循环流化床锅炉主汽温度控制系统优化调试分析

循环流化床锅炉主汽温度控制系统优化调试分析

陈宗金

陈宗金

江苏徐矿综合利用发电有限公司221137

[摘要]300MW循环流化床(CFB)锅炉汽水系统运行过程十分的复杂。其中，可以主动控制蒸汽温度这一过程是一个难度比较高的要点。在此设备的试运行过程之中暴露出了很多问题。首先在运行之初使用传统的串级PID调节方案来对主体气体温度进行控制的效果并不算好。而针对这一问题，研究人员又为此设计了由系统变量进行控制和传统意义上的PID两者相结合进行控制的设计方案。研究人员在前馈回路之前增加了惯性环节，以此来针对PID调节器的相关运行参数进行一定程度上的调整。从实验结果之中可以看出：主体气体温度自动控制在经过了优化之后，主体气体温度的波动范围都处在一个系统可以接受的范围之内。

[关键词]循环流化床；主汽温；状态观测；外置床

300MWCFB锅炉和之前相比加入了4个外置床,此外在设备之中还具有低温、中温过热器和高温再热器。早机组运行的过程之中，为了更好地控制外置床的温度以及再加热气体的温度，外置床的进灰量并不会是一个恒定的数值，而是一个处于不断变化状态的数值，这将会干扰到高温过热器出口汽温(以下简称主汽温)。除此以外，主汽的压力产生过大的变化、锅炉吹灰(采用蒸汽吹灰。吹灰蒸汽从高温过热器人口抽取)和辅机故障减负荷(RB)工况都要求技术人员要严格控制主汽温，或者尽最大努力将主汽温的温度波动控制在一个系统可以接受的范围之内。目前我国的300MWCFB锅炉机组较少，对这一机组的主汽温进行控制所使用的方法状态观测、状态反馈与常规PID控制几者相互结合的控制方法，控制效果非常之好。从实验结果中我们不难发现。在相对而言比较稳定的工作情况之下主汽温的温度波动范围很小，即使出现了变负荷及吹灰的状况，主汽温的温度波动幅度也可以控制在±6℃之内。

1300MWCFB锅炉过热汽温控制系统

1.1一级过热汽温控制

使用传统的串级PID调节器，这样的主要目的就是要严格控制中温过热器的第一个出口和中温过热器第二入口的之间的低体温度差异。这样做是为了防治中温过热器第一入口的汽温和第二出口的蒸汽温度差异过大而更接近饱和温度,这样的设计蕴含了温度保护的理念,而预先设定的保护温度则是设定为汽包压力下的饱和温度加上15℃。当气体温度低于这个数值的时候，起到减低温度作用的水调门将会逐渐闭合。

1.2二级过热汽温控制

使用常规串级PID调节器,这样做的目的则是避免高温过热器入口汽温过高。为这样做是为了防治中温过热器第二入口的汽温和第一出口的蒸汽温度差异过大而更接近饱和温度。从而导致高温过热器入口蒸汽含有水分，同样的这样的设计也蕴含了温度保护的理念,而预先设定的保护温度则也为汽包压力下的饱和温度加上15℃,如果气体温度小于这个数值，起到减低温度作用的水调门将会逐渐闭合。

1.3主汽温控制

在机组进行运行的过程之中,外置床灰控阀要用来控制外置床的温度以及再加热气体的温度。所以伴随着灰控阀产生的位置变化，外置床进灰量也会随之产生变化,并因此导致低温、中温过热汽温产生一定的波动，这样会导致高温过热器入口位置的气体温度产生一定的波动。除此以外，因为高温过热器管道相对而言比较长,这就导致由其所控制的对象温度变化会有一个比较大的延后。如果产生了这种情况，常规串级控制系统无法将主汽温控制在想要的范围之内。所以，研究人员研发了PID串级主汽温控制系统,下文中我们主要会针对这一系统进行介绍。

2采用状态变量控制的主汽温控制

从图1之中我们可以发现。这个控制系统是将高温过热器出口的气体温度当做一个可调整量。高温过热器出口的汽温变化信号传输到主PID调节器，经由调节器所输出的燃料量和主汽流量在经过了运算之后，回合由状态反馈所输送的补偿信号一起，传输到两侧的副调节器之中。

2.1基于状态变量的设计

如果想要让调节器快速反应，就一定要在第一时间发现相关的参数的变化。高温过热器管道比较长，受到目前的技术水平限制．我们不可能准确检测到管壁各处的温度，因此我们只能通过测量过热器出口和入口处的气温来进行控制。使用DCS软件技术来进行一个大致上的预估．通过虚拟温度测点的温度来预判实际上的温度，这种行为可以称之为状态观测。2.2燃料量和主汽流量的前馈作用有很多因素都会对主蒸汽温度产生影响，其中最为关键的还是主蒸汽的通过量以及给煤量。在这几个参数产生变化的情况之下，一定要在第一时间改变建文水量以确保主汽温处于可控范围之内．这样才能够时刻严格控制主汽温的质量。

3主汽温自动控制调试中遇到的问题

3.1PID方案的选择

在最初使用的设计方案之中,主调节器使用的是PI调节器，从实验数据之中不难发现,在调节过程之中加入微分可以取得更好的控制效果，所以我们可以把PI调节更换为PID调节器。

3.2前馈方案的调整

原先的设计方案在进行设计的过程之中并没有考虑到主汽温对燃料量和主汽流量变化的变化速率，在给煤量或主汽流量产生变化的时候在第一时间减少温水量。这样更加容易引起汽温产生不规律变化。所以，一定要在前馈环节之中融入一些惯性环节。

4结语

状态观测器并不需要受控对象有十分过硬的数学模型，这样的特点决定了其可以用在大纯滞后受控对象的控制过程之中，也可以完成一些PID调节器所无法完成的问题，也可以有效的提升系统的可控制性以及系统反应的迅速性。从主汽温控制实验的实验结果之中我们不难发现：使用状态变量进行控制工作的主汽温控制系统可以解决300MW大型循环流化床锅炉主汽温固有的大滞后现象，还可以完美克服剧烈外扰所对主汽温带来的影响，从而把主汽温控制在一个需要的水平。

参考文献

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[3]周星龙,程乐鸣,夏云飞等.600MW循环流化床锅炉水冷壁和中隔墙传热特性[J].中国电机工程学报,2014,(2):225-230