直流炉的燃料和给水控制策略研究

时间：2022-10-17 16:05:38

关键字：解耦控制中间点温度主蒸汽压力

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[导读]摘要:结合当前直流炉主蒸汽压力和中间点温度的控制理论,分析直流炉燃料和给水之间的耦合关系,实现燃料和给水的解耦控制。通过燃料和给水的解耦,克服直流炉运行过程中给水和燃料互相影响造成主蒸汽压力和中间点温度波动的问题,最终实现直流炉给水的优化控制。实际应用表明,通过直流炉燃料和给水的解耦控制,直流炉运行稳定性显著提高。

引言

电网发展,要求发电机组在稳定的前提下负荷响应更快、更灵活,而火电机组蒸汽参数的提高,使水和蒸汽的密度差减小,自然循环锅炉受到限制,其在临界压力附近运行时,有一个压力不稳定区域,故此超(超超)临界机组均配置直流炉,同时控制系统的研究与设计也面临一些新问题。

超(超超)临界直流锅炉是一个强耦合、多变量、大时滞的被控对象,其中主蒸汽压力与中间点温度是直流炉控制的难点之一。对于这两个控制对象,一般有两种控制方式:一种是用给水控制主蒸汽压力,燃料控制中间点温度,但给水是比较快的被控对象,而燃料需要经过输送、碾磨后被吹进炉膛,再经过燃烧放热才被吸收,是比较慢的被控对象,这种控制方式往往会造成中间点温度、蒸汽温度的大幅波动,甚至可能超温引起爆管,影响机组的安全运行:另一种是用燃料控制主蒸汽压力,给水控制中间点温度,这种控制方式有利于机组的稳定运行,本文燃料和给水的解耦控制正是基于这种控制方式。

1燃料和给水的耦合关系

直流炉燃料和给水之间存在强耦合关系,即燃料量变化、给水量变化均会对主蒸汽压力和中间点温度有影响,而主蒸汽压力、中间点温度变化又会造成燃料量、给水量变化。直流炉燃料和给水之间的关系框图如图1所示。

通过试验的方式对直流炉燃料和给水的强耦合关系进行了充分验证,试验内容和结果如表1所示。

试验结果分析如图2所示(分析均建立在锅炉效率不变的前提下)。

详细分析:给水指令变化时,首先给水泵转速指令或勺管开度指令变化,给水经过水冷壁,转态后即可到达过热器进行吸热:燃料指令变化时,首先给煤机指令变化,燃料进入磨煤机,经磨煤机碾磨后,被一次风吹进炉膛,再燃烧放热,最终通过热传导/热辐射的方式被过热器吸收。燃料量开始变化至燃料放热被过热器吸收的时间,显著大于给水量开始变化至给水到达过热器的时间,所以当燃料量和给水量同时增大时,中间点温度会先降低再升高,二者同时减小时,中间点温度会先升高再降低。

试验结论如下:

(1)给水对主蒸汽流量有影响,但这种影响是暂时的,给水和主蒸汽流量之间的关系近似为微分:

(2)对于中间点温度的影响,给水要快于燃料,为保证中间点温度的稳定,给水指令要慢于燃料指令。

主蒸汽流量变化时,如果机组电功率不变,则主蒸汽压力会与主蒸汽流量同步变化,上述结论中的主蒸汽流量可以等效变换为主蒸汽压力。

2燃料和给水解耦控制

机组负荷快速变化时,如果不考虑燃料和给水之间的强耦合关系,会引起燃料和给水之间的互相干扰,造成主蒸汽压力和中间点温度的剧烈波动,严重影响机组的运行安全。为此,需要充分考虑并利用这种强耦合关系,以提高机组运行的稳定性。

将解耦控制回路插入到压力和温度主控制器及其从属控制之间。解耦控制回路将动态补偿燃料和给水的交叉耦合,可以有效控制燃料和给水的互相干扰,大大提高直流炉的控制响应速度和运行稳定性。新的控制框图如图3所示。

将燃料和给水的解耦控制应用于实际机组中,得到的控制框图如图4所示,其中函数11(x))为负荷指令对应的基本燃料指令,函数22(x))为燃料指令对应的基本给水指令。图中粗框为给水与燃料的解耦控制,通过试验可以得到初始的惯性时间、微分时间,然后在调试中微调。通过这种解耦控制,可以使燃料和给水在锅炉内部同步产生作用,并能有效消除二者之间的互相扰动,实现主蒸汽压力和中间点温度的稳定控制,大大提高燃料和给水的响应速度,提高机组整体的响应速度,提升机组运行的稳定性和运行效率。

3给水控制优化后的运行效果

将直流炉燃料和给水解耦优化控制应用于国电某一电厂,并对优化前后进行对比。电厂最初的运行曲线如图5所示。