史堃 李治国

300MW机组过热汽温控制系统设计

史堃 李治国

300MW单元机组过热汽温控制通常采用分段控制系统，由二段相对独立的串级控制构成，串级控制系统对改善控制过程品质极为有效。过热汽温的控制系统对于电厂的安全经济运行都非常重要，整个系统是维持过热器出口蒸汽温度保持在允许的范围内，并且保护过热器是管壁温度不超过允许的工作温度。

电力系统；过热汽温；串级控制

1 过热汽温控制系统概述

过热蒸汽温度控制的意义和任务：

锅炉过热蒸汽温度是影响机组生产过程安全性和经济性的重要参数。现代锅炉的过热器是在高温、高压的条件下工作的，过热器出口的过热蒸汽温度是机组整个汽水行程中工质温度的最高点，也是金属壁温度的最高处。过热器采用的是耐高温高压的合金钢材料，过热器正常运行时的温度已接近材料所允许的最高温度。如果过热蒸汽温度过高，容易损坏过热器，也会使整齐管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀变形而毁坏，影响机组的安全运行。如果过热蒸汽温度过低，将会降低机组的热效率，一般蒸汽温度每降低5～10℃，热效率约降低1%，不仅增加燃料消耗量，浪费能源，而且还将使汽轮机最后几级的蒸汽温度增加，加速汽轮机叶片的水蚀。另外，过热蒸汽温度降低还会导致汽轮机高压部分级的焓降减少，引起各级反动度增大，也对汽轮机的安全运行带来不利影响。所以，过热整齐温度过高或过低都是生产过程不允许的。

过热汽温控制的任务是维持过热器出口主蒸汽温度在允许的范围内，并对过热器进行保护，使管壁金属温度不超过允许的工作范围。正常运行时，一般要求过热器出口蒸汽温度与额定值偏差不超过±5%。

影响过热出口蒸汽温度变化的原因很多。归纳起来主要有：①蒸汽流量扰动下；②烟汽热量扰动下；③减温水量扰动下。本次课题是以减温水的扰动为例来研究过热汽温控制系统。

过热汽温调节对象的动态特性是指引过热汽温变化的扰动与汽温之间的动态关系。引起过热蒸汽温度变化的原因很多，归结起来，过热汽温调节对象的扰动主要来自三个方面：蒸汽流量变化（负荷变化），加热烟汽的热量变化和减温水流量变化（过热器入口汽温变化）。通过对过热汽温调节对象做阶跃实验，可得到在不同扰动作用下的对象动态特性。它们均为有迟延的惯性环节，但各自的动态特性参数值有较大差别。其中：为延迟时间，“为响应时间”，P为自平衡系数。

2 过热汽温的整定

2.1 常规过热汽温传统控制策略

从动态特性的角度来看，改变烟汽侧参数的调节手段比较理想，但具体实现比较困难，一般很少采用。而喷水减温对过热器的安全运行比较有利，所以尽管对象的调节特性不够理想，但目前还是作为过热蒸汽温度的调节方法被广泛采用。采用喷水减温时，由于对象调节通道有较大的迟延和惯性，如果采用单回路反馈系统，调节器必须缓慢地动作，才能保证系统具有必要的稳定性裕量，这样会增加调节过程中被调量的动态偏差。但在实际运行中，对过热汽温的控制要求较高，只允许有较小的汽温控制偏差，所以有必要对单回路反馈调节系统进行改进。针对过热汽温被控对象通道惯性迟延大，被调量信号反馈慢的特点，可以从对象的调节通道中找出一个比被调量提前反应扰动的中间点辅助信号作为调节器的补充反馈信号，来有效地限制被调量的动态偏差，改善对象通道的动态特性。

目前在电厂采用的过热汽温自动调节系统主要有两种，串级调节系统和采用导前汽温微分信号作为辅助信号的双回路调节系统。

2.2 过热汽温串级调节系统的组成

关于导前汽温的的选取，如果导前汽温信号选取过于提前，则副回路改善动态特性的作用就小了，而如果导前汽温信号很接近被调量过热器出口汽温，提前反应扰动的作用就不大了，因此，选取导前汽温信号，既要使它能提前反应较多扰动，又要使副回路能起到有效改善调节对象特性的作用。基于以上考虑，系统中采用减温器出口处汽温t，作为辅助调节信号（称为导前汽温信号）。显然，如果有某种扰动，比如减温水流量的自发变化，使得汽温t，比t2提前反应，由于副调节器的提前动作，就能十分有效的减少过热器出口的偏差。整个汽温被控对象的动态特性主要由两部分组成：

（1）以喷水调节阀开度作为输入信号，减温器出口温度t，作为输出信号的对象，这部分调节通道称为导前区，传递函数为G，（s）。

（2）以减温器出口汽温t。为输入信号，过热器出口汽温t2为输出信号的通道，这部分调节通道为对象惰性区，传递函数为Gz（s），显然导前区 G，（s）的迟延与惯性要比 JJ：性区 Gz（s）的惯性小得多。

串级控制系统能改善控制品质，主要是由于有一个快速动作的内回路存在。导前汽温信号能快速反映扰动，尤其是减温水侧的自发性扰动，只要导前汽温信号变化，内回路就立即动作，用副调节器的输出控制减温水量，使导前汽温信号维持在一定的范围内，从而使过热汽温基本不变。当主汽温偏离给定值时，则由主调节器发出校正信号，通过副调节器及执行器改变减温水量，使主汽温最终恢复到给定值。主调节器的输出信号相当于副调节器的可变给定值。

可见，在串级过热汽温控制系统中，内回路的任务是尽快减温水量的自发性扰动和其他进入内回路的各种扰动，对过热汽温的稳定起粗调作用，副调节器一般可采用P或PD调节器；而外回路的任务是保持过热汽温等于给定值，所以主调节器可采用PI或PID调节器。

3 结论

本文是一篇应用基础性论文，主要以300MW机组过热汽温控制系统设计为例，论述了300MW机组过热汽温控制系统设计和对300MW机组过热汽温控制系统及控制系统工作原理进行分析。

同时希望本文所做的工作，能起到一个抛砖引玉的作用，为今后火电厂300MW机组过热汽温控制系统的改革研究提供更广阔的思路。

[1]李平康.现代工程师实用数字化技术.中国电力出版社，2000，5.

[2]白焰，吴鸿，杨国田.分散控制系统与现场总线控制系统.2001，3.

[3]边立秀，等.热工控制系统.中国电力出版社，2002，1.

TM621.6

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1004-7344（2016）07-0095-01

2016-2-20

史堃（1981-），男，山东人，大学本科，学士学位，研究方向为生产过程自动化控制及应用，任项目经理。

李治国（1979-），男，内蒙古呼和浩特人，本科，学士学位，研究方向为电气控制与自动化控制研究与应用，任项目经理。