汽包鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)

第一節(jié)過熱汽溫系統(tǒng)概述

一、過熱汽溫控制的任務

以600MW機組國產(chǎn)汽包鍋爐為例，其過熱汽溫額定值為541℃（主汽壓力為17.3Mpa），在負荷為額定值的60-100%范圍變化時，過熱汽溫不超過額定值的-10－+5℃，長期偏差不允許超過±5℃。為了防止過快的蒸汽溫度變化速率造成某些高溫工作部件產(chǎn)生較大熱應力，還對溫度變化的速率進行限制，一般限制在3℃/min內(nèi)。

二、過熱汽溫對象特性

過熱汽溫系統(tǒng)是一個多輸入單輸出對象。歸結起來，影響過熱汽溫主要擾動有三種：（1）蒸汽流量（負荷）擾動；（2）煙氣熱量擾動：燃燒器運行方式變化、燃料量變化、燃料種類或成分變化、風量變化等等這些變化最終均反映在煙氣熱量的變化；（3）減溫水流量擾動。θ+++GD(s)GQ(s)GW(s)DQW１．蒸汽流量（負荷）擾動下的汽溫特性

(1)靜態(tài)特性

(2)動態(tài)特性

以對流式過熱器為例tt00DTΔDτDTD2．煙氣熱量擾動下汽溫特性

tt00QyTΔQyτQTQ3．減溫水量擾動下的過熱汽溫特性

τDtt00WjTΔWjTC第二節(jié)過熱汽溫控制方案

一、過熱汽溫調節(jié)手段

采用減溫器作為過熱汽溫的調節(jié)手段時，要求有足夠的調節(jié)余量，一般在減溫水門關死的情況下，鍋爐出力最大時，汽溫要高于給定值約30－40℃。二、過熱汽溫串級控制系統(tǒng)

T2T1tt00WjTΔWj圖10－7減溫水對汽溫T1和汽溫T2的影響WjT1T2G1(s)G2(s)G(s)圖10－8過熱汽溫控制對象方框圖減溫器T1T3T2γT2γT1PI1PI2KZ蒸汽過熱器Ⅰ過熱器Ⅱ減溫水調節(jié)閥圖10－9串級過熱汽溫控制系統(tǒng)三、過熱汽溫分段控制系統(tǒng)

（1）過熱汽溫分段控制系統(tǒng)

一級減溫器T3T4γT4γT3PI3PI4KZⅠ段過熱器Ⅱ段過熱器減溫水Wj1T1T2γT2γT1PI1PI2KZⅢ段過熱器二級減溫器減溫水Wj2圖10-12過熱汽溫分段控制系統(tǒng)（2）按溫差控制的分段控制系統(tǒng)

蒸汽流量D－＋＋＋＋－＋－－＋一級減溫器T3T4γT4γT3PI3PI4KZⅠ段過熱器Ⅱ段過熱器一級減溫水調節(jié)閥T1T2γT2γT1PI1PI2KZⅢ段過熱器二級減溫器二級減溫水調節(jié)閥∑Df2(x)f1(x)－圖10-13按溫差控制的過熱汽溫分段控制系統(tǒng)過熱汽溫設定值問題（一）機組滑參數(shù)停機／啟動過程對汽溫控制的要求１．滑參數(shù)停機過程對汽溫控制的要求

所謂滑參數(shù)停機，就是逐漸降低主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)進行減負荷，直至達到要求的參數(shù)后停機、停爐?；痣姍C組采用滑參數(shù)停機，主要是為了停機后，使機組參數(shù)，如鍋爐側壓力、溫度，汽輪機側汽缸及轉子溫度等降至較低水平。

滑參數(shù)停機是降溫、降壓過程，對于鍋爐、汽輪機各金屬部件則是降溫冷卻過程，會對鍋爐的厚壁元件及汽輪機各零部件內(nèi)產(chǎn)生一定的熱應力，并影響汽輪機零部件的疲勞強度、熱變形及轉子與汽缸的脹差、機組的振動等。由于這些因素，對降溫、降壓及降負荷速率均有一定要求?；瑓?shù)停機過程中汽溫會發(fā)生波動，原因主要有:（１）減溫水量過大。有時減溫水量能達到該運行工況下主汽流量的40%左右，減溫后蒸汽溫度接近對應壓力下的飽和溫度。同時，由于滑參數(shù)停機是變負荷工況，汽溫受到燃料、燃燒狀況、風量及給水溫度等因素影響較大。尤其是在主給水切換至旁路引起給水泵轉速調節(jié)范圍較大時，都會引起減溫水量大幅度變化，造成汽溫突降。（２）滑參數(shù)停機汽溫設定曲線的參數(shù)未考慮鍋爐的汽溫特性。該曲線是由汽輪機制造廠提供的理想控制曲線，而汽溫調節(jié)是由鍋爐側實現(xiàn)的。在中、低負荷時，如果曲線需要的溫度與實際汽溫相差較大，調整汽溫到需要溫度需較大的減溫水量，從而造成汽溫難于控制。因此，汽輪機制造廠提供的滑參數(shù)停機曲線只能作為參考曲線，應在此基礎上，按鍋爐的實際汽溫特性及汽溫曲線，對理想控制曲線進行修正，從而得到汽溫設定值曲線，不能只是隨負荷而變化的一條簡單直線。關于鍋爐的實際汽溫特性，由于大型鍋爐受鍋爐結構、燃料性質、燃燒方式及受熱面布置等影響，各鍋爐的汽溫特性有一定差別。有些鍋爐實際運行參數(shù)與設計參數(shù)有較大偏差，如在同負荷下鍋爐的實際汽溫曲線與滑參數(shù)曲線汽溫差別較大，必然導致減溫水量過大；有的機組在中、低負荷時，主汽溫度已達到額定溫度。在降負荷過程中，隨工質壓力、溫度的降低，金屬材料及工質的貯熱會釋放，使變負荷工況下與穩(wěn)定運行時，減溫水量不同。在30%額定負荷下，如果減溫水量較大，在將給水切換至旁路而造成水位不穩(wěn)時，或給水泵轉速大幅度調節(jié)造成減溫水量較大變化時，都極易造成蒸汽溫度波動或突降?；瑓?shù)停機中，要嚴格控制主蒸汽溫度的下降速度(1.0～1.5℃／min)和再熱汽溫下降速度（1.0～2.0℃／min）。溫降速度控制得如何，是滑參數(shù)停機成敗的關鍵。而溫度的控制與鍋爐的運行、調整密切相關。應隨鍋爐的汽溫特性對汽溫進行分段控制，主要以燃料的增、減來控制負荷、壓力以及蒸汽溫度的變化，減溫水僅作汽溫細調手段，且減溫水量要保持在一定范圍內(nèi)，即10%～20%主蒸汽流量內(nèi)，不宜過大。同時，降負荷時，應注意監(jiān)視下列參數(shù)：主、再熱蒸汽壓力、溫度，汽包壁溫差，汽輪機軸振動，高、低壓缸脹差，上、下缸溫差，低壓缸排汽溫度，軸向位移，軸承金屬溫度等。２．滑參數(shù)啟動過程對汽溫控制的要求

過熱汽溫設定值f1(x)用于定壓方式，f2(x)用于滑壓方式，第三節(jié)過熱汽溫控制系統(tǒng)實例

A、B－減溫水調節(jié)閥；A、B－減溫水截止閥一級減溫器二級減溫器分割屏過熱器末級過熱器至汽機后屏過熱器T2AT1初級過熱器蒸汽MM一級減溫水ABBAMM二級減溫水ABBT3T4T5圖10-15過熱蒸汽流程圖二、過熱汽溫控制系統(tǒng)方案

NOf(x)PID1N∑A△K∫△K∫∑主蒸汽流量（1）分隔屏過熱器出口汽溫(2)PID2一級減溫器出口汽溫總風量TA手動切換f(x)一級減溫水調節(jié)閥燃燒器擺角∑f(t)∑f(t)(3)(4)(1)(2)K圖10－16一級減溫控制系統(tǒng)簡圖

控制系統(tǒng)切手動的一般原則是：（1）測量信號出現(xiàn)問題；（2）控制偏差大；（3）調節(jié)機構出現(xiàn)問題；（4）設備的一些特殊要求。因此，一級減溫控制系統(tǒng)切手動的條件是：(1)導前汽溫T5信號故障(2)汽溫T4信號故障(3)蒸汽流量信號故障(4)溫度設定值與實際值偏差大(5)調節(jié)閥控制指令與反饋偏差大(6)主燃料跳閘（MFT）(7)汽機跳閘(8)鍋爐負荷低于20％當出現(xiàn)上述條件之一時，切換器T切向NO，強制手動控制。NO二級減溫器出口汽溫二級減溫水調節(jié)閥PID1A△K∫△K∫∑末級過熱器出口汽溫(1)PID2總風量TA手動切換f(x)燃燒器擺角∑f(t)∑f(t)主蒸汽流量(2)(3)f(x)(1)(2)圖10-17二級減溫控制系統(tǒng)簡圖第四節(jié)再熱汽溫一般控制方案

一、再熱蒸汽溫度控制任務保持再熱器出口汽溫為給定值二、再熱汽溫的影響因素

（1）機組負荷的變化（蒸汽流量變化）對再熱汽溫有很大的影響；（2）煙氣熱量變化也是影響再熱蒸汽溫度的重要因素。

由于再熱器是純對流布置，再熱器入口工質狀況取決于汽輪機高壓缸排汽工況，因而再熱汽溫的變化幅度較過熱汽溫大的多。三、再熱汽溫度調節(jié)手段

以改變煙氣流量作為主要調節(jié)手段（1）改變煙氣擋板位置，從而改變尾部煙道通過再熱器的煙氣分流量；（2）改變再循環(huán)煙氣流量；（3）改變?nèi)紵鞯膬A斜角度；（4）采用多層布置圓型燃燒器等調節(jié)方法。

再熱蒸汽溫度的另一個調節(jié)手段是噴水減溫，但它是一種輔助調節(jié)手段。

四、再熱汽溫控制方案

1.采用煙氣擋板調節(jié)手段的再熱汽溫控制系統(tǒng)

燃燒器過熱擋板省煤器省煤器低溫過熱器低溫再熱器屏式過熱器高溫過熱器高溫再熱器再熱擋板至空氣預熱器圖10－18煙氣擋板控制再熱汽溫煙道布置示意圖f3(x)A圖10－19采用煙氣擋板控制再熱汽溫控制方案主蒸汽流量D再熱汽溫A∑－±△－K過熱擋板f1(x)f2(x)KZKZ再熱擋板KZ噴水閥△PID1△PID22.采用煙氣再循環(huán)調節(jié)手段的再熱汽溫控制系統(tǒng)

00主汽流量00t再循環(huán)煙氣量VGt主汽壓力t主汽溫度t圖10－21煙氣再循環(huán)對其他參數(shù)的影響圖10－20煙氣再循環(huán)裝置再熱汽溫A∑△擋板f1(x)×KZKZ噴水調節(jié)閥－K1－－K2±△煙溫煙氣流量VG送風量VH/L－報警開熱風門PID1PID2圖10－22利用煙氣再循環(huán)的再熱汽溫控制系統(tǒng)3.采用擺動燃燒器調節(jié)手段的再熱汽溫控制系統(tǒng)

送風量減溫器后再熱汽溫再熱汽溫主蒸汽流量A∑1f(x)∑4A∑2∑3再熱噴水調節(jié)閥擺動燃燒器圖10－24擺動燃燒器的再熱汽溫控制原理PID2PID1PID3第五節(jié)再熱汽溫控制系統(tǒng)實例

1．燃燒器擺角控制系統(tǒng)蒸汽流量A∑/nf(x)A側再熱汽溫∑△K∫D角圖10－25燃燒器擺角控制系統(tǒng)TA手動切換B側再熱汽溫A角B角C角f(x)NOPID1A△K∫∑(1)PID2減溫器出口汽溫總風量TA手動切換f(x)減溫水調節(jié)閥∑f(t)蒸汽流量(2)(3)I1NO(1)∑∑/nA側再熱汽溫A側再熱汽溫2強制關0％(1)(2)圖10－26再熱汽溫噴水減溫控制系統(tǒng)TA△K∫第六節(jié)汽溫控制系統(tǒng)投運準備、調試及運行問題6-1投運準備工作及基本要求

一、檢測元件性能檢查檢測元件主要是熱電偶、減溫水流量、執(zhí)行機構位置反饋測量裝置等。溫度測點位置是否合理和測溫元件的安裝質量，直接影響著自動控制系統(tǒng)的投入和正常運行；正常運行中，汽溫的變化范圍很小，為提高測量的靈敏度，應對溫度變送器進行零點遷移和量程壓縮，應根據(jù)各測點溫度的變化范圍確定各個變送器的量程。減溫水控制閥門是控制系統(tǒng)能否投入運行的關鍵，應及時檢修，并保證質量符合要求。在鍋爐啟動后應及早進行試驗。減溫水流量測量確保正確，通過DCS顯示并結合閥門開度，根據(jù)經(jīng)驗進行判斷。二、要求

（１）主蒸汽各級溫度、再熱蒸汽溫度指示準確，記錄清晰。

（２）減溫水控制閥門、燃燒器傾角或尾部煙道控制擋板有足夠的控制裕量。具體要求：１）調節(jié)閥流量特性曲線的線性工作段應該大于全行程的70%，回程誤差不大于調節(jié)閥最大流量的3%。２）調節(jié)閥指令、位置反饋偏差不應過大，一般應不大于3%。３）調節(jié)閥死行程應小于全行程的5%。４）調節(jié)閥全關時，漏流量應小于調節(jié)閥最大流量的10%。（３）手／自動操作器正常１）跟蹤信號正確。２）沒有強制切手動信號。３）設定值增／減按鈕、指令增／減按鈕均動作正確，增／減幅值合理。４）各種數(shù)據(jù)、圖形以及色彩等指示信號正確。（４）控制回路正常１）所有相關的信號接線正確。２）控制回路組態(tài)正確，控制器靜態(tài)試驗動作方向正確。３）控制器參數(shù)合理。４）控制邏輯檢查正確，必要時做靜態(tài)測試。6-2調試步驟及注意事項

一、調試范圍

各級過熱汽溫減溫水自動控制、再熱汽溫微量噴水和事故噴水自動控制、燃燒器傾角自動控制以及機組中其他煙氣側汽溫自動控制系統(tǒng)。二、系統(tǒng)整體調試的基本條件

（１）基建方面需滿足下列條件ｌ）DCS系統(tǒng)恢復完畢，工程師站、操作員站可用。２）主控室、電子間及其他現(xiàn)場環(huán)境清潔，有充足的照明，溫度。濕度滿足設備的要求。３）中間端子柜、輸出繼電器柜接線完畢。４）所有設備應就位，包括各種變送器、熱電偶、熱電阻測量校驗安裝完畢；各取樣管連接好；啟動執(zhí)行機構安裝、接線、單體調試完畢，具備隨時送電的能力。調試前控制設備都應做完靜態(tài)恢復。（２）調試所需的資料齊備。包括接線圖、邏輯圖、控制系統(tǒng)及其有關的設備說明書。（３）調試使用的儀器、工具、備件、材料齊備。（４）DCS現(xiàn)場恢復完畢，包括硬件與軟件的恢復。（５）一次元件及取樣管路檢查完畢，符合要求。１）對照設計圖紙檢查熱電偶、熱電阻及變送器的安裝符合設計要求，各取樣管的取樣點符合設汁要求。２）檢查有關單位對熱電偶、熱電阻及變送器的校驗報告，查看零點及量程符合設計要求。（６）執(zhí)行機構檢查完畢，符合要求。聯(lián)合電廠、電建公司和監(jiān)理等方面進行檢查驗收，執(zhí)行機構行足下列要求：１）手/自動切換應動作靈活、正確。２）動作方向應正確。３）機構動作應平穩(wěn)、靈活。４）電動執(zhí)行機構行程時間的偏差應小于士20%額定時間。５）行程誤差應小于或等于允許基本誤差。６）電動執(zhí)行機構回程誤差應小于或等于1/2允許基本誤差，氣動執(zhí)行機構回程誤差應小于或等于2/3允許基本誤差。７）電動執(zhí)行機構死區(qū)應小于或等于基本誤差。三、系統(tǒng)冷態(tài)調試

１．設計檢查對系統(tǒng)原理圖、組態(tài)圖仔細研究，并確認二者之間沒有不同，如發(fā)現(xiàn)錯誤，按照工作程序進行邏輯修改，作好修改記錄?？刂苹芈窓z查以下內(nèi)容：（１）測點連接是否正確。檢查參數(shù)連接是否正確；用于設定值變化的負荷參數(shù)一般為調速級壓力或者機組負荷，該參數(shù)連接是否正確；對應的溫度參數(shù)與相應的執(zhí)行器指令連接是否一致。上述檢查不僅看組態(tài)，更要檢查與就地對應信號是否一致。（２）控制器組態(tài)連接是否正確。包括信號連接正確，畫面手操器與對應組態(tài)連接正確?？刂七壿嬛饕獧z查以下內(nèi)容：１）切手動邏輯是否正確。主要條件有測溫元件故障、執(zhí)行機構故障、控制偏差大、MFT、機組負荷低等。既要檢查邏輯，也要注意對應信號的正確性。２）減溫水強關邏輯是否正確。主要條件是MFT或者機組負荷低。２．參數(shù)靜態(tài)設置控制回路參數(shù)的靜態(tài)設置包括兩個方面：（１）標么化設置。汽溫參數(shù)的工程量程為0～600℃，將該參數(shù)乘以1/6后，量程變?yōu)?～100%。進行標么化處理很簡單，只要算出100%和最大工程量程的比例即可。標么化處理不是非進行不可，將有關參數(shù)合并到控制器參數(shù)中完全可以達到同樣目的。（２）控制器參數(shù)靜態(tài)設置。這部分工作主要依靠技術人員的工程經(jīng)驗，同時，要在前面標么化設置完畢的基礎上進行。對于調試經(jīng)歷不多的人員，有兩點建議：１）由于汽溫控制系統(tǒng)時間常數(shù)大，動作遲緩，因此，該系統(tǒng)的參數(shù)設置不必要象給水控制系統(tǒng)那樣“戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢”，即使Ｐ、I、Ｄ參數(shù)設置過強，短時間內(nèi)不會產(chǎn)生很大問題，完全有時間來進行調整。２）控制器參數(shù)初步設置，內(nèi)環(huán)積分時間取1min左右，外環(huán)積分時間可以取3～3.5min左右。四、系統(tǒng)熱態(tài)調試

熱態(tài)調試是在冷態(tài)調試確保系統(tǒng)回路、邏輯正確的基礎上，在機組運行后將系統(tǒng)投入自動運行狀態(tài)，主要工作是對控制器參數(shù)進行調整，同時包括少量可能的控制回路、邏輯的組態(tài)修改。主要內(nèi)容如下。１．控制系統(tǒng)回路、邏輯確認對汽溫控制系統(tǒng)中的每一個調節(jié)系統(tǒng)進行系統(tǒng)聯(lián)調，查看回路是否通暢，正反作用是否正確，手/自動切換是否無擾，各連鎖功能是否能實現(xiàn)。２．控制器參數(shù)設置控制器參數(shù)的整定，由于工程現(xiàn)場受實際工作條件的限制，多數(shù)只能使用經(jīng)驗試湊法，根據(jù)調試人員的經(jīng)驗和相同的機組類型已經(jīng)使用過的參數(shù)表，預置調節(jié)器參數(shù)，投入自動，視實際條件進行必要試驗，觀察過程變量的響應曲線，再調整控制器參數(shù)，直到最理想的結果。注意投自動前一定要求負荷穩(wěn)定，通知運行人員注意監(jiān)視運行狀態(tài)。如果現(xiàn)場條件允許，可以進行必要的對象特性試驗。一般試驗項目以及主要內(nèi)容如下：（１）過熱蒸汽溫度動態(tài)特性試驗。試驗分別在70%和100%兩種負荷下進行，每種負荷下的試驗不少于２次。試驗項目主要包括二級減溫水擾動下主蒸汽溫度、二級導前汽溫動態(tài)特性，一級減溫水擾動下中間點溫度、一級導前汽溫動態(tài)特性，以及其他必要試驗。（２）再熱汽溫度動態(tài)特性試驗。試驗分別在70%和100%兩種負荷下進行，每種負荷下的試驗不少于２次。試驗項目主要包括再熱汽溫度動態(tài)特性，再熱器減溫水擾動下的再熱汽溫動態(tài)特性。３．投自動前的準備工作及投入條件（１）檢查所有過程變量、前饋信號顯示正常，執(zhí)行機構動作靈敏。（２）根據(jù)經(jīng)驗判斷調節(jié)器參數(shù)合理，操作器跟蹤正常，特別注意調節(jié)器的Ｐ、Ｉ、Ｄ參數(shù)以及正反作用正確。（３）對于一些重要系統(tǒng)，要采取必要的防護措施：投自動前，應使測量值與設定值基本相等，并對PID調節(jié)器輸出進行限幅。（４）系統(tǒng)投入條件如下：１）鍋爐運行正常，達到向汽輪機送汽條件。２）主給水管路為正常運行狀態(tài)。３）蒸汽溫度、噴水流量、表征機組負荷的相關參數(shù)、調節(jié)間反饋信號等主要參數(shù)運行正常，指示正確，記錄清晰。４）機組負荷大于邏輯中投自動的門檻值。５）M/A操作站工作正常，跟蹤信號正確，沒有切手動信號。６）執(zhí)行機構工作正常，減溫水控制閥門、燃燒器傾角或尾部煙道控制擋板有足夠的控制裕量。７）控制系統(tǒng)邏輯設計其他條件滿足。４．自動投入后品質試驗以及指標（１）穩(wěn)定運行。鍋爐穩(wěn)定運行時，過熱蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度應保持在給定值士2℃范圍內(nèi)，執(zhí)行器應不頻繁動作。（２）內(nèi)擾。減溫水擾動10%時，過熱汽溫和再熱汽溫從投入自動開始到擾動消除時的過渡過程時間應不大于2min。（３）定值擾動。過熱汽溫和再熱汽溫給定值改變士4℃時，控制系統(tǒng)應在4min內(nèi)恢復穩(wěn)定。對于煙氣分流擋板和擺動燃燒器的再熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)應在12min內(nèi)恢復穩(wěn)定。（４）機組協(xié)調控制方式下的靜態(tài)、動態(tài)指標。70%～100%負荷范圍內(nèi)，靜態(tài)時，即機組負荷變化率小于１%額定負荷／min變化時，過熱汽溫允許偏差為士4℃，再熱汽溫允許偏差士５℃；機組負荷變化率按3%額定負荷／min變化時，過熱汽溫允許偏差為士8℃，再熱汽溫允許偏差士10℃。6-3運行中常見問題與原因分析常見問題主要是自動控制品質惡化問題，汽溫波動大。汽溫控制系統(tǒng)是一個有多個于擾源的控制系統(tǒng)。干擾因素主要有機組負荷變化（尤其是AGC機組）、吹灰、直吹式機組磨煤機的啟停、過量空氣系數(shù)變化、給水溫度變化、受熱面污染情況不同、燃燒器運行方式的差異、燃料種類及成分變化大、火焰中心偏斜、一次風冷態(tài)調平、二次風冷熱態(tài)調整、煤粉細度、二次風室風壓、燃燒器傾角的影響、一次風量大小、過熱蒸汽出口壓力波動等。從目前熱工控制的現(xiàn)狀來看，僅由熱工人員通過自動控制系統(tǒng)調整，尤其是通過調整PID參數(shù)的手段是不可能解決汽溫波動大、超溫問題的。實踐證明，需要通過熱工、運行、機務等有關技術人員協(xié)作配合，進行運行調節(jié)、燃燒器擺動、火焰中心調整等手段，甚至通過必要的設備改造才能解決問題。汽溫控制系統(tǒng)與熱工其他控制系統(tǒng)是相互耦合的，其他控制系統(tǒng)性能的好壞影響汽溫控制的穩(wěn)定性，其中，協(xié)調控制系統(tǒng)（CCS）和燃燒控制系統(tǒng)（包括送風控制）對汽溫控制影響最大。而影響這兩個系統(tǒng)的主要因素是機組負荷出力的變化，尤其是投自動發(fā)電控制（AGC）的機組。機組負荷變化，由于系統(tǒng)固有的大慣性，不可避免地引起汽壓、送風以及燃燒狀況的調整，進而影響機組主要參數(shù)包括汽溫的穩(wěn)定性。目前熱工自動控制系統(tǒng)所能夠做的就是優(yōu)化控制器參數(shù)以及控制系統(tǒng)結構，使機組參數(shù)波動小些。

以600MW機組來分析AGC工況下變負荷運行與汽溫波動內(nèi)在聯(lián)系和實際影響問題，以及相應對策。

在純火電機組構成的區(qū)域電網(wǎng)中，火電機組同時承擔調功和調頻任務。從電網(wǎng)要求而言，AGC要求機組變負荷速率越快越好，但發(fā)電機組的系統(tǒng)慣性又不允許機組的調速過高。電網(wǎng)中不同容量的機組存在不同的慣性，機組容量越大其慣性相對也大，因而在AGC頻繁快速調節(jié)時，矛盾最突出的是區(qū)域電網(wǎng)中容量最大的機組。大機組的慣性、純延滯制約著協(xié)調控制系統(tǒng)（CCS）的快速響應能力。當AGC的指令頻繁變化或連續(xù)增減負荷的工況超過CCS承受范圍時，CCS的調節(jié)品質就會降低，嚴重時會引起鍋爐過熱器和再熱器超溫。某600MW火電機組在投用AGC過程中，有時出現(xiàn)過熱蒸汽、再熱蒸汽的超溫現(xiàn)象，給安全生產(chǎn)帶來了隱患。其主要控制系統(tǒng)特性如下：一、AGC狀態(tài)AGC控制狀態(tài)包括在線、離線和當?shù)兀撤N。對所有在線的電廠端機組只能發(fā)同樣的升降負荷命令。為適應區(qū)域偏差控制的要求，調節(jié)區(qū)域分為死區(qū)、正常調節(jié)區(qū)、輔助調節(jié)區(qū)和緊急輔助調節(jié)區(qū)。AGC的基點功率參考負荷預測結果后確定，如基點功率設定不準確，區(qū)域偏差控制的調節(jié)值有可能經(jīng)常進入緊急輔助調節(jié)區(qū)，迫使AGC進行快速調節(jié)。由于隨機出現(xiàn)的沖擊負荷常常會使基點功率出現(xiàn)偏離，在網(wǎng)內(nèi)發(fā)電機組一次調頻未投用時，調頻完全由AGC承擔。按原來ＡＣＥ的考核目標，又有10min過零的要求。因而區(qū)域電網(wǎng)運行過程中，AGC的指令變化比較頻繁，有時波動較大。二、CCS動態(tài)特性CCS的動態(tài)特性包括協(xié)調控制當?shù)胤绞胶虯GC方式２種。在CCS當?shù)胤绞綍r，CCS進行定值調節(jié)，負荷指令變化的目標值通過ＣＲＴ設定，燃料主控可以根據(jù)其設定值計算出在不同速率時的燃料前饋量，經(jīng)協(xié)調控制后可以較好地解決系統(tǒng)慣性大的矛盾。在該工況下，機組的CCS階躍響應動態(tài)特性基本滿足600MW機組規(guī)定的調節(jié)品質考核要求。在AGC方式時，CCS接受AGC指令作為負荷調節(jié)的目標值。在調試過程中，AGC按一定的變負荷速率進行變負荷試驗，增、減量一般在10%MCR左右，以此來考核CCS的調節(jié)性能。在AGC調試過程中，機組的調節(jié)性能也基本符合規(guī)定要求，主汽溫在（535土8）℃、再熱汽溫在（535土10）℃范圍內(nèi)。在2%MCR／min速率時，系統(tǒng)的純延滯為3.5min，AGC指令變化范圍為10%MCR時，機組滑壓加負荷特性試驗曲線如圖所示。但是，實際運行中的工況與調試有較大差別。在實際運行中，CCS的負荷變化目標是AGC指令，對CCS來說負荷變化的目標值是隨機的，燃料主控很難精確地計算出不同工況下的燃料前饋量。當實際工況超出試驗工況的要求，尤其在波動周期較小時，CCS調節(jié)品質就會降低。三、機組汽溫控制特點機組滿負荷時蒸汽流量為2000t／h，主蒸汽溫度控制主要依靠調節(jié)兩級減溫水量來實現(xiàn)，再熱汽溫控制通過調節(jié)煙道擋板和噴水減溫相結合來達到目的。在滿負荷時，原設計的過熱器減溫水量在80～100t／h，但投用后實際減溫水量在設計值的２倍左右，相當于鍋爐出力的10%。減溫水量大給CCS和汽溫控制帶來一定的難度。四、AGC對鍋爐汽溫控制的影響AGC涵蓋了調度側和電廠端２個系統(tǒng)，其特性好壞都會對鍋爐溫度控制產(chǎn)生一定的影響。１．調度端對鍋爐起溫的影響就調度端而言，影響電廠端的主要因素是AGC控制信號在小周期內(nèi)的頻繁變化和連續(xù)過量變負荷，其原因主要有兩個方面：①設定值中基點功率與實際負荷的偏差；②AGC調節(jié)方式的影響。（１）AGC設定功率中基點功率的合理性。AGC軟件中雖然有經(jīng)濟調度（ＣＥＤ）模塊，但實時負荷預測存在一定時差，因而對基點功率很難做到準確地實時修正。這樣，由于基點功率準確性差，設定值中相應的調節(jié)功率的變化量便增大。在AGC程序中，啟動緊急輔助調節(jié)區(qū)的概率也就增大。在進入緊急輔助調節(jié)區(qū)時，為了滿足改善聯(lián)絡線偏差的需要，AGC的控制速率加快，而AGC過程往往經(jīng)若干周期的來回衰減才能完成。實際運行中，AGC即調功同時還要調頻。AGC發(fā)給電廠端的負荷控制信號常常就在小周期內(nèi)上下波動，有時在幾分鐘內(nèi)負荷指令會出現(xiàn)反向的情況。負荷預測能力越弱，基點功率的合理性就越差，AGC指令信號的變化頻度和幅度就越大。這樣，AGC對CCS的要求就會高于調試工況下的品質。即使是試驗工況滿足要求的機組協(xié)調系統(tǒng)，在AGC指令頻繁反向時品質也會變差。這時，汽溫控制系統(tǒng)就會在強大的外擾下產(chǎn)生超調，導致鍋爐超溫。在AGC調試中，按AGC變負荷工況試驗時，基本滿足規(guī)定速率的各項指標。但在實際運行時，AGC指令信號的變化周期有時在5～8min之內(nèi)反向，使CCS很難在規(guī)定的調節(jié)品質內(nèi)完成協(xié)調控制任務，汽溫控制系統(tǒng)相當于一直在強大擾動工況下調節(jié)，汽溫也就難以穩(wěn)定。（２）AGC調節(jié)方式的不適應性。所屬廠站接受相同的AGC負荷指令，調節(jié)時同升同降。但由于不同廠站的不同機組的價性存在差異，尤其是純延滯的不同，使CCS在執(zhí)行AGC指令時的響應速度必然參差不齊。容量較小的機組（例如200、300MW機組）時滯和慣性相對較小，容量較大的機組（例如600MW機組）時滯和慣性較大。即使大小機組在試驗時的平均速率（例如同是２%MCR／min）相同，在每個時段上的響應速度也不相等，大機組往往先慢后快。有時，剛剛執(zhí)行完AGC的升負荷指令，CCS還未進入穩(wěn)態(tài)，AGC的減負荷指令又到了，這時CCS又必須急劇減負荷，汽溫控制系統(tǒng)就會產(chǎn)生超調，直至超溫。２．電廠端對鍋爐超溫的影響（１）CCS適應性差。

AGC方式下，變負荷速率反映了機組在規(guī)定的參數(shù)品質范圍內(nèi)負荷響應變化的能力。CCS變負荷速率是由系統(tǒng)的動態(tài)特性決定的，主要受鍋爐慣性。不同燃煤鍋爐的動態(tài)特性也不盡相同。在AGC試驗過程中，考核CCS調節(jié)能力的變負荷范圍一般為10%MCR左右。而在實際運行中，CCS的負荷目標值始終是AGC的指令值，AGC的連續(xù)變化量超過試驗工況時，協(xié)調控制系統(tǒng)適應AGC的能力就變差，調節(jié)品質降低。在AGC的連續(xù)變化量為18%MCR（108MW）、變化速率為２%MCR／min時，該機組的實際調節(jié)特性如圖所示。圖中主汽溫和再熱汽溫上下波動峰值都超出規(guī)定指標。（２）實際運行時擾動過頻。在CCS當?shù)胤绞綍r，考核CCS的品質以階躍擾動試驗來衡量，且在實際非AGC運行工況中，系統(tǒng)擾動程度一般不會超出階躍擾動的工況，負荷變化的目標值也是可設定的。在AGC方式時，CCS的品質一般按一定速率下的變負荷方式來考核，實際工況的擾動程度往往會超過試驗工況。例如，當AGC指令在小周期反復變化時，對協(xié)調控制系統(tǒng)來說，引起擾動的嚴重性超過了階躍擾動的試驗工況。當擾動過頻或擾動量過大時，CCS調節(jié)品質即變差。而對汽溫自動調節(jié)系統(tǒng)而言，相當于給鍋爐主汽溫和再熱汽溫控制系統(tǒng)加入了小周期的反復擾動。對于主蒸汽溫度調節(jié)系統(tǒng)，當CCS接受AGC加負荷指令控制調節(jié)閥開大時，由于主蒸汽壓力下降，主蒸汽溫度隨之改變，減溫水量減少。當增加的燃