循环流化床锅炉主汽温控制系统分析

循环流化床锅炉主汽温控制系统分析

摘要本文基于预测函数控制算法的理论和应用，对循环流化床锅炉的主汽温控制系统进行了研究。首先介绍了预测控制方法的基本原理，然后在此基础上详细介绍了控制系统的组成和汽温的调节方法。

关键词循环流化床；预测控制；系统

近二十年来，火电厂单元机组越来越向大容量、高参数、高效率的方向发展，对机组热工自动控制系统控制品质的要求也随之提高。为了保证单元机组的正常运行以及高度的安全性、经济性，对单元机组的自动化水平提出了更高的要求。因此，在探讨循环流化床锅炉控制系统特点的基础上，设计合理的控制方案以提高流化床的运行效率和环保效益，是很有必要的。

1循环流化床锅炉主汽温对象的特性

主汽温是衡量锅炉运行质量高低的重要指标之一，主汽温过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。主汽温自动控制设备的工作目的是将过热器出口的蒸汽温度维持在在一定的范围内，从而保护过热器，使管壁温度不超过允许的控制温度。主汽温超过允许范围会造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分的金属部件产生损毁。通常情况下，主汽温的最大值一般不能超过额定值5℃以上。过低的主汽温又会降低电厂的热效率，而且对汽轮机的安全运行有负面影响，因而通常情况下主汽温的下限值一般不低于额定值10℃以下。主汽温的额定值通常设置在500℃以上，例如高压锅炉过热器出口的主汽温一般为540℃，根据规定，过热器出口处的主汽温必须保持在540±5℃的范围内。

采用表面式减温器来改变循环流化床锅炉的入口汽温是一种有效的控制方式，这种方式将过热器分为2个区域：导前区和惰性区，其传递函数分别用W1(S)和W2(S)表示，整个被控对象的传递函数为

其中：

需要注意的是，由于循环流化床锅炉结构上与常规煤粉炉有很大的不同，在这里给水流量的变化对主汽温的影响较大，给水流量阶跃扰动的前提下，对主汽温的传递函数为：

由上面分析计算可以看出，汽温系统的增益和时间常数均随负荷的增加而逐渐减少，且最终表现出明显的大惯性和纯迟延特性。对于具有这样特性的对象，设计中常采用串级控制系统。串级控制系统能够明显减少系统的惯性，提高系统抗内扰的能力，改善系统的控制品质。

2电厂循环流化床锅炉主蒸汽温度控制系统

2.1汽温调节方法

对于串级汽温控制系统而言，控制逻辑准确、可靠是保证系统安全运行的关键。由于现代大型锅炉结构的复杂程度高，过热器的管道相对较长，其滞后和惯性也大大增加，因此在这里我们采用了分段控制策略。

不同锅炉的静态特性和动态特性随锅炉的构造特点不同而各有差异，因此过热汽温控制系统大致运用以下几种方法来控制:串级控制系统、导前汽温微分信号的双回路控制系统、相位补偿汽温控制系统和分段串级汽温控制系统。喷水减温是目前常采用的主汽温控制手段之一，而再热汽温的调节方式多为用摆动式燃烧器法和烟气挡板法。汽温调节方法具有多种控制策略，一些先进控制算法如自适应控制、模糊控制、预测控制等被广泛应用于其中。串级蒸汽温度控制系统的主参数为过热器出口的主汽温，副参数为喷水阀出口的汽温，该方案有如下特点：

1）抗内扰能力强，内扰对被控量的影响可以控制在最小程度。2）调节速度快。内回路的设计减小了系统原被控对象的延迟和惯性，从而减轻外回路的整定难度，达到减小系统超调的目的。3）串级系统有一定的自适应能力。因为副调节器的给定是主调节器的输出，所以内回路是快速随动控制回路，并由主调节器根据系统的实际情况来修正内回路的给定值，从而改善系统的控制品质。

2.2三级喷水减温系统

过热汽温调节装置由三级减温水，共6套串级回路组成。每级通过串级调节满足减温设计实现过热汽温调节。下级减温器入口汽温由主调节器的输出来满足，而后者由减温器出口汽温通过副调节器控制输出的减温水调门来满足，最终满足人工设定值要求。在调节中应考虑的前馈补偿过热汽温的影响因素还有：床温锥形调节阀、高再温度锥形调节阀、热负荷等。

第一级控制系统中导前汽温信号为中过I入口汽温，该气温由控制一级喷水量WB1维持在给定值；第二级控制系统中导前汽温信号为中过II入口汽温，二级喷水量WB2负责来控制中过II出口汽温为给定值；第三级控制系统中副参数为高温过热器入口汽温，通过控制三级喷水量WB3以保持高温对流过热器出口汽温（即主汽温）满足要求。

由于各级汽温控制系统均采用串级控制方式，因而各级控制系统结构相似，下面仅以过热汽温控制系统（第三级控制系统）为例来介绍它的原理。

该级控制系统的被调量为高温过热器出口汽温TEX030063，作为前馈的串级控制系统是三级过热器进口汽温温差调节系统SH3DEV_PID。三级减温的给定值信号在这里作为高于出口汽温的给定值信号送入三级系统的主调节器，即左侧SH3A_IT_PID和右侧的SH3B_IT_PID。这个值由代表锅炉负荷大小的总能流信号TEF经函数模块F(x)转换后，与定值器A给出的三级减温偏差设定值SH3_ITSPX相加得到。副调TC020056A的输入为主调节器SH3A_IT_PID的输出。同时三级过热汽温温差调节SH3DEV_PID（前馈信号）被送到主调

SH3A_IT_PID的出口与主调的输出相加送给副调节器。

左侧三级减温器的喷水调节阀8TCV02-0054-I由副调的输出送入

手/自动操作器来控制。

左右两侧三级喷水减温阀的开度分别由两个调节器的输出经手/自动操作器控制，这样可通过侧副环消除任意一侧的内扰动，防止另一侧发生不必要的操作。

该串级系统与常规系统相比有以下特点：

1）非恒值控制系统。被调量给定值随总能流TEF变化而变化，由函数模块F (x)实现。2）设置故障诊断功能，在线监测各传感器、执行机构和系统状态变化。3）引入前馈信号以消除扰动。4）高过两侧汽温调节阀控制具有独立性，提高了抑制内扰的能力。5）系统设有手自动无扰切换且具备显示功能，对主副给定都有保护限制。

3结论

随着电力事业的发展，高参数锅炉机组不断增加，研究汽包锅炉热工控制对象的一般特点，对提高机组运行的安全性、可靠性和经济性有一定的现实意义。

参考文献

[1]牛培峰.循环流化床锅炉汽温自适应解耦控制系统[J].自动化学报,1999,25(1):

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[2]王东风.循环流化床锅炉汽温系统的多模型自适应预测控制[J].自动化仪表,2003,24(7):46-50.