CN103277784A - 超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法 - Google Patents

超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法，步骤是：在原协调控制系统的逻辑组态燃料、给水及两侧屏过减温水控制回路中增加屏式过热器金属壁温控制回路接口；进行屏式过热器金属壁温控制回路逻辑组态，将其输出引入到屏式过热器金属壁温控制回路接口中作为燃料、给水及两侧屏过减温水控制的前馈信号；控制系统投入实际运行，据实时运行曲线，在线整定屏式过热器金属壁温控制回路参数，最终达到预期效果。本发明通过现有DCS协调控制系统，实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。自动兼顾超临界燃煤机组主要参数与屏式过热器金属壁温控制，有效防止屏式过热器超温爆管事故，降低劳动强度，提高机组运行安全性和经济性。

Description

超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法
技术领域
本发明属于火力发电机组锅炉安全的热工控制技术领域，尤其涉及一种超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法，具体是一种避免电站锅炉屏式过热器超温爆管的方法。
背景技术
随着电力工业的发展，火力发电机组的装机容量日益增大，超临界燃煤机组已成为电网中调频调峰的主力机组。为了满足电网AGC及一次调频的需要，大容量机组不得不频繁大范围升降负荷，这对机组参数的稳定运行提出了更高的要求。目前，典型的机组协调控制系统一般只针对汽温等主要机组参数进行控制，对金属壁温等其他参数仅具有监视和报警功能。尤其是作为锅炉关键部件的屏式过热器，电站锅炉设备中最重要的高温受热面之一，由于其受热的特殊性——既受对流传热，又受辐射传热，所以其所处的环境更为恶劣，更容易造成超温爆管。发生屏式过热器金属壁温超温时，运行人员只能进行手动干预，由于人为干预在时间、空间与能量上的局限性，不可避免地对机组主要参数带来扰动，甚至发生超温爆管事故，严重影响了机组的安全、经济运行。因此，研究兼顾超临界燃煤机组协调控制与屏式过热器金属壁温的综合预警优化控制方法具有非常重要的实际意义。
近些年众多研究机构和电厂从不同角度对锅炉屏式过热器金属壁温进行了分析研究。例如《动力工程》的《锅炉高温受热面金属壁温在线监测系统》，利用火电厂已有的管理信息系统(MIS)采集机组运行数据，通过在线计算来确定受热面管壁温度，并采用扩展性好、信息共享度高的B/S结构显示实时监测信息，为机组的安全运行提供了有效的手段。华北电力大学硕士论文“大型电站锅炉屏式过热器壁温数值模拟”，针对电站锅炉屏式过热器管壁温度测量困难和计算不够准确的状况，在额定工况下，利用FLUENT软件采用烟气侧蒸汽侧耦合求解的方法进行壁温数值模拟，给出了管内蒸汽流动和管外烟气共同作用下后屏过热器管壁温度沿管长方向的变化趋势，改变了以往单独考虑蒸汽侧或烟气侧求解壁温的方法，找出了管壁温度最高的部位，为管壁选材和管壁温度监测点的选取提供了依据。中国专利“一种基于超温风险指标的锅炉受热面监测方法”，专利申请号201010528854.9，能够准确评定超温程度的指标——超温风险，其计算方法具有严格的理论基础，使受热面超温风险评价工作快捷、准确和有据可依。中国专利“电站锅炉高温管系炉外壁温测量采集点的布局方法”，专利申请号201110428271.3，提出一种炉外壁温测量采集点布局的方法，旨在充分发挥高温管系炉内壁温实时监测系统的功能，以减小温度偏差和延长高温管屏的使用寿命。
以上这些文献及专利均是从提高壁温监测精度、构建实时监测与评价系统的角度开展研究，为电厂运行人员操作提供了可靠的参考依据，但这些研究无法代替运行人员完成金属壁温的有效控制。发生屏式过热器金属壁温超温时，只能进行人为干预，由于人为干预在时间、空间与能量上的局限性，不可避免地对机组主要参数带来扰动，甚至发生超温爆管事故，控制效果严重依赖于运行人员的技术水平。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法，其目的是通过现有DCS协调控制系统，自动兼顾超临界燃煤机组主要参数与屏式过热器金属壁温控制，有效防止屏式过热器超温爆管事故，降低运行人员的劳动强度，提高机组运行的安全性和经济性。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法，包括以下步骤：
第一步：在原协调控制系统的逻辑组态燃料、给水以及两侧屏过减温水控制回路中增加屏式过热器金属壁温控制回路接口；
第二步：进行屏式过热器金属壁温控制回路逻辑组态，并将其输出引入到屏式过热器金属壁温控制回路接口中作为燃料、给水以及两侧屏过减温水控制的前馈信号；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定屏式过热器金属壁温控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。
所述的屏式过热器金属壁温控制回路包括减少燃料量、增加给水量与两侧屏过减温水量四种控制。
所述的减少燃料量与增加给水量控制，其作用大小为全部屏式过热器金属壁温测点最大值与报警值之偏差的函数，并通过全部屏式过热器金属壁温最大温升速率的校正后，作为前馈信号分别作用于燃料和给水控制；所述的增加两侧屏过减温水量控制，其作用大小为对应侧屏式过热器金属壁温测点最大值与报警值之偏差的函数，并通过对应侧屏式过热器金属壁温最大温升速率的校正后，作为前馈信号分别作用于该侧的屏过减温水控制。
所述的屏式过热器金属壁温测点，可直接从DCS实时数据库中读取；所述的壁温最大温升速率可由壁温测点计算得出，如果DCS实时数据库中有此值，也可直接取用。
所述的屏式过热器金属壁温控制回路相关参数的整定方法为，将系统投入实际运行，根据机组协调控制运行曲线和屏式过热器金属壁温控制曲线，反复在线整定相关参数，保证机组主要参数响应快速稳定的同时，自动将屏式过热器金属壁温控制在合理范围内。
本发明提出了超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法，其优点及有益效果是：
（1）通过现有DCS协调控制系统，自动兼顾超临界燃煤机组主要参数与屏式过热器金属壁温控制，有效地防止屏式过热器超温爆管事故，大大提高了机组运行的安全性和经济性。
（2）可有效降低运行人员的劳动强度，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平。
（3）实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明算法逻辑图；
图2是本发明的工作流程图。
具体实施方式
本发明是超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
第一步：在原协调控制系统的逻辑组态燃料、给水以及两侧屏过减温水控制回路中增加屏式过热器金属壁温控制回路接口；
第二步：进行屏式过热器金属壁温控制回路逻辑组态，并将其输出引入到屏式过热器金属壁温控制回路接口中作为燃料、给水以及两侧屏过减温水控制的前馈信号；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定屏式过热器金属壁温控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。
其中所述的屏式过热器金属壁温控制回路包括减少燃料量、增加给水量与两侧屏过减温水量四种控制。
所述的减少燃料量与增加给水量控制，其作用大小为全部屏式过热器金属壁温测点最大值与报警值之偏差的函数，并通过全部屏式过热器金属壁温最大温升速率的校正后，作为前馈信号分别作用于燃料和给水控制；所述的增加两侧屏过减温水量控制，其作用大小为对应侧屏式过热器金属壁温测点最大值与报警值之偏差的函数，并通过对应侧屏式过热器金属壁温最大温升速率的校正后，作为前馈信号分别作用于该侧的屏过减温水控制。
所述的屏式过热器金属壁温测点，可直接从DCS实时数据库中读取；所述的壁温最大温升速率可由壁温测点计算得出，如果DCS实时数据库中有此值，也可直接取用。
所述的屏式过热器金属壁温控制回路相关参数的整定方法为，将系统投入实际运行，根据机组协调控制运行曲线和屏式过热器金属壁温控制曲线，反复在线整定相关参数，保证机组主要参数响应快速稳定的同时，自动将屏式过热器金属壁温控制在合理范围内。
本发明的核心思想是屏式过热器金属壁温超温一般发生在吹灰或屏过减温水没有调节余量（屏过减温水调门全开）时，与过热度正相关，且对屏过减温水量敏感。因此采用减少燃料量、增加给水量以及两侧屏过减温水量保护逻辑。当某侧屏式过热器金属壁温过高时，若对应侧屏过减温水调门开度较小，有调节余量，直接加大对应侧屏过减温水调门开度，其作用大小为对应侧屏式过热器金属壁温测点最大值与报警值之偏差的函数，并通过对应侧屏式过热器金属壁温最大温升速率的校正后，作为前馈信号直接作用于该侧屏过减温水量控制。若对应侧屏过减温水调门开度较大，没有调节余量，直接减少燃料量、增加给水量，其作用大小为全部屏式过热器金属壁温测点最大值与报警值之偏差的函数，并通过全部屏式过热器金属壁温最大温升速率的校正后，作为前馈信号分别作用于燃料和给水控制。
本发明算法逻辑图，即超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制基本算法逻辑如图1所示。图1中，T1，T2，...，TN为屏式过热器金属壁温测点，可直接从DCS实时数据库中读取。壁温最大温升速率可由壁温测点计算得出，如果DCS实时数据库中有此值，也可直接取用。f1(x)为非线性函数发生器，其输入为屏式过热器金属壁温测点最大值与报警值的偏差，输出为某侧屏式过热器金属壁温过高时，直接减少的燃料量或增加的给水量或增加的对应侧屏过减温水调门开度。f2(x)也是非线性函数发生器，其输入为屏式过热器金属壁温测点温升速率的最大值，输出为f1(x)的校正系数，范围0.9～1.1。f1(x)的功能是根据实际金属壁温相对于报警值的高低程度来提前作用，f2(x)则根据金属壁温超温的趋势增强或减弱这种作用的强度，不同的偏差和速率，作用的强度是不同的。f1(x)与f2(x)的参数可根据实时曲线在线整定，整定的原则是通过现有DCS协调控制系统，自动兼顾超临界燃煤机组主要参数与屏式过热器金属壁温控制，注意，对应燃料量、给水量以及两侧屏过减温水控制，这里需要分别整定四组f1(x)与f2(x)的参数。
下面以某1000MW超超临界燃煤机组为例，介绍算法参数整定结果，如表1所示。
机组概况：该1000MW超超临界机组锅炉由东方锅炉股份有限公司、BHK、BHDB制造，汽轮机由东方汽轮机厂、日立制造，发电机由东方电机股份有限公司、日立制造。该机组锅炉为高效超超临界参数变压直流炉，采用单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构П型锅炉。制粉系统采用正压直吹式，配有6台磨煤机；设有两台50%容量的动叶可调轴流式一次风机提供一次热、冷风输送煤粉；采用两台静叶可调引风机和两台动叶可调送风机提供二次风量。控制系统采用的是日立技术，协调控制系统采用以锅炉跟随为基础的协调控制系统，在此基础上汽机主控增加压力拉回回路，锅炉主控增加功率影响回路，采用全协调控制策略，燃水比控制采用煤跟水方式。
在表1中燃料与给水控制回路中，与f1(x)对应的x为全部屏式过热器金属壁温测点最大值与报警值的偏差(℃)；与f2(x)对应的x为全部屏式过热器金属壁温测点温升速率的最大值(℃/min)；两侧屏过减温水控制回路中，与f1(x)对应的x为对应侧屏式过热器金属壁温测点最大值与报警值的偏差(℃)；与f2(x)对应的x为对应侧屏式过热器金属壁温测点温升速率的最大值(℃/min)；该机组屏式过热器金属壁温测点与温升速率均可直接从DCS实时数据库中读取；完成屏式过热器金属壁温控制回路逻辑组态，并将其输出引入到屏式过热器金属壁温控制回路接口中作为燃料、给水以及屏过减温水控制的前馈信号后，将系统投入实际运行，根据机组协调控制运行曲线和屏式过热器金属壁温控制曲线，反复在线整定f1(x)、f2(x)相应参数，保证机组主要参数响应快速稳定的同时，自动将屏式过热器金属壁温控制在合理范围，有效降低了运行人员的劳动强度；现场调试过程简单，便于工程实现。
表1  超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制参数整定。

Claims (5)

1.超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：在原协调控制系统的逻辑组态燃料、给水以及两侧屏过减温水控制回路中增加屏式过热器金属壁温控制回路接口；
第二步：进行屏式过热器金属壁温控制回路逻辑组态，并将其输出引入到屏式过热器金属壁温控制回路接口中作为燃料、给水以及两侧屏过减温水控制的前馈信号；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定屏式过热器金属壁温控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。
2.根据权利要求1所述的超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法，其特征在于：所述的屏式过热器金属壁温控制回路包括减少燃料量、增加给水量与两侧屏过减温水量四种控制。
3.根据权利要求2所述的超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法，其特征在于：所述的减少燃料量与增加给水量控制，其作用大小为全部屏式过热器金属壁温测点最大值与报警值之偏差的函数，并通过全部屏式过热器金属壁温最大温升速率的校正后，作为前馈信号分别作用于燃料和给水控制；所述的增加两侧屏过减温水量控制，其作用大小为对应侧屏式过热器金属壁温测点最大值与报警值之偏差的函数，并通过对应侧屏式过热器金属壁温最大温升速率的校正后，作为前馈信号分别作用于该侧的屏过减温水控制。
4.根据权利要求3所述的超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法，其特征在于：所述的屏式过热器金属壁温测点，可直接从DCS实时数据库中读取；所述的壁温最大温升速率可由壁温测点计算得出，如果DCS实时数据库中有此值，也可直接取用。
5.根据权利要求1所述的超临界燃煤机组屏式过热器金属壁温预警优化控制方法，其特征在于：所述的屏式过热器金属壁温控制回路相关参数的整定方法为，将系统投入实际运行，根据机组协调控制运行曲线和屏式过热器金属壁温控制曲线，反复在线整定相关参数，保证机组主要参数响应快速稳定的同时，自动将屏式过热器金属壁温控制在合理范围内。
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