1000MW二次再热火电机组主蒸汽温度控制策略及工程应用

1000MW二次再热火电机组主蒸汽温度控制策略及工程应用

罗贵艺

广东大唐国际雷州发电有限责任公司 广东湛江 524000

【摘要】主蒸汽温度属于火电机组运行的重要参数，同时也是维持主蒸汽温度恒定设计值运行的关键，是保障机组安全、稳定、经济性运行的关键。主蒸汽温度在超过设计值时过热器的管壁金属使用寿命会明显缩短，甚至导致过热器管道被烧毁。在主蒸汽温度偏低时，会显著降低发电机组的能量转换效率，从而导致机组运行经济性遭受影响。对此，为了进一步保障火电机组的运行综合水平，本文简要分析1000MW二次再热火电机组主蒸汽温度控制策略及工程应用，希望能够为相关工作者提供帮助。

【关键词】1000MW；火电机组；二次再热循环系统；主蒸汽温度；控制策略

0.引言

近些年随着我国市场经济的快速发展，社会各界对于电能的需求也在不断增加，这也间接增加了对于火电机组的发电量依赖性。我国属于当前上百万千瓦超超临界机组装机容量最多的国家，二次再热机组因为较高的热循环效率成为了超超临界机组的重要发展方向。二次再热机组的重要参数等级明显提升，机炉的结构发生了明显的改变，此时温度控制便成为了重担与难点。二次再热超超临界机组的汽水工质温度最高值应当控制在末级过热器的出口，也就是主蒸汽温度。主蒸汽温度的控制对于机组的安全与经济性存在直接影响，但是在控制期间存在的干扰因素过多，例如煤质情况、运行工况、加热面的烟气温度以及流速等，在内外因素影响之下主蒸汽温度的控制会呈现出非线性、明显滞后、反应速度慢等特征。对此，探讨1000MW二次再热火电机组主蒸汽温度控制策略及工程应用具备显著实践性价值。

1.1000MW二次再热火电机组主蒸汽温度控制策略

1.1过热器的布置

以某项目为例，该项目主要是应用二次再热技术，过热器系统因为受热面可以结合蒸汽流向划分为两个等级，也就是低温过热器与高温过热器。低温过热器的屏式部门可以布置在炉膛的出口位置，其能够吸收炉膛当中的辐射热量[1]。高温过热器的布置主要是在高温再热器的冷段上部结构，其能够吸收部分的辐射热量以及部分的对流热量。喷水减温器的功能在于低温过热器进口和低温过热器、高温过热器之间，对于主蒸汽温度可以基于煤水一定比例控制作为初步调节，并用两级喷水的方式实现精准性的温度调节。

Smith预估补偿器方面的原理方面，一般情况之下Smith预估补偿器是通过传递函数与纯迟延环节构成。传递函数描述主要体现在去除掉纯滞后环节的受控对象，其中纯迟延环节的延迟时间需要结合实际情况进行调整[2]。借助预估补偿系统，控制品质可以将达到与无纯迟延所不相同的作用，两者的误差会随着实践不断积累，所导致的对象特征变化也会基于系统控制性能而呈现出不稳定表现。对此，在具体的汽温控制系统方面，因为对象的特征本质带有多变性，所以需要结合过程的物理机理进行综合考虑，针对性地优化控制系统。

1.2物理机理的Smith预估补偿器

为了更好的完成理论性的分析，在假设加热器型式、物理型式布局很大程度决定塔式锅炉的过热器受热面积的吸热特征[3]。在稳定工况之下，受热面的热量吸收与传导表现是相对稳定的，此时受热面的温度传递函数也是相对恒定的，入口汽温变化之后可以借助温度传递函数获得出口温度的变化量。如果稳定工况点不同，在相同时间内相同的入口汽温变化量也会呈现出不同的出口汽温变化量。在稳定工况但是负荷与压力不同的情况下，在相同时间内相同的入口汽温变化量会呈现出不同的出口汽温变化量。在具体运行期间，按照负荷可以采用10%、30%、50%、75%、100%5个工况点可以分段进行处理，在处于某个稳定工况时，出入口的汽温变化量差异的定量关系会借助过热器内部的热蒸汽比定压热容进行估算[4]。

针对塔式锅炉而言，30%的负荷之下低温过热器的进口蒸汽参数为11MPa/450℃，比定压热容为2.838KJ/（kg·℃），低温过热器的出口蒸汽参数设置为10.5MPa/530℃，其中比定压热容设置为2.55KJ/（kg·℃），同样质量的蒸汽在焓增相同，例如增加2.838KG/kg时，进气口的温度会提升1℃，出口的汽温将提升1.11℃。相反，想要促使出口气温改变1℃，金瓯的气温就需要改变0.9℃，这两个位置的蒸汽比定压热容的比值可以直接体现汽温变化量的调整关系。从这一角度来看，出口汽温的控制可以借助调整比例系数的方式预估进口气温的调整幅度，通过对这一系统的调整，可以通过比定压热容的比值进行调整，同时比定压热容和过热蒸汽的压力、温度有直接关联。当前的大容量超超临界机组的喷水降温设备出入段均设计了温度测量点，但是中间段没有压力测试点，实际运行期间需要周边的压力测试点为基础，充分考虑管路、减温器、加热器等降压情况并推算相应的压力，同时基于末级过热器的出口压力作为基础进行反向计算，或采用分离器出口压力作为基础点进行推算。

在采用Smith预估设计方式时，虽然不需要实现相当精准的计算，但是仍然需要针对过热器的被控对象的模型进行初步的估算

[5]。按照以往的研究以及近些年的相关经验可以发现，过热汽温基本环节不等容有过阻尼动态的特征，所以基于这一模型为基础，在不同符合点可以应用不同模型参数，尽可能接近真实的对象特征[6]。数学模型为受控对象时，可以基于惰性区考虑4阶段情况，其中惯性时间、比例系数基于在不同的符合区会有相应的改变。

2.控制策略的工程应用效果

本文基于1000MW二次再热火电机组进行研究，该项目属于国家科技支撑的计划项目示范工程，过热器的喷水减温控制对象是基于蒸汽过热并基于受热面积比例增加而呈现出较大的惯性和延迟特征。本文的控制策略基于实践验证是可行的，过热汽温控制的性能可以得到显著的改善。机组正常运行和AGC变负荷情况的曲线，负荷变动范围可以控制在580-650-580MW，速率能够达到1.8%Pe/min。机组主蒸汽温度、一二次再热汽温在负荷变动之前可以达到稳定性的控制，在AGC负荷制定发生连续升降改变的情况下，3个汽温的变化幅度相对比较小，此时控制性能及其效果可以满足机组的具体运行需求。

3.总结

综上所述，1000MW二次再热火电机组主蒸汽温度控制难度相对较高，尤其是带有温度控制延迟以及温度惯性特征明显等特征，所以控制策略显得尤为重要。在具体工作中可以通过改进后的Smith预估控制策略之后，实行常规气温串级调节并替换为单回路调节方式，这一种调节方式对于调节对象的处理有着快速响应的特征，同时参数相对比较容易整定，可以有效规避原主、副调节器之间相互干扰而导致气温调节品质不稳定的问题，从而保护整体的性能控制效果。

【参考文献】

[1]李军，黄卫剑，陈锦攀，王朋，周永言，朱亚清，潘凤萍，李德波.一种适应新型电力系统深度调峰快速调频的工程最速控制器[J].广东电力，2021，34(08):110-119.

[2]任新瑞，马立新.基于模糊PID负荷跟踪型主蒸汽温度控制系统研究[J].电子科技，2021，34(05):18-23.

[3]陆陆，钟文晶，何郁晟.超(超)临界火电机组RB工况下主汽温控制策略研究[A].浙江省电力学会.浙江省电力学会2019年度优秀论文集[C].:浙江省电力学会，2020:132-137.

[4]贾立，柴宗君.火电机组主蒸汽温度神经模糊-PID串级控制[J].控制工程，2013，20(05):877-881.

[5]王丽洋，姚加飞.基于汽温特性的火电机组过热蒸汽温度控制优化研究[J].热力发电，2012，41(07):52-56.

[6]刘林辉，黄永红，张亚强.300MW火电机组过热蒸汽温度模型预测控制研究[J].热力发电，2009，38(03):52-55+65.