引言

電網(wǎng)發(fā)展,要求發(fā)電機(jī)組在穩(wěn)定的前提下負(fù)荷響應(yīng)更快、更靈活,而火電機(jī)組蒸汽參數(shù)的提高,使水和蒸汽的密度差減小,自然循環(huán)鍋爐受到限制,其在臨界壓力附近運(yùn)行時(shí),有一個(gè)壓力不穩(wěn)定區(qū)域,故此超(超超)臨界機(jī)組均配置直流爐,同時(shí)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)也面臨一些新問(wèn)題。

超(超超)臨界直流鍋爐是一個(gè)強(qiáng)耦合、多變量、大時(shí)滯的被控對(duì)象,其中主蒸汽壓力與中間點(diǎn)溫度是直流爐控制的難點(diǎn)之一。對(duì)于這兩個(gè)控制對(duì)象,一般有兩種控制方式:一種是用給水控制主蒸汽壓力,燃料控制中間點(diǎn)溫度,但給水是比較快的被控對(duì)象,而燃料需要經(jīng)過(guò)輸送、碾磨后被吹進(jìn)爐膛,再經(jīng)過(guò)燃燒放熱才被吸收,是比較慢的被控對(duì)象,這種控制方式往往會(huì)造成中間點(diǎn)溫度、蒸汽溫度的大幅波動(dòng),甚至可能超溫引起爆管,影響機(jī)組的安全運(yùn)行:另一種是用燃料控制主蒸汽壓力,給水控制中間點(diǎn)溫度,這種控制方式有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行,本文燃料和給水的解耦控制正是基于這種控制方式。

1燃料和給水的耦合關(guān)系

直流爐燃料和給水之間存在強(qiáng)耦合關(guān)系,即燃料量變化、給水量變化均會(huì)對(duì)主蒸汽壓力和中間點(diǎn)溫度有影響,而主蒸汽壓力、中間點(diǎn)溫度變化又會(huì)造成燃料量、給水量變化。直流爐燃料和給水之間的關(guān)系框圖如圖1所示。

通過(guò)試驗(yàn)的方式對(duì)直流爐燃料和給水的強(qiáng)耦合關(guān)系進(jìn)行了充分驗(yàn)證,試驗(yàn)內(nèi)容和結(jié)果如表1所示。

試驗(yàn)結(jié)果分析如圖2所示(分析均建立在鍋爐效率不變的前提下)。

詳細(xì)分析:給水指令變化時(shí),首先給水泵轉(zhuǎn)速指令或勺管開(kāi)度指令變化,給水經(jīng)過(guò)水冷壁,轉(zhuǎn)態(tài)后即可到達(dá)過(guò)熱器進(jìn)行吸熱:燃料指令變化時(shí),首先給煤機(jī)指令變化,燃料進(jìn)入磨煤機(jī),經(jīng)磨煤機(jī)碾磨后,被一次風(fēng)吹進(jìn)爐膛,再燃燒放熱,最終通過(guò)熱傳導(dǎo)/熱輻射的方式被過(guò)熱器吸收。燃料量開(kāi)始變化至燃料放熱被過(guò)熱器吸收的時(shí)間,顯著大于給水量開(kāi)始變化至給水到達(dá)過(guò)熱器的時(shí)間,所以當(dāng)燃料量和給水量同時(shí)增大時(shí),中間點(diǎn)溫度會(huì)先降低再升高,二者同時(shí)減小時(shí),中間點(diǎn)溫度會(huì)先升高再降低。

試驗(yàn)結(jié)論如下:

(1)給水對(duì)主蒸汽流量有影響,但這種影響是暫時(shí)的,給水和主蒸汽流量之間的關(guān)系近似為微分:

(2)對(duì)于中間點(diǎn)溫度的影響,給水要快于燃料,為保證中間點(diǎn)溫度的穩(wěn)定,給水指令要慢于燃料指令。

主蒸汽流量變化時(shí),如果機(jī)組電功率不變,則主蒸汽壓力會(huì)與主蒸汽流量同步變化,上述結(jié)論中的主蒸汽流量可以等效變換為主蒸汽壓力。

2燃料和給水解耦控制

機(jī)組負(fù)荷快速變化時(shí),如果不考慮燃料和給水之間的強(qiáng)耦合關(guān)系,會(huì)引起燃料和給水之間的互相干擾,造成主蒸汽壓力和中間點(diǎn)溫度的劇烈波動(dòng),嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行安全。為此,需要充分考慮并利用這種強(qiáng)耦合關(guān)系,以提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

將解耦控制回路插入到壓力和溫度主控制器及其從屬控制之間。解耦控制回路將動(dòng)態(tài)補(bǔ)償燃料和給水的交叉耦合,可以有效控制燃料和給水的互相干擾,大大提高直流爐的控制響應(yīng)速度和運(yùn)行穩(wěn)定性。新的控制框圖如圖3所示。

將燃料和給水的解耦控制應(yīng)用于實(shí)際機(jī)組中,得到的控制框圖如圖4所示,其中函數(shù)11(x))為負(fù)荷指令對(duì)應(yīng)的基本燃料指令,函數(shù)22(x))為燃料指令對(duì)應(yīng)的基本給水指令。圖中粗框?yàn)榻o水與燃料的解耦控制,通過(guò)試驗(yàn)可以得到初始的慣性時(shí)間、微分時(shí)間,然后在調(diào)試中微調(diào)。通過(guò)這種解耦控制,可以使燃料和給水在鍋爐內(nèi)部同步產(chǎn)生作用,并能有效消除二者之間的互相擾動(dòng),實(shí)現(xiàn)主蒸汽壓力和中間點(diǎn)溫度的穩(wěn)定控制,大大提高燃料和給水的響應(yīng)速度,提高機(jī)組整體的響應(yīng)速度,提升機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。

3給水控制優(yōu)化后的運(yùn)行效果

將直流爐燃料和給水解耦優(yōu)化控制應(yīng)用于國(guó)電某一電廠,并對(duì)優(yōu)化前后進(jìn)行對(duì)比。電廠最初的運(yùn)行曲線如圖5所示。

燃料和給水解耦優(yōu)化控制前:中間點(diǎn)溫度不穩(wěn)定,波動(dòng)較大,上下有40℃的偏差,給水流量和燃料量均有較大波動(dòng),主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度控制偏差較大(主蒸汽溫度最大有40℃偏差,再熱蒸汽溫度最大有35℃偏差),機(jī)組運(yùn)行不夠穩(wěn)定。

直流爐增加燃料和給水解耦優(yōu)化控制,并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)整定調(diào)試后,機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況得到了極大改善,優(yōu)化后的運(yùn)行情況如圖6所示。

經(jīng)過(guò)燃料和給水解耦優(yōu)化控制后,主蒸汽壓力穩(wěn)定,偏差在0.2MPa以內(nèi),中間點(diǎn)溫度控制平穩(wěn),偏差在8℃以內(nèi),主蒸汽、再熱蒸汽溫度的穩(wěn)定性大大提高,主蒸汽溫度偏差在4℃以內(nèi),再熱蒸汽溫度偏差在6℃以內(nèi),大大提高了整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4結(jié)論

通過(guò)直流爐燃料和給水的解耦優(yōu)化控制,直流爐中間點(diǎn)溫度的穩(wěn)定性提高,主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫