口一次风压均与磨煤机风量呈指数关系。为避免测量的异常波动带来的影响，在热一次风母管压力 3 选后，增加3 秒滤波。同时，增加总燃料指令前馈，使系统更加快速的调整风压。4.过热器减温水控制

首先改变主调回路的设定值，之前的主蒸汽温度设定值由主蒸汽流量经函数发生器生成，现在改成由负荷指令经函数发生器生产。其实，两种控制方式各有道理，前者是基于当前状态进行调整，后者更快的让系统介入协调。理论上只要是减温水量足够，温度总能调整过来，至于选用哪一种，取决于哪一种更适应机组状态。此次优化背景是减温水调整过慢，主基调是提速，所以选择负荷指令作为水温设定值的参考值。

调门超弛关的速率调大，主要是之前超弛关的速度过慢。

在 PID 参数的优化方面，首先取消了微分作用，因为已经采用负荷指令作为参考点了，就没必要再用微分了。然后，主调及副调回路 PID 采用变参数的控制方式，根据负荷指令的不同，采用不同的比例、积分参数。

5.锅炉主控的优化及扰动试验

锅炉主控的输出直接影响主蒸汽流量，进而直接影响主蒸汽温度。锅炉主控系统的稳定对于主蒸汽温度的影响至关重要。

首先对锅炉主控静态前馈中负荷对应的煤量进行了调整。然后，将 PID 输出由之前作为调控系数与静态前馈输出相乘，改为直接输出相应的煤量增减数值与基础煤量相加。作这种修改，一是为了调整之前激进的协调策略，是锅炉主控的输出更加稳定。二是BTU 校正的加入，使锅炉主控系统的协调控制更稳定，过大的调整幅度，反而容易引起系统的波动。

最后，是对主要控制过程进行扰动实验。通过对诸如过热器温度控制系统、锅炉主控系统输入、输出曲线，再进行动态建模，分析各个系统抗干扰的能力，继续优化组态参数，直到系统可以快速消除扰动，满足机组需要为止。

四、优化效果及结论

机组负荷在200MW 到300MW 区间内，稳定工况下，主蒸汽温度波动不超过3℃。在机组降负荷阶段，负荷由300MW 降至150MW，温度最大波动小于5℃。

通过本次优化案例，可以得出以下结论：

1.通过引入入炉煤热值校验回路、调整锅炉主控参数等优化措施，可以有效的控制主汽压力波动，进而控制煤量的波动，为提高过热蒸汽温度控制系统的调控品质提供了必要条件。

2.采用负荷指令作为过热蒸汽温度设定的参考量，相当于超前控制，可以有效提高过热蒸汽温度调节系统的相应速度，这在机组变负荷阶段，效果明显。

3.当然，要保证主蒸汽温度的稳定，需要充足的减温水，减温水调门执行器的响应速度也很重要，所以质量可靠的减温水调门电动执行机构不可或缺。