超超臨界二次再熱發電機組再熱汽溫複合控制策略的製作方法

2023-09-22 06:34:20 1

本發明涉及火電廠自動控制技術領域，具體涉及一種超超臨界二次再熱發電機組再熱汽溫複合控制策略。

背景技術：

近年來，我國在發電技術領域取得了顯著的成就，超臨界、超超臨界參數等級的發電技術得到了高速發展。2013年，五大發電集團完成供電標準煤耗為314.5g/kWh，這一成績的取得與大容量超臨界、超超臨界機組的大量投運密不可分。目前，一次中間再熱超超臨界機組技術較為成熟，其參數已接近現有成熟材料的許用上限，由此導致機組循環效率無法繼續提高。若要進一步提升機組性能，超超臨界二次再熱技術是一種技術上相對成熟、投資方面相對經濟的技術途徑。

國外已有多臺二次再熱機組的建設經驗，多在上世紀70～90年代投入商業運行，其中美國25臺、日本11臺、德國、丹麥各數臺，採用超超臨界參數的有6臺。多年的運行業績表明，二次再熱機組運行可靠、經濟性好。由於材料許用極限的限制，早期的二次再熱機組多採用超臨界參數，而在超超臨界參數範圍內，主、再熱蒸汽溫度也以580℃及以下為主。美國Eddystone 1、2號機組投運初期運行參數為36.5MPa/649℃/566℃/566℃，機組運行8年以後，過熱器金屬材料發生蠕變變形，需對受熱面進行整體更換。之後，為保證機組的長期穩定、安全運行，機組降參數至34.5MPa/613℃/566℃/566℃運行，目前運行狀態穩定。

我國目前尚無二次再熱機組的任何設計、調試、運行經驗，該技術還完全處於探索階段。此次華能萊蕪電廠和華能安源電廠超超臨界二次再熱機組屬國內首批獲建的1000MW和660MW超超臨界二次再熱機組，且機組再熱蒸汽參數將達到620℃的世界先進水平。為保證機組建成後的安全、穩定、高效運行，涉及二次再熱機組的各種關鍵問題應引起我們的足夠重視。

超超臨界二次再熱機組與同容量一次再熱機組存在較大差異。在結構設計方面，二次再熱機組比一次再熱機組要複雜的多：首先，採用二次再熱運行方式後再熱蒸汽對流吸熱量增加約10％左右、相應的主蒸汽輻射吸熱量降低，由於輻射換熱與對流換熱的熱力學機理不同，勢必對機組的熱力特性造成影響；其次，汽輪機部分增加了超高壓缸、鍋爐側增加一級再熱器，汽水流程增加，在相對低的蒸汽流量和相對長的汽水流程狀態下，機組的動靜態響應特性必然發生較大變化；再次，鍋爐側增加一級再熱器、受熱面布置更加複雜，使得主、再熱蒸汽溫度調節特性發生較大變化，對機組動靜態響應特性的依賴性增強；最後，再熱蒸汽溫度達到620℃，使得末級受熱面金屬材料的工作環境更加惡劣，對機組熱力特性的變化更為敏感。因此，對超超臨界二次再熱機組在不同工況下的動靜態響應特性的研究對於機組設計方案優化、運行調試優化、控制策略制定等都具有非常重要的意義。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在於提供一種超超臨界二次再熱發電機組再熱汽溫複合控制策略，對煙氣再循環率和再熱煙氣擋板的調節進行複合控制，並採用負荷預測環節提高了控制策略的調節品質。

為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種超超臨界二次再熱發電機組再熱汽溫複合控制策略，包括煙氣再循環和一、二次再熱器煙氣調節擋板的控制，分別由兩個PID生成控制指令，實現對一、二次再熱汽溫控制目標的控制；

其中煙氣再循環PID的輸入為一次再熱汽溫設定值S端和反饋值P端經偏差環節與二次再熱汽溫設定值S端和反饋值P端經偏差環節輸出經求和環節輸出二者之和，煙氣再循環PID的輸出疊加負荷預測環節輸出以加快調節響應速度，同時疊加噴水後溫度平均的微分環節輸出以加快調節穩定過程，疊加後的輸出經常規的M/A手自動操作站、MFT切換和再循環風機停止條件切換環節後形成最終的煙氣再循環指令；

再熱器煙氣擋板調節PID輸入則來自一次再熱汽溫設定值S端和反饋值P端經偏差環節與二次再熱汽溫設定值S端和反饋值P端經偏差環節輸出二者之差，再熱器煙氣擋板調節PID輸出同樣疊加負荷預測環節輸出以加快調節響應速度，同時疊加噴水後溫度平均的微分環節輸出以加快調節穩定過程，疊加後的PID輸出經常規的M/A手自動操作站後分為兩路，分別控制一次和二次再熱器側煙氣擋板，兩路控制信號分別經FX函數模塊與煙氣再循環指令經FX函數輸入求和環節進行加權求和，以消除煙氣再循環調節過程對再熱煙氣擋板調節產生的擾動，形成一、二次再熱汽溫控制的協調動作信號，之後的兩路控制信號分別經常規AM環節和MFT切換環節分別生成最終的一次和二次再熱器側煙氣擋板的控制指令。

本發明根據最新二次再熱火電機組兩級再熱器的汽溫控制特性的研究，提出了一種新的複合控制策略方法，與現有技術的核心區別主要是：

1、本發明在研究了不同控制手段影響規律的情況下，設計了煙氣再循環和再熱汽溫擋板複合控制策略，針對再熱汽溫的偏差，同時生成煙氣再循環和再熱汽溫擋板控制指令，避免不同控制手段在調節過程中產生的相互幹擾，可有效提高再熱汽溫的控制品質。

2、本發明在再熱汽溫控制迴路中增加了負荷預測控制模塊，可加快機組在負荷變化過程中的調節響應速度，提高調節品質。

附圖說明

圖1為本發明控制策略流程框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作更詳細的說明。

目前，我國投運的二次再熱機組常採用、π型、全懸吊結構。尾部雙眼到布置並配置煙氣擋板來調節前、後煙道煙氣分配量。在省煤器後設置煙氣在循環系統作為低負荷再熱汽溫調節手段。一、二次再熱蒸汽系統都按高、低溫二級布置，高溫再熱器布置在水平眼到上部，低溫再熱器分別逆流布置於尾部眼到的前、後豎井中，在高、低溫再熱器連結管道上還設置有事故噴水減溫器。一、二次再熱蒸汽溫度調節採用煙氣擋板+煙氣再循環調節方式。鍋爐配備擺動燃燒器技術，作為再熱汽溫調節輔助手段。現有技術一般通過煙氣再循環量的調節，改變蒸汽在過熱器和再熱器中吸熱量的分配，從而對再熱器的總吸熱量進行調節，控制一、二次再熱汽溫的總體升降；而一、二次再熱器的吸熱量分配則通過下降煙道中一、二次再熱器對應的煙氣分配擋板的開關，改變流經一、二次再熱器的高溫煙氣流量的分配，從而改變煙氣量在一、二次低溫再熱器之間的分配，最終實現一次再熱器汽溫和二次再熱汽溫的控制。

通過對現有二次再熱機組煙氣再循環和煙氣擋板的調節特性進行試驗和理論研究，發現這兩種控制手段對過熱和再熱汽溫的影響規律存在較強的耦合關係，研究結果總結為下表所示的典型工況試驗數據表：

從典型工況的試驗結果可以發現：

1.煙氣再循環率的調節會造成一、二級過熱器之間的溫度偏差

煙氣再循環率的增加，可以提高過熱器相對於再熱器的吸熱比例，從而提高過熱汽溫並減小再熱汽溫，這與常規一次再熱鍋爐的煙氣再循環調節規律一致，但在改變再熱器總體吸熱量的同時，對一、二級再熱汽溫分別的影響幅度是不同的。如上表所示的典型工況試驗結果可發現同樣減少煙氣再循環率1％的情況下，一級再熱汽溫的降幅總是小於二級再熱汽溫的降幅，也即在採用煙氣再循環率改變總體再熱汽溫的時候，不僅會同時提高或降低一、二級再熱汽溫，同時會使一、二級再熱汽溫之間出現溫變幅度的偏差。

2.再熱煙氣擋板的調節會改變整體的再熱汽溫水平

兩級再熱器對應的煙氣擋板的調節會改變流經一、二級再熱器的煙氣流量分配比例，但同時也會影響煙氣流道的總體阻力水平，從而對宏觀煙氣流動產生影響。從上表中可以看出，再熱煙氣擋板的調整使流經一級再熱器的煙氣份額增加1％時，一級再熱汽溫的增加量與二級再熱汽溫的減少量並不相同，二者之和總是為負，也即實際上降低了再熱汽溫的整體水平。

從以上分析可以看出，煙氣再循環率的調整在同時提高或降低一、二次再熱汽溫的同時會使一、二級再熱汽溫之間出現不同程度的偏差，這對調整一、二次再熱器吸熱分配的再熱煙氣擋板的調節產生了擾動；同時再熱煙氣擋板在調節一、二次再熱器吸熱分配的同時，對再熱汽溫的整體水平同時產生了影響，這無疑由對負責調整一、二次再熱總體汽溫的煙氣再循環率的調節帶來了擾動。這表明兩種控制手段之間存在較強的耦合關係，而現有技術沒有意識到這種耦合關係，分別利用煙氣再循環率調節一、二次再熱平均汽溫，而利用再熱煙氣擋板調節一、二次再熱汽溫的偏差，兩種控制手段之間的耦合關係使一個迴路調節時給另一個迴路的調節帶來了額外的擾動，給實際系統調節品質的提高和調節迴路參數的調整帶來了困難。

根據以上研究結果，本發明提出一種超超臨界二次再熱發電機組再熱汽溫複合控制策略，根據前述研究結果對煙氣再循環率和再熱煙氣擋板的調節進行複合控制，並採用負荷預測環節提高了控制策略的調節品質，核心控制策略流程框圖如圖1所示：本發明一種超超臨界二次再熱發電機組再熱汽溫複合控制策略

其中控制邏輯通用標準模塊(x為輸入，y為輸出，其餘為模塊參數)：

——偏差環節，y＝x1-x2；

—比例環節，y＝KG·x；

——微分環節，

——PID控制器，

——求和環節，y＝Σxi；

——手動/自動操作站；

——線性擬合函數曲線環節，y＝f(x)；

——自動/手動切換環節；

信號切換環節，

信號發生器，y＝sg；

控制信號輸出環節，輸出電信號到就地設備。

本發明所述一種超超臨界二次再熱發電機組再熱汽溫複合控制策略包含煙氣再循環和一、二次再熱器煙氣調節擋板的控制，分別由兩個PID生成控制指令，實現對一、二次再熱汽溫控制目標的控制。

其中煙氣再循環PID的輸入為一次再熱汽溫設定值(S端)和反饋值(P端)經偏差環節與二次再熱汽溫設定值(S端)和反饋值(P端)經偏差環節輸出經求和環節輸出二者之和，煙氣再循環PID的輸出疊加負荷預測環節輸出以加快調節響應速度，同時疊加噴水後溫度平均的微分環節輸出以加快調節穩定過程，疊加後的輸出經常規的M/A手自動操作站、MFT切換和再循環風機停止條件切換環節後形成最終的煙氣再循環指令。

再熱器煙氣擋板調節PID輸入則來自一次再熱汽溫設定值(S端)和反饋值(P端)經偏差環節與二次再熱汽溫設定值(S端)和反饋值(P端)經偏差環節輸出二者之差，再熱器煙氣擋板調節PID輸出同樣疊加負荷預測環節輸出以加快調節響應速度，同時疊加噴水後溫度平均的微分環節輸出以加快調節穩定過程，疊加後的PID輸出經常規的M/A手自動操作站後分為兩路，分別控制一次和二次再熱器側煙氣擋板，兩路控制信號分別經FX函數模塊與煙氣再循環指令經FX函數輸入求和環節進行加權求和，以消除煙氣再循環調節過程對再熱煙氣擋板調節產生的擾動，形成一、二次再熱汽溫控制的協調動作信號，之後的兩路控制信號分別經常規AM環節和MFT切換環節分別生成最終的一次和二次再熱器側煙氣擋板的控制指令。

根據前述研究結果，任何一級再熱汽溫出現偏差，都需要煙氣再循環和再熱煙氣擋板的聯合動作，因此，當一次(和/或二次)再熱汽溫出現偏差時，兩級再熱汽溫的偏差之和被送入煙氣再循環PID，而兩級再熱汽溫偏差之差被送入再熱煙氣擋板PID，兩個PID控制器根據內部的比例、積分和微分運算，計算出初始控制器輸出，並分都與負荷預測環節輸出和噴水後平均溫度的微分輸出進行疊加，以加快系統響應和穩定的速度，其中煙氣再循環控制信號經常規的手動/自動、MFT和再循環風機停止切換環節，生成最終的控制指令輸出，實現煙氣再循環率的控制，同時該煙氣再循環控制指令通過分段線性加權FX模塊分別與兩級再熱煙氣擋板的控制指令進行加權疊加，消除煙氣再循環率的變化對再熱煙氣擋板控制的擾動和影響，使再熱煙氣擋板的控制能快速到位，避免循環幹擾和來回振蕩。