垃圾電站給水控制邏輯分析及優化

摘要：本文對成都隆豐垃圾電站主給水自動控制邏輯進行分析，探明其發生震蕩及滯后的原因，制定了用垃圾爐排上部一區溫度做溫度線性微分疊加前饋修正主給水邏輯優化策略。通過控制邏輯優化后，有效的提高了主給水控制系統的抗干擾性。

關鍵詞：自動控制；主給水；線性微分；前饋

1 引言

近年來，在“垃圾圍城”日益嚴峻的形勢下，垃圾焚燒發電作為“減量化、無害化、資源化”處置生活垃圾的最佳方式，引起國家高度重視與關注。根據今年年初出臺的《“十三五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》，“十三五”期間，全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設總投資約2518.4億元；到2020年城鎮生活垃圾焚燒處理能力要占總無害化處理能力的50%以上。

在人們的日常生活中，不可避免的都會產生大量的垃圾。如果不對這些垃圾進行有效的處理，將會極大地影響人們的生活環境，甚至對對人們的身體健康造成威脅。目前，焚燒是處理垃圾的主要方式之一，但在焚燒垃圾的過程中，除了會造成二次環境污染外，還會造成資源和能源的浪費。因此，在垃圾處理中，可以采取垃圾焚燒發電的方式。提高垃圾的再次利用率。

由于我國的垃圾分類還處于初級階段，不少市民對生活垃圾分類缺乏明確認識。這就造成了垃圾的熱值極度不穩定，這種現狀也就造成了余熱鍋爐給水的蒸發量也不穩定，從而極大的影響了給水自動控制系統的快速性與準確性。

2 現狀分析

成都隆豐環保發電廠可處理城市生活垃圾1500t/d，全年約為54.7萬噸，采用焚燒處理工藝，3臺往復式機械爐排焚燒爐配3臺余熱鍋爐，2臺凝汽式汽輪機組，發電機的額定容量為15MW。由上述簡介得知本項目采用的供氣方式為三爐蒸汽供兩臺汽輪機使用，因此本項目為母管制系統。所謂母管制系統為發電廠所有鍋爐的蒸汽引至一根蒸汽母管，再由母管分別引導汽輪機和其他用汽處，這種系統稱為母管制系統。

在母管制系統中，由于母管系統中的壓力將是一個穩定量，增大垃圾爐排的燃燒量，只是增加了蒸汽的流量。因此總蒸發量與單臺爐給水之間的關系就不是常規的線性關系了。再加上本電廠的垃圾的復雜性及多樣性，垃圾熱值的不穩定性及其嚴重。因此常規燃煤電站的給水控制策略已不能滿足垃圾電站的穩定運行。

本電站配備的為四臺變頻給水泵，同樣采用母管制。每臺爐配一個給水主調節門，一個給水旁路調節門。通過控制調節門的開度來保證汽包水位在合理的范圍內。旁路調節門在蒸汽量<20%時使用，主調節門在蒸汽量>30%使用。根據以往的經驗，初步的控制策略為：旁路門采用單沖量控制策略；主調節門采用給水三沖量控制策略。所謂給水三沖量控制策略，是指給水自動調節器根據汽包水位脈沖、蒸汽流量脈沖和給水流量脈沖三個脈沖信號進行汽包水位調節的。因為給水自動調節的對象是汽包水位，所以汽包水位是主脈沖信號。汽包水位反映了蒸汽流量和給水流量之間的平衡關系，通常是蒸汽流量因鍋爐負荷變化而改變時，在給水流量未改變之前，因平衡破壞才引起汽包水位變化的，即蒸汽流量變化在前，汽包水位變化在后，所以蒸汽流量脈沖稱為導前脈沖。調節器接受導前脈沖或主脈沖信號后，發出改變給水調節閥開度的信號，給水流量改變的脈沖又送至調節器。這種控制策略為經典控制策略，在熱值穩定的燃煤機組中應用廣泛。

結合實際情況，垃圾爐在低負荷下，采用天然氣做助燃，而不投入垃圾。天然氣的熱值很穩定，旁路門單沖量控制策略可行。

但是在垃圾爐大負荷情況下，即投入垃圾后，給水三沖量控制策略就不能滿足生產的要求。下圖為投入主調節門自動后，汽包水位出現發散狀。

3 控制邏輯優化策略

根據上述分析的問題，汽包水位的波動最主要的因素為垃圾燃燒熱值的不穩定。造成這種情況的有兩個關鍵因素：1.推料器速度；2.爐溫變化快

3.1推料器速度前饋疊加

垃圾推料器是通過內置在液壓缸中的磁致伸縮探測器和電磁比例流量控制閥來進行位置控制而一直保持同步，通過推料器的向前運動將垃圾溜管內的垃圾往爐排推，當推料器退到盡頭時，由于重力的關系，上方的垃圾落入剛剛騰出的空間，接著由推料器的下一個前進動作，把垃圾推到爐排上。因此，推料器的速度直接影響著燃料的供應。

既然推料器的推進速度對燃燒的影響如此大，如果將推料器的速度直接疊加在給水控制系統主調節器的前饋上，即當推料器速度改變時，迅速的改變主調節器的輸出，對輔調節器增加一個同向的增量，問題是否可以解決？帶著這樣的設想，對給水進行了一次試驗驗證。

通過試驗驗證，推料器速度對水位影響并不是很明顯。如果將推料器速度進行單純的疊加，不能對水位起到超前調節的效果。如果正向疊加，可能會造成給水系統震蕩，嚴重時會造成水位達到跳機值。造成機組停機的嚴重事故。

3.2 爐溫前饋疊加

垃圾爐的爐溫由兩個變量影響，一為爐排的速度，二為一次風風量。

成都隆豐垃圾電廠的爐排是四川川鍋生產的，爐排主要由三部分組成，干燥爐排，燃燒爐排和燃盡爐排。垃圾在干燥爐排上干燥、在燃燒爐排上燃燒、在燃盡爐排上完全燃盡。因此，燃燒爐排是垃圾主要燃燒的部位，也是爐溫的直接轉換點。而一次風給垃圾的燃燒提供了氧氣，一次風量的大小也會影響垃圾在爐排上燃燒的好壞。但是由于垃圾熱值的不穩定導致垃圾爐排速度及一次風量變化頻繁，綜上兩個變量，最后決定利用兩個變量的結果即爐溫進行給水的修正。

通過曲線觀察，爐溫相對于給水的控制有超前環節。

爐溫測點很多，如果直接所有的爐溫去平均值，會造成溫度偏差過大，如果其中一個出現了壞點，將會影響邏輯對爐溫的判斷。垃圾爐溫分為三個區，分別為一區，二區和三區。其中一區溫度靠近爐排，能夠快速反應垃圾燃燒的好壞，對后面兩個區的溫度也會有較大的影響。因此，采用了爐膛一區溫度作為取樣點。由于爐溫在30%以上負荷時，溫度變化較小，為了放大爐溫的增量變化，此項邏輯修正引入了線性微分環節。其主要實現的功能為鍋爐溫度細小變化經過微分增量變大，變化增量與溫度的變化速率有關。最能表征爐溫變化的趨勢。增加限幅塊的目的，為了防止爐溫變化速度太快，導致微分增量太大，會造成控制器的超調。微分增量經過限幅后再乘以系數3，由3倍增量直接疊加到控制器前饋。

由圖1可以看出，經過了線性微分修正，汽包水位控制趨于平穩，靜差為14mm。達到預期的效果。

4 結束語

本文通過對垃圾爐給水控制系統邏輯的分析，對給水三沖量邏輯進行爐溫線性微分前饋的疊加，提高垃圾電廠給水自動控制的可靠性及穩定性。

參考文獻

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[3]葉濤.熱力發電廠第三版 中國電力出版社 2014- 02

作者簡介：郭磊，34歲，工程師，調試公司熱控室專工，從事電站熱控調試工作