汽溫控制系統調節參數計算方法

　　一、概述
　　
　　隨著技術的進步和設備質量的提高，現在大型火廠的安裝調試周期越來越短。為盡快達到機組進入滿負荷試運的條件，往往要求自動控制系統能夠盡早的投入；同時，現在大型火電廠大都采用DCS控制，由于在同一時間內能夠獲得的信息和可進行的操作的局限性，也迫切要求機組自動控制系統能夠盡早而穩定的投入運行。在這種情況下，采用許多書籍上所介紹的臨界比例帶法或憑經驗預置調節參數，在調節系統投運時，不僅需要耗費大量的時間和精力，而且也不易于獲得*的調節參數。通過對調節器參數進行量化計算，能夠很好地解決這一問題，而且也是自動調節氣參數設置的發展方向。經過幾個工程的總結和試驗發現，運用減溫器前后蒸汽及減溫水焓值對汽溫調節副調節器的參數進行計算，能夠獲得較好的調節效果。
　　
　　二、計算依據
　　
　　根據工程熱力學中的定義：工質的內能與推動功的和稱為焓，其表達式為：H=U+PV。其中，推動功（PV）是由于工質出、入系統而傳遞的功，是為推動工質流動所必需的功，流動的工質在對前面的工質作推動功的同時，也從后面的工質處接受推動功，因此工質在作推動功時，由于沒有熱力狀態的改變，當然也無能量形態的轉化；而工質的內能（U）是指工質內部所蘊藏的各種微觀能量--內動能、內位能等--的總和，因此焓的大小代表了工質所具有的能量的大小，根據熱力學*定律即能量守恒與轉換定律：進入系統工質的總焓值加上工質在系統內吸收（放出）的熱量應等于流出系統工質的總焓值與工質在系統內所作的功的和，即：
　　
　　Hi+Q=Ho+W
　　
　　Hi——進入系統工質的總焓值
　　
　　Ho——流出系統工質的總焓值
　　
　　Q——工質在系統內吸收（放出）的熱量，吸收為正，放出為負
　　
　　W——工質在系統內所作的功
　　
　　對于過熱蒸汽減溫系統來說，流入系統的工質為過熱蒸汽和減溫水，流出系統的工質則只有過熱蒸汽，其表達式應為：Hi1+Hi2+Q=Ho+W。式中Hi1、Hi2分別為過熱蒸汽的焓和減溫水的焓。
　　
　　由于在系統內流動的工質（過熱蒸汽），既不對外做功，外界也不對過熱蒸汽做功，故工質在系統內所做的功為零，即W=0；又因為過熱蒸汽在減溫器系統不吸收外界的熱量，由于有較好的外保溫，系統對外散失的熱量也極少可忽略不計，故Q=0；系統內的功質為連續流動狀態，故其表達式應是一定時間范圍內的工質的焓的表達式，即：
　　
　　ðHi1/ðt+ðHi2/ðt=ðHo/ðt式1
　　
　　為計算簡便，及引用參數的方便，可將系統視作一定工況下某時間段內的穩定流動系統。由此就可用進、出系統的各工質瞬時流量（G）與各工質比焓（h）的乘積來代替式1中的各項，同時注意流出系統的蒸汽的瞬時流量應是流入系統蒸汽瞬時流量與減溫水瞬時流量的和，可得下式：
　　
　　G1hi1+G2hi2=（G1+G2）ho式2
　　
　　當進入系統的蒸汽溫度變化時，只要計算出需要的減溫水量G2就可以設置汽溫調節副調節器的比例參數。
　　
　　三、計算方法
　　
　　利用式2進行計算時，可根據鍋爐廠出據的《熱力計算匯總》，選取一定工況（如滿負荷BMCR工況）下的蒸汽和減溫水參數進行。以該工況下的主蒸汽流量作為進入減溫器系統的蒸汽流量G1；在不考慮管道壓力損失的情況下，以主蒸汽壓力作為進、出減溫器系統的蒸汽狀態參數，結合流出減溫器系統的蒸汽溫度，利用"焓-熵圖"就可以查出流出減溫器系統的蒸汽的比焓ho；進入減溫器系統的蒸汽溫度應考慮在溫度變化一定值時——比如進汽溫度升高10℃——的焓hi1；以給水壓力作為減溫水的壓力狀態參數，結合除氧器水溫（或主給水溫度。溫度參數的選取，應根據熱力系統的連接而定）就可查出減溫水的比焓hi2；將所查出的G1、hi1、ho、hi2代入式2就可以計算出所需減溫水量的大小G2。下面就以剛移交生產不久的鞏義豫聯集團2×135MW技改工程循環流化床鍋爐機組的二級減溫水系統為例，說明計算的方法。在鞏義豫聯集團2×135MW技改工程循環流化床鍋爐機組中，鍋爐廠家所提供的BMCR工況設計煤質熱力計算部分參數及除氧器水溫如下表：　　
　　因該鍋爐二級減溫分左右兩側，布置在屏過2出口至高過入口之間，故在計算單側減溫時，應按主蒸汽流量的一半考慮，即G1=22×104kg/h；根據表中所列主蒸汽壓力及高過入口溫度，查《水和水蒸氣熱力性質圖和簡表》（用內插法）可得ho=3192.4kj/kg；根據表中所列給水壓力和除氧器水溫，查表可得hi2=557.7kj/kg；根據表中所列主蒸汽壓力，并考慮屏過2出口溫度升高10℃，查《水和水蒸氣熱力性質圖和簡表》（用內插法）可得hi1=3244.5kj/kg。代入式2可得：
　　
　　G2=22×104（3244.5－3192.4）/（3192.4－557.7）=4.4×103kg/h
　　
　　上面的計算表明，當工況變化引起蒸汽溫度改變時，單側汽溫每變化10℃，需增大或減小減溫水量4.4t/h。系統單側減溫水流量zui大值（即調門全開時的流量）可按減溫水流量孔板計算書中的zui大流量考慮，該鍋爐二級減溫水孔板計算書中的zui大流量為12t/h。則單側汽溫每變化10℃，需增大或減小減溫水流量約為zui大流量的36.7%。將調門開度變化與減溫水流量間的關系按線性化考慮（將調門開度變化與減溫水流量間的節流開方關系視作比例作用的放大量），這樣就可得到二級減溫水控制系統串級副調的比例作用系數k=3.67。
　　
　　四、使用注意事項
　　
　　4.1按此計算方法所計算出的調節器參數，具有較強的比例作用，是按照以比例作用為主考慮的，故在使用該方法計算調節器參數時，應考慮適當減弱積分作用的強度，以利于控制系統的穩定。
　　
　　4.2若控制系統的調節器能夠進行變參數調節運行，則多計算幾個工況下的比例關系，以鍋爐負荷（主蒸汽流量）的大小作為判具，在不同的工況下采用不同的調節器參數調節，就可使調節系統在各個運行工況均能獲得*的調節效果。
　　
　　4.3采用此方法計算減溫水控制系統串級副調的參數時，由于副調的調節作用較強，故主調參數不能設置的太強，否責易引起調節系統振蕩。一般應設主調的比例關系為：當過熱器出口汽溫變化1℃，要求入口溫度（即減溫器后溫度）變化1.25～1.75℃；若主調有前饋環節，則考慮用較弱的比例作用。
　　
　　4.4要注意減溫器噴水口與減溫器后蒸汽溫度測點間的距離，若距離過短，在負荷較低，蒸汽流量較小的情況下，較強的比例作用可能會引起副調振蕩。
　　
　　五、結束語
　　
　　在信陽華豫電廠2×300MW鍋爐機組、新鄉火電廠技改工程2×135MW循環流化床鍋爐機組、鞏義豫聯集團2×135MW循環流化床鍋爐機組的汽溫控制系統的調試過程中，均采用了此方法對調節器的參數進行設置計算。在系統熱態投運時，不需對調節參數進行修正就可以將汽溫的穩態波動范圍控制在±3℃以內；特別是在信陽華豫電廠2×300MW鍋爐機組RB試驗過程中，運用該方法計算設置的調節參數使系統表現出了的調節效果，在整個試驗過程中，始終將汽溫偏差控制在±10℃以內，充分保障了機組的安全穩定運行和RB試驗的順利成功。
　　
　　[參考文獻]
　　
　　1、《工程熱力學》（中國電力出版社）
　　
　　2、《水和水蒸氣熱力性質圖和簡表》（高等教育出版社）
　　
　　3、《熱力計算匯總》（上海鍋爐廠有限公司）