1000MW二次再热π型锅炉汽温的协调控制策列研究

1000MW二次再热π型锅炉汽温的协调
控制策列研究
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摘要
本文主要通过对哈锅1000MW二次再热π型锅炉主汽温及一二次再热汽温的研究，分析超临界机组汽温系统的非线性、耦合性、级联传导性，以及多种因素间的关联性，掌握汽温变化的内部规律，辨识主汽温被控对象的数学模型，根据热力系统参数理论分析，最终得出主汽温控制系统控制策略的关键控制变量和控制方案，为同类型锅炉提供实际参考。

关键词:1000MW二次再热；Π型锅炉；主汽温；一二次再热汽温；控制；
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引言
二次再热机组由于增加了一级再热系统，其控制水准关系到机组发电效率及负荷控制水平。

同时，系统具有延迟和惯性较大等特性，常规PID控制方法更难以取得满意的控制效果，具体表现在机组运行过程中主汽温波动大、管屏壁温超温多，锅炉减温水调门动作频繁、剧烈、磨损大，机组安全和经济性能得不到可靠保证。

常规汽温控制系统基本均采用传统的“串级控制”的控制策略，但未全面考虑机组动态变化时多个关键控制变量之间的关系。

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锅炉设备概况
某电厂“上大压小”2×1000MW新建工程燃煤锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司（简称“哈锅”）研制开发的1000MW二次中间再热、超超临界压力变压运
行带内置式再循环泵启动系统的直流、单炉膛双切圆、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、露天布置的π型锅炉。

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二次再热机组汽温的特性分析
由于二次再热机组机组汽水流程长，在传统的汽温控制策略中，各级汽温控制相互独立，缺乏协调统一性，抗扰能力差。

通过对换热器传热机理的分析，利用换热器进口和出口蒸汽间的比热容、换热器多容特性两个重要物理特征，设计基于物理机理的减温喷水控制策略。

同时，通过解决汽温大惯性和非线性系统的过程控制问题，提升大范围负荷变化时过、再热器减温水控制稳定性。

如果仅仅通过烟气再循环和烟气挡板等调节手段很难保证过热汽温和一、二次再热汽温在合理范围内，所以这也是过热汽温和一、二次再热汽温控制的基础。

因此，对于二次再热机组汽温控制，应当将整个汽水系统视作一个整体，对各级汽温进行协调控制。

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汽温协调控制理论分析基础
利用汽温控制系统级联传导规律，将每一级汽温变量信息按照一定方式传递至其上游和下游控制回路，形成基于双向传递规则的汽温控制规则。

利用正向传递规则，将各级控制响应逐级向下游传递，由于其控制传递速度高于汽温的自然传导速度，有效加快系统调节响应速度；利用逆向传递规则，将各级汽温控制需求逐级向上传递，积累至水冷壁流量控制，改变总给水流量，以达到新的燃水配比，并始终保证减温水控制裕量与各级汽温控制精度，从而在正、逆双向传递过程中，不断建立汽温系统控制平衡点，进而能将会大大提高对汽温的响应速度。

某1000MW哈锅二次再热π型机组采用以锅炉跟随为主的协调模式，炉主控来控制燃料主控，同时通过炉主控来算出对应水量，通过中间点修正水煤比的形式，实现即使在变负荷等剧烈变化的工况下，各级汽温控制品质平稳、快速。

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二次再热机组再热汽温分级联合控制策略
针对二次再热机组再热汽温控制，单纯依赖一种调温手段很难满足各种工况
下对两级再热汽温的控制。

对此二次再热机组设计中提供了烟气再循环、燃烧器
摆角、烟气挡板以及喷水减温等控制手段。

但是各种控制手段对于再热汽温的影
响程度及趋势大不相同，需要设计一种控制策略能够将多种调温方式有效结合、
协同控制，提出一种二次再热机组再热汽温分级联合控制策略。

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烟气再循环对汽温影响
烟气再循环降低炉膛的火焰温度、增加了烟气的体积流量，强化了尾部受热
面的对流换热量，可以实现主、再热蒸汽吸热量的调整。

烟气再循环提高后，主
汽温度上升约30℃，再热汽温提高约40℃~50℃。

由于烟气再循环风口进入炉膛
的切圆形式与燃烧器的相反，对于烟气再循环风口的调整对水冷壁壁温、对主再
热汽温的偏差均有不同程度的影响，尤其是后墙的烟气再循环风口的开度对前墙
的壁温影响较大，从实际应用上看，通过关小后墙烟气再循环风口开度，可以将
假想切圆往后墙推移，减轻前墙水冷壁辐射热量，从而降低前墙垂直水冷壁温度。

烟气再循环作为再热汽温总体“主调”，再循环率每减少1%，影响两级再热汽温
变化约为0.85~1.32℃。

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燃烧器摆角对汽温的影响
燃烧器摆角通过摆动燃料和空气喷嘴，使炉膛中火焰位置抬高或降低，从而
改变热量在主、再热蒸汽之间的分配。

由于燃烧器摆角不同，相对应的假想切圆
大小不一致，因此，遇到水冷壁壁温偏差时，调整降低燃烧器摆角，有利用炉膛
温度的控制。

另外主燃烧器上摆，可以提高对应侧的主再热汽温。

当汽温出现偏
差时，可以通过控制两侧切圆燃烧器的摆角角度，来达到控制两侧偏差的目的。

燃烧器摆角每上摆10°，影响两级再热汽温变化约为1.71~2℃。

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尾部烟气挡板对汽温的影响
烟气挡板通过调整一、二次低温再热器之间烟气量的分配，而实现再热汽温
的调节。

通过再热挡板来调整一、二次再热汽温左右侧的偏差，效果也不明显。

烟气挡板通过调整烟气量在一、二次低温再热器之间的分配，维持两级再热汽温
平衡及“细调”，烟气量份额每增减1%，影响两级再热汽温变化幅度约为
0.96~1.48℃。

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事故减温水对汽温影响
喷水减温限制了超高压缸的出力，使其进汽量减少，使整个机组的热经济性
下降，仅在超温、危急情况下使用，当一二次再热汽温有出现偏差时，可以通过
减温水进行调平，同时也可以控制一再和二再的汽温偏差不能过大，防止汽轮机
膨胀出现异常。

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分级联合控制策略的思路
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烟气再循环通过循环低温烟气，增强对流换热实现再热汽温总体“主调”。

通过调节烟气再循环量来尽量消除一、二次再热器出口汽温与设定值的偏差，控制对象为两级再热器出口汽温的平均值，设定值与机组负荷相对应。

水平烟道
烟气温度、再热器喷水后蒸汽温度及负荷指令作为前馈信号，当其发生变化时，
提前施加不同的控制作用以提高控制系统响应速度。

当锅炉MFT（主燃料跳闸）时，烟气再循环变频风机保持与汽水分离器压力对应的固定值。

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燃烧器摆角根据负荷变化辅助调整，实现汽温控制动态加速。

采用以前馈为主导、辅以稳定工况下汽温偏差修正的控制策略。

主导的前馈信号是不同负荷点对应的摆角位置，同时考虑烟气量的修正、不同磨层组合的修正。

结合当时工况下的汽温、烟温、锅炉负荷、变负荷速率及幅度等因素，设计合理的动态前馈，用于机组变负荷过程。

汽温偏差修正仅用于稳定工况、在一定幅度内进行。

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烟气挡板的调整可以改变一次、二次再热间烟气分配，维持两级再热汽温平衡及“细调”。

机组负荷指令作为前馈信号，一次再热蒸汽温度与设定值之间的偏差与二次再热蒸汽温度与设定值之间的偏差相同的同时，维持再热汽温总体稳定。

一次再热器与二次再热器喷水后蒸汽温度偏差变化较快时，提前改变烟气挡板的开度以提高控制系统响应速度。

当锅炉发生MFT时，烟气挡板强制开至50%，保证前、后烟道烟气均匀分配。

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喷水减温用于动态或紧急工况。

事故喷水要求尽快将汽温降至合理范围，防止超温，因此采用导前微分+PID 的控制方式。

当锅炉MFT或机组RB工况时，喷水减温阀将被强制关闭。

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结论
汽温控制策略的设计中，必须统一考虑烟气再循环与摆角、烟气挡板及减温喷水间再热汽温设定值的关联，比如当某侧再热减温喷水量较大，降低相应侧烟气挡板的设定值。

切实将两级再热汽温的控制对象做为整体进行考虑。

通过再热
汽温分级联合控制策略，将多种调温手段充分协调配合，以达到再热汽温控制的准确、快速及稳定。