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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。

RB 炉跟随 炉跟机协调 机组负荷 负荷给定 实际负荷指令 机跟炉调节器 跟踪条件 机前压力 机前压力设定

:RBCA6.BO02 :CCSCA1.BO02 :CCSCA1.BO03 :MWLAG.OUT :MW_SP.PNT :LDC.OUT :TMCA1.BO06 :PT.OUT :PTSP.OUT
RI02 BMCA5:BI03 LIM BI01 BI02 HOLIM LOLIM ROCLIM AND BO01 RI01
MEAS MEAS

:BMTFB_PVP

:BMTFB_PID
PNT PNT

:BMTFB_SPP K=0.15

AIN

PID RSP BIAS

机跟炉

P T

74 5M 0
T 1

0 :BMCA3.RO01 1

AIN CHARC

T

RO02

0 MUL RO03 T 1

:BM_MA
RO04 AOUT HOLIM LOLIM M/A

炉主控输出
:BM_MA.OUT

0 0 300 37.5 600 75 660 75

MEAS

:BMTFB_FF

OUT

BCALCI INITI

MW 0 100 240 300 400 500 600 660

P 77 75 100 75 63 64 70 84

MW 0 100 240 300 400 500 600 660

T 3 3 5 4.3 4.7 5 6.2 6.4

:BMBFT_PVP
MEAS

AIN AIN

PNT

:BMBFT_PID
PID RSP BIAS BCALCI INITI RI03 T

MEAS

:BMBFT_SPP K=4.0
PNT

炉跟机
RO02

炉跟机协调前馈 :BMCA1_RO01 炉跟机协调调节器 :TMCA1.BO05 跟踪条件 :MD-PID OUT MD-PID输出信号 手动投入MD-PID
:ON/OFF

BO02 OR RI02 RO01 ADD

SUB

RO03

输出至MDPID
:TO-MDPID

PLC-DCS通讯正常 :COMM GOOD

:BMBF_PID
PID RSP BIAS BCALCI INITI

主汽流量 燃料主控自动 炉主控输出 本页 总燃料量 仿真煤量 4.0 炉跟随调节器 跟踪条件 RB目标负荷

STM_FLW.OUT :FM.MA.MA :BM_MA.OUT :COALCA.RO01 :COAL_SIM.OUT :BMCA2.M01 :BMCA2.BO03 :BM.MA.MA :RBCA0.RO01

10FW:

0 0 1000 37.5 :BMBF_FF OUT MEAS CHARC 2200 75 2500 75
1 T :BMCA2.RO01 0

炉跟随
P T 50 4M
BI04

AND

BO03

压力MDPID投入
:P-MDPID AUTO

DIV :BMCA2.RO02

LIM HOLIM LOLIM

:RB_TARGET.OUT

RB降负荷速率 炉主控自动1

:RBCA1.RO01 :BMCA2.BO04

ROCLIM

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。

过热器一级减温器乙 侧出口汽温平均值

:DPV.OUT

MEAS

:PVP

AIN
BAD

PNT

:MPIDA
PID RSP BIAS OUT MEAS

:MA
AOUT HOLIM LOLIM MANSW

控制指令 10MCS07A:LAE52AA101AO
A O

T:3分钟

:CA6.RO04

MEAS

:SPP

AIN
BAD

PNT

BCALCI INITI

机组实际负荷指令

1MCCS:LDC.OUT

MEAS

:FUNC7

CHARC

OUT

PBAND

:MA.BCALCO

:MA.INITO

0 300 600 650 FUNC7

45 45 45 45

MA上限

:CA1.R002

MA下限

:CA1.R001
BI06 OR :DLDC
MEAS PNT

MA强手动

:CA1.B004

BO05

MD-PID输出信号

:MD-PID OUT

AIN
BAD

H
OR

BO03 OR

OSP 2S BO04

BI04

:DLDC
MEAS

AIN
BAD

PNT

L

BI05 ON/ OFF

BI07

S R

:CA8.BO04

PLC-DCS通讯正常

BI02

:COMM GOOD

NOT

图 3 部分主蒸汽温度控制逻辑优化 4 结论 电厂主蒸汽压力系统是电厂控制系统中控制难度较大的一个系统, 在实际运行过程中不 仅会受到多种因素的影响,而且还具有较大的迟延性和时变性。尤其是其迟延性,给主蒸汽 压力和温度的控制带来了很大的难度, 并且机组容量越大, 主蒸汽压力系统的迟延性就越严 重,控制难度就越大。因此,对主蒸汽参数控制系统进行优化时,必须根据实际情况做出正 确的分析,并针对不同的 PID 参数不断进行试验,最终才能计算出最优的控制参数,取得良 好的控制效果。 经过优化后, 京隆发电厂主蒸汽参数控制系统的控制可靠性及准确性得到了 有效提高。



考 文 献

[1] [1] 吕剑虹,陈来九.模糊 PID 控制器及在过热控制系统中的应用研究.中国电机工程学 报.1995:5~15 [2] 林 梅 金 , 罗 飞 . 模 糊 PID 控 制 器 在 火 电 厂 主 汽 压 控 制 中 的 应 用 [J]. 动 力 工 程,2005,4(2):231-234 [3] 马永光, 赵建军.主汽压系统的模糊 PID 控制及仿真[J].仪器仪表与分析检测, 2006, 1(1): 51-54 作者简介:

耿彪(1987-) ,男,内蒙人,本科,助理工程师,现为火力发电厂热工点检员。 姚政强(1988-) ,男,内蒙人,本科,助理工程师,现为火力发电厂热工点检员。 辛锴(1987-) ,男,内蒙人,本科,助理工程师,现为火力发电厂热工点检员


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