某锅炉减温水调节方案优化与实施
许辉左传勋杨敏
（兖矿集团有限公司南屯电力分公司）
摘要：在锅炉运行时，减温水流量的控制是决定锅炉出口蒸汽温度的关键，它的控制性能直接影响到机组的安全、经济运行。本文指出了南屯电力分公司5#锅炉减温水调节系统存在的问题，对问题原因进行了深入分析，通过实验方法整定调节系统PID参数、加装信号隔离装置等措施达到优化调节方案目的，对于同类型的调节方案优化具有一定的借鉴意义。
关键词：减温水PID调节蒸汽温度DCS
引言
南屯电力分公司5#锅炉设计为两级喷水减温系统，蒸汽温度的控制采用串级控制调节，Ⅰ级减温水的主调节器响应二级过热器出口温度值和设定值之间的温差，副调节器响应主调节器和一级过热器出口蒸汽温度之间的温差，使离开二级过热器的蒸汽温度控制在480℃。Ⅱ级减温水的主调节器响应三级过热器出口温度值和设定值之间的温差，副调节器响应主调节器和二级过热器出口蒸汽温度之间的温差，使离开三级过热器的蒸汽温度控制在535℃。减温水逻辑控制示意图如图1。图1：减温水逻辑控制示意图
存在的问题
锅炉减温水调节系统主要是通过控制减温水流量来达到控制锅炉出口主蒸汽温度目的。温度调节具有很强的滞后性，若减温水不用能通过自动控制方式运行，而采用手动调节，这样容易出现主蒸汽温度过高和过低的现象。
通过查阅5#炉《运行日志》，统计2010年的5#炉减温水的月平均自动投入时间，统计结果如表1。表1：5#炉减温水的月平均自动投入时间
通过表1统计得出，5#炉减温水的月平均自动投入时间为325小时，一年为3575小时，而5#炉2010年运行时间为6742小时，5#炉减温水的自动投入时间仅占53%。由以上统计分析得出，5#炉减温水自动调节系统自动投入率过低，给锅炉安全运行带来安全隐患。优化减温水调节系统调节方案，提高自动投入率是迫切需要解决的问题。
原因分析
针对减温水调节系统调节品质不高，自动投入率低等问题，我们利用头脑风暴法，对因热工故障造成5#炉减温水调节品质差、月平均自动投入时间短的原因进行了分析，找到3条关键影响因素。
（一PID参数设置不合适
确认方法：实验分析
判定标准：Ⅰ级过热器蒸汽温度480±5℃，Ⅱ级过热器蒸汽温度535±5℃
自动控制主要靠PID作用实现，PID参数设置不合适可能导致自动调节效果差，造成蒸汽温度超出规程要求的范围。通过查阅DCS系统资料得知减温水自动调节的PID参数设置为Ⅰ级减温水P(1.2)、I(0.4)、D(0.1)，Ⅱ级减温水P(1.5)、I(0.3)、D(0.2)。
为验证调节效果，验证PID参数设置是否最优，查阅DCS系统数据库，随机抽查10次自动投入时两级过热蒸汽的温度。结果如表2所示：
结果表明：减温水投入自动时，过热蒸汽温度不能控制在规程规定的范围内，自动调节效果差，PID参数设置不合适。
（二）输入/出信号波动大
确认方法：现场测量
判定标准：输入/出信号1S之内信号波动≤0.1mA
我们在机组负荷稳定的工况下，对减温水自动系统相关联的信号在1S内的变化进行了统计分析。结果表明，减温水调节阀的输入输出信号波动较大，投入自动时调节阀振荡频繁，影响调节品质。
（三）没有直观操作画面
确认方法：调查分析
判定标准：一键直接进入设备的操作画面
减温水自动调节为串级调节系统，调节阀相关联的为第二级副调节系统，副调节系统接收上一级主调节系统的输出信号，运行人员控制的温度信号在主调节系统中输入，而主调节系统不关联设备，操作较为专业，运行人员操作不熟练。
方案探讨与实施
针对分析出的原因制定出以下解决方案：
（一）整定PID参数
采用正交实验的方法重新整定PID参数。
试验的目的：稳定调节阀的减温性能，保证过热蒸汽温度
试验考核指标：Ⅰ级过热器蒸汽温度480±5℃，Ⅱ级过热器蒸汽温度535±5℃
试验因素：根据DCS系统自动控制方式，有三个参数需要重新整定，分别为：P比例、I积分时间、D微分时间。
选用正交表：在原来参数设定值的基础上扩大范围，每个参数选三个位级，选用L9（34）正交表，做9次试验。
选位级（水平）。Ⅰ级过热器、Ⅱ级过热器选用位级表分表如表3、表4。
按照选用的正交表将参数位级表中的因素序列上列位级对号入座，然后进行试验，结果取20分钟内的平均温度和阀门开度曲线。试验结果如表5所示。
试验结果分析：
直接比较试验结果：Ⅰ级过热器蒸汽温度要求为480℃，第五次试验的过热蒸汽温度最接近于要求设定值480℃，其次是第六次试验和第七次试验。从阀门的开度看，第四次试验阀门开度最平稳，其次是第五次试验。
表5：实验结果表
各参数对结果影响的重要程度：各参数对指标影响的强弱有极差R来判断，极差R最大者，对结果的影响程度最大，极差R最小者，对结果的影响程度最小。因此因素重要程度的次序是：I积分时间、P比例、D微分时间。
Ⅰ级过热器蒸汽温度要求为480℃，三次试验温度总和是1440℃。参数A在位极A2时Ⅰ级过热蒸汽温度比较接近于1440℃，参数B在位极B3过热蒸汽温度比较接近于1440℃，参数C在位极C1时和C3时Ⅰ级过热蒸汽温度都比较接近于1440℃，分析调节阀的开度，可以发现在位极A2、B3和C3时调节阀开度曲线比较平滑。
确定最优方案：根据计算结果和水平趋势图，Ⅰ级过热器蒸汽温度稳定在480℃左右的情况下，调节阀的开度越平稳越好，按照上述原则最优方案选定为：P（1.3）、I(0.5)、D(0.3）。
通过同样的实验得到二级减温水实验数值P(1.5)、I(0.6)、D(0.2)。
（二）部分信号增加隔离器
Ⅰ级、Ⅱ级减温水调节阀给定和反馈四个信号都是4~20mA的模拟量信号，根据DCS对模拟量信号的要求，选择无源两入两出的MSC300型号隔离器对信号进行隔离屏蔽。
（三）制作调节系统操作画面
统计自动控制系统点位，将相关联的控制系统进行分类，制作控制系统操作画面。通过加强对操作人员进行培训，达到对操作的安全性、准确性、快捷性要求。
改造效果
根据正交试验确定的最佳方案，我们在DCS系统内设置了Ⅰ、Ⅱ级减温水调节阀的PID参数。为检验实施效果，分别抽取Ⅰ、Ⅱ级过热器蒸汽温度30次，每次选取5各温度点为样本，运用控制图对过热蒸汽进行分析，实验结果如图2所示。图2：实验效果图
结果显示，Ⅰ级过热器蒸汽温度在480±5℃范围内的，Ⅱ级过热器蒸汽温度在535±5℃的范围内，而且两个调节阀开度平滑，自动调节功能良好，实现了优化目标。
5#炉减温水调节系统优化后调节系统能稳定、可靠地投入，使锅炉燃烧稳定，降低了运行人员劳动强度。运行人员合理调节减温水流量，节约了大量的减温水，减少工质热损失，有效地减少了机组的启动次数和设备维护费用，大大地减少了锅炉过热器和再热器爆管次数，确保了锅炉长时间带高负荷安全经济运行，取得了良好的经济效益。
[参考文献]
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