汽温控制系统调节参数计算方法

　　一、概述
　　
　　随着技术的进步和设备质量的提高，现在大型火厂的安装调试周期越来越短。为尽快达到机组进入满负荷试运的条件，往往要求自动控制系统能够尽早的投入；同时，现在大型火电厂大都采用DCS控制，由于在同一时间内能够获得的信息和可进行的操作的局限性，也迫切要求机组自动控制系统能够尽早而稳定的投入运行。在这种情况下，采用许多书籍上所介绍的临界比例带法或凭经验预置调节参数，在调节系统投运时，不仅需要耗费大量的时间和精力，而且也不易于获得*的调节参数。通过对调节器参数进行量化计算，能够很好地解决这一问题，而且也是自动调节气参数设置的发展方向。经过几个工程的总结和试验发现，运用减温器前后蒸汽及减温水焓值对汽温调节副调节器的参数进行计算，能够获得较好的调节效果。
　　
　　二、计算依据
　　
　　根据工程热力学中的定义：工质的内能与推动功的和称为焓，其表达式为：H=U+PV。其中，推动功（PV）是由于工质出、入系统而传递的功，是为推动工质流动所必需的功，流动的工质在对前面的工质作推动功的同时，也从后面的工质处接受推动功，因此工质在作推动功时，由于没有热力状态的改变，当然也无能量形态的转化；而工质的内能（U）是指工质内部所蕴藏的各种微观能量--内动能、内位能等--的总和，因此焓的大小代表了工质所具有的能量的大小，根据热力学*定律即能量守恒与转换定律：进入系统工质的总焓值加上工质在系统内吸收（放出）的热量应等于流出系统工质的总焓值与工质在系统内所作的功的和，即：
　　
　　Hi+Q=Ho+W
　　
　　Hi——进入系统工质的总焓值
　　
　　Ho——流出系统工质的总焓值
　　
　　Q——工质在系统内吸收（放出）的热量，吸收为正，放出为负
　　
　　W——工质在系统内所作的功
　　
　　对于过热蒸汽减温系统来说，流入系统的工质为过热蒸汽和减温水，流出系统的工质则只有过热蒸汽，其表达式应为：Hi1+Hi2+Q=Ho+W。式中Hi1、Hi2分别为过热蒸汽的焓和减温水的焓。
　　
　　由于在系统内流动的工质（过热蒸汽），既不对外做功，外界也不对过热蒸汽做功，故工质在系统内所做的功为零，即W=0；又因为过热蒸汽在减温器系统不吸收外界的热量，由于有较好的外保温，系统对外散失的热量也极少可忽略不计，故Q=0；系统内的功质为连续流动状态，故其表达式应是一定时间范围内的工质的焓的表达式，即：
　　
　　ðHi1/ðt+ðHi2/ðt=ðHo/ðt式1
　　
　　为计算简便，及引用参数的方便，可将系统视作一定工况下某时间段内的稳定流动系统。由此就可用进、出系统的各工质瞬时流量（G）与各工质比焓（h）的乘积来代替式1中的各项，同时注意流出系统的蒸汽的瞬时流量应是流入系统蒸汽瞬时流量与减温水瞬时流量的和，可得下式：
　　
　　G1hi1+G2hi2=（G1+G2）ho式2
　　
　　当进入系统的蒸汽温度变化时，只要计算出需要的减温水量G2就可以设置汽温调节副调节器的比例参数。
　　
　　三、计算方法
　　
　　利用式2进行计算时，可根据锅炉厂出据的《热力计算汇总》，选取一定工况（如满负荷BMCR工况）下的蒸汽和减温水参数进行。以该工况下的主蒸汽流量作为进入减温器系统的蒸汽流量G1；在不考虑管道压力损失的情况下，以主蒸汽压力作为进、出减温器系统的蒸汽状态参数，结合流出减温器系统的蒸汽温度，利用"焓-熵图"就可以查出流出减温器系统的蒸汽的比焓ho；进入减温器系统的蒸汽温度应考虑在温度变化一定值时——比如进汽温度升高10℃——的焓hi1；以给水压力作为减温水的压力状态参数，结合除氧器水温（或主给水温度。温度参数的选取，应根据热力系统的连接而定）就可查出减温水的比焓hi2；将所查出的G1、hi1、ho、hi2代入式2就可以计算出所需减温水量的大小G2。下面就以刚移交生产不久的巩义豫联集团2×135MW技改工程循环流化床锅炉机组的二级减温水系统为例，说明计算的方法。在巩义豫联集团2×135MW技改工程循环流化床锅炉机组中，锅炉厂家所提供的BMCR工况设计煤质热力计算部分参数及除氧器水温如下表：　　
　　因该锅炉二级减温分左右两侧，布置在屏过2出口至高过入口之间，故在计算单侧减温时，应按主蒸汽流量的一半考虑，即G1=22×104kg/h；根据表中所列主蒸汽压力及高过入口温度，查《水和水蒸气热力性质图和简表》（用内插法）可得ho=3192.4kj/kg；根据表中所列给水压力和除氧器水温，查表可得hi2=557.7kj/kg；根据表中所列主蒸汽压力，并考虑屏过2出口温度升高10℃，查《水和水蒸气热力性质图和简表》（用内插法）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
　　
　　上面的计算表明，当工况变化引起蒸汽温度改变时，单侧汽温每变化10℃，需增大或减小减温水量4.4t/h。系统单侧减温水流量zui大值（即调门全开时的流量）可按减温水流量孔板计算书中的zui大流量考虑，该锅炉二级减温水孔板计算书中的zui大流量为12t/h。则单侧汽温每变化10℃，需增大或减小减温水流量约为zui大流量的36.7%。将调门开度变化与减温水流量间的关系按线性化考虑（将调门开度变化与减温水流量间的节流开方关系视作比例作用的放大量），这样就可得到二级减温水控制系统串级副调的比例作用系数k=3.67。
　　
　　四、使用注意事项
　　
　　4.1按此计算方法所计算出的调节器参数，具有较强的比例作用，是按照以比例作用为主考虑的，故在使用该方法计算调节器参数时，应考虑适当减弱积分作用的强度，以利于控制系统的稳定。
　　
　　4.2若控制系统的调节器能够进行变参数调节运行，则多计算几个工况下的比例关系，以锅炉负荷（主蒸汽流量）的大小作为判具，在不同的工况下采用不同的调节器参数调节，就可使调节系统在各个运行工况均能获得*的调节效果。
　　
　　4.3采用此方法计算减温水控制系统串级副调的参数时，由于副调的调节作用较强，故主调参数不能设置的太强，否责易引起调节系统振荡。一般应设主调的比例关系为：当过热器出口汽温变化1℃，要求入口温度（即减温器后温度）变化1.25～1.75℃；若主调有前馈环节，则考虑用较弱的比例作用。
　　
　　4.4要注意减温器喷水口与减温器后蒸汽温度测点间的距离，若距离过短，在负荷较低，蒸汽流量较小的情况下，较强的比例作用可能会引起副调振荡。
　　
　　五、结束语
　　
　　在信阳华豫电厂2×300MW锅炉机组、新乡火电厂技改工程2×135MW循环流化床锅炉机组、巩义豫联集团2×135MW循环流化床锅炉机组的汽温控制系统的调试过程中，均采用了此方法对调节器的参数进行设置计算。在系统热态投运时，不需对调节参数进行修正就可以将汽温的稳态波动范围控制在±3℃以内；特别是在信阳华豫电厂2×300MW锅炉机组RB试验过程中，运用该方法计算设置的调节参数使系统表现出了的调节效果，在整个试验过程中，始终将汽温偏差控制在±10℃以内，充分保障了机组的安全稳定运行和RB试验的顺利成功。
　　
　　[参考文献]
　　
　　1、《工程热力学》（中国电力出版社）
　　
　　2、《水和水蒸气热力性质图和简表》（高等教育出版社）
　　
　　3、《热力计算汇总》（上海锅炉厂有限公司）