探究发电厂300MW锅炉过热汽温控制系统
        作者：周爽（1979，3-），男，汉族，就职于山西兴能发电有限责任公司点检部，助理工程师。

1过热汽温控制系统原理
　　锅炉的过热蒸汽系统分为A、B两路，它们具有完全相同的控制系统。过热蒸汽的控制是通过控制两个相串联的过热器的喷水而实现的，这就是中间汽温控制（一级减温控制）和末级减温控制（二级减温控制）。主蒸汽温度由二级减温控制来保证，第一级减温控制的任务是克服进入低温过热器和屏式过热器的扰动，维持进入第二级减温器的蒸汽温度的稳定；第二级减温控制的任务是直接保证主蒸汽温度等于给定值，是主蒸汽温度控制系统中最主要的回路。过热蒸汽温度控制的这两个回路在系统结构上都属于带有前馈信号的串级调节系统。
　　一级和二级减温控制系统的结构原理完全相同。一级减温控制系统将中间过热器出口汽温与设定值比较，经主调节器的PI运算，结果形成的控制信号又与中间过热器的入口汽温进行比较，然后再经付调节器运算输出控制信号去调节喷水阀。该系统的设计通常包括有对中间过热器入口（一级减温器出口）汽温过高和过低的限制，这一温度设定值的高限可以用锅炉风量的函数来限制，而设定值的低限可以用锅炉压力的函数限制。二级减温控制系统中，高温过热器出口汽温与设定值相比较，形成的控制信号又与二级减温器出口温度相比较，最后去控制二级喷水阀。这个系统通常应考虑对末级高温过热器入口汽温设定值的高限限制，入口汽温高限设定值可按总风量的函数给出。
　　目前，大型单元机组多采用直接喷水减温方法来控制过热汽温，所以减温水扰动下的汽温特性属对象控制通道的动态特性，该特性是过热汽温控制系统设计、分析和整定的依据。由动态特性介绍可知，汽温对象控制通道存在的迟延和惯性比较大，单纯根据主汽温度偏差采用单回路调节方案来控制汽温是不能满足生产要求的，而应引入能够提前反映扰动的导前信号，构成多回路系统。现在采用最多的是串级汽温控制系统和具有导前汽温微分信号的双回路汽温控制系统两种典型方案。

2发电厂300MW机组过热汽温控制系统
　　某火力发电厂2300MW锅炉是采用美国燃烧工程公司引进技术设计和制造的HG1045/17.5-YM17型锅炉。锅炉为亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉，采用单炉膛倒U型布置、平衡通风、摆动式直流式燃烧器、四角切圆燃烧方式，燃用山西烟煤。300MW机组过热汽温采用两级喷水减温控制，其中二级减温器分左右两侧，对称布置。减温水来自给水泵出口母管。一级减温器只设置了一个喷水调节阀，二级减温器左右两侧各有一个喷水调节阀。
　　2.1过热器一级喷水减温控制系统
　　一级减温器安装在初级过热器出口联箱和分割屏过热器入口联箱之间，根据炉膛内分割屏过热器出口汽温和一级喷口减温器出口汽温的大小，控制一级减温器喷水调节阀的开度，以调节减温水量的大小，达到使分割屏过热器出口汽温为设定值的目的。该系统通过一级减温水流量的控制，使分割屏过热器出口汽温维持在给定值，以保护屏式过热器管壁不要超温，同时配合末级过热汽温控制系统的工作。
　　2.1.1分割屏过热器出口汽温偏差信号的形成
　　分割屏过热器出口汽温的测量点设在分割屏过热器出口，左右两侧各有一个测点，经两选一后输出作为实测值。再经低通滤波后送往PID控制器的测量信号端（P端）。分割屏过热器出口汽温的设定值与机组负荷有关。对应于不同负荷运行工况下的主蒸汽流量经函数模块处理成相应的分割屏过热器出口汽温设定值，加法器的输出就是分割屏过热器出口汽温设定值。该值送至PID控制器设定信号端（S端）。以上所得到的测量值和设定值相比较，即可得到分割屏过热器出口汽温偏差信号。
　　2.1.2前馈信号
　　蒸汽负荷变化和烟气侧扰动均对汽温有较大的影响。一般地，当机组负荷变化时，首先改变燃料量，然后改变送风量及引风量等，本系统引入了总燃料量的实际微分前馈，由加法模块实现；主蒸汽流量的比例微分或实际微分前馈，由函数模块实现。这样可以提高该系统在负荷变化和燃料扰动时一级减温水量调整的响应速度，同时也可在负荷变化时，协助末级过热器出口汽温的调节工作。
　　2.1.3导前汽温微分信号的形成
　　导前汽温信号（即一级喷水减温器出口温度信号）有两个测点，经两选一处理后得到其实测值，然后通过实际微分运算后得到导前汽温的微分信号。所以导前汽温微分信号的强度与一级喷水减温器出口汽温的变化速度和变化幅度有关从而能够有效地控制一级减温器喷水量，稳定分割屏过热器出口汽温。
　　2.1.4一级减温水量调节阀控制回路
　　分割屏过热器出口汽温偏差经PID调节器运算后的输出，与导前微分信号、总燃料的实际微分前馈和主蒸汽流量的前馈综合后，作为减温喷水量调节阀开度指令信号。
　　2.2末级过热器出口汽温控制系统
　　2.2.1末级过热器出口汽温控制系统
　　末级过热器出口汽温控制系统是为了保证锅炉出口（即末级过热器出口）蒸汽温度为设定值而设置的。通过调节二级减温器的喷水流量，达到控制末级过热器出口汽温的目的。二级减温器安装在分割屏过热器出口联箱和末级过热器入口联箱之间，分左右两侧布置有两个喷水减温器，故也设置了两套完全相同的控制系统。
　　2.2.2末级过热器出口汽温偏差的形成
　　末级过热器出口蒸汽管道分左右布置，末级过热汽温测量点设在左右两侧，每侧各有2个测点，左侧的2个测点经两选一后输出作为实测值。再经低通滤波后送往PID控制器的测量信号端（P端）。末级过热器出口汽温的设定值与机组负荷有关。对应于不同负荷运行工况下的主蒸汽流量经函数模块处理成相应的末级过热器出口汽温设定值，根据实际运行的特点，有时需要对该设定值的大小进行调整，故该系统中设置了模拟量设定器，由运行人员通过OM窗口微调末级过热器出口汽温设定值的大小。加法器的输出就是分割屏过热器出口汽温设定值。该值送至PID控制器设定值信号端（S端）。以上所得到的测量值和设定值相比较，即可得到末级过热器出口汽温偏差信号。
　　2.2.3前馈信号
　　与一级喷水减温控制一样，在末级过热器出口汽温控制系统中也引入了总燃料量的实际微分前馈，由加法模块实现；同时，也引入了主蒸汽流量的微分前馈，有函数模块实现。这样可以提高该系统在负荷变化和燃料扰动时二级减温水量调整的响应速度，达到在负荷侧和燃料侧扰动下，末级过热器出口汽温尽量不受或少受影响。
　　2.2.4二级减温水量调节阀控制回路
　　末级过热器出口汽温控制系统属于串级加前馈的控制方式。末级过热器出口汽温偏差经PID调节器运算后的输出，与主蒸汽流量的前馈信号叠加后作为副回路调节器的设定值，副回路的辅助被调量为二级减温器后的温度（即末级过热汽温控制系统的导前温度）。所以，副回路控制器的入口偏差就是该设定值与该导前温度之间的差值。副控制器对该偏差进行PID运算后，再加上总燃料量的前馈信号，所得到的就是左侧二级减温器喷水调门开度的指令信号。

参考文献
　　[1]夏明.超临界机组汽温控制系统设计[J].中国电力，2006（3）.
　　[2]程光坤，赵文杰，丁艳军，吴占松.基于串级PID的过热汽温多模型切换控制[J].电站系统工程，2008（6）.