火力发电厂600MW亚临界机组主蒸汽参数优化与应用

火力发电厂600MW亚临界机组主蒸汽参数优化与应用

耿彪,姚政强 ,辛锴

（内蒙古京隆发电有限责任公司，内蒙古丰镇市012100）

摘要：本文针对内蒙古京隆电厂主蒸汽参数控制系统中存在的不足，，分析厂用主蒸汽参数控制系统的动静态特性，从而优化PID控制器的控制参数，结果证明优化后的PID控制器提高了本厂的主蒸汽参数控制性能，使锅炉效率得以充分利用。

关键词：主蒸汽参数优化；主汽压力；主汽温度；PID控制

0 引言

主蒸汽压力是火电厂的一个重要的参数，因为火电厂是靠蒸汽推动汽轮机转动，汽轮机是将蒸汽的能量转化为机械功的旋转式动力机械，又称蒸汽透平。蒸汽的压力会影响后面的整个工序，如果蒸汽的压力不够的话将是汽轮机无法正常工作。势必会影响到蒸汽机的寿命和厂子的效益。压力过高将可能导致锅炉超压运行。因此，主蒸汽压力控制系统的优恶直接关系到火电厂能否安全、经济运行。

除主蒸汽压力控制系统之外，主蒸汽温度控制系统也是提高火电厂经济效益，保证机组安全运行的不可缺少的环节。主蒸汽温度是表征锅炉特性的重要指标之一，主蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行有极大的作用。

1 主蒸汽参数控制系统介绍

京隆发电厂机组为亚临界600MW机组，锅炉出口蒸汽压力为15.7—19.6MPa。额定压力为16.7MPa，额定温度为547℃。本厂主蒸汽参数控制系统主要包括压力控制和温度控制两部分。

PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。因此主蒸汽压力及温度控制系统都采用PID控制器控制。

主蒸汽压力串级PID控制系统包括主回路和副回路两个回路。副回路包括副调节器、执行机构、主蒸汽压力被控对象的导前区和测量导前压力的压力变送器。副调节器一般采用比例调节器，它的任务是根据导前压力的变化调节减温水的流量，其作用是在扰动引起主蒸汽压力变化之前先进行调节，可以抑制扰动对主蒸汽压力的部分影响。主回路包括主调节器、副回路、主蒸汽压力被控对象的惰性区和测量主蒸汽压力的压力变送器。主调节器采用PID 调节器，它的任务是消除主蒸汽压力与给定值之间的偏差。

由于影响主蒸汽压力的因素很多，如：负荷的变化、烟气温度和压力的波动、主蒸汽温度的变化、给水流量和温度的波动、吹灰器投入、磨煤机的切换等，在主蒸汽压力串级PID 控制系统中，可以将负荷信号、燃料量信号、主蒸汽压力信号、给水流量信号以前馈形式引入到串级系统的副调节器中，以实现“超前”调节。

主蒸汽温度控制系统也采用PID控制。主蒸汽温度的控制任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且使过热器温度不超过允许的工作温度。过热器温度是全厂工质温度的最高点，也是金属壁温的最高处，在过热器正常运行时已经接近材料允许的最高温度，因此主蒸汽温度的控制水平直接影响到锅炉的热效率和过热器管道、汽轮机等设备的安全运行。所以在锅炉运行中，必须保持主蒸汽温度稳定在规定值附近。一般要求主蒸汽温度与规定值的暂时偏差不能超过10℃，长期偏差不不能超过5℃。

2 本厂主蒸汽参数控制系统存在的问题

自京隆电厂投产以来，主蒸汽压力波动值一直较大，增加了主蒸汽压力控制的调节难度。而主蒸汽温度与设定的偏差一直处于较大波动，严重影响了设备的使用寿命。由于主蒸汽温度原因，曾导致京隆电厂出现锅炉爆管的事故。

3 优化方案

本方案主要采用由DCS系统将相关数据送至某PLC控制器，经PLC控制器计算后，将计算结果再送回至DCS系统，最后DCS系统依据PLC控制系统计算的数据和本身的控制数据相比较，输出一个理想的指令到执行机构，以完成主蒸汽参数的控制。

1、模型驱动PID的优势

传统PID算法最优调试方法为1/4波形衰减法，波形持续时间为纯迟延时间的5倍左右，为减小控制偏差，只能将比例增益减小，但这样又牺牲了设定点的响应特性。

模型驱动PID采用了模型预测的原理，即通过在控制算法中基于动态特性试验搭建的模型，尽最大可能模拟实际的过程特性，来预测控制输出将产生的实际变化值。从理论上来讲，如果控制算法搭建的模型与实际工艺过程的模型一致的话，设定点与过程被调量是完全一致的，模型驱动PID正是通过追求搭建模型与实际工艺模型的匹配，最大限度地稳定主蒸汽参数。

控制系统方框图

2、主蒸汽压力优化切换逻辑：

逻辑接口图如下，图中蓝色部分为稳定主蒸汽参数项目修改的投切逻辑。主蒸汽压力优化模块中用模型驱动PID替换了原逻辑中炉主控PID的输出。在未投入MDPID逻辑时，MDPID 跟踪原逻辑被替换部分，实现无扰投运。MDPID投运时，当出现通讯故障或PLC故障时将MDPID 控制切换到原DCS逻辑控制。逻辑如图2所示。

炉跟机协调实际负荷指令机前压力机组负荷负荷给定炉主控输出本页机前压力设定

RB 降负荷速率炉跟机协调调节器

跟踪条件

机跟炉调节器跟踪条件总燃料量燃料主控自动炉主控自动1

RB RB 目标负荷

炉跟机协调前馈主汽流量炉跟随调节器跟踪条件炉跟随4.0仿真煤量手动投入MD-PID

PLC-DCS 通讯正常MD-PID 输出信号图2 主蒸汽压力控制逻辑优化

3、主蒸汽温度优化切换逻辑：

逻辑接口图如下，图中蓝色部分为稳定主蒸汽参数项目修改的投切逻辑。主蒸汽温度优化模块中用模型驱动PID 替换了原DCS 逻辑中导前汽温四阶惯性及目标值设定值与测量值的偏差。在未投入MDPID 逻辑时，MDPID 跟踪原逻辑被替换部分，实现无扰投运。MDPID 投运时，当出现通讯故障、MDPID 计算错误（越限）或PLC 故障时减温水调门跳出自动，再次投入调门自动时MDPID 切换到原DCS 逻辑，故障处理完手动复位后方可再次投入MDPID 。逻辑如图3所示。