[发明专利]锅炉汽温控制系统中减温水冲击导前汽温测点的动态补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可在减温水冲击导前汽温测点时有效防止电站锅炉过热、再热汽温串级控制系统控制品质下降的动态补偿方法，属锅炉技术领域。

背景技术

电站锅炉中过热、再热汽温是影响锅炉运行安全性、经济性的主要参数。大型锅炉一级、二级过热汽温采用喷水减温调节方式；再热汽温采用以烟气挡板或摆动燃烧器为主、喷水减温为辅的调节方式。由于被控对象具有大惯性、大迟延、非线性等诸多不利特性，致使汽温难以控制。由于电网用电负荷随机性增加、风电大量并网导致发电负荷随机性增加等原因，电网调度需要更加频繁地调整火电机组的发电负荷，以维持供需平衡，这使得锅炉燃烧扰动大大增加。同时，由于燃料性质不稳定、锅炉实施燃烧优化后需要不断调整配风方式以降低NO_X排放等原因，也导致锅炉频繁调整燃烧状态以消除各种扰动。燃烧状态变化使火电机组更多地处于变工况运行状态，过热、再热汽温更加难以控制。

过热、再热汽温多采用串级或导前微分控制系统，其特点是：在喷水减温装置后过热、再热器入口前安装导前汽温测点，在过热、再热器出口处安装被控汽温测点。副调节器输出对导前汽温的传递函数称为导前区对象；导前汽温对被控汽温的传递函数称为惰性区对象。利用导前汽温能够快速反映减温水喷入后被控汽温变化趋势的特点，通过一快速控制回路消除减温水流量扰动、蒸汽流量扰动、执行机构非线性等不利因素，有效提高汽温的控制品质。以串级控制为例说明，控制系统结构如附图1所示，系统包含内、外两个回路，内回路的控制器称为副调节器，被控对象为导前区对象；外回路控制器称为主调节器，被控对象为内回路等效对象和惰性区对象串联后对象。

当锅炉运行工况快速变化导致汽温大幅波动时，对于过热汽温控制系统，需要过热器减温水流量大幅度调整以维持过热汽温稳定；对于再热汽温控制系统，由于烟气挡板或摆动燃烧器执行机构可靠性低、线性度差、动作缓慢等原因，仍然依靠再热器减温水流量大幅度调整以维持再热汽温稳定。当减温水流量大幅变化时，许多锅炉都存在减温水冲击导前汽温测点现象，成为影响汽温控制品质的重要原因。

目前，喷水减温装置的减温水喷口与蒸汽管道之间都安装有一段铝合金套管。铝合金套管耐热冲击性好同时又是非承压部件，可以避免减温水直接喷到蒸汽管道管壁上引起热应力变化。但是，这也使得喷水减温装置后的蒸汽出现分层流动现象：当减温水大量喷入时，管道中心蒸汽温度低而贴近管道壁面处蒸汽温度高。锅炉采用热电偶测量蒸汽温度，当导前汽温测点距离喷水减温装置较近时，测量得到的温度是管道中心的蒸汽温度而并非管道内蒸汽的平均温度，出现导前汽温不正常偏低的情况，这即是减温水冲击导前汽温测点现象。同时，由于水和蒸汽可以在较长的管道内进行充分混合，所以减温水冲击导前汽温测点不会对被控汽温产生影响。

当发生减温水冲击导前汽温测点现象时，会导致汽温控制品质大幅度下降。整体汽温被控对象包括导前区对象和惰性区对象。整体汽温被控对象的增益由三部分相乘后构成，第一部分是减温水阀开度对减温水流量的增益K₁、第二部分是减温水流量对导前汽温的增益K₂、第三部分是导前汽温对被控汽温的增益K₃。K₁与K₂的乘积为导前区对象增益，K₃为惰性区对象增益。在锅炉蒸汽流量一定的情况下，K₂与K₃的乘积非常接近一个常数，即单位流量减温水变化导致被控汽温的变化量是一定的。当发生减温水冲击导前汽温测点现象时，K₂与K₃的乘积也非常接近这一常数，只不过是K₂不正常地偏大，K₃不正常地偏小而已。对于串级控制系统，由于导前区对象的惯性很小，内回路的鲁棒性很好，即使导前区增益出现较大变化，对整个控制回路控制品质影响也很小。但是对于外回路而言并非如此，由于惰性区对象的惯性和迟延都很大，对象增益出现微小的变化，都会严重影响系统控制品质。对于一个整定好PID控制器参数的串级控制系统，外回路增益变小时被控变量的响应将变得非常迟缓，而外回路增益变大时控制系统会变得不稳定。

发明内容