母管制機組母管壓力負荷分配協(xié)調(diào)控制方案

1、母管壓力綜合控制方案1 概述蒸汽母管作為并列運行母管制鍋爐的核心裝置之一，母管壓力的控制效果直接影響鍋爐運行狀況和煤粉利用率。然而母管壓力參數(shù)具有滯后時間長、內(nèi)外干擾大等特點，控制難度較大，已成為廣大熱電廠的主要攻關(guān)課題。因此，中控經(jīng)過長期研究論證，提出了負荷分配、前饋、非線性綜合控制策略。該控制策略的主要原理是根據(jù)主設(shè)備運行工況自動區(qū)分內(nèi)外擾動類型，并依據(jù)擾動強弱判斷燃燒穩(wěn)定狀態(tài)。2 內(nèi)外擾動鍋爐運行時蒸汽壓力是否穩(wěn)定,取決于鍋爐蒸發(fā)量和外界負荷兩個方面。只有鍋爐蒸發(fā)量等于外界負荷所需要的蒸發(fā)量時,汽壓才能維持穩(wěn)定。影響汽壓變化的因素有以下兩點：一是鍋爐外部的因素,稱為“外擾”;二是鍋爐內(nèi)部

2、的因素,稱為“內(nèi)擾”。1）外擾外擾主要是指外界負荷的正常增減及事故情況下大幅度減負荷。當(dāng)外界負荷突然增加,而鍋爐的燃料量未來得及增加時,汽壓將下降；當(dāng)外界負荷突然減少時,汽壓則上升。在母管制系統(tǒng)中,當(dāng)外界負荷變化時,并列運行的各鍋爐汽壓將受到一定的影響,其后果與外界負荷變化的劇烈程度、各爐特性和各爐所處位置有關(guān)；當(dāng)外界負荷不變時,并列運行鍋爐之間的參數(shù)變化也將互相影響。例如：某一臺爐由于汽壓下降,而影響其它爐汽壓也下降,此亦屬外擾因素。2）內(nèi)擾內(nèi)擾是指鍋爐機組自身因素引起的汽壓變化。主要包括爐內(nèi)燃燒工況的變化(如燃燒不穩(wěn)定等)和鍋爐工作情況(如熱交換)的不正常。燃燒不穩(wěn)定的原因很多,如煤質(zhì)、入

3、爐粉量、煤粉細度、風(fēng)粉配合、風(fēng)量風(fēng)速變化、爐內(nèi)結(jié)焦、爐內(nèi)漏風(fēng)、制粉系統(tǒng)故障、油壓、油質(zhì)、油溫變化等,這些都會降低傳熱效果,影響蒸發(fā)量。3）內(nèi)擾和外擾的判斷不論是內(nèi)擾還是外擾,汽壓的變化總與蒸汽流量的變化密切相關(guān)。因此,在鍋爐運行中,可根據(jù)汽壓和蒸汽流量的變化,來判斷引起汽壓變化的原因?qū)儆趦?nèi)擾還是外擾：Ø 汽壓與蒸汽流量變化的方向若相反,則屬外擾。Ø 汽壓與蒸汽流量變化的方向若相同,大多數(shù)是內(nèi)擾所致。Ø 對單元機組運行而言,燃料量減少,蒸汽量下降,而爐的蒸汽流量反而增加。此過程,初期受內(nèi)擾,后期則兼受外擾。3 常規(guī)燃煤鍋爐母管壓力常規(guī)的燃煤鍋爐母管壓力/給粉調(diào)節(jié)系統(tǒng)

4、設(shè)計方案多以母管壓力為校正調(diào)節(jié)器，與各調(diào)壓爐的熱負荷調(diào)節(jié)器構(gòu)成了串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。母管壓力校正調(diào)節(jié)器根據(jù)母管壓力的偏差值，將熱負荷要求分配給各調(diào)壓爐。母管壓力校正調(diào)節(jié)器及熱負荷調(diào)節(jié)器均采用常規(guī)PID控制。事實證明，該方案很難取得良好控制效果，具體原因如下：Ø 母管壓力信號時滯大。并列運行的鍋爐壓力藕合現(xiàn)象嚴重，不能快速跟蹤負荷的變化。并列運行的鍋爐越多，則時滯越大。Ø 熱量信號難以準(zhǔn)確整定。由于每臺鍋爐爐膛的煤粉進量缺乏很好的計量手段，通常以熱量信號作為煤粉量的間接反應(yīng)。但蓄熱系數(shù)在實際應(yīng)用中難以整定，導(dǎo)致在調(diào)試中控制系統(tǒng)不能正確區(qū)別內(nèi)外擾動。4 中控的母管壓力負荷分配控制主蒸

5、汽母管壓力的調(diào)節(jié)實質(zhì)是對進入蒸汽母管流量或各鍋爐蒸發(fā)量的調(diào)節(jié)。汽壓過高、過低或者急劇變化,對鍋爐機組以及整個發(fā)電廠運行都是很不利的。因此應(yīng)加強對汽壓的控制并限定其波動范圍。汽壓變化是不可避免的,但應(yīng)及時地、正確地調(diào)整燃燒狀態(tài),以盡快恢復(fù)汽壓穩(wěn)定。對并列運行機組,應(yīng)根據(jù)設(shè)備的運行特性確定一臺或幾臺爐作為調(diào)壓爐,以應(yīng)付外界負荷的變化。而其它爐作為定負荷爐，進行固定熱負荷燃燒的風(fēng)煤自動控制，并實現(xiàn)爐內(nèi)擾動的穩(wěn)定控制。 母管壓力控制的負荷指令必須經(jīng)過溫度壓力補償運算,以消除由外擾產(chǎn)生的假負荷量對母管壓力控制的逆轉(zhuǎn)反應(yīng)。針對母管制鍋爐的強耦合特點,中控提出壓力協(xié)調(diào)控制方案,即對相鄰調(diào)壓爐的壓力負荷偏差閥

6、值進行自動平衡分配或手動修正,以抑制因調(diào)壓爐間壓力及流量偏差而產(chǎn)生的互相干擾。5 中控的燃燒前饋及非線性復(fù)合控制前饋及非線性復(fù)合控制調(diào)節(jié)方案為使給粉機轉(zhuǎn)速能夠快速跟蹤負荷的變化，在控制回路中引入了主汽流量前饋控制。為了避免給粉機轉(zhuǎn)速的大幅度波動，引入了汽包壓力前饋控制；而為了保證給粉控制回路在穩(wěn)態(tài)、動態(tài)情況下均能達到良好的控制指標(biāo)，控制過程要注意區(qū)分燃燒系統(tǒng)所處的狀態(tài)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)，對內(nèi)部擾動和外部擾動引起的動態(tài)過程分別選用不同的控制器。1）總體控制及前饋控制器1：外環(huán)調(diào)節(jié)器，控制母管壓力，其輸出sp_dq為所有調(diào)壓鍋爐的總負荷給定。該值乘以各調(diào)壓爐的負荷分配系數(shù)a即為該爐的負荷給定。負荷分配系數(shù)

7、滿足如下條件：ai=1.0，i=0，1，···，boiler_num-1；0. 40<ai<0.60；對于該項目，a0代表#3鍋爐負荷分配系數(shù)，a1代表#4鍋爐負荷分配系數(shù)?？刂破?：內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，控制鍋爐負荷，其輸出u2為給粉機轉(zhuǎn)速。主蒸汽母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制框圖如圖1所示。圖 母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理框圖 框圖中符號說明：G1(S)：母管系統(tǒng)壓力對負荷的傳遞函數(shù)；G2(S)：鍋爐負荷對燃料量的傳遞函數(shù)；Sp1：母管壓力給定值；Sp2：鍋爐負荷給定值；Pm： 母管壓力測量值；y1： 外環(huán)控制反饋量；y2： 內(nèi)環(huán)控制反饋量；e1： 外環(huán)偏差；e2：

8、 內(nèi)環(huán)偏差；fbpb：汽包壓力前饋系數(shù)；fbdq：負荷擾動前饋系數(shù)； Pb： 汽包壓力；Dq： 主汽流量；2）非線性給粉控制器的設(shè)計為達到穩(wěn)態(tài)、動態(tài)指標(biāo)均佳，控制過程中時刻判斷燃燒系統(tǒng)所處的狀態(tài)穩(wěn)態(tài)或動態(tài)。內(nèi)部擾動和外部擾動引起的動態(tài)分別選用不同的控制參數(shù)（見圖2）。當(dāng)母管壓力主汽壓力偏差大時，系統(tǒng)處于動態(tài)過程，采用快速控制器；反之，采用阻尼較大的控制器。圖2具有多種控制手段及給粉機快速投切技術(shù)的給粉回路控制程序框圖 控制器的選取基于以下規(guī)則：Ø 若汽機快速拋負荷（K=1，否則K=0），則采用具有給粉機自動投切功能的控制器（Controller1），K值根據(jù)母管壓力/主汽壓力偏差及變

9、化率現(xiàn)場工藝調(diào)試情況確定。Ø 若母管壓力 / 主汽壓力偏差e小于預(yù)先設(shè)定的門檻值ee(¥)，則采用具有較大阻尼和汽包壓力前饋的PI控制器（Controller2）。e< ee(¥)說明系統(tǒng)狀態(tài)接近穩(wěn)態(tài)，此時主要關(guān)心調(diào)節(jié)精度問題，故采用較大阻尼的PI控制器；引入汽包壓力前饋是為了降低接近穩(wěn)態(tài)時給粉機轉(zhuǎn)速的大范圍波動；Ø 若母管壓力 / 主汽壓力偏差e大于預(yù)先設(shè)定的門檻值ee(¥)，且ddq（為采樣兩時刻之間的負荷增量）與ddp（為采樣兩時刻之間的主汽壓力增量）同號，則采用具有主汽流量前饋的快速PI控制（Controller3）。e>

10、ee(¥)說明系統(tǒng)處于暫態(tài)過程中，故采用快速PI控制；ddq與ddp同號說明系統(tǒng)受到的干擾為外擾動（如負荷變化），為了抵消外擾動的影響引入了主汽流量前饋控制；Ø 若母管壓力 / 主汽壓力偏差e大于預(yù)先設(shè)定的門檻值ee(¥)，且ddq與ddp異號，則采用無前饋的快速PI控制（Controller4）。e> ee(¥)說明系統(tǒng)處于暫態(tài)過程中，故采用快速PI控制；ddq與ddp異號說明系統(tǒng)受到的干擾為內(nèi)擾動（如煤質(zhì)變化），內(nèi)擾動情況下不需加入前饋控制。Ø 當(dāng)汽機快速甩負荷、外網(wǎng)負荷突然下降時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)負荷變化的大小、主汽壓力上升的速度，急停

11、12臺給粉機，使燃料量迅速下降，同時又穩(wěn)定了其它給粉機的轉(zhuǎn)速，不致因所有給粉機轉(zhuǎn)速快速下降而造成滅火。給粉機的投切邏輯在控制程序中自動完成。給粉機自動投切技術(shù)的使用，能夠使鍋爐負荷在較大范圍內(nèi)快速波動時，燃燒自動控制系統(tǒng)具備快速穩(wěn)定主蒸汽壓力的能力。6 控制效果.某石化公司熱電廠，為8爐（8*410T/H）母管制并列運行方式，#3、#4鍋爐采用母管協(xié)調(diào)控制，并實現(xiàn)了鍋爐穩(wěn)態(tài)及大負荷擾動情況下的全自動控制。系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，取得了很好的經(jīng)濟效益.目前其它鍋爐的DCS系統(tǒng)也正在陸續(xù)應(yīng)用該項控制技術(shù)。根據(jù)擾動試驗記錄數(shù)據(jù)，如下圖所示，在鍋爐發(fā)生“10%額定負荷/60秒”（電力部頒標(biāo)準(zhǔn)為“5%/90秒

12、”）擾動下主汽母管最大動態(tài)偏差為0.21Mpa穩(wěn)態(tài)偏差±0.02Mpa，母管壓力恢復(fù)時間：6分30秒；分析實時趨勢圖，控制系統(tǒng)在大負荷擾動工況下表現(xiàn)了良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)及魯棒性?？刂葡到y(tǒng)保持全自動運行，并能快速調(diào)節(jié)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。主汽母管壓力、主汽流量、汽包水位、爐膛負壓等主要參數(shù)波動范圍均能滿足鍋爐運行工藝要求。給粉實時趨勢分析：15時14分母管壓力給定值為9.10MPa，母管壓力9.10MPa，整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。15時14分30秒汽機開始甩負荷，至15時15分30秒結(jié)束，汽機共甩負荷2萬千瓦，母管中蒸汽流量減少82t/h，其中#3鍋爐負荷變化46t/h，#4鍋爐負荷變化36t/h。母管壓力由9.10Mpa迅速升高，15時16分40秒達到最