直流爐的燃料和給水控制策略研究

時間：2022-10-17 16:05:38

關鍵字：解耦控制中間點溫度主蒸汽壓力

手機看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機看文章

[導讀]摘要:結合當前直流爐主蒸汽壓力和中間點溫度的控制理論,分析直流爐燃料和給水之間的耦合關系,實現(xiàn)燃料和給水的解耦控制。通過燃料和給水的解耦,克服直流爐運行過程中給水和燃料互相影響造成主蒸汽壓力和中間點溫度波動的問題,最終實現(xiàn)直流爐給水的優(yōu)化控制。實際應用表明,通過直流爐燃料和給水的解耦控制,直流爐運行穩(wěn)定性顯著提高。

引言

電網(wǎng)發(fā)展,要求發(fā)電機組在穩(wěn)定的前提下負荷響應更快、更靈活,而火電機組蒸汽參數(shù)的提高,使水和蒸汽的密度差減小,自然循環(huán)鍋爐受到限制,其在臨界壓力附近運行時,有一個壓力不穩(wěn)定區(qū)域,故此超(超超)臨界機組均配置直流爐,同時控制系統(tǒng)的研究與設計也面臨一些新問題。

超(超超)臨界直流鍋爐是一個強耦合、多變量、大時滯的被控對象,其中主蒸汽壓力與中間點溫度是直流爐控制的難點之一。對于這兩個控制對象,一般有兩種控制方式:一種是用給水控制主蒸汽壓力,燃料控制中間點溫度,但給水是比較快的被控對象,而燃料需要經過輸送、碾磨后被吹進爐膛,再經過燃燒放熱才被吸收,是比較慢的被控對象,這種控制方式往往會造成中間點溫度、蒸汽溫度的大幅波動,甚至可能超溫引起爆管,影響機組的安全運行:另一種是用燃料控制主蒸汽壓力,給水控制中間點溫度,這種控制方式有利于機組的穩(wěn)定運行,本文燃料和給水的解耦控制正是基于這種控制方式。

1燃料和給水的耦合關系

直流爐燃料和給水之間存在強耦合關系,即燃料量變化、給水量變化均會對主蒸汽壓力和中間點溫度有影響,而主蒸汽壓力、中間點溫度變化又會造成燃料量、給水量變化。直流爐燃料和給水之間的關系框圖如圖1所示。

通過試驗的方式對直流爐燃料和給水的強耦合關系進行了充分驗證,試驗內容和結果如表1所示。

試驗結果分析如圖2所示(分析均建立在鍋爐效率不變的前提下)。

詳細分析:給水指令變化時,首先給水泵轉速指令或勺管開度指令變化,給水經過水冷壁,轉態(tài)后即可到達過熱器進行吸熱:燃料指令變化時,首先給煤機指令變化,燃料進入磨煤機,經磨煤機碾磨后,被一次風吹進爐膛,再燃燒放熱,最終通過熱傳導/熱輻射的方式被過熱器吸收。燃料量開始變化至燃料放熱被過熱器吸收的時間,顯著大于給水量開始變化至給水到達過熱器的時間,所以當燃料量和給水量同時增大時,中間點溫度會先降低再升高,二者同時減小時,中間點溫度會先升高再降低。

試驗結論如下:

(1)給水對主蒸汽流量有影響,但這種影響是暫時的,給水和主蒸汽流量之間的關系近似為微分:

(2)對于中間點溫度的影響,給水要快于燃料,為保證中間點溫度的穩(wěn)定,給水指令要慢于燃料指令。

主蒸汽流量變化時,如果機組電功率不變,則主蒸汽壓力會與主蒸汽流量同步變化,上述結論中的主蒸汽流量可以等效變換為主蒸汽壓力。

2燃料和給水解耦控制

機組負荷快速變化時,如果不考慮燃料和給水之間的強耦合關系,會引起燃料和給水之間的互相干擾,造成主蒸汽壓力和中間點溫度的劇烈波動,嚴重影響機組的運行安全。為此,需要充分考慮并利用這種強耦合關系,以提高機組運行的穩(wěn)定性。

將解耦控制回路插入到壓力和溫度主控制器及其從屬控制之間。解耦控制回路將動態(tài)補償燃料和給水的交叉耦合,可以有效控制燃料和給水的互相干擾,大大提高直流爐的控制響應速度和運行穩(wěn)定性。新的控制框圖如圖3所示。

將燃料和給水的解耦控制應用于實際機組中,得到的控制框圖如圖4所示,其中函數(shù)11(x))為負荷指令對應的基本燃料指令,函數(shù)22(x))為燃料指令對應的基本給水指令。圖中粗框為給水與燃料的解耦控制,通過試驗可以得到初始的慣性時間、微分時間,然后在調試中微調。通過這種解耦控制,可以使燃料和給水在鍋爐內部同步產生作用,并能有效消除二者之間的互相擾動,實現(xiàn)主蒸汽壓力和中間點溫度的穩(wěn)定控制,大大提高燃料和給水的響應速度,提高機組整體的響應速度,提升機組運行的穩(wěn)定性和運行效率。

3給水控制優(yōu)化后的運行效果

將直流爐燃料和給水解耦優(yōu)化控制應用于國電某一電廠,并對優(yōu)化前后進行對比。電廠最初的運行曲線如圖5所示。