基于内模控制的二次再热机组再热汽温调节策略

叶罗 陈静 王兴邦

摘  要：与常规一次再热机组相比，选用二次再热后过热蒸汽和再热蒸汽的吸热比为72：28，过热蒸汽和再热蒸汽吸热比例发生了较大的变化。由于增加了一级再热器，被控对象的强耦合、非线性、大迟滞、时变、不确定特性更为突出，控制难度更大。本文通过介绍带有内模控制的再热器汽温控制策略在二次再热机组中的应用，为同类型机组提供借鉴。

关键词：内模控制;再热汽温;二次再热

中图分类号：TM621.6     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）12-0036-02

Abstract：Compared with the conventional primary reheating unit，the ratio of superheated steam to reheated steam is 72：28，and the ratio of superheated steam to reheated steam has changed greatly. Due to the addition of a primary reheater，the strong coupling，non-linearity，large hysteresis，time-varying and uncertain characteristics of the controlled object are more prominent，and the control is more difficult. This paper introduces the application of reheater steam temperature control strategy with internal model control in secondary reheater units，which can provide reference for similar units.

Keywords：internal model control;reheat steam temperature;secondary reheat

1  機组情况介绍

某厂二次再热锅炉型式为超临界变压运行直流炉，塔式布置、四角切向燃烧。一、二次再热器在炉膛采用并列布置，并且一次、二次再热系统均为串联布置两级受热面。高温再热器布置在炉膛中上部，位处高温区。为了保障受热面的安全和换热效率，高温再热器分成上、下两部分，上部分为高温段，下部分为低温段。在高温再热器热端上面布置了低温再热器，烟气温度相对较低。

再热蒸汽调温方式与传统一次再热机组一致，采用的是减温水、燃烧器摆动、尾部烟道挡板调节三种方式。在稳定工况下，过热汽温在50-100%BMCR（锅炉最大连续蒸发量）、一次再热汽温在50-100%BMCR、二次再热汽温在65-100%BMCR负荷范围时，保持稳定在额定值，应维持过热器出口汽温为605℃，再热器出口汽温为613℃。

2  汽温调节的运行要求

再热蒸汽汽温调节在正常运行时，一方面是通过燃烧器摆角上下调整，改变火焰中心高度来控制受热面所处区域的烟气温度，即改变炉内辐射传热量和烟道中对流传热量的分配比例，从而改变再热器的吸热量，达到调节再热汽温的目的[1]。另一方面是通过尾部烟道挡板开度控制锅炉中间隔墙两侧烟气量，改变一、二次再热器间的吸热分配比例来达到调节一、二次再热器出口温度平衡的目的[2]。由于再热器减温水的使用将导致机组循环效率的下降，在燃烧器摆角及尾部烟道挡板有调节裕度的情况下，应尽量避免或减少再热器减温水的使用。其中需要注意一点，为避免燃烧器摆角出现卡涩情况，保证执行机构能正常运行，燃烧器摆角应定期活动。

在异常情况下，再热器汽温出现波动或超限时，可使用再热器减温水实现快速调节，但在使用时应根据变化趋势做好提前控制，避免大开大合的操作方式，防止汽温长期波动振荡，或引起局部水塞和蒸汽带水等情况发生。

根据如上的工艺系统原理，可以确立如下调温原则：

（1）采用燃烧器摆动调节一、二次再热汽温。通过燃烧器摆动，对两次再热器产生同步的影响[3]。根据一、二次再热蒸汽温度变化趋势摆动摆角，即当再热蒸汽温度趋势变高时就燃烧器下摆，反之燃烧器上摆。

（2）采用尾部烟道挡板调节一、二次再热之间的温差。由于火焰偏斜及受热面局部积灰等多种因素影响下，一、二次再热汽温虽大部分时间是同步变化的，但变化量仍存在较大差异。易出现一侧中再热汽温达到额定，而另一侧仍有差距偏差的情况。根据一、二次再热蒸汽温度差，即哪侧低就开大该侧尾部烟道挡板，并将另一侧挡板关小，直至一、二次再热汽温达到基本相同。

（3）当有汽温超限趋势发生时或在燃烧器摆角及尾部烟道挡板没有调节裕度的情况下，用减温水微调、暂调。

3  再热蒸汽温度控制

根据调温原则（一次再热汽温控制与二次相同，本文不再赘述二次再热汽温控制），该二次再热机组再热汽温控制采用减温水和燃烧器摆角协同控制。减温水系统采用串级控制。燃烧器摆角控制器带有内模控制，同时将风量和磨煤机运行组合作为前馈信号引入控制器。

3.1  燃烧器内模控制

在一次再热机组实践中发现，通过单纯采用燃烧器摆角上下摆动调节再热汽温存在一定的惯性和滞后，已无法满足当前汽温调整的需要，故燃烧器摆角控制引入了内模控制。

内模控制具有在估计模型准确且没有外界扰动情况下反馈信号为零的特点。这样，在忽略模型不确定性和无未知输入的条件下，内模控制系统具有开环结构[4]。通过内模控制机理可以看出，对于开环稳定的过程来说，只要确保过程和过程输入的清楚准确，克服过程的不确定性，则只需要关注开环（前馈）控制，而不需要关注闭环（反馈）控制。

3.2  燃烧器摆角调节和减温水调节协同控制

如上述调温原则，正常运行时燃烧器摆角调汽温、尾部烟道挡板调偏差，再热器减温水尽量避免使用。当再热汽温高于设定值有超限趋势时，则微量、事故两级减温水参与控制汽温。当燃烧器摆角和再热器减温水均投入自动控制时，减温水控制器输入汽温设定值不能人为修改，其值为燃烧器摆角控制器输入的目标值加4℃，其设定的目标是避免两控制器发生干扰和影响。当再热汽温低于设定目标值时，则减温水控制器闭锁调节，汽温调节主要由摆动燃烧器摆角控制。当再热汽温高于再热器减温水控制器输入的设定值时，燃烧器摆角与减温水协同参与调节，并且在开启减温水调节阀时闭锁燃烧器摆角上摆，直至汽温回落、减温水调门关闭后，才允许燃烧器上摆。

4  再热汽温控制设计应用

4.1  摆动燃烧器喷嘴控制

燃烧器摆角控制器采用了内模控制，并引入两个静态前馈信号和一个动态前馈信号，静态前馈信号为锅炉总风量和磨煤机运行方式，动态前馈为锅炉超调量。当再热器汽温大于燃烧器输入的设定值时，则输出指令使燃烧器摆角向下摆动;反之，当再热器汽温小于燃烧器摄入的设定值时，使燃烧器摆角向上摆动，适当设置调节死区。

4.2  尾部烟道挡板控制

尾部烟道挡板控制主要依据一次、二次再热器汽温偏差。当一次再热汽温偏高高于二次再热汽温一定值时，开二再侧烟道挡板，关小一次侧烟道挡板。当某侧烟道挡板关至最小开度时，该侧再热汽温、壁温仍偏高时，则燃烧器摆角参与调节，并采取对其前面的受热面进行吹灰等手段来降低汽壁温。为防止因尾部烟道挡板开度过小，而引起烟气系统阻力过大大，要求一、二次再热器尾部烟道挡板开度之和不得小于150。同時为防止尾部烟道调节挡板控制器与燃烧器摆角控制器发生纠偏和影响，尾部烟道挡板控制器控制目标设置适当死区。

4.3  再热器减温水控制

再热器减温水控制分为两级，一级为事故减温水控制，主要控制低温再热器汽温和壁温。二级为微量减温水控制，主要控制高温再热器汽温和壁温。事故减温水控制在正常运行时不投用，仅作为一种应急手段，只有当对应的再热器微量减温水调阀开度大于20时，事故减温水才参与调节，即微量减温水作为事故减温水的前馈信号。再热器减温水控制器控制目标设定如表1所示。

同时为避免事故、微量减温水控制器控制目标，即再热器出口温度进入饱和区，当燃烧器摆角达到下限时，将分别对事故、微量喷水减温器设定值的下调5℃、3℃。

5  结  论

二次再热机组再热汽温控制技术是当前一项重要的锅炉技术，本文通过对某厂二次再热机组的再热汽温调节控制策略进行梳理，介绍了带有内模控制再热汽控制策略在实际中的应用，其控制效果目前已在实践中获得认可，后续同类型机组可参考本文中的控制思路做进一步完善和优化。

参考文献：

[1] 高绥强.锅炉热力系统及设备 [M].北京：中国电力出版社，2005.

[2] 罗立助.关于上海锅炉厂生产的1000MW二次再热塔式炉再热汽温偏低问题探讨 [J].大科技，2017（10）：50-51.

[3] 李传胜.二次再热塔式锅炉再热蒸汽调温方式工程应用 [J].热力发电，2016，45（8）：68-74.

[4] 赵晖，陈勇.基于内模控制器的再热汽温控制应用 [J].应用能源技术，2013（12）：55-57.

作者简介：叶罗（1988.07-），男，汉族，江西上饶人，机组长，工程师，本科，研究方向：大型火力发电厂集控运行调整优化。