1、 郵局訂閱號(hào):82-946360元/年技術(shù)創(chuàng)新控制系統(tǒng)PLC 技術(shù)應(yīng)用200例您的論文得到兩院院士關(guān)注超臨界直流鍋爐主汽溫控制The Control of Main Steam Tem perature for Supercritical Once-Through Boilers(1.中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所;2.中國(guó)科學(xué)院研究生院魏志1,2高東杰1WEI ZHI GAO DONGJIE文章編號(hào):1008-0570(200804-1-0017-021引言超臨界技術(shù)是當(dāng)今世界各國(guó)為提高火電機(jī)組效率、節(jié)約能源、減輕環(huán)境污染廣泛采用的措施,是目前最成熟的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。由于超臨界機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)值與機(jī)組

2、金屬材料極限參數(shù)值間的余地很小,同時(shí)又由于機(jī)組的材料導(dǎo)熱、壁厚等方面的特殊性,使得熱應(yīng)力問(wèn)題變得十分突出,維持主汽溫的穩(wěn)定,尤為重要。超臨界機(jī)組鍋爐一般采用直流爐,工質(zhì)一次通過(guò)預(yù)熱、蒸發(fā)、過(guò)熱各受熱面,工質(zhì)流和能量流相互耦合,鍋爐蓄熱較小,對(duì)外界的擾動(dòng)響應(yīng)較快,系統(tǒng)具有多變量的特征,各參數(shù)間的耦合程度強(qiáng)烈,任何擾動(dòng)都將導(dǎo)致蒸汽溫度、壓力和流量同時(shí)發(fā)生變化,鍋爐給水、燃燒、汽溫控制之間密切相關(guān)。2主汽溫的狀態(tài)特性超臨界直流鍋爐由省煤器、水冷壁、過(guò)熱器串聯(lián)而成,汽水狀態(tài)無(wú)固定的分界面。2.1靜態(tài)特性對(duì)于無(wú)再熱器的超臨界直流鍋爐,可建立平衡關(guān)系式,如式(1所示:(1G 給水流量,等于蒸汽流量;h s

3、h 主蒸汽焓;h fw 給水焓;B 鍋爐燃料量;Q ar ,n a 燃料收到基低位發(fā)熱量;鍋爐熱效率。分析式(1可得:在鍋爐燃料發(fā)熱量(Q ar,net 、鍋爐熱效率(、給水焓(h fw 不變的條件下,保持適當(dāng)?shù)娜妓?B/G ,主汽溫(h sh 可保持穩(wěn)定。對(duì)于有再熱器的超臨界直流鍋爐,是依靠燃燒器擺角或者煙氣擋板的變化,來(lái)影響熱量在鍋爐各受熱面區(qū)段的分配。對(duì)應(yīng)于不同的燃燒器擺角或煙氣擋板開(kāi)度,只要對(duì)燃水比的比值進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?依然可以使主汽溫保持穩(wěn)定。2.2動(dòng)態(tài)特性超臨界直流鍋爐的主汽溫隨燃料量、給水量、主汽閥開(kāi)度、給水焓、減溫水量的變化均會(huì)發(fā)生變化。燃料量突然增加時(shí),由于管壁金屬貯熱所起

4、的延緩作用,主汽溫經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后,逐漸上升;燃料量突然減少時(shí),主汽溫也是先經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后,才逐漸下降;給水量突然增加時(shí),同樣由于管壁金屬的貯熱作用,主汽溫要經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后,才逐漸下降;給水量突然減少時(shí),主汽溫經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后,逐漸上升;主汽閥開(kāi)度突然增加時(shí),蒸汽流量急劇增加,在變化的最初階段,由于管壁金屬貯熱的補(bǔ)償作用,主汽溫并沒(méi)有顯著變化,隨著蒸汽流量的增加,而燃料量保持不變,則主汽溫會(huì)逐漸降低;主汽閥開(kāi)度突然減小時(shí),主汽溫則會(huì)經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后,逐漸上升;給水焓突然增加時(shí),由于工質(zhì)的內(nèi)能突然增加,主汽溫會(huì)逐漸上升;給水焓突然減小時(shí),主汽溫會(huì)逐漸下降;減溫水量突然增加時(shí),由于減溫水的焓值

5、較低,導(dǎo)致最初階段,主汽溫快速降低,但由于減溫水是引自進(jìn)入鍋爐的總給水量,而鍋爐的總給水量并未發(fā)生變化,所以最終主汽溫還會(huì)回到開(kāi)始時(shí)的水平;減溫水量突然減少時(shí),最初階段,主汽溫快速上升,最終回到開(kāi)始時(shí)的水平。魏志:博士生基金項(xiàng)目:中國(guó)科學(xué)院與上海電氣集團(tuán)合作項(xiàng)目:(SE 中合(04-08摘要:分析了超臨界直流鍋爐主汽溫的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性;對(duì)于主汽溫的控制,給出了基于“抓住中間點(diǎn)溫度,燃水比主調(diào),減溫水微調(diào)”的基本控制思想;分析了在不同工況下,影響燃水比與主汽溫關(guān)系的因素,提出了在具體的工程實(shí)施中,燃水比與機(jī)組負(fù)荷、燃燒器擺角或煙氣擋板開(kāi)度之間的模糊規(guī)則;分析了中間點(diǎn)溫度的選擇原則,指出了一種

6、在工程實(shí)施中有效的中間點(diǎn)溫度;分析了主汽溫的控制策略,給出了給煤量控制回路、給水量控制回路和減溫水量控制回路。關(guān)鍵詞:超臨界;直流鍋爐;主汽溫;控制;燃水比;中間點(diǎn)溫度中圖分類(lèi)號(hào):TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A Abstract:The static and dynamic characteristic of main steam temperature for supercritical once-through boilers is analyzed.A basiccontrol idea of being based on “depending on intermediate point te

7、mperature,fuel-water rate adjusts mainly and desuperheating water adjusts accurately ”is introduced.The factors affecting the relation of fuel-water rate and main steam temperature in different condi-tion are analyzed,A fuzzy regulation between fuel-water rate and load,the tilt angle of burner or th

8、e opening of gas damper used in engineering is presented.The principle of choice for intermediate point temperature is analyzed,an effective intermediate point tem-perature used in engineering is introduced.The control strategy for main steam temperature is analyzed,the control loops of feeding coal

9、,feeding water and desuperheating water are introduced.WPD700-52202-41794-52581Key words:Supercritical ,Once-Through Boiler ,Main Steam Temperature ,Control ,Fuel-Water Rate ,Intermediate Point Tem-perature17-技術(shù)創(chuàng)新中文核心期刊微計(jì)算機(jī)信息(測(cè)控自動(dòng)化2008年第24卷第4-1期360元/年郵局訂閱號(hào):82-946現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用200例控制系統(tǒng)3主汽溫的控制策略3.1主汽溫控制的基本思

10、想通過(guò)前面的分析,可以看出,在其它參數(shù)不變的情況下,保持燃水比不變,則主汽溫的穩(wěn)態(tài)值不變。因此,燃水比調(diào)節(jié)可以作為主汽溫的主調(diào)手段。鍋爐主汽溫是指末級(jí)過(guò)熱器后的蒸汽溫度。由于工質(zhì)從進(jìn)入鍋爐開(kāi)始,要經(jīng)過(guò)水冷壁、初級(jí)過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器和末級(jí)過(guò)熱器等多處受熱面,主汽溫對(duì)燃料量和給水量的變化有很大的滯后,所以直接將末級(jí)過(guò)熱器后的蒸汽溫度作為被控參數(shù),顯然有很大的不足。針對(duì)這一特點(diǎn),國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者專(zhuān)家提出了“中間點(diǎn)溫度”的概念。所謂中間點(diǎn)溫度是指在水冷壁和末級(jí)過(guò)熱器之間選擇的某一測(cè)點(diǎn)的某一物理量。以中間點(diǎn)溫度作為被控參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)燃水比,可以克服這種大滯后的現(xiàn)象。雖然精確的燃水比可以保證主汽溫達(dá)到一定的穩(wěn)態(tài)

11、值,中間點(diǎn)溫度的引入可以克服大滯后現(xiàn)象。但是,對(duì)于一些大擾動(dòng)對(duì)主汽溫的快速影響,仍需要一種反應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)幅度大的調(diào)節(jié)手段,因此,噴水減溫依然是超臨界直流鍋爐穩(wěn)定主汽溫的重要調(diào)節(jié)方式。因此,主汽溫調(diào)節(jié)的基本思想可以總結(jié)為:抓住中間點(diǎn)溫度,燃水比主調(diào),減溫水微調(diào)。3.2燃水比的調(diào)整利用燃水比來(lái)調(diào)節(jié)主汽溫很重要的一點(diǎn)是:根據(jù)工況的變化,選擇合適的燃水比比值。分析式(1,考慮鍋爐的熱量分配等因素,可以得出燃水比函數(shù),如式(2所示:(2燃水比;T fw 給水溫度;P fw 給水壓力;P sh 主蒸汽壓力;V dam 燃燒器擺角或煙氣擋板開(kāi)度。式(2中,給水溫度(T fw 、給水壓力(P fw 、主蒸汽

12、壓力(P sh 和鍋爐熱效率(都與機(jī)組負(fù)荷(M 有直接的關(guān)系;燃料收到基低位發(fā)熱量(Q ar,net 則與煤況有關(guān),在此可近似的認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)。因此燃水比函數(shù)可簡(jiǎn)化為式(3所示:(3考慮到計(jì)算量的影響和實(shí)際控制器的功能限制,在工程實(shí)施中可通過(guò)建立燃水比(與負(fù)荷(M 和燃燒器擺角或煙氣擋板開(kāi)度(V dam 之間的模糊規(guī)則來(lái)確定燃水比的比值。3.3中間點(diǎn)溫度的選擇對(duì)于中間點(diǎn)溫度的選擇,需要綜合準(zhǔn)確性和快速性的要求。對(duì)此,人們做了大量的研究工作,提出了很多種不同的中間點(diǎn)溫度信號(hào)。這些中間點(diǎn)溫度信號(hào)可分為兩類(lèi):反映燃水比的信號(hào)和反映燃料量的信號(hào)。反映燃水比的信號(hào)有加熱段水溫、微過(guò)熱汽溫、微過(guò)熱蒸汽焓值

13、、最大熱容區(qū)工質(zhì)密度等;反映燃料量的信號(hào)有煙氣溫度、火焰輻射溫度、爐膛內(nèi)蒸發(fā)段管外壁溫度、微過(guò)熱區(qū)熱量信號(hào)、鍋爐出口熱量信號(hào)等。加熱段水溫、微過(guò)熱汽溫、微過(guò)熱蒸汽焓值對(duì)燃料量和給水量的響應(yīng)較慢。煙氣溫度、火焰輻射溫度和爐膛內(nèi)蒸發(fā)段管外壁溫度對(duì)燃料量的變化響應(yīng)快,但很易受煙氣再循環(huán)量變化、爐膛受熱面結(jié)焦積灰(吹灰、火焰中心上下移動(dòng)等因素的干擾,準(zhǔn)確度較差。熱量信號(hào)是個(gè)構(gòu)造信號(hào),穩(wěn)態(tài)時(shí)能精確地表征燃料能量,但在瞬態(tài)時(shí)由于蓄熱的分布性,用一點(diǎn)的壓力及其變化率無(wú)法描述總體上的蓄熱量變化。本文選用了汽水分離出口蒸汽溫度作為中間點(diǎn)溫度。由于靠近水冷壁,這一溫度能較快的反映燃水比的變化;分離器出口的蒸汽始終

14、處于過(guò)熱狀態(tài),就使得測(cè)點(diǎn)不會(huì)進(jìn)入飽和區(qū),保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性;另外,汽水分離出口蒸汽溫度的測(cè)量在工程上較易實(shí)現(xiàn)。3.4控制策略超臨界直流鍋爐主汽溫的主要控制回路為:給煤量控制、給水量控制和減溫水量控制。超臨界直流鍋爐一般配備的是直吹式給煤系統(tǒng),給煤量的大小主要是靠給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制?？刂葡到y(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的給煤指令,控制給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速,達(dá)到控制燃料量的目的。給水系統(tǒng)一般配有兩臺(tái)50%MCR 的汽動(dòng)給水泵和一臺(tái)30%MCR 的電動(dòng)給水泵,給水量的大小主要是靠給水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)控制?？刂葡到y(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的給水指令,控制給水泵的轉(zhuǎn)速,達(dá)到控制給水量的目的。給煤量.給水量控制回路如圖1所示:圖1給煤量.給水量控制回路2

15、.減溫水量控制超臨界直流鍋爐的減溫水系統(tǒng)一般配有兩級(jí)噴水減溫,第一級(jí)噴水減溫設(shè)置在屏式過(guò)熱器之前,第二級(jí)噴水減溫設(shè)置在末級(jí)過(guò)熱器之前。減溫水量的大小主要是靠減溫水閥的開(kāi)度來(lái)控制。控制系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的減溫水指令,控制減溫水閥的開(kāi)度,達(dá)到控制減溫水量的目的。減溫水量控制回路如圖2.3所示:圖2一級(jí)減溫水量控制回路(下轉(zhuǎn)第61頁(yè)18- 郵局訂閱號(hào):82-946360元/年技術(shù)創(chuàng)新控制系統(tǒng)PLC 技術(shù)應(yīng)用200例您的論文得到兩院院士關(guān)注圖5服務(wù)器處理工作數(shù)據(jù)幀流程圖3反向傳送控制命令幀當(dāng)管理者登錄JSP 管理頁(yè)面進(jìn)行控制操作后,服務(wù)器將需要設(shè)置的參數(shù)按規(guī)定的控制命令幀格式進(jìn)行封裝,然后放入發(fā)送緩沖區(qū),最

16、后通過(guò)已建立的TCP 通道傳送給前端GSM/GPRS 通信控制器,從而完成對(duì)中央空調(diào)的控制。由于這一系列操作都是在前面已建立的TCP 連接的基礎(chǔ)上進(jìn)行,而在TCP 通道中的傳輸是一種“透明”方式,因此程序的流程和設(shè)計(jì)都比較簡(jiǎn)單,這里不再詳細(xì)說(shuō)明。3、控制通道部分程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)控制通道部分要完成的功能主要包括:中央空調(diào)工作狀態(tài)信息的網(wǎng)頁(yè)發(fā)布;管理者通過(guò)控制頁(yè)面設(shè)置參數(shù)進(jìn)行對(duì)中央空調(diào)的遠(yuǎn)程控制。程序設(shè)計(jì)時(shí)主要使用了JSP 、JavaBean 和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。由于篇幅限制,這里不詳細(xì)介紹。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于通信控制器的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、外圍元器件

17、少、低功耗、工作可靠性高;軟件設(shè)計(jì)使用模塊化程序設(shè)計(jì)方法,便于擴(kuò)展、調(diào)試、修改;遠(yuǎn)程控制功能實(shí)現(xiàn)方式靈活高效,SMS 和TCP 數(shù)傳功能無(wú)縫結(jié)合,對(duì)時(shí)間、空間條件限制少;采用B/S 模式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在線(xiàn)控制功能,對(duì)客戶(hù)端要求低;短消息控制命令字可自由定義,控制方式個(gè)性化;整個(gè)系統(tǒng)軟硬結(jié)合、功能強(qiáng)大,安裝調(diào)試方便。參考文獻(xiàn)1劉衛(wèi)華.制冷空調(diào)新技術(shù)及進(jìn)展M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20052張曙偉,郭發(fā)東.石油平臺(tái)水文氣象觀測(cè)控制報(bào)警系統(tǒng)J.山東科學(xué),2005(12:61-633崔秀玉,王志勇.GPRS 技術(shù)在電子系統(tǒng)通信中的應(yīng)用J.電力系統(tǒng)通信,2004(8:3-74劉欣,楊志家.FlexRay 通信

18、控制器收發(fā)功能的研究和實(shí)現(xiàn)J.微計(jì)算機(jī)信息,2007,6-1:266-268作者簡(jiǎn)介:吳昊(1971.5-,女(漢族,生于河南省泌陽(yáng)縣,講師,成都電子科技大學(xué)軟件工程碩士,主要研究方向:計(jì)算機(jī)硬件及應(yīng)用;余建國(guó)(1975.7-,男(漢族,生于河南省林州市,講師,碩士,主要研究方向:軟件工程、數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用技術(shù);李琳(1981.5-,女(漢族,生于河南省洛陽(yáng)市,助教,碩士,主要研究方向:計(jì)算機(jī)控制。Biography:WU Hao (1971.5-,Female,Han Nationality,Born in Henan Miyang,Lecturer,Main Research Fields:

19、Computer Hard-ware and Application(450015河南鄭州鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與應(yīng)用系吳昊余建國(guó)李琳(610054四川成都電子科技大學(xué)軟件工程吳昊(Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry Management,Department of Computer Science and Application,Henan Zhengzhou,450015WU Hao YU Jianguo LI Lin(University Electronic Science and Technology of China,S

20、chool of Software Engineer,Sichuan Chengdu,610054WU Hao通訊地址:(450015鄭州市大學(xué)中路2號(hào)鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與應(yīng)用系吳昊(上接第18頁(yè)圖3二級(jí)減溫水量控制回路4結(jié)束語(yǔ)“抓住中間點(diǎn)溫度,燃水比主調(diào),減溫水微調(diào)”是超臨界直流鍋爐主汽溫控制的基本思想。在實(shí)際的工程實(shí)施中,要選擇合適的中間點(diǎn)溫度,在不同的工況下,對(duì)燃水比的比值要進(jìn)行精確的調(diào)整,同時(shí)對(duì)噴水減溫要進(jìn)行適當(dāng)?shù)?合理的運(yùn)用。本文作者創(chuàng)新點(diǎn):采用非線(xiàn)性模糊規(guī)則的方法確定燃水比;提出了在工程中能夠?qū)嵤┑目刂品桨浮⒖嘉墨I(xiàn)1史習(xí)仁.超臨界鍋爐在我國(guó)的發(fā)展J.鍋爐技術(shù),1999

21、,30(8:1-5.2夏明.超臨界機(jī)組汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.中國(guó)電力,2006,39(3:74-77.3朱全利.鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)M.北京:中國(guó)電力出版社,2006.4肖大雛.控制設(shè)備及系統(tǒng)M.北京:中國(guó)電力出版社,2006.5陳華東,黃紅艷.600MW 超臨界直流鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及控制方案J.鍋爐技術(shù),2006,37(2:26-30.6潘祥亮,羅利文.模糊PID 控制在工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.微計(jì)算機(jī)信息,2004,20(7:1-2.7樊泉桂.超臨界鍋爐中間點(diǎn)溫度控制問(wèn)題分析J.鍋爐技術(shù),2005,36(6:1-4.8沙友平,王利國(guó),管春雨.超臨界機(jī)組典型系統(tǒng)的控制策略J.中國(guó)電力,2006,39(3