一种全负荷段再热气温智能控制装置的制作方法

本实用新型涉及再热汽温智能控制
技术领域：
，具体涉及一种全负荷段再热气温智能控制装置。
背景技术：
：众所周知，电站锅炉再热汽温控制是困扰热工控制界的技术难题之一。在国内发电机组频繁变负荷背景下，称再热汽温优化控制为“世界难题”也不为过。为此，热工控制界对其开展了许多研究与试验工作。目前，电站锅炉再热汽温控制中，通常采用的控制手段包含：喷水（事故或微量）减温控制、燃烧器摆角控制以及尾部烟道烟气挡板控制等。喷水调节是在再热汽温发生超温现象才采用的控制手段，喷水量的增加对机组热效率下降影响较大，通常机组运行过程有严格的再热喷水量指标考核。燃烧器摆角控制在实际运行过程中，考虑到机组的燃烧稳定与安全性，通常很少参与调节。故而，在现在大型电站锅炉中，通常采用烟气挡板作为控制再热汽温的主要手段。然而，这种控制手段通过改变烟气流经低温再热器的流通量，改变再热器的吸热量，用以克服机组运行过程中烟气侧、工质侧的扰动量，以达到调整再热汽温的控制。在这种调整过程中，实际需经历烟气侧对流换热、金属管壁传热、工质侧对流传热动态变动等环节，是典型的慢动态过程，属于大惯性难控过程。目前，大多数再热烟气挡板仍然采用的传统的PID控制策略，这种事后控制方法对于这种大滞后、纯迟延控制对象来说，控制品质很难满足机组变负荷过程中汽温的平稳控制。为此，控制界和电厂工程技术人员一直在不断研究适用于再热汽温控制策略和控制方案来解决生产实际问题。再热汽温的变化会影响发电机组的循环热经济性和安全性。第一，当再热汽温升高超过允许范围时，会使再热器、中压缸前几级金属材料的强度，有明显的下降趋势，缩短设备的使用寿命，如果过高时，则会引起再热器管子爆破；第二，当再热汽温降低超过允许范围时，会使汽轮机中压缸末级叶片的应力增大，末级叶片的蒸汽湿度增加，湿汽损失增大热效率降低，若长期在低温下运行，则末级叶片会受到严重的侵蚀而缩短检修周期，更重要的是末级叶片因受到侵蚀通流面积改变，级效率降低导致经济性下降；第三，当再热汽温波动大时，则会引起中压缸金属部件的热应力、热变形大幅度变化，导致机组轴系发生物理变形，机组的动平衡受到破坏，极易诱发机组支撑点轴承、轴瓦振动事故。所以，对再热汽温的监视、调整应等同于主汽温度一样重要，需进行严密的监视和及时的调整。技术实现要素：本实用新型目的在于提供一种能够有效解决上述现有再热气温系统存在的问题的全负荷段再热气温智能控制装置。本实用新型通过以下方式实现：一种全负荷段再热气温智能控制装置，其特征在于：包括自主辅助控制装置和串行机组分散控制系统、减温水调节控制器、烟气挡板调节控制器和先进控制平台组成，所述自主辅助控制装置包括SchneiderM340PLC主控器主机、信号检测接收模块、系统投切模块、信息跟踪程序模块，所述SchneiderM340PLC主控器主机面板上集成有RS485串口模块和RJ45接头，SchneiderM340PLC主控器主机采用UnityPro8.0编程控制，兼容MODBUS通讯协议，所述串行机组分散控制系统包括数据采集器、顺序控制信号收发器、模拟量控制系统、锅炉炉膛安全监控装置，所述串行机组分散控制系统设有链路通讯LC连接控制模块，所述减温水调节控制器包括温度探测器和喷水降温装置内设有信号输入处理模块、PID控制模块和设定值控制回路模块，所述温度探测器连接到信号输入处理模块，温度探测器安装在低温段再热器和高温段再热器上，所述喷水降温装置连接PID控制模块34和设定值控制回路模块，所述烟气挡板调节控制器包括进气量检测模块、烟气挡板闸门调节器和烟气挡板调节系统，进气量检测模块连接烟气挡板调节系统，所述烟气挡板调节系统由输入函数发生器、内反馈控制器、正弦跟踪滤波器和信号反馈器组成，所述减温水调节控制器和烟气挡板调节控制器之间设有多变量解耦控制器，所述先进控制平台包括模型预测控制模块和先进控制策略，模型预测控制模块串联配合状态预估与反馈控制模块，自抗扰装置安装在模型预测控制模块和状态预估与反馈控制模块信号输入前端。进一步的，所述自主辅助控制装置1通过通讯电缆与串行机组分散控制系统2实现信号串行相连联通，自主辅助控制装置与串行机组分散控制系统采用MODBUS通讯协议进行信息交互。进一步的，所述减温水调节控制器和烟气挡板调节控制器通过机组协同控制系统实现并联信息交互连接，减温水调节控制器、烟气挡板调节控制器分别通过MODBUS通讯协议与串行机组分散控制系统连接。进一步的，所述先进控制策略内置高级过程控制算法和智能控制算法，采用FBD组态与ST语句联合编程。进一步的，所述内反馈控制器由高增益控制器和内反馈器组成。进一步的，所述自主辅助控制装置和串行机组分散控制系统、减温水调节控制器、烟气挡板调节控制器架设在先进控制平台上。进一步的，所述数据采集器由信号检测发收模块、系统投切模块、信息跟踪程序模块组成，进一步的，所述锅炉炉膛安全监控装置包括锅炉炉膛温度实时探测器、锅炉炉膛温度反馈器和锅炉炉膛超温警报装置组成，锅炉炉膛温度实时探测器、锅炉炉膛温度反馈器和锅炉炉膛超温警报装置连接锅炉炉膛安全监控系统，进一步的，所述高增益控制器和内反馈器和正弦跟踪滤波器采用并联补偿方式连接。本实用新型提供的全负荷段再热气温智能控制装置的优点在于：1）采用了自主辅助控制装置配合先进控制平台的组合设计。自主辅助控制装置与串行机组分散控制系统采用RS485串口模块和MODBUS通讯协议实现信息之间的准确及时地传输交换，能够及时有效的将各个设备采集的数据信息发送到先进控制平台进行集中处理调配。同时在两套控制系统装置构建了完善的信号检测、系统投切、跟踪的程序模块保证了装置与系统安全运行。2）在设计过程中，把烟气挡板控制与再热汽温喷水控制作为一个整体来考虑，通过机组协同控制系统使之相互协同控制。通过自主辅助控制装置与串行机组分散控制系统实时监控调节，在热喷水控制回路设定值与烟气挡板控制回路设定值的联动、互锁确定烟气挡板控制的优先权，并考虑紧急情况下，喷水动作的及时性。另外，在超温紧急情况下，喷水左右参与调节过程中，减缓烟气挡板的调整速度，并使得眼气挡板按照一定规律向温度降低的方向超驰动作，从而避开两个控制回路通过再热汽温的耦合作用。3）将机组协同控制系统的优化调整作为再热汽温优化的重要组成部分，同时配合多变量解耦控制器工作，彻底将烟气挡板从两个控制装置贿赂的耦合关系解放出来。在优化调整过程中，将再热汽温的波动、机组负荷升降速率、机前压力作为多目标优化的组成元素，对机组协同控制系统进行重新的逻辑优化与参数整定，使得减温水调节控制器和烟气挡板调节控制器具有更稳定的工作状态和更好的工作效率。4）在实际系统调控过程中，将管壁超温现象的监控纳入控制系统实内，作为控制系统实施过程中的一个重要约束条件。通过检测再热、过热管壁超温，分区对待，分层管理超温，在控制回路中融入闭锁、超驰等信号，用于防止管壁的超温。真正实现了控制系统的优化与金属管壁温度超温综合治理。通过上述装置及系统的互相配合调节，成功地实现了对再热汽温控制系统的智能改造优化，使得烟气挡板控制装置能够长期、安全自动运行。对于再热汽温控制装置的优化改造，有效地减少了管壁超温的时间，再热喷水统计流量明显减少。通过全负荷段再热气温智能控制装置的全面调控，锅炉发电机组的整体安全性和经济性都得到了明显提高，节约了大量的生产成本。附图说明图1是本实用新型的全负荷段再热气温智能控制装置结构示意图；图2是本实用新型的自主辅助控制装置架构示意图；图3是本实用新型的串行机组分散控制系统结构示意图；图4是本实用新型的减温水控制器架构示意图；图5是本实用新型的烟气挡板控制器架构示意图；图6是本实用新型的先进控制平台架构示意图。具体实施方式为了使审查委员能对本实用新型之目的、特征及功能有更进一步了解，以下结合附图及实施例对本实用新型进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。请参阅图1-6所示，一种全负荷段再热气温智能控制装置，其特征在于：包括自主辅助控制装置1和串行机组分散控制系统2、减温水调节控制器3、烟气挡板调节控制器4和先进控制平台5组成，所述自主辅助控制装置1包括SchneiderM340PLC主控器主机11、信号检测接收模块12、系统投切模块13、信息跟踪程序模块14，所述SchneiderM340PLC主控器主机11面板上集成有RS485串口模块15和RJ45接头16，SchneiderM340PLC主控器主机11采用UnityPro8.0编程控制，兼容MODBUS通讯协议，所述串行机组分散控制系统2包括数据采集器21、顺序控制信号收发器22、模拟量控制系统23、锅炉炉膛安全监控装置24，所述串行机组分散控制系统2设有链路通讯LC连接控制模块26，所述减温水调节控制器3包括温度探测器31和喷水降温装置32内设有信号输入处理模块33、PID控制模块34和设定值控制回路模块35，所述温度探测器34连接到信号输入处理模块31，温度探测器31安装在低温段再热器和高温段再热器上，所述喷水降温装置32连接PID控制模块34和设定值控制回路模块35，所述烟气挡板调节控制器4包括进气量检测模块41、烟气挡板闸门调节器42和烟气挡板调节系统43，进气量检测模块41连接烟气挡板调节系统43，所述烟气挡板调节系统43由输入函数发生器431、内反馈控制器432、正弦跟踪滤波器433和信号反馈器434组成，所述先进控制平台5包括模型预测控制模块51和先进控制策略54，模型预测控制模块51串联配合状态预估与反馈控制模块52，自抗扰装置53安装在模型预测控制模块51和状态预估与反馈控制模块52信号输入前端。进一步的，所述自主辅助控制装置1通过通讯电缆与串行机组分散控制系统2实现信号串行相连联通，自主辅助控制装置1与串行机组分散控制系统2采用MODBUS通讯协议进行信息交互。进一步的，所述减温水调节控制器3和烟气挡板调节控制器4通过机组协同控制系统实现并联信息交互连接，所述减温水调节控制器3和烟气挡板调节控制器4之间设有多变量解耦控制器6，减温水调节控制器3、烟气挡板调节控制器4分别通过MODBUS通讯协议与串行机组分散控制系统2连接。进一步的，所述先进控制策略内置高级过程控制算法和智能控制算法，采用FBD组态与ST语句联合编程。进一步的，所述内反馈控制器432由高增益控制器435和内反馈器436组成。进一步的，所述自主辅助控制装置1和串行机组分散控制系统2、减温水调节控制器3、烟气挡板调节控制器4架设在先进控制平台5上。进一步的，所述数据采集器21包括信号检测发收模块、系统投切模块、信息跟踪程序模块组成。进一步的，所述锅炉炉膛安全监控装置24包括锅炉炉膛温度实时探测器241、锅炉炉膛温度反馈器242和锅炉炉膛超温警报装置243组成，锅炉炉膛温度实时探测器241、锅炉炉膛温度反馈器242和锅炉炉膛超温警报装置243连接锅炉炉膛安全监控系统25。进一步的，所述高增益控制器435和内反馈器436和正弦跟踪滤波器433采用并联补偿方式连接。如图1所示，本装置设计包含自主辅助控制装置1和串行级组分散控制系统2、减温水调节控制器3、烟气挡板调节控制器4和先进控制平台5组成，先进控制平台5调控配合自主辅助控制装置1和串行机组分散控制系统2、减温水调节控制器3、烟气挡板调节控制器4，如图6所示，先进控制平台5包括模型预测控制模块51和先进控制策略，先进控制策略内置高级过程控制算法和智能控制算法，采用FBD组态与ST语句联合编程，先进控制策略能够快速分析处理数据，通过模型预测控制模块51串联配合状态预估与反馈控制模块52做到预先建模，处理信号数据的变化量对整个装置的影响，得出最优的变量控制范围，再发送信号、指令给各个控制装置系统。首要先进控制策略要分析再热汽温波动的影响因素：在锅炉实际运行过程中，作为对流受热面的再热器，一方面自烟气侧吸收热量，另一方面不断由来自汽轮机高压缸来的再热冷蒸汽带走热量，加热了再热蒸汽。如果我们忽略减温水的影响，我们可以用下面的式子近似描述再热汽温的温升：其中，为再热汽温的温升；分别是流经再热侧烟气流速、烟气温度、再热蒸汽流量、再热入口温度、金属管壁厚度与热传导系数；为时间，代表温度的动态变化过程。显然，再热蒸汽流量、入口温度、烟气流量、管壁传热系数（包括沾污系数），烟气温度水平、再热减温水流量是影响上述传热的直接因素，最终势必影响再热器出口温度。作为控制系统设计，特别面对于再热汽温大滞后控制对象，仅仅分析研究这些直接的影响因素还不足以认识事物的本源，将陷入信息孤岛，难以设计出较为优良的控制系统。所以，还需从源头上需求更快，提前量更大的影响因素。除了管壁特有的传热参数外，其他的直接影响因素均会挖掘出对控制系统设计更加有用的间接影响参量。1流经再热器烟气流量越大，再热汽温升越大。该流量值与进入炉膛的给煤量、风量、煤种以及再热烟气挡板开度等有关。2烟气温度越高，平均换热温差越大，再热汽吸收热量越大，汽温越高。烟气温度水平与燃烧状况、配风、炉膛的吸热量、进入炉膛的给煤量、风量、煤种等有关。3再热蒸汽流量越大，通常单位工质吸收的热量越少，致使再热汽温温度下降。再热蒸汽流量与汽轮机负荷、高压缸的抽汽流量有直接关系。如果考虑动态，实际与锅炉给水流量也是有关系的。后面章节将专题论述。4再热蒸汽入口温度与机组负荷、汽轮机变工况特性有直接的关系。然而，上述列出的众多影响因素，有许多是无法在线实时测量的（锅炉燃烧状况、煤种），有些因素并非独立，可用其他因素替代。譬如，汽轮机变工况的特性，对于再热汽温的控制设计无需太多关注，设计系统时最多只需考虑再热器入口蒸汽温度即可。燃烧状况与配风无法全盘考虑，但是影响燃烧与配风的动态特性的磨煤机启停却是我们需要关注与考虑的。采用机理建模方式，首先进行机理分析再热汽温的温升静态公式可用以下公式表述：其中，分别为锅炉燃料量、单位燃料量在再热器中的放热量、再热蒸汽流量、传热平均温差以及有效传热面积，而等效传热系数K可用下式表示：其中，分别指烟气侧传热系数、工质侧传热系数、管壁热传导系数（包括管壁沾污程度系数）；分别为再热器外、内管壁面积。建模的基本步骤如下：1明确要解决问题的目的和要求,确定系统的输入变量和输出变量。2全面深入细致地分析系统的工作原理、系统内部各变量间的关系。在多数情况下，所研究的系统比较复杂，涉及到的因素很多，不可能把所有复杂的因素都考虑到。因此，必须抓住能代表系统运动规律的主要特征，舍去一些次要因素，对问题进行适当的简化,必要时还必须进行一些合理的假设。3如果把整个控制系统作为一个整体，组成控制系统的各元器件及装置则可以成为子系统。从输入端开始，依照各子系统所遵循的物理定律或其他规律，写出子系统的数学表达式。4消去中间变量，最后得到描述输入变量与输出变量关系的微分方程式。写出微分方程的规范形式，即所有与输出变量有关的项应在方程左边，所有与输入变量有关的项应在方程右边，所有变量均按降阶排列。通过对再热烟气挡板的阶跃变化，观察动态过程，得出相关的特性参数，用传递函数近似描述对象的动态特性。试验过程数据表如下：表3-1再热烟气挡板开环试验记录数据表　开始值终值变化量开始变化时刻最大稳定时刻特征时间tao特征时间TC增益烟气挡板7088.7-18.715:37:07　　　　再热汽温5995792015:39:4815:48:180:02:410:08:30-1.06952依据上表参数，可以用一阶惯性加迟延表示对象特性如下：然而，依据机理，我们近似认为烟气挡板控制对象属于烟气侧扰动模型，系统可用多阶惯性环节近似。由上面的变化时间参数可知，系统的传递函数可有下面式子近似表示：模型预测控制DMC是一种基于阶跃响应的预测控制算法，适用于渐进稳定的线性装置。对于不稳定装置可先用常规PID使其稳定，然后再使用DMC算法。模型预测控制模块51对单入、单出对象的阶跃响应预测模型的采样值为ai=a(iT)，i=1，2，…。其中，T为采样周期。对于渐进稳定的对象，阶跃响应在某一时刻TN=NT以后将趋于稳定，以致ai(i>N)与aN的偏差及与设定值的偏差和测量误差有相同的数量级。aN近似于阶跃响应的稳态值。装置的动态信息就可以近似地用有限集合{a1，a2，…，aN}描述，这个集合构成了DMC的模型参数，向量a=[a1，a2，…，aN]T称为模型向量，N则称为建模时域。利用线性系统具有比例和叠加的性质，可以利用模型参数{ai}预测装置未来的输出值。在k时刻，假定控制作用保持不变时，对未来N个时刻输出的初始预测值为，i=1，2，…，N。[例如，在稳态启动时应该取]，则当k时刻控制作用有一增量时，即可算出其作用下未来时刻的输出值。同样，在M个连续的控制量：k时刻的，k+1时刻的，….，时刻的，未来各时刻的输出值为其中，y的下标表示控制作用的变化次数，表示k时刻对k+i时刻的预测，那么任意时刻k，只要知道了对象的输出初始值，就可以根据上式的预测模型计算出未来装置的输出。反馈校正当k时刻把控制施加于对象时，相当于在输入端加上了的阶跃，利用预测模型可以算出在其作用下未来时刻的输出预测值其中N维向量和的含义与前述相似。由于的元素是未加入，…，时的输出预测值，故经移位后他们可以作为k+1时刻的初值进行新的优化计算。由于实际过程中存在模型失配、环境干扰等因素。由上式给出的预测值有可能偏离实际值。因此，若不及时利用实时信息进行反馈校正，进一步的优化信息会建立在虚假的初值基础上。为此，在DMC中，到下一采样时刻，首先要检测装置的实际输出，要把它与模型的预测输出相比较，构成输出误差这一误差信息反映了模型中未包括的不确定因素对输出的影响，可以用来预测未来的输出误差，以补充基于模型的预测。由于误差的产生缺乏因果性的描述，故误差预测只能采用时间序列方法，例如，采用加权的方式修正对未来的输出预测以作为该时刻的初值该向量为校正后的输出预测向量，有加权系数组成的N维向量称为校正向量。在k+1时刻，由于时间基点发生变动，k时刻对k+1时刻的预测变成了已知，预测的未来时间点也将由移动至。因此，需要移位置才能成为k+1时刻的初始预测值根据模型的截断，k时刻预测的k+N时刻及以后时刻的输出应该相同，因此可以用近似。这一时刻的初始值的设置可以用向量型式表示：其中，S称为移位矩阵。有了，就可以像进行k+1时刻的优化计算，求出。整个控制就是以这种结合反馈校正的滚动画画方式反复的在线进行。所述自主辅助控制装置1包括SchneiderM340PLC主控器主机11、信号检测接收模块12、系统投切模块13、信息跟踪程序模块14，所述SchneiderM340PLC主控器主机11面板上集成有RS485接口模块15和RJ45接头16，SchneiderM340PLC主控器主机11采用UnityPro8.0编程控制，兼容MODBUS通讯协议，所述串行机组分散控制系统2包括数据采集器21、顺序控制信号收发器22、模拟量控制系统23、锅炉炉膛安全监控装置24，所述串行机组分散控制系统2设有链路通讯LC连接控制模块26，所述自主辅助控制装置1通过通讯电缆与串行机组分散控制系统2实现信号串行相连联通，自主辅助控制装置1与串行机组分散控制系统2采用MODBUS通讯协议进行信息交互。自主辅助控制装置1通过SchneiderM340PLC主控器11配合UnityPro8.0编程控制负责对整个系统的信息传递，数据分析，系统切换，中心调控进行汇总处理，配合MODBUS通讯协议与串行机组分散控制系统2通讯后，配合信号检测接收模块12、系统投切模块13、信息跟踪程序模块14，能够更加快速的掌握各个系统之间的实时数据，提高机组整体的工作效能。两个控制装置与系统之间的信号连接的传输是确保控制系统能正常工作的重要组成部分。通过对再热汽温影响因素的分析与再热汽温指令传输的正确分析、系统的投运、网路完全、无缝连接等诸方面的考虑，确定传输的输入输出信号。在串行机组分散控制系统2设置了锅炉炉膛安全监控装置24，锅炉炉膛温度实时探测器241能够实时监测锅炉各位置的温度，经由锅炉炉膛温度反馈器242发送锅炉炉膛安全监控系统25再传输到自主辅助控制装置1进行分析处理，同时配置了锅炉炉膛超温警报装置243，在锅炉出现突发的超温现象时能够快速有效的得出处理方案，大大降低了了能源损耗和生产成本，也提高了生产的安全性能。通过检测再热、过热管壁超温，分区对待，分层管理超温，在控制回路中融入闭锁、超驰等信号，用于防止管壁的超温。真正实现了控制系统的优化与金属管壁温度超温综合治理。行机组分散控制系统2进行参数整定处理，反馈控制参数主要是在仿真过程中确定基本的参量。前馈参量主要依据现场实际数据与运行人员经验来确定，前馈量主要包括机组负荷微分前馈、防壁温超温的超驰控制信号、磨煤机启停信号产生的前馈量等。注意前馈量不包含负荷指令的静态前馈，这与传统控制设计完全不一样，因为整个控制过程，烟气挡板的位置与机组负荷指令没有明显的直接相关关系。反馈参量主要是基于对象模型，IFC中的参数均是从测试的模型参数与阶数转换而来。IFC的增益需在实际调整参数过程进行微调。行机组分散控制系统2需要对再热汽温的动态特性进行分析,控制系统优化设计过程中，对再热器受热过程的动态研究是更重要的环节。即，我们需研究非稳态的受热过程，这样才能分析清楚再热汽温的动态特性，进而得出其相应的数学模型。描绘空间三维立体中的传热过程可以用以下式子表示：其中，为热扩散系数，单位m2/s，为物质密度，c为物体比热容；q为热源的发热率密度；为物体导热系数，可用下面式子表示：在热工动力特性的研究过程中，往往采用集总参数或分段集总参数方法来对受热面的动态过程开展研究。常用的动态方程如下：上式中下标1、2和j分别代表受热管入口、出口和金属；D、H、Q、T、、c、M分别表示流量、焓、热流量、温度、密度、比热和质量。如果管壁较薄的受热管，可进一步假定金属温度同工质温度同步变化，上式可简化为：通过上述焓值方程，可以等效出相应的温升方程。采用朗肯循环时，提高蒸汽初压、降低排汽压力，均会使汽轮机的排汽湿度加大，这不仅降低汽轮机的相对效率，而且蒸汽中水滴冲蚀汽轮机叶片，危及其安全。采用蒸汽再热是保证汽轮机最终湿度在允许范围内的一项有效措施，只要再热参数选择合适，其是进一步提高初压和热经济性的重要手段，采用高参数大容量再热机组，是现代火电厂的主要标志之一。减温水调节控制器3、烟气挡板调节控制器4分别通过MODBUS通讯协议与串行机组分散控制系统2连接。减温水调节控制器3和烟气挡板调节控制器4通过机组协同控制系统实现并联信息交互连接，减温水调节控制器3和烟气挡板调节控制器4之间设有多变量解耦控制器6。多变量解耦控制器6通过减温水调节控制器3和烟气挡板调节控制器4采集的汽包水位、过热蒸汽温度、气压、过剩空气系数和炉膛负压的数据进行综合分析运算得出对给水流量、喷水流量、燃料量、送风量和引风量的最佳数值控制范围，在返还数据到串行级组分散控制系统2。经过测试实验得出再热喷水流量的增多以及再热出口汽温的偏低均会是机组的经济性下降。而这两项的改善通常需要依赖控制系统调节品质方可实现，如果再热汽温控制好了，管壁与蒸汽超温的现象势必下降，喷水流量使用也势必减少。与此同时，随着控制品质的提升，调节精度越高，运行中可以保证再热汽温压红线运行，相应的出口温度也会提高，机组的经济性也相应会得到较大的改善。当机组变负荷时，机组的风、煤、水立即变化。如果是考虑协调系统的特性，汽轮机在指令变化的初期不会立即改变调门开度。即，汽轮机入口蒸汽流量Do不变。然而，锅炉的给水流量Dfw是需立刻变化的，1、2级抽汽量的热平衡公式，高压缸的抽汽量份额将增加。再热蒸汽的流量份额将减少。这种短期的动态工况将在汽轮机逐渐进汽增多后，再热蒸汽的流量份额将会维持不变，接近于设计的份额。其对再热汽温的影响将渐渐消除。这种动态现象持续的时间与机组的协调控制系统策略、给水控制回路中的指令惯性由直接的关系。如果在已BF为基础的机组协同控制系统中，一般汽轮机的开度在指令变化后经过多阶惯性后才会开启调门，这样会使得再热蒸汽流量份额偏离设计值会长些时间。同时，当给水指令的惯性延时时间较长时，就会削弱再热蒸汽份额偏离设计值的影响。总之，对目前广东区域超临界机组，一般都会存在这种现象，再热份额动态变化其对温度的影响不可忽略。这样，通过比较各参数对再热汽温的影响，我们就可以获知机组变负荷初期锅炉再热汽温的动态特性的定性趋势。减温水调节控制器3包括温度探测器31和喷水降温装置32，温度探测器31能够同时采集温段再热器和高温段再热器上温度的变化情况，再通过输入处理模块33、PID控制模块34和设定值控制回路模块35分析处理后，反馈到串行机组分散控制系统2进行信息交互然后再对喷水降温装置32进行调控。减温水控制量对机组性能的影响再热器减温水T-S表示法上图是再热器喷水减温的T-S图上的表示方法。再热器喷水的热力过程是沿再热压力（Pz）线定压吸热蒸发，过热后进入汽轮机中、低压缸膨胀做功，它所完成的循环如图中虚线所示，是一个非再热的中间参数或者比中间参数还低的循环，与主循环（高参数或超高参数的再热循环）相比，其热经济性要低很多。显然，由于参数不高、热经济性较低的非再热循环的加入，必然导致整个再热循环热经济性的降低。应当指出，再热器喷水将造成设备热经济性很大的降低。一般再热器喷水每增加锅炉额定负荷的1%，热经济性将降低0.2%。因此，应加强再热器事故喷水的维护与管理，不宜将再热器事故喷水作为主要调温手段使用。除此以外，对不合理的调温方式及系统进行改造，也将收到显著的节能效果。另外，再热器喷水引起热经济性的降低，随喷水分离地点不同而有差异。投入再热器减温水时，机组吸热量变化值为：式中分别是有减温水及无减温水一级抽汽流量；分别是有减温水及无减温水二级抽汽流量；分别是再热器热段冷段焓值。利用热平衡法计算第一、二级抽汽流量：减温水加入给机组带来煤耗变化率的影响分别为一号二号三号高压加热器进口给水焓值；分别为一号二号高压加热器疏水焓值；为锅炉效率，其随着负荷变化而变化，上述各参数亦随着负荷变化而变化。通过对该再热器减温水模型进行热力计算，可得不同负荷下，再热喷水对机组性能的影响。表3-1为再热器减温水量--煤耗变化率定量分析。可以看到，再热器减温水流量大幅度增加，机组的热经济性会降低的更多。由图2-5可知，负荷越高，单位再热器减温水对煤耗率的影响越小，这是因为功率越高，锅炉效率越高，汽轮机效率亦越高，越接近机组设计工况，则减温水对机组的经济性影响越小。因此，在实际运行时应尽量减少或避免对再热蒸汽采用喷水减节的方式来调节蒸汽温度，以确保机组的经济运行。表3-1再热器减温水对机组性能的影响工况装置效率改变大小%/t/h对煤耗率的影响（g/(kW·h)/t/h）100%额定工况0.0392%0.104190%额定工况0.0441%0.116775%额定工况0.0530%0.142060%额定工况0.0662%0.180050%额定工况0.0783%0.2181再热器敏感性分析综上所述，再热喷水流量的增多以及再热出口汽温的偏低均会是机组的经济性下降。而这两项的改善通常需要依赖控制系统调节品质方可实现，如果再热汽温控制好了，管壁与蒸汽超温的现象势必下降，喷水流量使用也势必减少。与此同时，随着控制品质的提升，调节精度越高，运行中可以保证再热汽温压红线运行，相应的出口温度也会提高，机组的经济性也相应会得到较大的改善。所述烟气挡板调节控制器4包括进气量检测模块41、烟气挡板闸门调节器42和烟气挡板调节系统43，通过进气量检测模块41分析监控流过锅炉的烟气流量，再由烟气挡板调节系统(43)控制调节烟气挡板闸门调节器42对烟气挡板闸门的开合宽度，所述烟气挡板调节系统43内的输入函数发生器431(Inputfunctiongenerator，IFG)、内反馈控制器432(Internalfeedbackcontroller，IFC)、正弦跟踪滤波器433(Sinusoidtrackingfilter，STF)和信号反馈器434能够有效的处理烟气传热至再热汽温的变化量数据。所述内反馈控制器432由高增益控制器435(Highgainproportionintegration，HGPI)和内反馈器436(Internalfeedbackdevice，IFD)组成。高增益控制器435和内反馈器436和正弦跟踪滤波器433采用并联补偿方式连接，能够有效的加快信息交换的速率，提高反馈数据的准确性。上述输入函数发生器是为了缓解IFC内含理想微分器对输入阶跃的变化幅度。在输入阶跃变化时的输出幅度较大，需要通过输入函数发生器IFG限制IFC输入变化的速率。可将IFG看成是一种简单的过程轨迹控制器。IFG采用一阶惯性环节，为下式:式中，WIFG(s)为IFG的传递函数.GIFG为惯性常数，s.内反馈控制器432是一种由高增益控制器435和内反馈器436构造的负反馈结构。内反馈控制器的实质是通过高增益控制器实现内反馈器的逆变换。简单理解，内反馈控制器是内反馈器的逆模型。高增益控制器控制器是基于运算放大器(Operationalamplifier，OA)[22]在众多领域有广泛的应用经验而设置当运放有足够高的开环增益(例如高达106或120dB)和闭环稳定(已不成问题)的特性，使相应闭环运算足以对抗OA自身的各种不确定因素的影响。相应的高增益控制器表达为：式中，WHGPI(s)为HGPI的传递函数，KHGPI为HGPI的比例增益，无量纲.THGPI为HGPI的积分常数，s。IFD由FOD，FOI(包括FOI-1、FOI-2、．．．．、FOI-n，其中FOD内含FOI-1)，比例环节(ProportionLink，PL)等所组成.n为IFD的阶数.IFD传递函数，可用下式表示:式中，WIFD(s)为IFD的传递函数.KIFD为PL的增益，无量纲。TIFD为统一的时间常数，s。式中，在n=2，IFD不含FOI-3之后的FOI环节。内反馈控制系统频域稳定裕度直接影响到系统的稳定性。在参数设置原则上，要求IFD参数与NM参数对等.但在实际的运用中，完全可以用高阶的IFC去控制低阶的NM，可获得较好的鲁棒性.例如，根据一个四阶NM设计的四阶IFC不一定用于四阶NM的控制，而是用于二阶NM或三阶NM的控制.这也是IFC区别于其他类型控制器的显著优势所在。内反馈控制系统参数设置原则:HGPI参数设置原则:在连续时间域实现HGPI，例如采用OA实现HGPI，则无需考虑KHGPI和THGPI的问题.如果在数字计算机中实现HGPI，则HGIP参数设置原则是:KHGPI>>1/KIFD，THGPI<<TIFD.但同时须要满足：KHGPI<TIFD/(KIFDTn)，THGPI>KIFDTn，Tn为数值离散计算间隔。原则上，IFD参数与NM参数对等，包括:TIFD=Tα，KIFD=Kα，n相同。内反馈控制器开环频率特性理论上，系统的闭环稳定性是由开环系统的稳定裕度所决定的。高增益PI控制器HGPI的频域函数表达式为:式中，WHGPI(jω)为HGPI的频域函数。IFD的频域函数为式：式中，WIFD(jω)为IFD的频域函数。相应的IFC的频域开环函数可表示为：式中，WIFC-OL(jω)为IFC的频域开环函数。可将上式转换为频域开环增益和开环相位的表达形式：式中，GIFC-OL(ω)为IFC的频域开环增益，无量纲。θIFC－OL(ω)为IFC的频域开环相位。省略推导过程，在KIFD=1，TIFD=100s，KP=50，TI=2s，得到GIFC-OL(ω)和θIFC-OL(ω)的计算结果如下图所示:内反馈控制器开环频率特性示意上图表明，IFC开环系统的相位稳定裕度趋于90°，能够保证IFC闭环系统的高度稳定。正弦跟踪滤波器由于内反馈控制器IFC传递函数的分子比分母多1个s项阶次，需要通过低通滤波器进行降阶.较好的降阶方法是采用二阶低通滤波器，例如二阶惯性滤波器(Second-orderinertialfilter，SOIF).但SOIF滤波的滞后较大，反过来对IFC的控制特性产生了明显不利的负面影响。正弦跟踪滤波器STF、正弦跟踪微分器(Sinusoidtrackingdifferentiator，STD)，是一种基于正交混频方法的“高效”线性二阶滤波方法。其显著特点是：STD跟踪输入微分信号和STF跟踪输入信号的滞后较小，对白噪声干扰的滤波特性较好，滤波特性与输入幅值无关等.文中将STF用于IFC的降价处理。STF的基础是SOIF的变形结构[21]，STF与SOIF滤波特性的实验结果如下：SOIF表达为式(4-65):式中，WSOIF(s)为SOIF的传递函数.TSOIF为惯性常数，s。TSOIF也代表STF的滤波时间常数。通过实验得出STF对白噪声干扰具有显著的抑制作用。通过高增益PI控制器HGPI进行内反馈器IFD的逆变换，实现了内反馈控制器IFC.IFC带来了诸多的好处，再不用关心对象的阶数和降价问题，类似PID参数整定的问题等.正弦跟踪滤波器STF较好解决了白噪声干扰滤波和滤波滞后的矛盾，较好保证了IFC的控制特性.文中给出了IFC参数设置的简单原则。IFD还是一种对象的并联降阶器，IFC具有简单的结构，整定参数较少，较好的工程适应性，较好的鲁棒性和较强的抗扰性。通过设计优化后，机组负荷响应速度加快，主汽压力偏差减少。机组稳定工况下，主汽压力与设定值偏差小于0.3MPa，机组负荷与设定值偏差小于5MW。在主汽压力偏差缩小的同时，机组燃料量、风量、给水流量的波动幅度较优化前也有较大减少，同时提高了主汽温、再热汽温的性能指标。采用了自主辅助控制装置实现再热汽温烟气挡板控制，自主辅助控制装置和串行机组分散控制系统采用RS485串口结合MODBUS通讯协议的通讯方式。两个控制装置系统之间避免繁琐的硬接线IO连接。将机组协同控制系统的优化调整作为再热汽温优化的重要组成部分。在优化调整过程中，将再热汽温的波动、机组负荷升降速率、机前压力作为多目标优化的组成元素，对CCS进行重新的逻辑优化与参数整定。在设计过程中，把烟气挡板控制与再热汽温喷水控制作为一个整体来考虑，使之相互协同控制。通过在热喷水控制回路设定值与烟气挡板控制回路设定值的联动、互锁确定烟气挡板控制的优先权，并考虑紧急情况下，喷水动作的及时性。另外，在超温紧急情况下，喷水左右参与调节过程中，减缓烟气挡板的调整速度，并使得眼气挡板按照一定规律向温度降低的方向超驰动作，从而避开两个控制回路通过再热汽温的耦合作用。同时将管壁超温现象作为控制系统实施过程中的一个重要约束条件。通过检测再热、过热管壁超温，分区对待，分层管理超温，在控制回路中融入闭锁、超驰等信号，用于防止管壁的超温。真正实现了控制系统的优化与金属管壁温度超温综合治理。综合考虑“负荷响应速率、机前压力”偏差大小以及变负荷时锅炉再热汽温波动幅度作为多个优化目标对机组协同控制系统进行优化设计与参数整定。重新设计先进控制策略。设计过程还需考虑运行人员的专家经验、前馈方法、参数与对象特性的自适应调整机制等，结合实际生产得出的数据。通过上述措施，成功地实现了再热汽温控制系统的优化改造。烟气挡板控制系统能够长期、安全自动运行。再热汽温控制系统的优化改造，有效地减少了管壁超温的时间，再热喷水统计流量明显减少。综上所述，该再热气温智能控制装置的研究对大型火电机组的优化运行与控制将带来极为深远的意义。一方面通过有效控制再热汽温，减少机组喷水流量，可提高机组的运行经济性（通常，1t/h减温水量的增加，约可以增加热耗11.76kJ/kWh）。再者，该项目可有效提升再热汽温控制回路的调节品质，可直接改善锅炉管壁超温现象的发生，从而提高机组运行的安全性。可以预见，该项目的研究成果可以推广至全国的火力发电机组再热汽温的控制回路优化中，能有效改善目前我国目前火电机组再热汽温控制回路调节品质低下之现状，对发电机组的经济、安全方面的提升大有裨益。在实际系统设计过程中，将管壁超温现象作为控制系统实施过程中的一个重要约束条件。通过检测再热、过热管壁超温，分区对待，分层管理超温，在控制回路中融入闭锁、超驰等信号，用于防止管壁的超温。真正实现了控制系统的优化与金属管壁温度超温综合治理。1.典型案例单位：华能国际电力股份有限公司海门电厂2.案例实施情况及投资收益：表1全负荷段再热汽温智能控制效益从上表可以看出，海门电厂2号机组通过再热器全负荷智能控制，在降低运行人员操作强度时，还提高了再热汽温调整的及时性、有效性，有效提高机组再热汽温1.9℃，同时还达到进一步减少再热器降温水量0.8T/H，总计降低机组煤耗0.2g/KWH。按照机组年发电量45亿度，标煤价950元/吨计算：4500000000*0.2/1000000*950=855000元年每台机组实施再热器烟气挡板自动控制可为电厂增加效益约85.5万元。当然，以上仅为本实用新型较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的适用范围，故，凡在本实用新型原理上做等效改变均应包含在本实用新型的保护范围内。当前第1页1 2 3