多爐多機母管制供熱電廠蒸汽母管壓力調節(jié)

李 蕾 包成強

（1中國能源建設集團陜西省電力設計院有限公司 西安 710054；2上海福克斯波羅有限公司 上海 200333）

多爐多機母管制供熱電廠蒸汽母管壓力調節(jié)

李 蕾1包成強2

（1中國能源建設集團陜西省電力設計院有限公司 西安 710054；2上海福克斯波羅有限公司 上海 200333）

蒸汽母管壓力調節(jié)系統(tǒng)根據蒸汽母管壓力和其定值的偏差改變鍋爐的負荷指令，調節(jié)鍋爐的負荷（蒸汽流量），使蒸汽母管壓力保持在其額定值上。

母管制；協(xié)調；壓力

一 引言

主蒸汽母管作為并列運行母管制鍋爐的核心裝置之一，母管壓力的控制效果不但直接影響供熱中心的供熱質量，同時也影響鍋爐運行狀況和煤粉利用率，對供熱中心的經濟運行有重大影響。

二 常規(guī)典型的火力發(fā)電廠控制系統(tǒng)分析

1.1 內外擾動

鍋爐運行時蒸汽壓力是否穩(wěn)定，取決于鍋爐蒸發(fā)量和外界負荷兩個方面。只有鍋爐蒸發(fā)量等于外界負荷所需要的蒸發(fā)量時，汽壓才能維持穩(wěn)定。影響汽壓變化的因素有以下兩點：一是鍋爐外部的因素，稱為“外擾”；二是鍋爐內部的因素，稱為“內擾”。

1.1.1 外擾

外擾主要是指外界負荷的正常增減及事故情況下大幅度減負荷。當外界負荷突然增加，而鍋爐的燃料量未來得及增加時，汽壓將下降；當外界負荷突然減少時，汽壓則上升。

在母管制系統(tǒng)中，當外界負荷變化時，并列運行的各鍋爐汽壓將受到一定的影響，其后果與外界負荷變化的劇烈程度、各爐特性和各爐所處位置有關；當外界負荷不變時，并列運行鍋爐之間的參數變化也將互相影響。例如：某一臺爐由于汽壓下降，而影響其它爐汽壓也下降，此亦屬外擾因素。

1.1.2 內擾

內擾是指鍋爐機組自身因素引起的汽壓變化。主要包括爐內燃燒工況的變化（如燃燒不穩(wěn)定等）和鍋爐工作情況（如熱交換）的不正常。燃燒不穩(wěn)定的原因很多，如煤質、入爐煤量、風煤比、風量風速變化、爐內結焦、爐內漏風、給煤系統(tǒng)故障、燃氣壓力、燃氣品質變化等，這些都會降低傳熱效果，影響蒸發(fā)量。

1.1.3 內擾和外擾的判斷

不論是內擾還是外擾，汽壓的變化總與蒸汽流量的變化密切相關。因此，在鍋爐運行中，可根據汽壓和蒸汽流量的變化，來判斷引起汽壓變化的原因屬于內擾還是外擾：

1) 汽壓與蒸汽流量變化的方向若相反，則屬外擾。

2) 汽壓與蒸汽流量變化的方向若相同，大多數是內擾所致。

3) 對單元機組運行而言，燃料量減少，蒸汽量下降，而爐的蒸汽流量反而增加。此過程，初期受內擾，后期則兼受外擾。

1.2 常規(guī)燃煤鍋爐母管壓力調節(jié)

常規(guī)的燃煤鍋爐母管壓力/給粉（煤）調節(jié)系統(tǒng)設計方案多以母管壓力為校正調節(jié)器，與各調壓爐的熱負荷調節(jié)器構成了串級調節(jié)系統(tǒng)。母管壓力校正調節(jié)器根據母管壓力的偏差值，將熱負荷要求分配給各調壓爐。母管壓力校正調節(jié)器及熱負荷調節(jié)器均采用常規(guī)PID控制。事實證明，該方案很難取得良好控制效果，具體原因如下：

1）母管壓力信號時滯大。并列運行的鍋爐壓力藕合現象嚴重，不能快速跟蹤負荷的變化。并列運行的鍋爐越多，則時滯越大。

2）熱量信號難以準確整定。由于每臺鍋爐爐膛的煤粉進量缺乏很好的計量手段，通常以熱量信號作為煤粉量的間接反應。但蓄熱系數在實際應用中難以整定，導致在調試中控制系統(tǒng)不能正確區(qū)別內外擾動。

1.3 優(yōu)化的母管壓力負荷分配控制

主蒸汽母管壓力的調節(jié)實質是對進入蒸汽母管流量或各鍋爐蒸發(fā)量的調節(jié)。汽壓過高、過低或者急劇變化，對鍋爐機組以及整個發(fā)電廠運行都是很不利的。對并列運行機組，應根據設備的運行特性確定一臺或幾臺爐作為調壓爐，以應付外界負荷的變化。而其它爐作為定負荷爐，進行固定熱負荷燃燒的風煤自動控制，并實現爐內擾動的穩(wěn)定控制。

母管壓力控制的負荷指令必須經過溫度壓力補償運算，以消除由外擾產生的假負荷量對母管壓力控制的逆轉反應。

針對母管制鍋爐的強耦合特點，提出壓力協(xié)調控制方案，即對相鄰調壓爐的壓力負荷偏差閥值進行自動平衡分配或手動修正，以抑制因調壓爐間壓力及流量偏差而產生的互相干擾。

1.3.1 優(yōu)化的燃燒前饋及非線性復合控制

前饋及非線性復合控制調節(jié)方案為使給粉機（給煤機）轉速能夠快速跟蹤負荷的變化，在控制回路中引入了主汽流量前饋控制。為了避免給粉機轉速的大幅度波動，引入了汽包壓力前饋控制；而為了保證給粉控制回路在穩(wěn)態(tài)、動態(tài)情況下均能達到良好的控制指標，控制過程要注意區(qū)分燃燒系統(tǒng)所處的狀態(tài)——穩(wěn)態(tài)和動態(tài)，對內部擾動和外部擾動引起的動態(tài)過程分別選用不同的控制器。

1.3.1.1 總體控制及前饋

控制器1：外環(huán)調節(jié)器，控制母管壓力，其輸出sp_dq為所有調壓鍋爐的總負荷給定。該值乘以各調壓爐的負荷分配系數α即為該爐的負荷給定。負荷分配系數滿足如下條件：

對于該項目，α0代表#3鍋爐負荷分配系數，α1代表#4鍋爐負荷分配系數。

控制器2：內環(huán)調節(jié)器，控制鍋爐負荷，其輸出u2為給粉機轉速。

1.3.1.2 非線性給粉控制器的設計

為達到穩(wěn)態(tài)、動態(tài)指標均佳，控制過程中時刻判斷燃燒系統(tǒng)所處的狀態(tài)——穩(wěn)態(tài)或動態(tài)。內部擾動和外部擾動引起的動態(tài)分別選用不同的控制參數（見圖 2）。當母管壓力／主汽壓力偏差大時，系統(tǒng)處于動態(tài)過程，采用快速PI控制器；反之，采用阻尼較大的PI控制器。

圖2 具有多種控制手段及給粉機（給煤機）快速投切技術的給粉回路控制程序框圖

控制器的選取基于以下規(guī)則：

若汽機快速拋負荷（K=1，否則 K=0），則采用具有給粉機（給煤機）自動投切功能的控制器（Controller1），K值根據母管壓力/主汽壓力偏差及變化率現場工藝調試情況確定。

若母管壓力 / 主汽壓力偏差e小于預先設定的門檻值eε(∞)，則采用具有較大阻尼和汽包壓力前饋的 PI控制器（Controller2）。e< eε(∞)說明系統(tǒng)狀態(tài)接近穩(wěn)態(tài)，此時主要關心調節(jié)精度問題，故采用較大阻尼的PI控制器；引入汽包壓力前饋是為了降低接近穩(wěn)態(tài)時給粉機（給煤機）轉速的大范圍波動；

若母管壓力 / 主汽壓力偏差e大于預先設定的門檻值eε(∞)，且ddq（為采樣兩時刻之間的負荷增量）與 ddp（為采樣兩時刻之間的主汽壓力增量）同號，則采用具有主汽流量前饋的快速PI控制（Controller3）。e> eε(∞)說明系統(tǒng)處于暫態(tài)過程中，故采用快速PI控制；ddq與ddp同號說明系統(tǒng)受到的干擾為外擾動（如負荷變化），為了抵消外擾動的影響引入了主汽流量前饋控制；

若母管壓力 / 主汽壓力偏差e大于預先設定的門檻值eε(∞)，且ddq與ddp異號，則采用無前饋的快速PI控制（Controller4）。e> eε(∞)說明系統(tǒng)處于暫態(tài)過程中，故采用快速PI控制；ddq與ddp異號說明系統(tǒng)受到的干擾為內擾動（如煤質變化），內擾動情況下不需加入前饋控制。

當汽機快速甩負荷、外網負荷突然下降時，調節(jié)系統(tǒng)根據負荷變化的大小、主汽壓力上升的速度，急停 1—2臺給粉機，使燃料量迅速下降，同時又穩(wěn)定了其它給粉機的轉速，不致因所有給粉機轉速快速下降而造成滅火。給粉機的投切邏輯在控制程序中自動完成。給粉機自動投切技術的使用，能夠使鍋爐負荷在較大范圍內快速波動時，燃燒自動控制系統(tǒng)具備快速穩(wěn)定主蒸汽壓力的能力。