畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于Ovation的300MW機(jī)組再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于 ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)i摘 要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的題目是鐵嶺電廠 300mw 機(jī)組再熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過對機(jī)組的再熱汽溫控制系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)地觀察、原理分析、可靠性論證，從而提出保證該系統(tǒng)長期穩(wěn)定處于協(xié)調(diào)控制的方案。在大型機(jī)組中，新蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)膨脹做功后，需再送回到鍋爐再熱器中加熱升溫，然后再送入汽輪機(jī)中、低壓缸繼續(xù)做功。采取蒸汽中間再熱可以提高電廠循環(huán)熱效率，降低汽輪機(jī)末端葉片的蒸汽濕度，減少汽耗等。為了提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，大型火力發(fā)電機(jī)組廣泛采用了蒸汽中間再熱技術(shù)。再熱蒸汽溫度控制的意義與過熱蒸汽溫度控制一樣，是為了保證再熱器、汽輪機(jī)等熱力設(shè)備的安全，發(fā)揮

2、機(jī)組的運(yùn)行效率，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性。再熱蒸汽溫度控制的任務(wù)，是保持再熱器出口蒸汽溫度在動(dòng)態(tài)過程中處于允許的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時(shí)等于給定值。在再熱蒸汽溫度控制中，由于蒸汽負(fù)荷是由用戶決定的，所以幾乎都采用改變煙氣流量作為主要控制手段，例如改變再循環(huán)煙氣流量，改變尾部煙道通過再熱器的煙氣分流量或改變?nèi)紵鳎ɑ鹱欤┑膬A斜角度。關(guān)鍵詞 再熱汽溫，過熱蒸汽，串級(jí)沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）iiabstractthis graduation project (paper) is through the hot steam warm control system carries on the principle a

3、nalysis, the reliable proof, the scene again to the tieling three electricity 300mw units on the spot observes, guarantee this system which proposed long-term stability is in the coordination control the plan. in the large-scale unit, the new steam inflates the acting after the steam turbine high pr

4、essure cylinder, must again return to the boiler reheater in heats up elevates temperature, then sees somebody off again in the steam turbine, the low pressure cylinder continues the acting. adopts among the steam hot to be possible to enhance the power plant circulation thermal efficiency again, re

5、duces the steam turbine terminal leaf blade the steam humidity, reduces the steam consumption and so on. in order to enhance the power plant the hot efficiency, the large-scale thermoelectricity generation unit has widely used among the steam again the hot technology. again the hot vapor temperature

6、 control significance and the superheat vapor temperature control is same, is in order to guarantee thermal energy equipment and so on reheater, steam turbine securities, the display units operating efficiency, enhances the power plant the efficiency. again the hot vapor temperature control duty, is

7、 maintains the reheater to export the vapor temperature to be in the permission in the dynamic process in the scope, when stable state is equal to the given value.in again hot vapor temperature control, because the steam load is by the user decision, therefore nearly all uses the change haze current

8、 capacity to take the primary control method, for example the change circulates again the haze current capacity, the change rear part flue or changes the burner through the reheater haze divergence quantity (spout) the angle of tilt. keywords reheat steam，superheat steam，cascade基于 ovation 的再熱汽溫檢測控制系

9、統(tǒng)iii目錄摘 要.iabstract.ii1 引言.11.1 設(shè)計(jì)課題的目的、意義.11.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.11.2.1 國內(nèi)背景.11.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.22 ovation 介紹.32.1 西屋 ovation 介紹.32.2 ovation 控制系統(tǒng)的特點(diǎn).33 火力發(fā)電廠發(fā)電工藝簡介.53.1 火力發(fā)電廠概述.53.1.1 火力發(fā)電廠基本原理.53.1.2 主要生產(chǎn)過程簡述.53.2 火電廠三大控制系統(tǒng).63.2.1 鍋爐給水控制系統(tǒng).63.2.2 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng).73.2.3 再熱蒸汽溫度控制系.74 再熱蒸汽溫度檢測控制系統(tǒng).84.1 火電廠再熱汽溫檢測控

10、制系統(tǒng)概述.84.1.1 再熱蒸汽溫度檢測控制的意義與任務(wù).84.1.2 再熱蒸汽的特點(diǎn).84.1.3 再熱蒸汽溫度的影響因素.94.1.4 再熱蒸汽溫度控制的方法手段.94.2 基于 ovation 的 300mw 機(jī)組再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述.154.3 基于 ovation 的 300mw 機(jī)組再熱汽溫檢測控制系統(tǒng) sama 圖設(shè)計(jì)說明.164.3.1 擺動(dòng)燃燒器控制系統(tǒng).164.3.2 噴水減溫控制系統(tǒng).185 再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)中的器件介紹.215.1 溫度變送器.215.2 燃燒器擺角執(zhí)行器.22結(jié)論.23致謝.24參考文獻(xiàn).25附錄 a1.1 .26附錄 a1.2 .27附

11、錄 a1.3 .28沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）iv附錄 a1.4 .29附錄 a1.5 .30附錄 a1.6 .31附錄 a1.7 .32基于 ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)11 引言1.1 設(shè)計(jì)課題的目的、意義再熱蒸汽溫度控制的目的與過熱蒸汽溫度控制一樣，是為了保證再熱器、汽輪機(jī)等熱力設(shè)備的安全，發(fā)揮機(jī)組的運(yùn)行效率，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性。再熱蒸汽溫度控制的任務(wù)，是保持再熱器出口蒸汽溫度在動(dòng)態(tài)過程中處于允許的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時(shí)等于給定值。隨著時(shí)代的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有十分重大的意義。在火力發(fā)電廠中實(shí)現(xiàn)熱力過程自動(dòng)化后能使機(jī)組安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)熱力過程自動(dòng)化具有

12、：（1）提高機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性；（2）提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；（3）減少運(yùn)行人員，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；（4）改善勞動(dòng)條件等特點(diǎn)。在大型機(jī)組中，新蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)膨脹做功后，需再送回到鍋爐再熱器中加熱升溫，然后再送人汽輪機(jī)中、低壓缸繼續(xù)做功。采取蒸汽中間再熱可以提高電廠循環(huán)熱效率，降低汽輪機(jī)末端葉片的蒸汽濕度，減少汽耗等。為了提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，大型火力發(fā)電機(jī)組廣泛采用了蒸汽中間再熱技術(shù)。因此，再熱器出口蒸汽溫度的控制成為大型火力發(fā)電機(jī)組不可缺少的一個(gè)控制項(xiàng)目。此外，再熱氣溫如果控制不好，容易造成再熱器高溫腐蝕，以及聯(lián)通管泄露等事故，所以再熱氣溫的良好控制至關(guān)重要。某電廠在數(shù)年的運(yùn)行中，由于負(fù)荷

13、變化頻繁，一直存在微量噴水減溫器出口的再熱蒸汽溫度波動(dòng)大的問題，出現(xiàn)的最大溫度變化超過 140。由于再熱氣溫完全依賴噴水減溫調(diào)節(jié)，使減溫器后的蒸汽過熱度發(fā)生很大的波動(dòng)，該點(diǎn)的蒸汽過熱度最大變化是由 150快速降到接近飽和蒸汽溫度。由于蒸汽溫度變化大，且比較頻繁，經(jīng)常出現(xiàn)很大的溫度變化率，這使該處的管道經(jīng)常承受很大的交變熱應(yīng)力，尤其是內(nèi)壁承受的熱應(yīng)力最大，這樣經(jīng)過一定時(shí)間后，就會(huì)在管道的環(huán)向焊縫內(nèi)側(cè)產(chǎn)生裂紋，并逐漸向周圍、外側(cè)擴(kuò)散，再進(jìn)一步惡化就會(huì)影響鍋爐的安全運(yùn)行，后果嚴(yán)重 1！1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 國內(nèi)背景火力發(fā)電廠在我國電力工業(yè)中占有主要地位，是我國重點(diǎn)能源工業(yè)之一。大型

14、火力發(fā)電機(jī)組在國內(nèi)外發(fā)展很快，我國現(xiàn)以 300mw 機(jī)組為骨干機(jī)組，并逐步發(fā)展 600mw 以上機(jī)組。目前，國外已經(jīng)建成單機(jī)容量 1000mw 以上的單元機(jī)組。單元發(fā)電機(jī)組是有鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。由于其工藝流程復(fù)雜，設(shè)備眾多，管道縱橫交錯(cuò)，有上千個(gè)參數(shù)需要監(jiān)視、操作或控制，而且電能生產(chǎn)還要求有高度的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性，因此，大型機(jī)組的自動(dòng)化水平受到特別的重視。目前，采用以分散微機(jī)為基礎(chǔ)的集散型控制系統(tǒng)（tdcs） ，組成一個(gè)完整的控制、保護(hù)、監(jiān)視、操作及計(jì)算等多功能自動(dòng)化系統(tǒng)。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2我國自從 70 年代發(fā)展 125mw 等級(jí)的中間再熱大型電站

15、鍋爐機(jī)組以來，緊接著有200mw ，300mw 的國產(chǎn)機(jī)組問世， 80 年代又相繼從國外引進(jìn)各種 300mw 以上的爐型，均無一例外為中間再熱機(jī)組，所以有關(guān)再熱汽溫調(diào)節(jié)問題也引起了鍋爐界同仁的關(guān)注。國產(chǎn)鍋爐的再熱汽調(diào)溫方式大致上經(jīng)歷了 3 個(gè)發(fā)展階段，即:(1) 煙氣再循環(huán)調(diào)溫技術(shù)，早在 70 年代上海鍋爐廠生產(chǎn)的配 125mw 機(jī)組的400mw 鍋爐采用這一技術(shù), 其中多數(shù)是燃煤機(jī)組。(2) 80 年代中尾部分隔煙道擋板再熱汽調(diào)溫方式得到鍋爐制造廠的青睞。隨后成立的北京巴威公司生產(chǎn)的 300mw 和 600mw 鍋爐也采用了這種調(diào)溫方式。(3) 80 年代后期隨大型電站鍋爐引進(jìn)美國 ce 公

16、司技術(shù)后，以 ce 公司鍋爐技術(shù)特方式之一的擺動(dòng)燃燒器調(diào)節(jié)再熱汽溫，已作為 300mw 等以上容量鍋爐的調(diào)溫手段。此外， 汽汽熱交換面式減溫器也曾用于某些 200mw 鍋爐的再熱汽溫調(diào)節(jié)，但受先天性缺陷的限制，如管組和閥門的泄漏、調(diào)溫幅度小和動(dòng)態(tài)特性差等, 影響了其效能。近幾年來, 隨著各地工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展,電力建設(shè)事業(yè)進(jìn)展極快，各電廠均注重降低煤耗和發(fā)電成本, 爭取低價(jià)上網(wǎng), 而且由于地方電網(wǎng)裝機(jī)總量的增大， 一些 200mw 甚至 300mw 容量的機(jī)組作調(diào)峰運(yùn)行已屢見不鮮，低負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性已提上日程; 過去影響機(jī)組安全運(yùn)行的問題多半已解決， 電廠領(lǐng)導(dǎo)和職能、運(yùn)行管理人員所關(guān)心的已是“

17、挖潛節(jié)能”， 故對于再熱汽調(diào)溫問題已十分重視。1.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國內(nèi)的現(xiàn)狀是大部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)老化或技術(shù)不夠先進(jìn)，我們國內(nèi)有很好的控制理論和控制系統(tǒng)，但是到執(zhí)行機(jī)構(gòu)這里就出現(xiàn)問題了！就好像一個(gè)人有靈活的大腦，卻有笨拙的四肢，無法很好的支配一樣。彭城電廠再熱器控制系統(tǒng)就是一例，它就是以擺動(dòng)燃燒器噴嘴為主要調(diào)節(jié)，微量噴水調(diào)節(jié)為輔助調(diào)節(jié)的控制手段。它的控制系統(tǒng)“軟件”沒有問題，但是執(zhí)行機(jī)構(gòu)這個(gè)“硬件”就有問題了：如四角不能同時(shí)擺動(dòng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀、燃燒器擺角下垂(出現(xiàn)單個(gè)燃燒器下垂，也有整組燃燒器下垂)，這些問題曾導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行中燃燒不穩(wěn)定，甚至造成鍋爐滅火。經(jīng)多次檢修處理，卻不能解決這些問題，

18、不得不將燃燒器擺角固定在一定的角度，不再參與再熱汽溫調(diào)節(jié)。因此微量噴水調(diào)節(jié)就成為正常工況下汽溫調(diào)整的唯一手段。由于完全依賴噴水調(diào)節(jié)再熱汽溫，導(dǎo)致運(yùn)行過程中所投入的減溫水量超過設(shè)計(jì)值。如在額定設(shè)計(jì)工況下減溫水用量是 5.0 t/h，實(shí)際中需投用減溫水量達(dá)到2030 t/h。噴水量大幅度地頻繁變化，導(dǎo)致減溫器后的汽溫變化幅度超過規(guī)定范圍，對減溫器后的管道產(chǎn)生更大的熱應(yīng)力。國內(nèi)發(fā)展趨勢是盡量恢復(fù)燃燒器擺角作為再熱汽溫的主調(diào)節(jié)手段；改善被控對象的控制品質(zhì)；負(fù)荷變化時(shí)，使再熱汽溫盡可能穩(wěn)定1?；?ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)32 ovation 介紹2.1 西屋 ovation 介紹ovat

19、ion 分散控制系統(tǒng)由 westinghouse process control.inc(wpc)西屋公司推出具有多任務(wù)、數(shù)據(jù)采集、潛在控制能力和開放式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，是工業(yè)中較為可靠、能是實(shí)時(shí)響應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)。ovation 系統(tǒng)利用對一個(gè)當(dāng)前最新的分布式、全局型、的重要的相關(guān)數(shù)據(jù)庫做一次瞬態(tài)和透明的訪問來完成對回路的控制，全局分布式數(shù)據(jù)庫將功能分散到多個(gè)可并行運(yùn)行的獨(dú)立站點(diǎn)，而非集中到一個(gè)中央處理器上，可集中在指定的功能上不斷運(yùn)行，不因其他事件的干擾而影響系統(tǒng)性能。該系統(tǒng)具有在多臺(tái) 200mw 機(jī)組上成功使用的經(jīng)驗(yàn)，且開放性、可擴(kuò)展性和可連接性較好。該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（das） 、自動(dòng)調(diào)節(jié)控制

20、系統(tǒng)（mcs） 、順序控制系統(tǒng)（scs） 、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（fsss） 、汽機(jī)電調(diào)控制系統(tǒng)（deh） 、電氣監(jiān)控系統(tǒng)（ecs）和汽機(jī)危機(jī)跳閘系統(tǒng)（ets）控制等，其中 das、mcs 屬分散控制系統(tǒng)已參與控制的設(shè)備，而 deh、scs、fsss、ets 和ecs 系統(tǒng)屬新納入的控制范圍2。 西屋公司 ovation 系統(tǒng)在總結(jié) wdpf 系統(tǒng)大量使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上容納了最新技術(shù)成就，于 1997 年 9 月正式在我國市場投放。 ovation 系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是以開放的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)貫穿整個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)控制器、人機(jī)界面、i/o 模件、數(shù)據(jù)庫和工具軟件，都按計(jì)算機(jī)開放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，選用商品化硬件

21、和軟件。ovation 系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）使本 dcs 系統(tǒng)可隨著世界計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)步；（2）延長了 dcs 系統(tǒng)的可用性；（3）更易于軟件開發(fā)和應(yīng)用；（4）易于吸納第三方開發(fā)的高性能應(yīng)用軟件；（5）易于實(shí)現(xiàn)全廠乃至整個(gè)電力局系統(tǒng)的信息一體化。2.2 ovation 控制系統(tǒng)的特點(diǎn)一 ovation 控制器處理功能強(qiáng)大：（1） intel 奔騰處理器 （2） 執(zhí)行模擬、順序控制（3） 單個(gè)控制器容納 16000 點(diǎn)（4） 5 個(gè)控制區(qū), 每個(gè)控制區(qū)執(zhí)行速度可調(diào)節(jié) (10 ms - 30ms)（5） 離線仿真能力（6） 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) posix 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（7） 采用的操作系統(tǒng)相同沈陽

22、工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4二 ovation 控制器標(biāo)準(zhǔn) pc 結(jié)構(gòu)（1） 帶無源 pci 總線，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) pc 結(jié)構(gòu) （2） 直接與 wdpf q-line 和 ovation i/o 接口（3） 支持第三方設(shè)備、現(xiàn)場級(jí)設(shè)備的接入三 ovation 控制器最大限度容錯(cuò)設(shè)計(jì)（1） 冗余的處理器、電源和通訊（2） 自動(dòng)無擾動(dòng)切換（3） 32 位多任務(wù)環(huán)境（4） i/o 總線故障隔離（5） 完善的內(nèi)置診斷功能（6） 無源底板，無源部件（7） 極少線路, 高可靠四 ovation 操作員站強(qiáng)大、靈活的過程監(jiān)控能力（1） 過程圖顯示（2） 同時(shí)監(jiān)控 8 幅過程圖，支持雙 crt 顯示（3） 矢量格式，

23、任一窗口可無級(jí)縮放（4） 小于 1 秒的畫面響應(yīng)速度（5） 支持過程圖組顯示（6） 趨勢組監(jiān)控（7） 同時(shí)監(jiān)控 4 幅實(shí)時(shí)趨勢4 幅歷史趨勢，每幅趨勢 8 點(diǎn)（8） 趨勢表顯示（9） 多種布置方式可選基于 ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)53 火力發(fā)電廠發(fā)電工藝簡介3.1 火力發(fā)電廠概述火力發(fā)電廠是利用化石燃料燃燒釋放的熱能發(fā)電的動(dòng)力設(shè)施，包括燃料燃燒釋熱和熱能電能轉(zhuǎn)換以及電能輸出的所有設(shè)備、裝置、儀表器件，以及為此目的設(shè)置在特定場所的建筑物、構(gòu)筑物和所有有關(guān)生產(chǎn)和生活的附屬設(shè)施。主要有蒸汽動(dòng)力發(fā)電廠、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電廠幾種類型。3.1.1 火力發(fā)電廠基本原理電磁感應(yīng)理論：任何

24、變化的電場都要在其周圍空間產(chǎn)生磁場，任何變化的磁場都要在其周圍空間產(chǎn)生電場。熱力學(xué)第一定律：熱可以變?yōu)楣?，功也可以變?yōu)闊?，消耗一定熱量時(shí)，必產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的功，消耗一定量的功時(shí)，必出現(xiàn)相應(yīng)數(shù)量的熱。熱力學(xué)第二定律：高溫物體的熱能可以自動(dòng)傳遞給低溫物體，而低溫物體的熱能卻不能自動(dòng)地傳遞給高溫物體。機(jī)械能可以自動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱能，而熱能卻不能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 3.1.2 主要生產(chǎn)過程簡述 儲(chǔ)存在煤場中的原煤由輸煤設(shè)備從煤場送到鍋爐的原煤斗中，再由給煤機(jī)送到磨煤機(jī)中磨成煤粉。煤粉送至分離器進(jìn)行分離，合格的煤粉送到煤粉倉儲(chǔ)存(倉儲(chǔ)式鍋爐)。煤粉倉的煤粉由給粉機(jī)送到鍋爐本體的噴燃器，由噴燃器噴到爐膛內(nèi)燃燒(直

25、吹式鍋爐將煤粉分離后直接送入爐膛)。燃燒的煤粉放出大量的熱能將爐膛四周水冷壁管內(nèi)的水加熱成汽水混合物?；旌衔锉诲仩t汽包內(nèi)的汽水分離器進(jìn)行分離，分離出的水經(jīng)下降管送到水冷壁管繼續(xù)加熱，分離出的蒸汽送到過熱器，加熱成符合規(guī)定溫度和壓力的過熱飽和蒸汽，經(jīng)管道送到汽輪機(jī)做功。過熱蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)做功推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電通過發(fā)電機(jī)端部的引線經(jīng)變壓器升壓后引出送入電網(wǎng)。在汽輪機(jī)內(nèi)作完功的過熱蒸汽被凝汽器冷卻成凝結(jié)水，凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)泵送到低壓加熱器加熱，然后送到除氧器除氧，再經(jīng)給水泵送到高壓加熱器加熱后,送到鍋爐繼續(xù)進(jìn)行熱力循環(huán)。再熱式機(jī)組采用中間再熱過程，把在汽輪機(jī)高壓

26、做功之后的蒸汽送到鍋爐的再熱器中再熱，溫度合格的再熱蒸汽被送到汽輪機(jī)中、低壓缸繼續(xù)推動(dòng)汽輪機(jī)做功，如圖 2.1。 以上只簡單地講述了電廠從煤到電的過程，但是實(shí)際上每個(gè)設(shè)備中所進(jìn)行過程都十分復(fù)雜，除了主要設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)外，還有自動(dòng)控制保護(hù)以及設(shè)計(jì)計(jì)算、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等問題。沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6圖 2.1 火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程3.2 火電廠三大控制系統(tǒng)3.2.1 鍋爐給水控制系統(tǒng)汽包鍋爐給水控制的主要任務(wù)是使鍋爐的給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量，保證鍋爐進(jìn)出的物質(zhì)平衡和正常運(yùn)行所需的工質(zhì)，對于國產(chǎn) 300mw 機(jī)組普通采用的汽包鍋爐來說，就是維持汽包水位在允許范圍內(nèi)變化。所以，鍋爐給水控制又

27、稱“鍋爐水位控制” 。汽包水位間接地反映了鍋爐內(nèi)物質(zhì)平衡狀況（主要是蒸汽負(fù)荷與給水量的平衡關(guān)系） ，因此，它是表征鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)之一，也是保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要條件之一。汽包水位過高，會(huì)降低汽包內(nèi)汽水分離裝置的汽水分離效果，導(dǎo)致出口蒸汽水分過多，使其含鹽濃度增大，從而使過熱器管壁結(jié)垢而導(dǎo)致燒壞過熱器；汽包出口蒸汽中水分過多，還會(huì)使過熱汽溫產(chǎn)生急劇變化；而且使汽輪機(jī)葉片也易于結(jié)垢，降低汽輪機(jī)的出力，直接影響機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。汽包水位過低，則會(huì)破壞鍋爐的水循環(huán)，使某些水冷壁管束得不到爐水冷卻而燒壞，甚至引起鍋爐爆炸事故。因此，為保證機(jī)組安全運(yùn)行，正常情況下一般限制汽包水位在-50

28、+50mm 范圍內(nèi)變化?；?ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)7鍋爐水位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，不僅可提高鍋爐汽輪機(jī)組的安全性，還可提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。采用自動(dòng)控制會(huì)使鍋爐的給水連續(xù)均勻、相對穩(wěn)定，從而使鍋爐汽壓穩(wěn)定，保證鍋爐在合適的參數(shù)下穩(wěn)定運(yùn)行，使鍋爐具有較高的運(yùn)行效率。因此，電廠鍋爐的給水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制以及自動(dòng)控制系統(tǒng)保持優(yōu)良的工作性能是十分重要性的3。3.2.2 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)鍋爐過熱蒸汽溫度是影響鍋爐生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)?，F(xiàn)代鍋爐的過熱器是在高溫、高壓的條件下工作，過熱器出口的過熱蒸汽溫度是全廠整個(gè)汽水行程中工質(zhì)溫度的最高點(diǎn)，也是金屬壁溫的最高處。過熱器采用的是耐高溫、

29、高壓的合金鋼材料，過熱器正常運(yùn)行時(shí)的溫度已接近材料所允許的最高溫度。如果過熱蒸汽溫度過高，容易燒壞過熱器，也會(huì)使蒸汽管道、汽輪機(jī)內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過大的熱膨脹變形而毀壞，影響機(jī)組的安全運(yùn)行；如果過熱蒸汽溫度過低，將會(huì)降低全廠的熱效率，一般蒸汽溫度每降低 510，熱效率約降低 1%，不僅增加燃料消耗量，浪費(fèi)能源，而且還將使汽輪機(jī)最后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，加速汽輪機(jī)葉片的水蝕。另外，過熱蒸汽溫度降低還會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)高壓部分級(jí)的焓降減小，引起各級(jí)反動(dòng)度增大，軸向推力增大，也對汽輪機(jī)的安全運(yùn)行帶來不利。所以，過熱蒸汽溫度過高或過低都是生產(chǎn)過程所不允許的。為了保證過熱蒸汽的品質(zhì)和生產(chǎn)過程的安全性、經(jīng)濟(jì)性，過熱

30、蒸汽溫度必須通過自動(dòng)化手段加以控制。因此，過熱蒸汽溫度的控制任務(wù)是：維持過熱器出口蒸汽溫度在生產(chǎn)允許的范圍內(nèi)，一般要求過熱蒸汽溫度的偏差不超過額定值(給定值)的+5-101。3.2.3 再熱蒸汽溫度控制系在大型機(jī)組中，新蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)膨脹做功后，需再送回到鍋爐再熱器中加熱升溫，然后再送人汽輪機(jī)中、低壓缸繼續(xù)做功。采取蒸汽中間再熱可以提高電廠循環(huán)熱效率，降低汽輪機(jī)末端葉片的蒸汽濕度，減少汽耗等。為了提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，大型火力發(fā)電機(jī)組廣泛采用了蒸汽中間再熱技術(shù)。因此，再熱器出口蒸汽溫度的控制成為大型火力發(fā)電機(jī)組不可缺少的一個(gè)控制項(xiàng)目。再熱蒸汽溫度控制的意義與過熱蒸汽溫度控制一樣，是為了保證

31、再熱器、汽輪機(jī)等熱力設(shè)備的安全，發(fā)揮機(jī)組的運(yùn)行效率，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性。再熱蒸汽溫度控制的任務(wù)，是保持再熱器出口蒸汽溫度在動(dòng)態(tài)過程中處于允許的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時(shí)等于給定值。沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）84 再熱蒸汽溫度檢測控制系統(tǒng)4.1 火電廠再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)概述4.1.1 再熱蒸汽溫度檢測控制的意義與任務(wù)在大容量、高參數(shù)機(jī)組中，新蒸汽在汽輪機(jī)高壓缸內(nèi)膨脹做功后，需送回到鍋爐再熱器中加熱升溫，然后再送人汽輪機(jī)中、低壓缸繼續(xù)做功。這樣可以提高機(jī)組的循環(huán)效率，并防止汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽帶水，減少汽耗，提高熱經(jīng)濟(jì)性。提高再熱蒸汽溫度對于提高循環(huán)效率是十分重要的，但受金屬材料的限制，目前一般機(jī)組的再熱蒸汽溫度

32、都控制在 560以下。另一方面，在鍋爐運(yùn)行中，再熱器出口溫度更容易受到負(fù)荷和燃燒工況等因素的影響而發(fā)生變化，而且變化的幅度是相當(dāng)大的，如果不進(jìn)行控制，可能造成中壓缸轉(zhuǎn)子與汽缸產(chǎn)生較大的熱變形，引起汽輪機(jī)振動(dòng)，造成事故。因此，再熱器出口蒸汽溫度的控制成為大型火力發(fā)電機(jī)組不可缺少的一個(gè)控制項(xiàng)目。再熱蒸汽溫度控制的意義與過熱蒸汽溫度控制一樣，是為了保證再熱器、汽輪機(jī)等熱力設(shè)備的安全，發(fā)揮機(jī)組的運(yùn)行效率，提高電廠的經(jīng)濟(jì)性。再熱汽溫控制系統(tǒng)的任務(wù)是保持再熱器出口蒸汽溫度在動(dòng)態(tài)過程中處于允許的范圍內(nèi)，穩(wěn)態(tài)時(shí)等于給定值。4.1.2 再熱蒸汽的特點(diǎn)在電力工業(yè)的長期發(fā)展過程中，通過蒸汽的初參數(shù)不斷變化來提高電廠

33、的循環(huán)熱效率。但蒸汽溫度的進(jìn)一步提高受到高溫鋼材的限制，現(xiàn)大多數(shù)電站鍋爐的過熱汽溫維持在 540-555 度的水平，僅提高壓力而不相應(yīng)的提高過熱蒸汽的溫度，會(huì)使蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)膨脹終止時(shí)的濕度過高，從而影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。再熱循環(huán)的利用一方面可以進(jìn)一步提高循環(huán)的熱效率（采用一次再熱可使循環(huán)效率提高 4%6%，二次再熱可提高 6%8%） ，另一方面可以把汽輪機(jī)末級(jí)葉片的蒸汽溫度控制在允許的范圍內(nèi)。蒸汽參數(shù)的提高使水的蒸發(fā)熱減少，過熱熱增加，使鍋爐受熱面的布置發(fā)生變化，為增加爐內(nèi)吸熱量，在爐內(nèi)除布置蒸發(fā)受熱面外，還要布置過熱受熱面，因此再熱器的低溫級(jí)在爐內(nèi)以壁式再熱器或屏式再熱器形式存在，高溫再熱

34、器一般采用對流式。由于再熱器是加熱壓力較低的蒸汽，且所加熱的蒸汽為在高壓缸內(nèi)作功的蒸汽，故與過熱蒸汽相比有以下特點(diǎn)：（1） 再熱器的工作條件較差由于再熱蒸汽壓力低，在相同的蒸汽流速下，管內(nèi)壁對再熱蒸汽的放熱系數(shù)比過熱蒸汽小得多（對于鐵嶺發(fā)電廠 1021t/h 亞臨界壓力鍋爐，在額定工況時(shí)的再熱蒸汽放熱基于 ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)9系數(shù)僅為過熱蒸汽的 20%左右） ，所以再熱蒸汽對管壁的冷卻能力差，即在受熱面負(fù)荷相同的情況下，管壁與蒸汽間的溫差較過熱器大。（2） 再熱器系統(tǒng)的阻力對機(jī)組的熱效率有較大影響再熱器的位置使該系統(tǒng)的阻力對蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的有效焓降有很大影響，從而使熱耗和熱

35、效率相應(yīng)減小，降低阻力既降低流速又會(huì)使通流面積過大，金屬耗量加大。（3） 再熱器對汽溫偏差比較敏感因蒸汽比熱隨壓力降低而減少，再熱蒸汽的壓力遠(yuǎn)比過熱蒸汽低，所以在相同的熱偏差條件下，在偏差管與平均管的焓增差相同的情況下，所引起的出口汽溫偏差比過熱蒸汽大。從改善熱偏差的角度看，應(yīng)在再熱器系統(tǒng)中增加混合交叉次數(shù)，但要考慮流動(dòng)阻力加大的負(fù)面影響，鐵嶺電廠僅在低溫再熱器和高溫再熱器間采用一次交叉換熱。（4）運(yùn)行工況變化對再熱汽溫影響較大當(dāng)運(yùn)行工況變化時(shí)（如鍋爐出力、過量空氣系數(shù)、火焰中心位置等）將使受熱面的吸熱量及蒸汽的焓增發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使出口汽溫的變化，在焓增相同的情況下，再熱汽溫的變化量要比

36、過熱蒸汽大。（5）運(yùn)行方式對汽溫的影響較大再熱器一般安裝在以對流熱交換為主的鍋爐煙道內(nèi)，所以再熱汽溫受煙氣流量及煙溫的影響較大，同時(shí)再熱汽溫又受汽輪機(jī)高壓缸排汽壓力和溫度的影響，對定壓運(yùn)行而言這種影響很大，變壓運(yùn)行時(shí)由于調(diào)門處于全開或部分全開，使流量、溫差等因素均有利于維持主汽溫和再熱溫度，故溫度變化較小。當(dāng)定壓運(yùn)行時(shí)，一般負(fù)荷每降低 1%，再熱汽溫降低近 1%度。4.1.3 再熱蒸汽溫度的影響因素影響再熱蒸汽溫度的因素很多，例如機(jī)組負(fù)荷的大小，火焰中心位置的高低，煙氣側(cè)的煙氣溫度和煙速(煙氣流量)的變化，各受熱面積灰的程度，燃料、送風(fēng)和給水的配比情況，給水溫度的高低，汽輪機(jī)高壓缸排汽參數(shù)等，

37、其中最為突出的影響因素是負(fù)荷擾動(dòng)和煙氣側(cè)的擾動(dòng)。由于再熱蒸汽的汽壓低，重量流速小，傳熱參數(shù)小，所以再熱器一般布置在鍋爐的后煙井或水平煙道中，它具有純對流受熱面的汽溫靜態(tài)特性單位重量工質(zhì)的吸熱量隨負(fù)荷的下降而降低。而且，當(dāng)機(jī)組蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，再熱蒸汽溫度的變化幅度比過熱蒸汽溫度的變化幅度要大，上例如，某機(jī)組負(fù)荷降低 30時(shí)，再熱蒸汽溫度下降 2835，差不多是負(fù)荷每降低 1再熱蒸汽溫度下降 1。因此，負(fù)荷擾動(dòng)對再熱汽溫的影響最為突出。由于煙氣側(cè)的擾動(dòng)是沿整個(gè)再熱器管長進(jìn)行的，所以它對再熱蒸汽溫度的影響也比較顯著。但煙氣側(cè)的擾動(dòng)對再熱蒸汽溫度的影響存在著管外至管內(nèi)的傳熱過程，所以它的影響程度次于蒸

38、汽負(fù)荷的擾動(dòng)。沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）104.1.4 再熱蒸汽溫度控制的方法手段再熱汽溫的控制一般以煙氣側(cè)控制為主要控制手段，可采用的煙氣控制方法有：改變煙氣再循環(huán)流量、變換煙氣擋板位置來改變通過再熱器的煙氣分流量、改變?nèi)紵鞯膬A斜角度來改變火焰中心位置、采用多層布置圓型燃燒器等。此外，還可以采用微量噴水和事故噴水來配合減溫。(1) 采用煙氣再循環(huán)控制再熱汽溫的自動(dòng)控制系統(tǒng)煙氣再循環(huán)法是利用煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)，將部分煙氣從省煤器后抽出，再從爐底冷灰斗外送入爐膛，形成再循環(huán)煙氣流量。低溫?zé)煔馑腿霠t膛底部可降低爐膛溫度，以減少爐膛的輻射傳熱，從而提高爐膛出口煙氣的溫度和流速，使再熱器的對流傳熱加強(qiáng)

39、，達(dá)到調(diào)溫的目的。例如，當(dāng)負(fù)荷降低而使再熱汽溫降低時(shí)，可通過開大再循環(huán)風(fēng)機(jī)的出口擋板來增加再循環(huán)煙氣的流量，使再熱汽溫升高，煙氣再循環(huán)裝置如圖 4.1 所示。煙氣再循環(huán)對主汽溫產(chǎn)生正向影響，即調(diào)高再熱汽溫時(shí)，同時(shí)主汽溫度升高。另外，煙氣再循環(huán)對主蒸汽壓力和蒸汽流量也要造成擾動(dòng)，如圖 4.2 所示。若由于某種原因使再熱汽溫升高，這時(shí)起升溫作用的煙氣再循環(huán)裝置顯然是不需要投入的，只能用事故噴水進(jìn)行再熱汽溫控制。當(dāng)再循環(huán)設(shè)備停用時(shí)應(yīng)自動(dòng)打開熱風(fēng)門，引入壓力稍高的熱風(fēng)將爐膛煙氣封鎖，以防止高溫爐膛煙氣經(jīng)擋板縫隙倒流入再循環(huán)煙道而燒壞設(shè)備?？傊捎迷傺h(huán)煙氣控制再熱汽溫的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)靈敏，調(diào)溫幅度大；缺

40、點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且易造成對其他參數(shù)的擾動(dòng)。另外，再循環(huán)風(fēng)機(jī)工作條件惡劣，容易磨損和腐蝕，風(fēng)機(jī)增加了長用電消耗。圖 4.1 煙氣再循環(huán)示意圖基于 ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)11圖 4.2 煙氣再循環(huán)對其他參數(shù)的影響圖 4.3 利用煙氣再循環(huán)的再熱汽溫汽溫控制系統(tǒng)沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12采用煙氣再循環(huán)控制再熱汽溫的自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖 4.3 所示。該系統(tǒng)工作原理如下：再熱汽溫 在比較器 內(nèi)與給定值（由 a 產(chǎn)生）比較，當(dāng)汽溫低時(shí)，偏差值為正信號(hào)，此信號(hào)進(jìn)入調(diào)節(jié)器 pi1，其輸出經(jīng)執(zhí)行器 kz 去控制煙氣擋板開度，增大煙氣再循環(huán)量，以控制再熱汽溫。在加法器中引入了送風(fēng)量信號(hào) v

41、g 作為比值控制信號(hào)，送風(fēng)量 v 反映了鍋爐負(fù)荷大小，同時(shí)能提前反映汽溫的變化。當(dāng) v 增加時(shí)，汽溫升高，故 v 按負(fù)向送入調(diào)節(jié)器。函數(shù)模塊 f（x）是用來修正風(fēng)量和再循環(huán)煙氣量的關(guān)系的，風(fēng)量增加時(shí)，相應(yīng)的煙氣再循環(huán)量應(yīng)減少，乘法器采用煙溫信號(hào)修正再循環(huán)煙氣量。當(dāng)再熱蒸汽超溫時(shí)，比較器 輸出為負(fù)值，pi1 輸出負(fù)信號(hào)直至關(guān)緊煙氣再循環(huán)擋板，煙氣再循環(huán)失去調(diào)溫作用。同時(shí)，比較器 的輸出通過反相器-k1，比例偏置器 去噴水調(diào)節(jié)器 pi2，開動(dòng)噴水調(diào)節(jié)閥去控制再熱汽溫，負(fù)汽溫偏差信號(hào)經(jīng)反相器-k2 去偏差報(bào)警器，實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警，同時(shí)繼電器打開熱風(fēng)門，用熱風(fēng)將循環(huán)煙道堵住，防止因高溫爐煙倒流入再循環(huán)煙道

42、而燒壞設(shè)備。當(dāng)再熱汽溫恢復(fù)到給定值時(shí)，比較器輸出為零，pi2 關(guān)死噴水門，偏差報(bào)警信號(hào)通過繼電器關(guān)閉熱風(fēng)門，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)重新投入工作。(2) 采用煙氣擋板控制再熱汽溫的控制系統(tǒng)此控制方案也可稱之為“旁路煙道法” ，即通過控制煙氣檔板的來改變流過過熱器受熱面和再熱器受熱面的煙氣分配比例，從而達(dá)到控制再熱汽溫的目的。煙氣擋板在爐內(nèi)的布置情況如圖 4.4 所示。采用這種方法時(shí)，鍋爐的尾部煙道分為兩部分，在主煙道中布置低溫再熱器，旁路煙道中布置低溫過熱器，煙氣擋板布置在煙溫較低的省煤器下面。采用煙氣擋板調(diào)溫的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便；缺點(diǎn)是調(diào)溫的靈敏度較差、調(diào)溫幅度也較小。此外，擋板開度和汽溫變

43、化也不成線性關(guān)系。為此，通常將主、旁兩側(cè)擋板按相反方向聯(lián)動(dòng)聯(lián)接，以加大主煙道的煙氣量的變化和克服擋板的非線性。圖 4.4 煙氣擋板在煙道內(nèi)布置示意圖當(dāng)采用改變煙氣流量作為控制再熱汽溫的手段時(shí)，控制通道的遲延和慣性較小，因此原則上只需采用單回路控制系統(tǒng)控制再熱汽溫。考慮到負(fù)荷變化是引起再熱汽溫變化基于 ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)13的主要擾動(dòng)，把主蒸汽量（負(fù)荷）作為前饋信號(hào)引入控制系統(tǒng)將有利于再熱汽溫的穩(wěn)定，圖 4.5 給出了改變煙氣擋板位置控制再熱汽溫的一種方案。其工作原理如下：正常情況下即當(dāng)再熱汽溫處于給定值附近變化時(shí)，通過改變煙氣擋板開度來消除再熱汽溫的偏差，蒸汽流量 d 作為

44、負(fù)荷前饋信號(hào)通過函數(shù)模塊 f3（x）去直接控制煙氣擋板。當(dāng) f3（x）的參數(shù)整定合適時(shí)，能使負(fù)荷變化時(shí)的再熱汽溫保持基本不變或變化很小。反相器k 用以使兩個(gè)擋板反向作用。噴水減溫調(diào)節(jié)器 pi2 也是以再熱汽溫作為被調(diào)信號(hào)，但此信號(hào)通過比例偏置器 被疊加了一個(gè)負(fù)偏置信號(hào)（它的大小相當(dāng)于再熱汽溫允許的超溫限值） 。這樣，當(dāng)再熱汽溫正常時(shí)，噴水調(diào)節(jié)器的入口端始終只有一個(gè)負(fù)偏差信號(hào)，它使噴水閥全關(guān)。只有當(dāng)再熱汽溫超過規(guī)定的限值時(shí)，調(diào)節(jié)器的入口偏差才會(huì)變?yōu)檎?，從而發(fā)出噴水減溫閥開的指令，這樣可防止噴水門過分頻繁的動(dòng)作而降低機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。圖 4.5 采用煙氣擋板控制再熱汽溫的系統(tǒng)當(dāng)采用改變煙氣流量作為控制

45、再熱汽溫的手段時(shí)，控制通道的遲延和慣性較小，因此原則上只需采用單回路控制系統(tǒng)控制再熱汽溫?？紤]到負(fù)荷變化是引起再熱汽溫變化的主要擾動(dòng)，把主蒸汽量（負(fù)荷）作為前饋信號(hào)引入控制系統(tǒng)將有利于再熱汽溫的穩(wěn)定，圖 4.5 給出了改變煙氣擋板位置控制再熱汽溫的一種方案。其工作原理如下：正常情況下即當(dāng)再熱汽溫處于給定值附近變化時(shí)，通過改變煙氣擋板開度來消除再熱汽溫的偏差，蒸汽流量 d 作為負(fù)荷前饋信號(hào)通過函數(shù)模塊 f3（x）去直接控制煙氣擋板。當(dāng) f3（x）的參數(shù)整定合適時(shí)，能使負(fù)荷變化時(shí)的再熱汽溫保持基本不變或變化很小。反相器k 用以使兩個(gè)擋板反向作用。噴水減溫調(diào)節(jié)器 pi2 也是以再熱汽溫作為被調(diào)信號(hào)，

46、但此信號(hào)通過比例偏置器 被疊加了一個(gè)負(fù)偏置信號(hào)（它的大小沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14相當(dāng)于再熱汽溫允許的超溫限值） 。這樣，當(dāng)再熱汽溫正常時(shí)，噴水調(diào)節(jié)器的入口端始終只有一個(gè)負(fù)偏差信號(hào)，它使噴水閥全關(guān)。只有當(dāng)再熱汽溫超過規(guī)定的限值時(shí)，調(diào)節(jié)器的入口偏差才會(huì)變?yōu)檎?，從而發(fā)出噴水減溫閥開的指令，這樣可防止噴水門過分頻繁的動(dòng)作而降低機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。(3) 采用擺動(dòng)燃燒器法控制再熱汽溫的自動(dòng)控制系統(tǒng)燃燒器擺動(dòng)角度對爐膛出口煙溫的影響如圖 4.6 所示。由圖知，燃燒器上傾時(shí)可提高爐膛出口煙氣溫度，燃燒器下傾時(shí)可降低爐膛出口煙氣溫度，因此改變?nèi)紵鲀A角能夠控制再熱汽溫。此外，該機(jī)組還以減溫噴水作為控制再熱汽

47、溫的輔助手段。圖 4.6 燃燒器傾角對爐膛出口煙溫通過改變?nèi)紵鲀A斜角度來改變爐膛火焰中心的位置和爐膛出口的煙氣溫度，使各受熱面的吸熱比例相應(yīng)發(fā)生變化，達(dá)到控制再熱汽溫的目的。燃燒器擺動(dòng)角度對爐膛出口煙溫的影響如圖 4.6 所示。由圖知，燃燒器上傾時(shí)可提高爐膛出口煙氣溫度，燃燒器下傾時(shí)可降低爐膛出口煙氣溫度，因此改變?nèi)紵鲀A角能夠控制再熱汽溫。圖 4.7 是采用該方法的一個(gè)控制系統(tǒng)圖。燃燒器控制系統(tǒng)是一個(gè)單回路控制系統(tǒng)，定值器 a 給出的再熱汽溫設(shè)定值經(jīng)過主蒸汽流量 d 的 f1（x）修正后作為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，與再熱器出口汽溫 比較，其偏差值送入 pi1 調(diào)節(jié)器。為了抑制負(fù)荷擾動(dòng)引起的再熱汽溫

48、變化，系統(tǒng)增加了主蒸汽流量的前饋補(bǔ)償回路，補(bǔ)償特性由兩個(gè)函數(shù)模塊 f2（x） 、f3（x）決定，前饋回路由兩個(gè)并行支路構(gòu)成，送入小選模塊的一路在動(dòng)態(tài)過程中可以加強(qiáng)控制作用。當(dāng)再熱汽溫超出給定值，偏差達(dá)一定值時(shí)，噴水減溫系統(tǒng)便自動(dòng)投入，通過噴水減溫來限制再熱汽溫的升高。該系統(tǒng)的 pi2 調(diào)節(jié)器的測量值為再熱汽溫的偏差信號(hào)，設(shè)定值為再熱汽溫偏差允許值。同樣為了改善控制過程的品質(zhì)，這里也引入了由 f4（x）構(gòu)成的蒸汽流量動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，原理同前述?；?ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)15圖 4.7 采用擺動(dòng)燃燒器控制的系統(tǒng) (4) 采用微量噴水和事故噴水減溫?zé)煔鈸醢蹇刂苹蛉紵鲾[角控制的輔助控制手

49、段，是微量噴水和事故噴水減溫。當(dāng)用煙氣擋板或改變?nèi)紵鲾[角不能將再熱汽溫控制住時(shí)，并且再熱汽溫高過一定值時(shí)，則通過噴水快速降低再熱汽溫。但用減溫水控制再熱汽溫會(huì)降低機(jī)組的循環(huán)效率，因?yàn)樵贌崞鞑扇娝疁p溫時(shí)，將減小效率較高的高壓汽缸內(nèi)的蒸汽流量，降低了機(jī)組的熱效率，所以在正常情況下，再熱蒸汽溫度不宜采用噴水調(diào)溫方式。但噴水減溫方式簡單、靈敏、可靠，所以可以將其作為再熱蒸汽溫度超過極限的事故情況下的一種保護(hù)手段。4.2 基于 ovation 的 300mw 機(jī)組再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述在現(xiàn)階段，比較成熟的再熱器調(diào)溫手段主要有以下幾種：改變煙氣再循環(huán)流量、變換煙氣擋板位置來改變通過再熱器的煙氣分

50、流量、改變?nèi)紵鞯膬A斜角度來改變火焰中心位置、采用多層布置圓型燃燒器、汽汽熱交換器調(diào)溫以及微量噴水和事故噴水等方法。 （各種方法在前一章節(jié)已有詳細(xì)介紹，在此不再重復(fù)）這幾種調(diào)溫方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，難以對其評(píng)價(jià)孰優(yōu)孰劣，但由于煙氣擋板以及擺動(dòng)式燃燒器設(shè)備簡單安全，控制靈活，無需額外的輔助動(dòng)力要求，而且能夠?qū)崿F(xiàn)雙向調(diào)溫。所以在本次設(shè)計(jì)中，我將采用這兩種方法進(jìn)行再熱汽溫的調(diào)節(jié)，即以改變擺動(dòng)式燃燒器噴嘴傾角為主，微量噴水為輔的控制方案，同時(shí)設(shè)置了事故噴水作為輔助控制手段的調(diào)節(jié)方式。沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16目前，在大型火電廠中普遍采用分散控制系統(tǒng)(dcs)以提高自動(dòng)化水平，提高電廠的安全、經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定

51、運(yùn)行水平。dcs 提供的強(qiáng)大軟硬件支持，以及高速、大容量的計(jì)算能力，為在電廠控制中采用一些先進(jìn)的算法提供了可能。所以，在本次設(shè)計(jì)中我采用美國西屋公司 ovation 控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的組態(tài)和控制。在下一節(jié)中將詳細(xì)介紹鐵嶺發(fā)電廠300mw 機(jī)組再熱汽溫控制系統(tǒng)的工作過程。圖 4.8 再熱蒸汽流程4.3 基于 ovation 的 300mw 機(jī)組再熱汽溫檢測控制系統(tǒng) sama 圖設(shè)計(jì)說明如圖 4.8，過熱蒸汽在高壓缸做功之后送到再熱器進(jìn)行再次加熱，使其成為此壓力下的飽和蒸汽，然后送往中低壓缸繼續(xù)做功。再熱器分為對稱的 a、b 兩側(cè)，在爐膛里的布置也是對稱的。a、b 兩側(cè)各有一個(gè)噴水減溫裝置，由相

52、應(yīng)的減溫噴水控制閥進(jìn)行控制。本節(jié)將詳細(xì)介紹鐵嶺電廠 300mw 機(jī)組再熱汽溫控制系統(tǒng)的工作過程。4.3.1 擺動(dòng)燃燒器控制系統(tǒng)基于 ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)17圖 4.9 溫度測量 sama 圖如圖 4.9 所示，鍋爐左、右兩側(cè)末級(jí)再熱器出口聯(lián)箱上各裝有兩個(gè)出口蒸汽溫度測點(diǎn)，取其平均值作為測量值。再熱蒸汽溫度的給定值由汽輪機(jī)主蒸汽校正后的信號(hào)經(jīng)函數(shù)器轉(zhuǎn)換后與定值器給出的定值信號(hào)經(jīng)相加產(chǎn)生，送入圖 4.10 中的 pid 調(diào)節(jié)器中。在自動(dòng)情況下， pid 輸出信號(hào)直接與燃燒器擺角位置反饋信號(hào)即 zt 求偏差，形成了對燃燒器噴嘴傾角的控制指令，這個(gè)指令信號(hào)共四路并行輸出，最終控制燃燒

53、器四個(gè)噴嘴的傾角,如圖 4.10。在手自動(dòng)情況下，手自動(dòng)切換站的輸出為設(shè)定值。此時(shí)，pid 輸出信號(hào)將與一給定值求和做為噴水減溫主調(diào)節(jié)器的給定值。由邏輯圖可知，當(dāng)燃燒器失敗或四個(gè)點(diǎn)火中的一個(gè)失敗或 mft 和主蒸汽流量25%或一級(jí)壓力壞質(zhì)量或再熱器出口溫度壞質(zhì)量或總風(fēng)量信號(hào)壞質(zhì)量時(shí)，跳擺角手動(dòng)，此時(shí)，調(diào)節(jié)器跟蹤總風(fēng)量信號(hào)與燃燒器噴嘴傾角信號(hào)的差值，以保證切換的平衡無擾動(dòng)。圖 4.10 手自動(dòng)切換 sama 圖沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18圖 4.11 燃燒器擺度控制圖4.3.2 噴水減溫控制系統(tǒng)圖 4.12 噴水減溫 sama 圖1 級(jí)壓力信號(hào)經(jīng)過函數(shù) f(x)運(yùn)算后與設(shè)定值 10 求和，然

54、后分兩路記作信號(hào) e 和 f，這兩個(gè)信號(hào)分別與再熱器 a 側(cè)指令和 b 側(cè)指令進(jìn)行高選，與 a 側(cè)再熱器指令高選的信號(hào)一路與再熱器 a 側(cè)入口溫度信號(hào)求和經(jīng)過高低信號(hào)測試器來進(jìn)行邏輯運(yùn)算，另一路與再熱器 a 側(cè)入口溫度信號(hào)求偏差進(jìn)行 pid 運(yùn)算，輸出的信號(hào)記為 g。經(jīng)過手操作站 g 信號(hào)又分兩路，一路進(jìn)行顯示，另一路與左再熱器噴水調(diào)節(jié)閥位置反饋信號(hào)求和，經(jīng)過高低信號(hào)測試器來控制 a 側(cè)再熱汽溫噴水調(diào)節(jié)閥的位置。b 側(cè)再熱汽出口溫度信號(hào)，一路與 f信號(hào)高選后的信號(hào)求和，經(jīng)過高低信號(hào)測試器進(jìn)行邏輯運(yùn)算。另一路與 f 信號(hào)求偏差進(jìn)基于 ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)19行 pid 運(yùn)算，輸

55、出的信號(hào)與 g 信號(hào)功能相同，一路進(jìn)行顯示，另一路與右再熱器噴水調(diào)節(jié)閥位置反饋信號(hào)求和，經(jīng)高低信號(hào)測試器來控制再熱汽 b 側(cè)調(diào)節(jié)閥的位置。當(dāng)再熱汽溫超出給定值，偏差達(dá)一定值時(shí)，噴水減溫系統(tǒng)便自動(dòng)投入，通過噴水減溫來限制再熱汽溫的升高，可以說噴水減溫控制起到輔助或保護(hù)性質(zhì)減溫作用。該系統(tǒng)采用串級(jí)控制系統(tǒng)，與過熱汽溫二級(jí)減溫控制系統(tǒng)相似。主回路的測量值與擺動(dòng)燃燒器噴嘴控制系統(tǒng)的取值方式相同，設(shè)定值是在擺角控制系統(tǒng)中設(shè)定的方式上加上定值器給值的調(diào)整。副回路的測量值由兩個(gè)測點(diǎn)測得，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器據(jù)偏差信號(hào)控制運(yùn)算后分為兩路分別控制再熱噴水閥 a 和 b。在此系統(tǒng)中，若再熱

56、噴水閥均手動(dòng)控制時(shí)，副調(diào)節(jié)器跟蹤閥門位置反饋，主調(diào)節(jié)器跟蹤再熱器入口溫度的測量值，如圖 4.13。圖 4.13 噴水減溫條件 sama 圖噴水減溫作為燃燒器擺角控制的一種輔助控制手段，只有在燃燒器傾角達(dá)到極限擺動(dòng)角度之后，而且再熱汽溫仍然高于給定值時(shí)，方可投入。用于燃燒器傾角控制器的再熱汽溫給定值和一個(gè)經(jīng)函數(shù)關(guān)系 f(x)運(yùn)算后的 1 級(jí)壓力信號(hào)控制指令信號(hào)進(jìn)行高選，成為減溫水調(diào)節(jié)閥副調(diào)節(jié)器 pid 的設(shè)定值，與再熱器入口溫度信號(hào)為副調(diào)節(jié)器的變量值求偏差，進(jìn)行 pid 運(yùn)算，來控制減溫水調(diào)節(jié)閥的位置。盡管噴水減溫是一種以犧牲熱效率為代價(jià)的再熱汽溫控制手段，但是當(dāng)燃燒器傾角控制效果不太理想時(shí)，往

57、往采用微量噴水控制方案?？紤]到這種情況，鍋爐應(yīng)該在高溫再熱器入口布置微量噴水減溫器，而在低溫再熱器入口布置事故噴水減溫器。噴水減溫沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20系統(tǒng)的減溫水取自再熱減溫水母管，母管水是從給水泵某一抽頭引出的，因此有足夠的壓頭。減溫水經(jīng)過關(guān)斷閥和調(diào)節(jié)閥噴向再熱器入口端?？刂迫紵鲾[角的 pid 分析當(dāng)控制燃燒器擺角的 pid 調(diào)節(jié)時(shí)，控制燃燒器擺角的手操作站。out 投自動(dòng)輸出，輸出為 1 的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過邏輯與運(yùn)算，輸入到控制減溫水調(diào)節(jié)的切換器 2，使 y=1，此時(shí)，set 為 0 輸出，也就是說，手操作站輸出的信號(hào)再和設(shè)定值 信號(hào)求和的信號(hào)不能通過，而是由主蒸汽流量信號(hào)和設(shè)

58、定的信號(hào)求和后，作為主調(diào)節(jié)的 pid 的設(shè)定值，來控制減溫水調(diào)節(jié)閥的位置，此時(shí)，減溫水不起作用，調(diào)節(jié)閥應(yīng)為關(guān)的狀態(tài)。當(dāng)再熱器 a，b 側(cè)溫度出現(xiàn)故障或再熱器平均溫度高或低，或者主燃料跳閘。其中一個(gè)條件成立手操作站投入手動(dòng)信號(hào)，此時(shí) pid 對控制不起作用，開始起跟蹤作用，跟蹤手操作信號(hào)。當(dāng)信號(hào)滿足投自動(dòng)的條件，再此投入自動(dòng)控制，pid 跟蹤的目的是實(shí)現(xiàn)無擾切換，當(dāng)燃料跳閘投手動(dòng)時(shí)，控制燃燒器擺角的設(shè)置點(diǎn)信號(hào)為 50，燃燒器擺角處于水平位置，切換器 2 的 n=1，此時(shí)，減溫水調(diào)節(jié)閥有再熱器出口溫度，主蒸汽流量溫度，和設(shè)定值來控制，此時(shí)，減溫水起作用，噴水降溫，減溫水調(diào)節(jié)閥的 pid 分析當(dāng)再熱

59、器出口溫度和主蒸汽流量信號(hào)都正常時(shí)，經(jīng)過主調(diào)節(jié)器的 pid 的運(yùn)算，與 1級(jí)壓力的設(shè)定值 10 的信號(hào)進(jìn)行高選，作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，再熱器出口溫度作為副調(diào)節(jié)器的變量值，進(jìn)行偏差運(yùn)算，再進(jìn)行 pid 算自動(dòng)控制減溫水調(diào)節(jié)閥，當(dāng)主燃料跳閘過負(fù)荷低于 z%時(shí)，信號(hào)輸入手操作站，首先進(jìn)行調(diào)節(jié)減溫水調(diào)節(jié)閥，增大噴水來降溫，指令信號(hào)接著開始通過操作來調(diào)節(jié)減溫水調(diào)節(jié)閥，此時(shí) pid 起跟蹤作用，實(shí)現(xiàn)無擾切換?；?ovation 的再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)215 再熱汽溫檢測控制系統(tǒng)中的器件介紹5.1 溫度變送器一體化溫度變送器將溫度傳感元件（熱電阻或熱電偶）與信號(hào)轉(zhuǎn)換放大單元有機(jī)集成在一起，用來測量各種工藝

60、過程中-200-1600范圍內(nèi)的液體、蒸汽及其它氣體介質(zhì)或固體表面的溫度。它通常和顯示儀表、記錄儀表以及各種控制系統(tǒng)配套使用。特點(diǎn) 溫度傳感器溫度影響產(chǎn)生電阻或電勢效應(yīng)，經(jīng)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個(gè)差動(dòng)電壓信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)放大器放大，再經(jīng)電壓、電流變換，輸出與量程相對應(yīng)的 4-20ma 的電流信號(hào)wzyg 系列一體化溫度變送器由測溫探頭，溫度轉(zhuǎn)換模塊，保護(hù)外殼三部分組成。測溫探頭采用高阻型，pt1000 鉑電阻，通過內(nèi)部轉(zhuǎn)換模塊的穩(wěn)壓濾波，運(yùn)算放大，非線性校正，vi 轉(zhuǎn)換，恒流及電源反接保護(hù)等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的電信號(hào)輸出，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于石化，電力，冶金，醫(yī)藥，食品等工業(yè)領(lǐng)域的測溫過程控制配合