并列運(yùn)行鍋爐主蒸汽母管壓力控制系統(tǒng)1引言母管制鍋爐的蒸汽壓力是機(jī)組運(yùn)行的主要控制參數(shù)，直接影響到機(jī)組的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，根據(jù)機(jī)組的工況要求，需要將母管壓力嚴(yán)格限制在某一定值。由于并列鍋爐之間存在著相互影響和相互耦合，而且母管蒸汽壓力的滯后很大，因此，必須研究新的、有效的控制策略，才能把母管蒸汽壓力控制在允許的范圍內(nèi)。并列運(yùn)行鍋爐主蒸汽母管壓力控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)本臺鍋爐與其它并列運(yùn)行鍋爐的運(yùn)行，有機(jī)地建立并列運(yùn)行鍋爐之間適當(dāng)?shù)年P(guān)系，使并列運(yùn)行鍋爐按預(yù)定的負(fù)荷分配要求同時響應(yīng)主蒸汽母管壓力負(fù)荷指令，在鍋爐穩(wěn)燃負(fù)荷以上范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)并列運(yùn)行鍋爐協(xié)調(diào)控制，使主蒸汽母管壓力控制達(dá)到最佳狀態(tài)，快速、準(zhǔn)確和穩(wěn)定的響應(yīng)機(jī)側(cè)熱、電負(fù)荷指令的變化。2控制方案設(shè)計母管制運(yùn)行方式下，主調(diào)節(jié)器按照預(yù)定的負(fù)荷分配原則，根據(jù)母管壓力與給定值的偏差，向各并列運(yùn)行鍋爐發(fā)出增、減負(fù)荷的信號，各并列運(yùn)行鍋爐同時接受主調(diào)節(jié)器來的負(fù)荷要求信號，調(diào)節(jié)燃料量和風(fēng)量，以快速滿足鍋爐負(fù)荷要求。系統(tǒng)提供鍋爐按定壓運(yùn)行、帶固定負(fù)荷及變動負(fù)荷的運(yùn)行方式，運(yùn)行人員可手動、自動切換選擇所需的運(yùn)行方式?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計提供運(yùn)行人員選擇所需運(yùn)行方式的手段，當(dāng)改變運(yùn)行方式時，系統(tǒng)不會產(chǎn)生任何擾動。此外，在鍋爐和設(shè)備遇到受限制的工況時，控制系統(tǒng)能平穩(wěn)地將運(yùn)行方式自動轉(zhuǎn)換合適地運(yùn)行方式。當(dāng)系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員所選擇的運(yùn)行方式時，則向運(yùn)行人員報警。鍋爐主蒸汽母管負(fù)荷壓力分配主控系統(tǒng)將主蒸汽母管負(fù)荷壓力分配指令以并行協(xié)調(diào)的方式轉(zhuǎn)化為對各鍋爐燃料和風(fēng)量的控制，并具有以下要求1設(shè)置鍋爐主蒸汽母管負(fù)荷壓力分配主調(diào)節(jié)器，將主蒸汽母管壓力反映的能量需求合理分配至各鍋爐燃料調(diào)節(jié)器2根據(jù)運(yùn)行要求，可手動或自動調(diào)整各臺鍋爐的負(fù)荷分配比例3主蒸汽母管負(fù)荷壓力分配主控面板有主蒸汽母管壓力、主蒸汽母管溫度、各臺爐主蒸汽壓力、各臺爐主蒸汽流量、各臺汽機(jī)蒸汽流量、各臺爐負(fù)荷分配比例等參數(shù)顯示。3多臺鍋爐并列運(yùn)行時燃燒過程被控對象動態(tài)特性的特點(diǎn)當(dāng)多臺鍋爐并列運(yùn)行時，每臺鍋爐的蒸汽流量不僅與母管壓力PM有關(guān)，而且與本臺鍋爐的汽包壓力PB有關(guān)。為了分析問題方便，假定兩臺并列運(yùn)行鍋爐的型式、參數(shù)、容量等諸方面均是相同的。31燃燒率擾動下的對象動態(tài)特性的特點(diǎn)如果兩臺鍋爐的燃燒率M1、M2同時作相同的擾動，則動態(tài)特性與孤立運(yùn)行時相同。如果只有一臺鍋爐發(fā)生燃燒率擾動，則情況就不相同。圖1作出了第一臺鍋爐M1擾動時的階躍響應(yīng)曲線。假定擾動前兩臺鍋爐的負(fù)荷相同，汽包壓力相同PB1PB2PB3，當(dāng)?shù)谝慌_鍋爐燃燒率M1增加后，汽包壓力PB1上升，蒸汽流量D1增加引起母管壓力PM上升，由于同一母管上有多臺此地為2臺鍋爐供汽，因此1臺鍋爐的燃燒率擾動不致使PM升高得太多。此時，通往汽機(jī)的蒸汽量DT也增加，對于第二臺鍋爐來說，由于PM上升后PB2PM減小，蒸汽量D2反而減小。但此時第二臺鍋爐M2未變，D2減少則引起PB2上升，D2也跟著PB2逐漸回升，最后D2仍然恢復(fù)到原來的數(shù)值，但PM、PB2都增加了。由此可見，發(fā)生燃燒率擾動的這臺鍋爐自發(fā)地承擔(dān)了較多地負(fù)荷，燃燒率的自發(fā)擾動可引起并列運(yùn)行鍋爐負(fù)荷分配的改變。因此，在考慮并列運(yùn)行鍋爐燃燒過程自動控制系統(tǒng)時，必須注意到下面幾點(diǎn)1盡快地消除各臺鍋爐燃燒率的自發(fā)性擾動，否則將由于任何一臺鍋爐燃燒率的自發(fā)擾動而使各臺鍋爐的負(fù)荷分配和汽壓發(fā)生不規(guī)則的變化。2在并列運(yùn)行鍋爐中，如果并列運(yùn)行鍋爐的臺數(shù)發(fā)生變化在并列運(yùn)行鍋爐中往往有一部分帶變動負(fù)荷，另一部分帶固定負(fù)荷都會使被控對象發(fā)生變化。如果發(fā)生燃燒率擾動的鍋爐臺數(shù)占并列運(yùn)行鍋爐總臺數(shù)的比例愈小，主汽壓的反應(yīng)速度也愈小。32負(fù)荷擾動時汽壓被控對象動態(tài)特性的特點(diǎn)多臺鍋爐并列運(yùn)行時，在負(fù)荷擾動下的動態(tài)特性與一臺鍋爐孤立運(yùn)行時的動態(tài)特性相似。當(dāng)負(fù)荷階躍改變時，母管汽壓PM也有起始的躍變。負(fù)荷階躍擾動量相同的情況下，并列運(yùn)行鍋爐臺數(shù)越多，相對于每一臺鍋爐的負(fù)荷擾動量就越小鍋爐參數(shù)、容量完全相同時，相對于每臺鍋爐的擾動量與鍋爐臺數(shù)成反比。因此母管壓力的起始躍變量也就越小，汽壓的反應(yīng)速度就越慢。對于兩爐兩機(jī)并列運(yùn)行方式而言，當(dāng)調(diào)節(jié)閥T階躍增大時，PM下降使供汽量D上升，并與汽機(jī)通汽量DT平衡，則通過對燃燒過程被控對象的動態(tài)特性分析，可得到在設(shè)計燃燒控制系統(tǒng)時的基本依據(jù)1在燃燒率擾動下，汽壓被控對象PB、PM的滯后時間較短。因此，根據(jù)汽壓的變化去改變?nèi)紵誓軌蜉^為有效地控制汽壓，使其適應(yīng)負(fù)荷的需要。所謂改變?nèi)紵示褪且瑫r協(xié)調(diào)地改變?nèi)剂狭俊⑺惋L(fēng)量、引風(fēng)量2并列運(yùn)行鍋爐中的任何一臺鍋爐發(fā)生燃燒率自發(fā)性擾動時，都要影響PM和PB。因此，應(yīng)迅速地消除各自的燃燒率自發(fā)擾動，以穩(wěn)定各臺鍋爐之間的負(fù)荷分配關(guān)系3為了使鍋爐各自承擔(dān)所規(guī)定的負(fù)荷，必須準(zhǔn)確而又快速地測量燃燒率，保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性，而這些問題的妥善解決是實(shí)現(xiàn)燃燒自動控制的前提。4控制方案與控制策略母管制鍋爐的蒸汽壓力對象具有大延遲特性，并列運(yùn)行鍋爐之間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。母管制鍋爐的蒸汽壓力是機(jī)組運(yùn)行的主要控制參數(shù)，直接影響到機(jī)組的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，根據(jù)機(jī)組的工況要求，需要將母管壓力嚴(yán)格限制在某一定值，因此，需要一套合理的壓力自動控制系統(tǒng)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。蒸汽母管的流入量是鍋爐部分產(chǎn)生的蒸汽量D，流出量是進(jìn)入汽機(jī)部分的蒸汽量DT，而母管壓力PM反映了流入流出蒸汽流量物質(zhì)平衡關(guān)系，也即能量平衡關(guān)系。這表明系統(tǒng)能量達(dá)到平衡時，母管壓力等于給定值壓力。由此可知，控制母管能量平衡，實(shí)際上也控制了母管壓力。在實(shí)際系統(tǒng)中，可選擇離主蒸汽壓力測點(diǎn)較近的爐作為調(diào)壓爐，而其余鍋爐通過調(diào)節(jié)蒸汽流量，輔助確保母管的蒸汽壓力。為確?？刂葡到y(tǒng)具有良好的控制品質(zhì)，對鍋爐負(fù)荷分配控制系統(tǒng)的設(shè)計必須符合如下設(shè)計原則1各臺鍋爐而言，當(dāng)鍋爐的燃燒率發(fā)生變化時，對母管蒸汽壓力的影響速度是不一樣的因壓力測點(diǎn)位置的原因，對于壓力影響越快的鍋爐，則相應(yīng)壓力被控對象的滯后越小，選擇這樣的鍋爐作為調(diào)壓爐，可以獲得較好的壓力控制品質(zhì)。2對于調(diào)壓鍋爐，控制系統(tǒng)不僅要消除調(diào)壓爐自身燃燒率的自發(fā)性擾動，而且還要消除其它各臺鍋爐燃燒率的擾動及汽機(jī)側(cè)由于輸入蒸汽流量變化而造成對母管壓力的影響。而對于非調(diào)壓爐，控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是維持鍋爐的穩(wěn)定負(fù)荷，只有母管壓力偏離定值超過一定的數(shù)值或調(diào)壓爐的燃燒率調(diào)整已受到限制時，非調(diào)壓爐才輔助調(diào)整壓力，是調(diào)整母管壓力的輔助調(diào)節(jié)設(shè)備。3基于能量直接平衡的控制系統(tǒng)其實(shí)質(zhì)是一個采用汽包壓力作為導(dǎo)前微分信號的雙回路系統(tǒng)，而雙回路系統(tǒng)的控制品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)的單回路控制系統(tǒng)。因此，基于能量直接平衡的壓力控制系統(tǒng)比直接采用壓力偏差信號的單回路控制系統(tǒng)的品質(zhì)要好。4為克服母管制運(yùn)行方式的蓄熱慣性，應(yīng)使鍋爐控制盡快跟隨汽機(jī)需要，即克服母管壓力控制的外部擾動，對應(yīng)汽機(jī)側(cè)調(diào)峰機(jī)組的熱量信號要進(jìn)入鍋爐側(cè)參與控制。5結(jié)束語盡管中小電廠母管制并列運(yùn)行鍋爐逐漸被大型單元制運(yùn)行鍋爐所取代，但從我國目前現(xiàn)狀來看，在近幾年完全取代是不實(shí)際的，尤其是地方中小電廠。這些中小鍋爐燃燒的好壞直接關(guān)系到環(huán)保和節(jié)能。本文提出的控制系統(tǒng)最大特點(diǎn)是消除了并列運(yùn)行鍋爐各臺鍋爐燃燒控制系統(tǒng)之間的相互影響，便于控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，具有良好的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1張玉鐸,王滿稼熱工自動控制系統(tǒng)M北京水利電力出版社,19902金以慧,方崇智過程控制M北京清華大學(xué)出版社,20023陳來九熱工過程自動調(diào)節(jié)原理和應(yīng)用M北京水利電力出版社,19864金慰