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300MW机组摆动燃烧器调节再热汽温的改进建议阅读：[117]作者：佚名发表日期：2008-12-23摘要：分析了某300MW机组摆动燃烧器法再热汽温控制系统的特点。针对系统中存在的问题，提出了引入摸糊控制技术改善再热汽温调节品质等改进建议。对摆动燃烧器的使用维护方法作了简要介绍。某厂300MW机组锅炉为亚临界一次中间再热、自然循环单炉膛汽包炉，四角双切圆燃烧，两假想切圆的直径分别为548mm和1032mm。燃烧器采用水平浓淡燃烧器，共15层分为上下两组。燃烧器可以摆动，上面组为8层，下面组为7层。三次风喷口及顶次风喷口最大摆动±15度。其它喷口最大摆动±30度。锅炉采用4套钢球磨煤机中间储仓式制粉系统。过热蒸汽温度调节采用喷水减温，设置3级喷水减温器。再热蒸汽温度调节采用摆动燃烧器为主，在壁式再热器和中温再热器的左、右连接管上设置有微量喷水减温器，作为调温的辅助手段，并使两侧汽温偏差控制在允许的范围内。为防止再热器超温，在壁式再热器的左、右进口管上设置事故喷水减温器，增加了事故喷水调节，事故喷水减温器A/B侧各一个，但调节门仅有一个。在低负荷时，可以增大炉膛进风量，作为再热汽温调节的辅助措施。一、再热汽温调节系统的分析再热汽温自动调节系统的结构如图1所示，控制设备为美国ABB公司生产的INFI90分散控制系统。1.1摆动燃烧器控制摆动燃烧器控制系统是一个带前馈信号的单回路控制系统，在再热汽温控制中起到经常性的调节作用。再热器出口汽温与手动给定值进行比较，偏差送到控制器。为提高再热汽温在外扰下的控制品质，控制回路设计了由机组负荷和送风量经函数器给出的前馈信号。反馈控制信号加上前馈信号，形成对燃烧器倾角的控制指令，这个信号分4路并行输出，经各自的电/气转换器分别送至锅炉四角的气动定位器，最终由汽缸连杆机构推动本角的燃烧器改变倾角，以改变炉膛火焰中心位置来改变再热器的入口烟温，从而达到控制再热汽温的目的。当进行炉膛吹扫时，燃烧器倾角被自动联锁在水平位置。1.2喷水减温控制再热器喷水减温控制采用减温器出口汽温作导前信号，构成串级控制系统。当摆动燃烧器在自动控制状态时，喷水减温再热蒸汽温度的给定值，在燃烧器控制系统给定值的基础上加上燃烧器控制指令经函数发生器给出的偏置量，目的为当摆动燃烧器有调节余地时抬高喷水减温控制系统给定值，以确保喷水减温阀门关死;当摆动燃烧器控制指令接近下限而将失去调节余地时，该偏置量应减为零，以便再热汽温偏高时喷水阀门接替摆动燃烧器工作;如摆动燃烧器处于手动控制状态，该偏置量自动切为零。当锅炉出现MFT、汽轮机跳闸时，喷水调节阀自动联锁关闭。1.3事故喷水控制事故喷水控制系统是再热汽温的辅助控制手段。当再热汽温升高，喷水调节阀开度达到50%以上或再热汽温异常升高到550℃以上时，应投入事故喷水。事故喷水控制系统结构简图如图2所示。该系统为一个串级控制系统。控制的目的是快速调节再热减温器前汽温，从而间接地稳定再热汽温。导前汽温选取的是事故减温器后汽温。当锅炉出现MFT或负荷降到低限时，事故喷水阀自动联锁关闭。二、存在的主要问题(1)在燃烧器摆动倾角扰动下，再热器出口汽温对象的纯迟延时间和时间常数非常大，摆动燃烧器控制系统属于大迟延系统。因此，锅炉负荷快速变化时，用传统的单回路调节方案难以快速控制再热汽温，造成调节滞后明显。(2)原设计未充分考虑摆动燃烧器倾角在不同角度时对再热汽温的影响特性，使自动调节准确度不高，造成摆动燃烧器长期不能投入自动控制。(3)原四角布置的摆动燃烧器倾角执行机构有不同步、卡涩现象，无法有效调整炉膛内燃烧中心区的位置，达到改变炉膛出口烟温，调节再热汽温的目的。三、建议改进方案和实际应用(1)针对摆动燃烧器控制的大迟延，可采用模糊控制技术。模糊控制技术是行为上模拟人的模糊推理和决策过程的一种实用控制方法，在火电厂中早已应用在较简单、独立的单回路闭环控制系统中。与常规的PID反馈控制相比，模糊控制不仅利用被调量的当前偏差值作为调节的依据，而且还同时提取当前被调量偏差的变化速率参与调节，具有比例-微分的控制作用，但缺少积分作用。这种模糊控制系统的动态性能较好，而稳态性能不能令人满意。在线性理论中，积分控制作用能消除控制的稳态误差，但动态响应慢，比例控制作用动态响应快且能获得较高的稳态性，又具有较快的动态响应。所以，对于存在较大迟延的控制对象，把PID控制策略引入模糊控制器，构成复合控制，形成优势互补，将有效改善调节的动态品质。再热汽温控制可改进为模糊控制与PID控制相叠加的复合控制方式(图3)。摆动燃烧器控制与喷水减温控制回路均采用复合控制策略，其目的是充分利用模糊控制器动态性能好和PID控制器稳态性能好的优点，进一步提高控制回路的调节速度，改善调节品质。这种复合控制策略在大偏差范围内采用模糊控制，在小偏差范围内转化为PID控制，采用跟踪技术实现二者的无扰切换。模糊控制器可采用二维模糊控制器(图4)，输入信号为再热器出口汽温和再热器出口汽温的变化率。如再热汽温变化迟延太大，可采用再热减温器后汽温的变化率作为其中的一个输入信号，因再热减温器后汽温变化速度快，能及早预测再热汽温的变化趋势，从而提前进行调节。(2)为使摆动燃烧器控制能投自动，需掌握摆动燃烧器倾角对再热汽温和排烟温度的影响。建议以摆角的水平位置为起点(对应50%的控制指令)，在±30度范围内，试验确定在不同的负荷段、不同运行工况下，燃烧器不同摆动角度对再热汽温、排烟温度变化量和变化幅度的影响。应注意观察减温水量的相应变化量，拟出各自的变化曲线，分析得出各种情况下燃烧器倾角开度的不同调节速率，以方便对控制系统的修改，不断完善。(3)对摆动燃烧器倾角执行机构存在的四角不同步现象，建议对燃烧器倾角执行机构进行改造:将控制气改为从电气转换器统一送到4个燃烧器倾角执行机构定位器(原来分别送到4个燃烧器倾角执行机构定位器)。同时应加强对燃烧器倾角传动机构的维护和保养，防止卡涩。(4)根据模糊控制的原理，某厂实际采用的是Smith预估器和PID调节器。Smith预估器具有一定的智能模仿作用(即模糊控制能力)，在微调减温水投自动时，调峰频繁情况下，再热汽温合格率可达85%以上;在带基本负荷时，再热汽温合格率可达95%以上，均较使用PID调节器时有很大提高。四、摆动燃烧器维护某厂燃烧器摆角控制在很长一段时间里，不能正常使用，主要原因是燃烧器摆动装置工作环境和气缸定位器存在问题。为满足运行要求，已将执行机构气缸定位器改为ABB公司产品，现定位器工作正常，但由于现场环境太差，必须定期清扫执行器周围的积灰，同时运行中应维持炉膛负压运行。为保证燃烧器四角摆动在同一平面，在使用一段时间后，应定期重新对摆角定位。采取上述措施后，基本上可保证燃烧器摆动装置长期正常使用。目前，燃烧器摆角控制仍不能经常投自动(一般在机组中低负荷下才使用)，主要原因是煤质不好，若通常情况下投自动，摆角动作过于频繁，对炉膛安全影响较大;同时，对主蒸汽温度也有一定影响，经测试，燃烧器摆角平均向上摆1%，主蒸汽温度大概变化0.3℃~0.1℃之间。