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              第七章 汽溫控制系統試驗(2)
              發布日期:2018-09-13 來源:  瀏覽次數:

                減溫調節裝置靜態特性試驗

               

              一、減溫水調節閥靜態特性試驗的方法和要求

              (一)      減溫水調節閥靜態特性質量要求

              新投入使用或檢修后的減溫水調節閥應滿足以下質量要求:

              (1)      調節閥的最大流量應滿足鍋爐最大負荷要求,并約有10%的裕量;

              (2)      調節閥的漏流量應小于其最大流量的10%;

              (3)      調節閥特性曲線應呈線性,線性工作段應大于全行程的70%,其回程誤差應小于最大流量的3%;

              (4)      調節閥的死行程應小于全行程的5%。

              (二)      減溫水調節閥流量特性試驗的基本方法

              減溫水調節閥流量特性試驗的要點如下

              (1)      在機組運行工況穩定的情況下,手動單方向間斷地開大減溫水調節閥,每次以10%幅度為宜,直至調節閥全開;

              (2)      然后再以同樣方式關小,直至全關;

              (3)      每次減小或開大操作都必須待流量穩定后進行。

              試驗中,若出現減溫水流量過大可能使汽溫低于允許范圍時,為了保證機組的安全,應改為在不同運行工況按上述方法分段進行特性試驗。為了防止過熱汽溫超越允許范圍,試驗過程中應加強監視,發現汽溫越限嚴重或失控應立即中止試驗,并將閥門開度迅速恢復至試驗前位置直至參數穩定。

              7-7減溫水調節閥流量特性試驗的記錄曲線,調節閥開度指令和調節閥閥位均以10%幅度變化,每次操作都在流量基本穩定后進行。將閥位-流量數據連成線段,便可以得到調節閥的工作流量特性曲線。

               

              第七章 汽溫控制系統試驗(2)

              1
              調節閥開度指令;2調節閥閥位;3減溫水流量

              7-7  減溫水調節閥流量特性試驗

               

              二、減溫水調節閥工作流量特性試驗曲線

              實際使用中的減溫水調節閥,其工作流量特性往往難以全部滿足上述質量要求,應對試驗曲線進行分析,提出改進意見。

              7-8所示為某電廠二級減溫水調節閥的工作流量特性試驗曲線。調節閥在該負荷工況下的工作流量特性有較大一段空行程,但無漏流量,線性較好,回差也較小。

               

              第七章 汽溫控制系統試驗(2)

              7-8  有空行程的減溫水調節閥流量特性曲線

               

              7-9所示為某電廠二級減溫水調節閥的工作流量特性試驗曲線。調節閥在該負荷工況下的工作流量特性有較大的漏流量,但無空行程,線性較好,回差也較小。

               

              第七章 汽溫控制系統試驗(2)

              7-9  有漏流量的減溫水調節閥流量特性曲線

               

              7-10所示為某電廠再熱汽減溫水調節閥的工作流量特性試驗曲線。調節閥在該負荷工況下的工作流量特性無空行程,無漏流量,0%50%之間線性尚好,回差較小。

               

              第七章 汽溫控制系統試驗(2)

              7-10  有漏流量的減溫水調節閥流量特性曲線

               

               

              三、擺動燃燒器擺動特性試驗

              調試時,應分別在冷態和熱態工況下對擺動燃燒器進行檢查,確認調節裝置能夠滿足以下質量要求:

              (1)      擺動燃燒器四角傾角誤差小于±2°;

              (2)      熱態下擺動燃燒器機械部分動作靈活,無卡澀。

               

              四、尾部煙道控制擋板擺動特性試驗

              鍋爐尾部煙道控制擋板在熱態下要求其機械部分動作靈活,無卡澀。

               

              第四節   串級和雙回路汽溫調節系統

               

              串級汽溫調節系統和具有導前微分信號的雙回路汽溫調節系統是目前采用最多的最基本的汽溫調節系統。

              一、串級汽溫調節系統

              串級汽溫調節系統具有兩個閉環控制回路:由被調對象的導前區、導前汽溫變送器γθ2、副調節器、執行器KZ和減溫水調節閥組成內回路(或稱副回路);由被調對象的惰性區、主汽溫變送器γθ1、主調節器和內回路組成外回路(或稱主回路)。串級汽溫調節系統基本控制框圖如圖7-11所示。

              第七章 汽溫控制系統試驗(2)

              7-11  串級汽溫調節系統

              導前汽溫能夠快速反映擾動,尤其是減溫水的自發性擾動,副調節器根據導前汽溫的變化改變減溫水量,對主汽溫起粗調作用。主調節器則通過對副回路的校正,對主汽溫起細調作用,當主汽溫偏離給定值時,主調輸出校正信號,使副調不斷調節減溫水量,直到主汽溫恢復到給定值為止。穩態時,導前汽溫可能穩定在與原來不同的數值上,但主汽溫則一定等于給定值。

              在串級汽溫調節系統中,由于兩個回路的任務及動態特性下同,可以選用不同的凋節規律。內回路及副調的任務是快速消除內擾,要求調節過程的持續時間較短,但不要求無差,故副調也可選甩純比例調節;當導前區慣性較大時,也可選用比例微分調節。外回路及主調的任務是維持主汽溫恒定,一般選用比例積分調節;當過熱器惰性區惰性較大時,也可選用比例積分微分調節。

               

              二、串級汽溫調節系統的整定

              (一)      兩步整定法

              由于汽溫對象導前區的遲延和慣性比惰性區要小,而且副調節器又選用PPD規律,在這種情況下,內回路的調節過程要比外回路的調節過程快得多。當發生減溫水量擾動時,內回路可以很快地消除擾動,而使過熱器出口溫度基本上不受影響。因此內回路動作時,外回路可以視為開路狀態;當外回路動作時,內回路可視為快速隨動系統。

              一般認為,當下式成立時即可認為內回路為快速隨動系統:

              n0T03n2T2                           7-11

              式中:T0主汽溫的時間常數;

              T2導前汽溫的時間常數;

              n0主汽溫傳遞函數的階數;

              n2導前汽溫傳遞函數的階數;

              如果符合以上條件,則串級汽溫調節系統可以采取內、外回路分別整定的方法進行整定,也稱兩步整定法。在調節器參數整定時,一般副回路取Ψ=0.750.85;主回路取Ψ=0.91。

              按內、外回路分別整定后,應檢查系統是否滿足下式:

              ω23ω1                                7-12

              式中:ω1、ω2分別為主、副回路主導衰減振蕩成分的頻率。

               

              (二)      補償法

              當不滿足7-11式和7-12式時,應采用補償法進行整定。補償法基于以下原理,7-12a)所示的串級汽溫調節系統方框圖作等效變換后,可以得到圖7-12b)所示的由等效對象構成的單回路控制系統。因此,按補償法整定的步驟如下:

              (1)      適當選取主調節器參數,以構成較為理想的等效控制對象;

              (2)      按單回路系統進行整定,得到副調節器參數。

              按補償法整定,可以使串級調節系統具有足夠的穩定裕度,但不能獲得最佳的整定參數。在主、副調節器不能分別獨立整定時,補償整定法是一種非常實用的方法。

               

              第七章 汽溫控制系統試驗(2)

              γθ
              1主汽溫變送器傳遞函數;γθ2導前汽溫變送器傳遞函數;

              G01S)—惰性區對象傳遞函數;G02S)—導前區對象傳遞函數;

              GPIS、GPS主調、副調傳遞函數;KZ 、Kμ—執行機構、調門傳遞函數;

              7-12  串級汽溫調節系統方框圖的等效變換 

               

              三、具有導前微分信號的雙回路汽溫調節系統

                  與串級汽溫調節系統一樣,雙回路汽溫調節系統也具有兩個閉環控制回路:由被調對象的導前區、導前汽溫變送器γθ2、微分模塊、調節器、執行器KZ和減溫水調節閥組成副回路(或稱導前補償回路);由被調對象的惰性區、主汽溫變送器γθ1和副回路組成主回路。雙回路汽溫調節系統基本控制框圖如圖7-13所示,由于引入了導前汽溫微分信號,可以改善單回路系統的調節品質。由汽溫被調對象的動態特性可知,導前汽溫可以提前反映擾動,取其微分信號引入調節器后,由于微分信號動態時不為零而穩態時為零,所以動態時可使調節器的調節作用超前,穩態時可使過熱器出口汽溫等于給定值,從而改善調節品質。

              第七章 汽溫控制系統試驗(2)

              7-13   雙回路汽溫調節系統
               

               

              第五節   過熱汽溫分段控制策略

               

              大機組過熱汽溫一般采用分段控制,級噴水減溫器通常布置在屏式過熱器之前,級噴水減溫器通常布置在末級過熱器之前,主汽溫的控制通過級噴水和級噴水來實現。由于屏式過熱器為輻射式傳熱方式,而末級過熱器為對流傳熱方式,當機組負荷大范圍變化時,兩種過熱器的吸熱比例隨負荷而發生變化,采用按溫差調節的分段控制策略,可以使得兩級減溫噴水量均勻合理。

              第七章 汽溫控制系統試驗(2)
              7-14   過熱汽溫分段控制策略

               

              按溫差調節的分段控制策略如圖7-14所示,控制系統由兩個單獨的串級汽溫調節系統組成。將級減溫器前后的溫差作為級減溫控制的主被調量,級減溫的溫差控制定值是鍋爐負荷(主汽流量D)的函數,由函數模塊f2(x)產生。主汽溫定值由函數模塊f1(x)產生,同樣是鍋爐負荷的函數。

              將主汽流量D作為前饋信號引入級和級減溫副回路,可以提前反映負荷變化對噴水量的要求。圖7-14還標出了信號的極性和調節器的作用方向,㈩表示正作用,㈠表示反作用。

               

              第六節   ABB Bailey公司主汽溫度控制策略

               

              一、ABB Bailey公司汽溫控制概述

              系統按二級噴水進行控制,一級噴水調節閥控制屏式過熱器出口溫度,二級噴水閥控制末級過熱器出口溫度。一級、二級調節系統均為串級汽溫調節系統,副調以減溫器下游溫度(即過熱器入口溫度)為被調量,主調采用SMITH預估器,控制最終的二級過熱器出口溫度。7-15ABB Bailey公司的主汽溫度控制框圖,屏過汽溫控制策略與主汽溫度控制基本相同。

              主要控制內容如下:

              (1)      一級過熱減溫器A、B側出口溫度取平均值,二級過熱減溫器A、B側入口溫度取平均值。

              (2)      二級過熱減溫器A、B側出口溫度取平均值,末級過熱器 A、B側出口溫度取平均值。

              (3)      由主汽壓力定值與主汽溫度定值計算主蒸汽應具有的焓值,由主汽壓力定值與屏過出口汽溫定值計算屏過出口汽溫應具有的焓值。

              (4)      計算一級/二級過熱器在對應負荷和蒸汽壓力下蒸汽的飽和溫度。

              (5)      計算一級過熱器的焓升期望值,計算二級過熱器的焓升期望值。

              (6)      計算過熱器入口汽溫的設定值。

              (7)      主汽溫度定值計算,屏過出口汽溫定值計算。

              (8)      主調SMITH預估運算,副調PID運算。

              第七章 汽溫控制系統試驗(2)

              7-15    ABB Bailey公司主汽溫度控制策略

                

              二、主蒸汽應具有的焓值計算

              主蒸汽的焓值,代表著鍋爐產生的每1kg蒸汽應具有的熱值。由主汽壓力定值與主汽溫度定值查蒸汽表,可以得出主蒸汽最終應具有的值。如7-15所示,將機前壓力設定值和主汽溫度設定值輸入5×5內插器1(由2輸入變量得出1輸入變量),輸出即為所要求的焓。

               

              三、過熱器焓升期望值的計算

              過熱器焓升的期望值取決于過熱器的入口煙溫及過熱器列管的吸熱性能,影響過熱器入口煙溫的參數有:燃燒率、再熱汽溫控制、過量風和投入的燃燒器層,這些參數都用于確定通過過熱器的焓升的期望值。

              焓升期望值首先與鍋爐負荷(燃燒率)直接有關,因此用代表鍋爐負荷(燃燒率)的風量信號來確定過熱器焓升的期望值;

              對再熱汽溫的控制同樣給主汽溫帶來影響,因此用再熱汽溫控制指令作為計算過熱器焓升期望值的前饋系數;

              影響過熱器入口煙溫的另一個參數是過??諝庀禂?,當爐內空氣質量流量增加時,過熱器入口的煙溫升高,使過熱器吸熱量增加,這部分增加的熱量用主汽流量(D)與風量的比值來計算,作為過熱器焓升期望值的前饋系數;

              上層燃燒器的投入數量也影響過熱器入口煙溫,當上層燃燒器的投入數量增加時,原先被水冷壁吸收的部分熱量轉為被過熱器吸收,使過熱器吸熱量增加,這部分增加的熱量用上層燃燒器燃料量與總燃料量的比值來計算,作為過熱器焓升期望值的前饋系數。

              上述4項參數之和即為過熱器焓升的期望值,7-15中回路①所示。

               

              四、焓升動態修正

              在協調控制方式下,當負荷快速變化時,常出現鍋爐過燃燒或欠燃燒的情況,協調控制系統將通過主汽壓力的校正作用來調整燃燒,最終使機組達到平衡。當出現鍋爐過燃燒或欠燃燒時,會引起主汽溫偏移,需要對過熱器焓升的期望值進行動態校正。由于機前壓力的時間常數比主汽溫小,因此引入機前壓力偏差信號來表征鍋爐處于過燃燒或欠燃燒工況。當機前壓力為正偏差時,表明鍋爐處于過燃燒工況,協調控制系統將通過主汽壓力的校正作用來減少燃燒率,過熱器焓升的期望值偏大,動態校正應適當減小期望值。當機前壓力為負偏差時,表明鍋爐處于欠燃燒工況,協調控制系統將通過主汽壓力的校正作用來增加燃燒率,過熱器焓升的期望值偏小,動態校正應適當增加期望值。

              當鍋爐主控在手動,不對機前壓力進行自動調節時,應切除動態校正作用。

              焓升動態修正回路如圖7-15中回路②所示。

               

              五、減溫閥出口溫度(過熱器入口溫度)設定值的計算

              ABB Bailey公司汽溫控制的主要特點是,通過計算進入過熱器的蒸汽應具有的焓值,來確定噴水減溫閥出口溫度的設定值。

              由主汽壓力定值與主汽溫度定值計算出主蒸汽應具有的焓值,由主汽壓力定值與屏過出口汽溫定值計算出屏過出口汽溫應具有的焓值;將風量、再熱汽溫控制指令、主汽流量與風量的比值、上層燃燒器燃料量與總燃料量的比值4項參數之和作為該級過熱器焓升的期望值;再考慮對焓值進行動態校正;可得出進入該級過熱器蒸汽應具有焓值為:

              式過熱器入口蒸汽應具有焓值=(屏過出口汽溫應具有的焓值)-(屏式過熱器焓升的期望值)+(焓值動態校正);

              二級過熱器入口蒸汽應具有焓值=(主蒸汽應具有的焓值)-(二級過熱器焓升的期望值)+(焓值動態校正);

              根據過熱器入口壓力及應具有焓值,由蒸汽表的內插函數可以確定過熱器入口溫度的設定值。7-14所示,將過熱器入口蒸汽應具有焓值和過熱器入口壓力輸入內插器2,輸出為所要求的過熱器入口汽溫的設定值。過熱器入口壓力等于機前壓力加過熱器上的壓力降估算值,過熱器壓降則由主汽流量經函數f3(x)計算得出。

              為了防止噴水閥在飽和區打開,由過熱器入口蒸汽壓力經函數f4(x)計算得出對應蒸汽壓力下的飽和溫度,加上給定的過熱度15℃)后作為最低安全要求溫度,如7-15中回路③所示。

              計算得到的減溫器出口溫度設定值,由大選模塊進行飽和保護后,作為主調節器的前饋。

               

              六、主調節器

              考慮到汽溫控制對象慣性大的特性,主控制回路采用了SMITH預估器。實踐證明,在汽溫控制中采用SIMTH預估控制,對于抑制超調是非常有效的。由于SMITH預估器可根據搭設的數學模型來預先估計出所采用的控制動作對過程變量的可能影響,而不必等到過程變量有所反應后再去校正所采取的控制動作,從而達到提高調節效果的目的。本章第9節將進一步介紹SMITH預估器的原理。

              主汽溫定值和屏過出口汽溫定值是負荷(主汽流量)的函數,操作員也可以給出更小的定值。SMITH預估器跟蹤主蒸汽流量的變化作控制參數的自動調整,并且參考副調回路的變量當前值,輸出經限幅回路運算后,作為校正信號加入到過熱器入口溫度設定值。

               

              七、副調節器

              副調采用PID運算規律,并根據負荷由函數f8(x) 給出調節器的KP值,函數f9(x) 給出調節器的KI值。

              當機組在低負荷工作或機組跳閘時,過熱器噴水閥聯鎖關閉(噴水截止閥也聯鎖關閉),主汽溫達設定值前不提前進行噴水。

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