一種基于焓值的新型生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)項目減溫水調(diào)閥控制策略分析與實現(xiàn)

袁洪波 陳鵬 劉浩 黨爭明 王曉龍

【摘要】本文以中電京安生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)項目為例，針對該項目減溫水調(diào)閥控制自動無法正常投運情況，結(jié)合農(nóng)林生物質(zhì)振動爐排鍋爐燃燒特點，采取了一種新型控制策略，較好的解決了生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)項目一、二、三級減溫水自動控制的問題。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)? 過熱器汽溫自動控制? 新型控制策略

0. 引言

在熱電聯(lián)產(chǎn)機組中，過熱器是鍋爐供給汽輪機蒸汽的一個重要加熱環(huán)節(jié)，過熱器出口溫度是機組運行需監(jiān)控的幾個最重要參數(shù)之一，主蒸汽溫度過高或過低都會影響機組的安全經(jīng)濟(jì)運行，精確控制過熱器出口溫度，對單元機組的正常運行是必不可少的，適宜的控制策略和相應(yīng)的參數(shù)整定是實現(xiàn)過熱汽溫控制的必要保障。

1. 中電京安生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)項目減溫水自動控制存在的問題

中電京安生物質(zhì)能熱電聯(lián)產(chǎn)項目過熱器和減溫水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該項目過熱器分四級，飽和蒸汽由鍋筒上的8根飽和蒸汽連接管引入飽和蒸汽集箱，沿連接管進(jìn)入一級過熱器，從一級過熱器出來后經(jīng)過一級減溫器減溫后進(jìn)入二級過熱器，然后再經(jīng)過二級減溫器、三級過熱器、三級減溫器、四級過熱器后進(jìn)入主蒸汽管。一、二級過熱器位于第三煙氣回程，蒸汽與煙氣逆向流動，管排為順列布置，管排在煙道中垂直于前墻。三、四級過熱器分別位于爐膛出口和第二煙氣通道，蒸汽與煙氣的流向為混流，管排沿?zé)煔夥较蝽樍胁贾茫芘旁跓煹乐写怪庇谇皦Α＿^熱器系統(tǒng)采用三級噴水減溫。過熱器設(shè)計主蒸汽溫度為540℃。過熱器在鍋爐內(nèi)布置如圖2所示。

鍋爐減溫水自動控制系統(tǒng)采用三級減溫串級調(diào)節(jié)的方式。一級減溫水作為超前調(diào)節(jié)，二級減溫水作為粗調(diào)，三級減溫水細(xì)調(diào)主蒸汽溫度。

在機組正常運行的時候，由于鍋爐蓄熱量較大，一級減溫水調(diào)閥的開度一直在高開度無規(guī)律的變動，長時間處于70%的開度以上，有時全開時也不能將溫度降下來;二級減溫水調(diào)閥的開度長時間處于80%的開度以上，實際的運行中，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)門不斷開大的時候，三級過熱器出口溫度仍有上升的趨勢，有時全開的時候，溫度也不能降下來，自動調(diào)節(jié)已失去作用;四級過熱器布置位置的原因，三級減溫水調(diào)閥在自動投入情況下運行情況相對較好，但主蒸汽調(diào)節(jié)品質(zhì)仍是差強人意。

鑒于以上原因，本項目改造前，運行人員通過手動控制各級減溫水調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)各級過熱器出口溫度，進(jìn)而控制主蒸汽溫度。

2.各級過熱器減溫水調(diào)閥自動控制策略優(yōu)化

基于以上分析，利用傳統(tǒng)的三級減溫串級調(diào)節(jié)的方式已不能有效控制減溫水調(diào)閥達(dá)到各級過熱器出口溫度調(diào)節(jié)的目的，必須另辟蹊徑，采取非常規(guī)的控制策略調(diào)節(jié)減溫水調(diào)閥。

經(jīng)過長期觀察發(fā)現(xiàn)，在爐排振動時爐膛溫度升高，各級過熱器受熱加劇，過熱器出口溫度上升很快，在傳統(tǒng)PID控制方式下各級調(diào)閥跟蹤溫度變化較慢，過熱器出口溫度得不到有效控制，各級過熱器尤其是處于爐膛頂部的三級過熱器經(jīng)常會出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，而二級減溫水調(diào)閥長時間開度較大時三級過熱器出口溫度又急劇下降，主蒸汽溫度又出現(xiàn)溫度太低的現(xiàn)象，不利于機組經(jīng)濟(jì)安全運行;

鑒于各級減溫水調(diào)閥長時間大開度工況下過熱器出口溫度仍不下降的情況，首先考慮減溫水量不足的問題，需要設(shè)置主給水到汽包電動調(diào)閥投自動控制，以滿足主給水管道壓力與減溫器蒸汽壓力壓差大于0.9MPa，保證減溫水順利進(jìn)入減溫器。

結(jié)合過熱器在爐膛內(nèi)的布置情況，四級過熱器進(jìn)出口溫差在各種工況下變化相對較小，對三級減溫水調(diào)閥開度變化響應(yīng)較快，故三級減溫水調(diào)閥仍然采取串級PID控制，通過對PID參數(shù)整定、引入前饋等方法應(yīng)能達(dá)到四級過熱器溫度控制的目的。

三級過熱器由于安裝于爐膛內(nèi)部，受爐膛溫度變化影響最為劇烈。通過分析可認(rèn)定三級過熱器出口溫度變化量可近似表示為溫度、壓力和流量的函數(shù)：

通過擬合對三級過熱器影響較大的幾個參數(shù)，以利二級減溫水調(diào)閥對各工況及時響應(yīng)，達(dá)到三級過熱器出口溫度控制的目的。

二級過熱器處于鍋爐尾部煙道，爐膛溫度變化對二級過熱器出口溫度影響不大，在減溫水壓力足夠的情況下二級過熱器溫度變化對一減調(diào)閥響應(yīng)及時，因此一減調(diào)閥可采取單PID控制，保障二級過熱器出口溫度不超標(biāo)。

由于生物質(zhì)能鍋爐燃燒的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致爐膛溫度變化劇烈，爐排振動后爐膛溫度升高，各級過熱器受熱加劇，各級過熱器出口溫度升高;后爐膛溫度逐漸降低，各過熱器受熱減少，各級過熱器出口溫度降低。因此考慮將后一級過熱器出口溫度作為前一級減溫水調(diào)閥的前饋，把過熱器作為整體考慮控制過熱器出口溫度。

3.過熱器減溫水調(diào)閥自動控制的實現(xiàn)

基于上述分析，三級過熱器減溫水調(diào)閥采用傳統(tǒng)的串級PID調(diào)節(jié)，依據(jù)PID參數(shù)設(shè)置原則及經(jīng)驗對PID參數(shù)進(jìn)行重新整定，整定效果較為理想。

二減調(diào)閥通過對蒸汽壓力、溫度和流量的擬合反應(yīng)鍋爐燃燒情況，以期對過熱器溫度變化做預(yù)判對二減調(diào)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

一減調(diào)閥采用單級PID調(diào)節(jié)，并采取三級過熱器出口溫度作為一減調(diào)閥的前饋，從整體上調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。

4.過熱器減溫水調(diào)閥自動控制效果及效益

通過以上方式對減溫水調(diào)閥進(jìn)行自動控制后，過熱器出口溫度得到很好控制，減溫水系統(tǒng)可長期投自動運行，極大減輕了運行人員勞動強度，減少了過熱器溫度超溫對設(shè)備安全運行的影響。

該控制策略對農(nóng)林生物質(zhì)能振動爐排鍋爐減溫水系統(tǒng)控制具有極大的指導(dǎo)意義，具有較強的推廣價值。

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