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1、正交试验法在改进锅炉减温水 自动调节系统中的应用 马志鸿1 ，步锦2 ，杨建平3( 1 兖矿集团有限公司 南屯电力分公司，山东 邹城 273500;2 山东里彦发电有限公司，山东 邹城 273500; 3 山东化工技师学院 仪表系，山东 枣庄 277500)摘 要:减温水调节系统控制锅炉出口过热蒸汽温度，其自动调节性能对生产运行的安全性、稳定性和经济性有着至关重要的影响。过热蒸汽温度过高会导致金属管道寿命降低，严重时发生爆管事故; 如果过热蒸汽温度低，将会降低全厂热效率。采用正交试验方法重新设置 PID 参数，取得 了良好的实际运行效果。关键词:锅炉; 减温水; 过热蒸汽; 自动控制; 正交试
2、验中图分类号: Z23 3 + 7文献标识码: A文章编号: 1001 0874( 2013) 02 0059 05Application of Orthogonal Experiment Method to Reforming Auto-Control System for De-Superheating Water of BoilerMa Zhihong1 ，Bu Jin2 ，Yang Jianping3( 1 Nantun Power Department of Yankuang Group Co ，Ltd ，Zoucheng 273500，China;2 Shandong Liyan
3、Power Co ，Ltd ，Zoucheng 273500，China;3 Shandong Institute of Chemical Engineering Technicians，Zaozhuang 277500，China)The temperature of superheated steam at the outlet of a boiler is controlled by the de-superheating waterAbstract:system The excessively high temperature of the superheated steam will
4、 shorten the service life of the metallicpipeline，and even cause pipe-bursting accident On the contrary，the low temperature of the superheated steam will decrease the entire thermal efficiency of the plant Therefore， the auto-control performance of the de- superheating water system exerts a critical
5、 influence on the security，stability and economy of production operation Reinstalled the PID parameters of auto-control system for boilers de-superheating water by orthogonal experiment method，and gets good result in practical useKeywords:boiler; de-superheating water; superheated steam; auto-contro
6、l; orthogonal experiment改进减温水自动调节控制系统的一种方法。0引言1减温水系统对生产的影响发电厂锅炉过热蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的最重要参数之一，锅炉装备减温 水系统以控制锅炉的过热蒸汽温度。影响过热蒸汽 温度的 因 素 有 很 多，如: 锅 炉 负 荷、燃 料 量、烟 气 扰 动、给水压力等。减温水自动调节系统调节阀必须 流量特性好、内漏量小、执行器稳定可靠; 还要有好 的控制方案和控制参数整定，使调节阀特性曲线比 较理想1。本 文 介 绍 依靠工程经验结合正交试验 锅炉出口过热蒸汽温度通过锅炉减温水进行控制和调节。过热蒸汽温度过高导致金属蠕胀增强，
7、 降低管道寿命，金属温度内部组织发生变化，产生塑 性变形，甚至导致爆管，造成停炉事故。主蒸汽持续 超温 20 min 汽轮机使用寿命降低。反 之 过 热 蒸 汽 温度过低将会降低全厂热效率，多耗燃料汽轮机，循 环热效率下降，增大湿汽损失，缩短叶片使用寿命。煤矿机电602013 年第 2 期因此要求控制过热蒸汽温度不超过额定值的 5 + 52。减温水控制主蒸汽温度的工艺流程及控制方式如图 1 所示。图 1减温水系统的控制流程图减温水系统的自动控制方式利用正交试验重新设置 PID 参数23稳定、准确、快速和有效地控制过热蒸汽温度是非常必要的3-4。手动调节容易出现主蒸汽温度过 高或者过低的现象。该
8、锅炉过热汽温度调节采用两级喷水减温控 制，级减温水是控制离开一级减温器的蒸汽温度， 采用串级调节，主调节器响应二级过热器出口与设 定值 480 之间 的 温 差，同时其输出值作为副调节 回路的设定值。副调节回路响应二级过热器蒸汽温 度与主调节器输出值之间的温差调节一级过热器喷 水调节阀开度调节一级过热器喷水量，从而调节离 开二级过热器的蒸汽温度控制在 480 。级减温 水控制逻辑见图 2。级减温水控制离开 级减温器的蒸汽温度。 此调节系统利用串级调节回路把经过修正的锅炉蒸 汽流量信号作为温度控制的前馈信号。主调节器响 应主蒸汽温度信号和设定值 535 的差。副调节器 响应三级过热器入口蒸汽温度
9、和主调节器输出值的 差值并经过 PID 调节来控制二级减温器喷水调节阀 的开度，调整二级减温器的喷水量从而调节使三级 过热器的蒸汽温度控制在 535 级减温水控制逻 辑见图 3。霍尼韦尔 TPS3000 的 DCS 系统对模拟量的自 动调节采用 PID 控 制。比 例 P、积 分 时 间 I 和 微 分 时间 D，这三个参数决定了自动调节的稳定性 和 可 靠性。为了稳定调节性能，保证过热蒸汽温度，利用 正交试验来设置、级减温水调节阀的 PID 参数。 扩大三个参数原来设定值的范围，每个因素选三个 位级，选用 L9 ( 34) 正交表，共做 9 次试验。试验结 果取 20 mm 内的平均温度和相
10、应阀门的开度曲线。 级和减温水调节阀的 PID 参数的选择的水平位 级如表 1 和表 2，正交试验结果见表 3 和表 4。级过 热 器蒸汽温度要求为 480 ，直 接 比 较 试验结 果: 第 五 次 试 验 的过热蒸汽温度最接近于 ，其次是第六次试验和第七次试验。从 阀 门480的开度看，第四次试验阀门开度最平稳，其次是第五次试验。级过热器蒸汽温度要求为 480 ，三 次 试验温度总和是 1 440 。因素 A 位极 A2 时蒸汽 温度 K2 接近于 1 440 ，因素 B 在位极 B3 蒸汽温 度比较接近于 1 440 。因素 C 在位极 C1 时和 C3 时蒸汽温度都比较接近于 1 44
11、0 。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 ，根据计算结果和水平趋势图 ，最 优 方煤矿机电2013 年第 2 期61图 2级减温水控制逻辑原理图图 3级减温水控制逻辑原理图案选定为:A2、B3、C3 对 应 的 PID 参 数 分 别 为 P: 1 3、I: 0 5、D: 0 3。级过热器蒸汽温度要求为 535 ，直接比较煤矿机电622013 年第 2 期表 1级减温水调节阀的 PID 参数水平位数表 2级减温水调节阀的 PID 参数水平位数P( 比例)AI( 积分时间)BD( 微分时间)CP( 比例)AI( 积分时间)BD(
12、微分时间)C位级位级1231 01 31 50 10 30 50 10 20 31231 31 51 70 30 60 90 20 40 6表 3 级减温水调节阀正交试验结果P( 比例)A1I( 积分时间)B2D( 微分时间)C3级过温度/ 阀门开度/ %试验号11( 1 0)1( 0 1)3( 0 3)4622( 1 3)1( 0 1)1( 0 1)24873( 1 5)1( 0 1)2( 0 2)34721( 1 0)2( 0 3)2( 0 2)449352( 1 3)2( 0 3)3( 0 3)48163( 1 5)2( 0 3)1( 0 1)48371( 1 0)3( 0 5)1( 0
13、 1)47682( 1 3)3( 0 5)2( 0 2)4653( 1 5)3( 0 5)3( 0 3)9498K1K2K3极差 R1 4311 4211 446总和1 4331 4571 4304 3171 4531 4391 441223616试验结果: 第四次试验的过热蒸汽温度最接近于要求设定值 535 ，其次是第三次试验和第九次试验。 从阀门的开度看，第五次试验阀门开度最平稳，其次 是 第 六 次 试 验。 级过热器蒸汽温度要 求 为535 ，三次试验总和应为 1 605 。因素 A 在位极 A2、A3 时蒸汽温 度 接 近 于 1 605 ，因 素 B 在 位 极 B2 时蒸汽温度接
14、近于 1 605 ，因素 C 在位极 C2 时 时蒸汽温度接近于 1 605 。级过热器蒸汽温度 稳定在 535 左 右 的 情 况 下，调节阀的开度越平稳 越好，根据计 算 结果和水平趋势图，最 优 方 案 选 定为:A2、B2、C2 对 应 的 PID 参 数 分 别 为 P: 1 5、I: 0 6、D: 0 4。4减温水自动控制系统的改造效果对系统进行改进完成后，减温水的月平均自动投入 时 间 在 500 h 以 上。锅炉运行最长周期 达 到126 d，没出现过一次爆管事故。今年汽轮机累计持 续超温运行 3 次，最长时间仅为 5 min，汽轮机平均 低温运行时间最长一次仅为 27 min
15、。减温水自动投入时间的延长，控制了过热蒸汽 温度，增强了锅炉运行稳定性，提高了生产系统的自 动化程度，降低了员工的劳动强度。为电厂顺利完 成发电任务提供了有力保障。( 下转第 65 页)煤矿机电2013 年第 2 期65可控硅器组件的两侧夹有三组铜制散热器，主要是保证器件在工作过程中具有良好的散热性，并 且并联着三个温度继电器，可对其器件进行温度检 测。当某散热器上的温度超过 70 5 时，温度 继电器吸合，并通过 PLC 的 I 2 0 与 M 将晶闸管过 热信号传送给 PLC，PLC 发出故障信号后停机，从而 实现对可控硅器件的过热保护5。3 2漏电闭锁保护 漏电闭锁保护技术参数见表 3。
16、表 3 漏电闭锁保护技术参数下时，输出闭锁，启动器不能启动。3 3断相保护断相保护技术参数见表 4。表 4 断相保护技术参数工作电流 / 整定电流序号动作时间起始状态任意二相第三相121 01 150 90不动作 0 5 s冷态热态3 4过载、过流保护过流、过载保护技术参数见表 5。表 5过流、过载保护技术参数主电路额定电压 / V闭锁动作值 / k解锁动作值 / k闭锁动作值允许误差 / %工作电流 /整定电流序号动作时间起始状态复位方式6601 14022403360+ 20+ 20121 21 55 min t 20 min1 min t 3 min热态热态自动自动 自动检测回路电流小于
17、 1 0 mA。在停止运行时检测 负载线路绝缘情况，当绝缘电阻下降到闭锁值以 3 2 t0 5 s 冷态( 下转第 68 页)檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿( 上接第 62 页)表 4 级减温水调节阀正交试验结果P( 比例)A1I( 积分时间)B2D( 微分时间)C3级过温度/ 阀门开度/ %试验号1( 1 3)1( 0 3)3( 0 6)151522( 1 5)1( 0 3)1( 0 2)55133( 1 7)1( 0 3)2( 0 4)53141( 1 3)2( 0 6)2( 0 4)53652( 1 5)2( 0 6)3( 0
18、 6)5203( 1 7)2( 0 6)1( 0 2)65481( 1 3)3( 0 9)1( 0 2)75242( 1 5)3( 0 9)2( 0 4)852793( 1 7)3( 0 9)3( 0 6)542K1K2K3极差 R1 5751 5981 621461 5971 6041 593111 6231 5941 57716总和4 794参考文献:社，2003作者简介: 马志鸿( 1979 ) ，男，工 程 师。2001 年毕业于上海电力 学院动力系热能工程专业，现在兖矿集团有限公司南屯电力分公司 从事技术工作。( 收稿日期: 2012 10 19; 责任编辑: 陶驰东)1234于临秸 锅炉运行J 辽宁省电力工业局，2006( 4) 邵和春 汽轮机运行J 中国电力，2006( 7) 孟华 自动控制原理M 北京: 机械工业出版社，2011陈绍炳 热 工 过 程 自 动 控 制 原 理M 南 京: 东 南 大 学 出 版