300MW機組擺動燃燒器調節再熱汽溫的改進建議

　　摘要：分析了某300MW機組擺動燃燒器法再熱汽溫控制系統的特點。針對系統中存在的問題，提出了引入摸糊控制技術改善再熱汽溫調節品質等改進建議。對擺動燃燒器的使用維護方法作了簡要介紹。
　　
　　某廠300MW機組鍋爐為亞臨界一次中間再熱、自然循環單爐膛汽包爐，四角雙切圓燃燒，兩假想切圓的直徑分別為548mm和1032mm。燃燒器采用水平濃淡燃燒器，共15層分為上下兩組。燃燒器可以擺動，上面組為8層，下面組為7層。三次風噴口及頂次風噴口zui大擺動±15度。其它噴口zui大擺動±30度。鍋爐采用4套鋼球磨煤機中間儲倉式制粉系統。
　　
　　過熱蒸汽溫度調節采用噴水減溫，設置3級噴水減溫器。再熱蒸汽溫度調節采用擺動燃燒器為主，在壁式再熱器和中溫再熱器的左、右連接管上設置有微量噴水減溫器，作為調溫的輔助手段，并使兩側汽溫偏差控制在允許的范圍內。為防止再熱器超溫，在壁式再熱器的左、右進口管上設置事故噴水減溫器，增加了事故噴水調節，事故噴水減溫器A/B側各一個，但調節門僅有一個。在低負荷時，可以增大爐膛進風量，作為再熱汽溫調節的輔助措施。
　　
　　一、再熱汽溫調節系統的分析
　　
　　再熱汽溫自動調節系統的結構如圖1所示，控制設備為美國ABB公司生產的INFI90分散控制系統。　　
　　1.1擺動燃燒器控制
　　
　　擺動燃燒器控制系統是一個帶前饋信號的單回路控制系統，在再熱汽溫控制中起到經常性的調節作用。再熱器出口汽溫與手動給定值進行比較，偏差送到控制器。為提高再熱汽溫在外擾下的控制品質，控制回路設計了由機組負荷和送風量經函數器給出的前饋信號。反饋控制信號加上前饋信號，形成對燃燒器傾角的控制指令，這個信號分4路并行輸出，經各自的電/氣轉換器分別送至鍋爐四角的氣動定位器，zui終由汽缸連桿機構推動本角的燃燒器改變傾角，以改變爐膛火焰中心位置來改變再熱器的入口煙溫，從而達到控制再熱汽溫的目的。當進行爐膛吹掃時，燃燒器傾角被自動聯鎖在水平位置。
　　
　　1.2噴水減溫控制
　　
　　再熱器噴水減溫控制采用減溫器出口汽溫作導前信號，構成串級控制系統。
　　
　　當擺動燃燒器在自動控制狀態時，噴水減溫再熱蒸汽溫度的給定值，在燃燒器控制系統給定值的基礎上加上燃燒器控制指令經函數發生器給出的偏置量，目的為當擺動燃燒器有調節余地時抬高噴水減溫控制系統給定值，以確保噴水減溫閥門關死;當擺動燃燒器控制指令接近下限而將失去調節余地時，該偏置量應減為零，以便再熱汽溫偏高時噴水閥門接替擺動燃燒器工作;如擺動燃燒器處于手動控制狀態，該偏置量自動切為零。當鍋爐出現MFT、汽輪機跳閘時，噴水調節閥自動聯鎖關閉。　　
　　1.3事故噴水控制
　　
　　事故噴水控制系統是再熱汽溫的輔助控制手段。當再熱汽溫升高，噴水調節閥開度達到50%以上或再熱汽溫異常升高到550℃以上時，應投入事故噴水。事故噴水控制系統結構簡圖如圖2所示。該系統為一個串級控制系統?？刂频哪康氖强焖僬{節再熱減溫器前汽溫，從而間接地穩定再熱汽溫。導前汽溫選取的是事故減溫器后汽溫。當鍋爐出現MFT或負荷降到低*，事故噴水閥自動聯鎖關閉。
　　
　　二、存在的主要問題
　　
　?。?）在燃燒器擺動傾角擾動下，再熱器出口汽溫對象的純遲延時間和時間常數非常大，擺動燃燒器控制系統屬于大遲延系統。因此，鍋爐負荷快速變化時，用傳統的單回路調節方案難以快速控制再熱汽溫，造成調節滯后明顯。
　　
　?。?）原設計未充分考慮擺動燃燒器傾角在不同角度時對再熱汽溫的影響特性，使自動調節準確度不高，造成擺動燃燒器長期不能投入自動控制。
　　
　?。?）原四角布置的擺動燃燒器傾角執行機構有不同步、卡澀現象，無法有效調整爐膛內燃燒中心區的位置，達到改變爐膛出口煙溫，調節再熱汽溫的目的。
　　
　　三、建議改進方案和實際應用
　　
　?。?）針對擺動燃燒器控制的大遲延，可采用模糊控制技術。模糊控制技術是行為上模擬人的模糊推理和決策過程的一種實用控制方法，在火電廠中早已應用在較簡單、獨立的單回路閉環控制系統中。與常規的PID反饋控制相比，模糊控制不僅利用被調量的當前偏差值作為調節的依據，而且還同時提取當前被調量偏差的變化速率參與調節，具有比例-微分的控制作用，但缺少積分作用。這種模糊控制系統的動態性能較好，而穩態性能不能令人滿意。在線性理論中，積分控制作用能消除控制的穩態誤差，但動態響應慢，比例控制作用動態響應快且能獲得較高的穩態性，又具有較快的動態響應。所以，對于存在較大遲延的控制對象，把PID控制策略引入模糊控制器，構成復合控制，形成優勢互補，將有效改善調節的動態品質。　　
　　再熱汽溫控制可改進為模糊控制與PID控制相疊加的復合控制方式（圖3）。擺動燃燒器控制與噴水減溫控制回路均采用復合控制策略，其目的是充分利用模糊控制器動態性能好和PID控制器穩態性能好的優點，進一步提高控制回路的調節速度，改善調節品質。這種復合控制策略在大偏差范圍內采用模糊控制，在小偏差范圍內轉化為PID控制，采用跟蹤技術實現二者的無擾切換。模糊控制器可采用二維模糊控制器（圖4），輸入信號為再熱器出口汽溫和再熱器出口汽溫的變化率。如再熱汽溫變化遲延太大，可采用再熱減溫器后汽溫的變化率作為其中的一個輸入信號，因再熱減溫器后汽溫變化速度快，能及早預測再熱汽溫的變化趨勢，從而提前進行調節。
　　
　　（2）為使擺動燃燒器控制能投自動，需掌握擺動燃燒器傾角對再熱汽溫和排煙溫度的影響。建議以擺角的水平位置為起點（對應50%的控制指令），在±30度范圍內，試驗確定在不同的負荷段、不同運行工況下，燃燒器不同擺動角度對再熱汽溫、排煙溫度變化量和變化幅度的影響。應注意觀察減溫水量的相應變化量，擬出各自的變化曲線，分析得出各種情況下燃燒器傾角開度的不同調節速率，以方便對控制系統的修改，不斷完善。
　　
　?。?）對擺動燃燒器傾角執行機構存在的四角不同步現象，建議對燃燒器傾角執行機構進行改造:將控制氣改為從電氣轉換器統一送到4個燃燒器傾角執行機構定位器（原來分別送到4個燃燒器傾角執行機構定位器）。同時應加強對燃燒器傾角傳動機構的維護和保養，防止卡澀。
　　
　?。?）根據模糊控制的原理，某廠實際采用的是Smith預估器和PID調節器。Smith預估器具有一定的智能模仿作用（即模糊控制能力），在微調減溫水投自動時，調峰頻繁情況下，再熱汽溫合格率可達85%以上;在帶基本負荷時，再熱汽溫合格率可達95%以上，均較使用PID調節器時有很大提高。
　　
　　四、擺動燃燒器維護
　　
　　某廠燃燒器擺角控制在很長一段時間里，不能正常使用，主要原因是燃燒器擺動裝置工作環境和氣缸定位器存在問題。為滿足運行要求，已將執行機構氣缸定位器改為ABB公司產品，現定位器工作正常，但由于現場環境太差，必須定期清掃執行器周圍的積灰，同時運行中應維持爐膛負壓運行。為保證燃燒器四角擺動在同一平面，在使用一段時間后，應定期重新對擺角定位。采取上述措施后，基本上可保證燃燒器擺動裝置長期正常使用。
　　
　　目前，燃燒器擺角控制仍不能經常投自動（一般在機組中低負荷下才使用），主要原因是煤質不好，若通常情況下投自動，擺角動作過于頻繁，對爐膛安全影響較大;同時，對主蒸汽溫度也有一定影響，經測試，燃燒器擺角平均向上擺1%，主蒸汽溫度大概變化0.3℃~0.1℃之間。