基于自適應變參數策略的干熄焦余熱鍋爐主汽溫控制方法研究

顧 蓉,艾 軍,邢莉華

（上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠，江蘇南京 210039）

基于自適應變參數策略的干熄焦余熱鍋爐主汽溫控制方法研究

顧 蓉,艾 軍,邢莉華

（上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠，江蘇南京 210039）

針對干熄焦余熱鍋爐主蒸汽溫度控制波動大的問題，提出了一種主汽溫優化控制方案，設計了基于自適應變參數調整的前饋+PID反饋的控制策略，在實際應用中取得了良好的效果。

干熄焦；余熱鍋爐；主汽溫；自適應；變參數

引言

目前的熄焦工藝有濕法熄焦和干法熄焦兩種，干熄焦技術（簡稱CDQ）是利用惰性氣體將紅焦在無氧的環境下降溫冷卻的一種熄焦方法。在干熄焦過程中，紅焦從干熄爐的頂部裝入，低溫惰性氣體由循環風機鼓入干熄爐冷卻段紅焦層內，冷卻后的焦炭從干熄爐底部排除；吸收紅焦潛熱后溫度升高的惰性循環氣體從干熄爐環形煙道排出后，進入干熄焦余熱鍋爐進行換熱，鍋爐產生的蒸汽進入汽輪機帶動發電機發電，從干熄焦余熱鍋爐冷卻后的低溫惰性氣體進入循環風機重新鼓入干熄爐。

上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠干熄焦余熱發電機組采用該工藝方法進行發電，其余熱鍋爐的主汽溫調節系統原有的控制策略為簡單的定參數串級調節系統。

1 存在問題

由于受上游工藝影響，干熄焦余熱鍋爐內部的熱量經常變化，同時主汽溫調節過程是典型的大延遲加大慣性控制系統，常規的基于串級調節的定參數PID控制策略控制主汽溫無法取得較好的控制效果。主汽溫度波動大，運行人員為了防止超溫，通常將主汽溫度設定值設置偏低，另外當出現主汽溫波動大退出自動時，容易過量噴入減溫水，導致余熱鍋爐主汽溫度平均值偏低，影響了余熱鍋爐的整體運行效率與經濟效益。

2 改進方案

針對該問題，如圖1所示，提出了一種基于自適應變參數的前饋+PID串級反饋的控制策略。在原串級調節系統中，引入干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫度作為前饋量，并依照入口惰性氣體溫度的變化趨勢強弱修正前饋增益系數。根據減溫水出口溫度的變化趨勢與減溫水調門指令變化的趨勢的對比，實現副調PID的比例系數與積分時間參數自適應變化。在副回路中實現抗積分飽和功能，同時根據主汽溫測量值與設定值的偏差，判斷主汽溫偏差是否超過預設定的閾值，對副調PID前饋項進行方向閉鎖，僅保留反饋調節功能，讓主汽溫盡快回穩定到設定值。

圖1 主汽溫控制策略原理圖

3 主汽溫控制策略研究

3.1 余熱鍋爐入口惰性氣體溫度自適應前饋

干熄焦余熱鍋爐的主汽溫控制系統存在大滯后+大慣性的特性，同時受上游工藝影響，余熱鍋爐內部熱量存在一定的變化，對主汽溫的調節帶來了難度，等主汽溫出現變化再進行調節由于存在一定的滯后，往往控制效果不佳，因此選擇一個合適的前饋量尤為重要。通過運行實踐發現，干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫度變化趨勢與主汽溫變化趨勢大體一致，同時具有超前特性，因此可作為主汽溫控制的前饋量參與調節。為了達到更好的控制效果，根據入口惰性氣體溫度的變化趨勢強弱修正前饋增益系數。實時獲取干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫度，采用數值分析算法，根據一分鐘內的數據變化，來計算干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫升率。

判斷干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫升率是否超過預先設定值a0，或者低于預先設定值a1；如果超過預先設定值a0，選擇前饋增益系數Kmax，如果入口惰性氣體溫升率低于預先設定值a1，選擇前饋增益系數Kmin，否則選擇前饋增益系數Knor，最終得到前饋增益系數。根據10組動態試驗的數據分析，將a0設置為2,a1設置為0.5，干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫度前饋的增益系數K變化范圍為[0.1,0.2]。干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫升率大于2時，K=Kmax=0.2，干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫升率小于0.5時，K=Kmin=0.1，否則 K=Knor=0.15。

最終，將干熄焦余熱鍋爐入口惰性氣體溫度乘以前饋增益系數K，作為副調PID的前饋信號，與串級PID運算結果相加，共同作用于減溫水調門的控制輸出。

3.2 減溫水調門特性校準PID副回路參數

在常規的主汽溫度調節系統中，主汽溫度測量值作為主調的反饋輸入值，與主汽溫設定值進行PID運算后送入副調作為副調設定值，與減溫器出口汽溫進行調節運算，其結果經限幅后由手操器輸出至執行機構。干熄焦余熱鍋爐主汽溫減溫水調門由于經常操作，指令變化較為頻繁，機組運行段時間后，閥門特性存在一定的死區和回差，導致在一定的調門指令變化范圍內，減溫水流量基本不變，一定程度上影響了自動調節效果。

為了克服減溫水調門空行程的影響，獲取減溫器出口汽溫T和減溫水調門指令OP各典型工況下的歷史數據，采用數值分析算法，計算減溫水調門指令階躍變化時，減溫器出口汽溫變化的幅度：如果該比值低于預先設定值，表明該調門指令范圍內，流量不太連續，宜選擇一組副調比例系數和積分時間較大的PID參數（Kp1，Ki1），快速通過調門流量不靈敏區域；如果高于預先設定值，表明該調門指令范圍內，流量流量較為連續，宜選擇一組副調比例系數和積分時間相對較小的 PID 參數（Kp2，Ki2）。Kp1數值可選擇為 Kp2的 1.5~2倍，Ki1數值可選擇為Ki2的2~3倍。

3.3 抗積分飽和與閉鎖

如果執行機構已經到達極限位置，仍然不能消除偏差時，由于積分作用，盡管PID差分方程式所得的運算結果繼續增大或者減小，但執行機構已無相應的動作，這種現象叫做積分飽和。進入飽和區愈深，則退飽和時間愈長，造成控制性能惡化。因此，在控制策略中，設計了抗積分飽和功能。當減溫水調門處于自動模式下，同時調門指令達到高限時，閉鎖主調PID輸出減少；當減溫水調門處于自動模式下，同時調門指令達到低限時，閉鎖主調PID輸出增加。

同時為了更好地提升主汽溫調節品質，根據主汽溫測量值與設定值的偏差，來判斷主汽溫偏差是否超過預設定的閾值。當主汽溫超過設定值5益時，閉鎖副調PID前饋量的減小，防止前饋作用減小而關閉調門，導致主汽溫進一步升高；當主汽溫低于設定值5益時，閉鎖副調PID前饋量的增加，防止前饋作用增加而打開調門，導致主汽溫進一步降低。

4 應用效果

圖2為優化前主汽溫12 h的歷史工況趨勢圖，運行工況基本相近，主汽溫的數值在428.5益到451.8益之間變化，平均值為439.5益，均方差為3.8，中間多次從自動切為手動，主汽溫度波動大。

圖2 優化前12 h主汽溫曲線

圖3為優化后主汽溫12 h的歷史工況趨勢圖中。主汽溫的數值在438.1益,到449.2益之間變化，平均值為445益，均方差為1.5，中間自動情況投入良好，沒有切手動，主汽溫度波動小。

圖3 優化后12 h主汽溫曲線

通過對圖2和圖3中的歷史曲線數據進行分析，主汽溫的波動幅度明顯減小，并且沒有出現切除自動的情況發生，主汽溫度平均值提升了5益以上，自動調節效果較優化前有了較大的改善。

[1]丁海泉,吉明鵬.干熄焦電氣控制系統的優化 [J].四川冶金，2009.

Research on the Main Steam Tem perature Control Methods Based on Adaptive Variable Parameter Strategy for CDQ Waste Heat Boiler

Gu Rong,Ai Jun，Xing Lihua
(Thermal Power Plant of Meishan Iron&Steel Co.Nanjing 210039,China)

To solve the problem of excessive fluctuation in the main steam temperature control of CDQ waste heat boiler,an optimized control method was put forward based on adaptive variable parameter strategy.The method has achieved good effect in practical appli-cation.

CDQ;waste heat boiler;main steam temperature control;adaptive,variable parameter

TK229

B

1006-6764(2018)01-0044-03

2017-10-19

顧蓉（1978-），女，大學本科學歷，高級工程師，現從事熱工自動化專業工作。