第7章火電廠熱工控制

1、火力發(fā)電廠外觀火力發(fā)電廠外觀 在火力發(fā)電廠，最基本的工藝過程是用鍋爐生產(chǎn)蒸汽，使汽輪機運轉(zhuǎn)，在火力發(fā)電廠，最基本的工藝過程是用鍋爐生產(chǎn)蒸汽，使汽輪機運轉(zhuǎn)，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。進而帶動發(fā)電機發(fā)電。 汽輪發(fā)電機組汽輪發(fā)電機組 鍋爐控制是火力發(fā)電生產(chǎn)過程自動化的重要組成部分。它的主要鍋爐控制是火力發(fā)電生產(chǎn)過程自動化的重要組成部分。它的主要任務(wù)是根據(jù)負荷設(shè)備（汽輪機）的需要，供應(yīng)一定規(guī)格（壓力、溫度、任務(wù)是根據(jù)負荷設(shè)備（汽輪機）的需要，供應(yīng)一定規(guī)格（壓力、溫度、流量和純度）的蒸汽。流量和純度）的蒸汽。 重點以重點以鍋爐汽包水位控鍋爐汽包水位控制制、過熱蒸汽溫度控制過熱蒸汽溫度控制、鍋鍋爐燃燒控制爐燃燒

2、控制為例討論它們的為例討論它們的控制方案?？刂品桨浮? 1汽輪機高壓缸；汽輪機高壓缸；2 2汽輪機中、低壓汽輪機中、低壓缸；缸；3 3汽包；汽包；4 4爐膛；爐膛；5 5煙道；煙道；6 6發(fā)電機；發(fā)電機；7 7冷凝冷凝器；器；8 8補充水；補充水；9 9凝結(jié)水泵；凝結(jié)水泵；1010循環(huán)水泵；循環(huán)水泵；1111低低壓加熱器；壓加熱器；1212除除氧器；氧器；1313給水泵；給水泵；1414高壓加熱器；高壓加熱器；1515給水調(diào)節(jié)機構(gòu)；給水調(diào)節(jié)機構(gòu)；1616省媒器；省媒器；1717過熱器；過熱器；1818減溫減溫器；器；1919汽機高壓調(diào)汽門；汽機高壓調(diào)汽門；2020再熱器；再熱器；2121再熱器

3、減再熱器減溫器；溫器；2222汽機中壓調(diào)汽門；汽機中壓調(diào)汽門；2323媒粉倉；媒粉倉；2424燃燃料量控制機構(gòu)；料量控制機構(gòu)；2525噴燃器；噴燃器；2626送風(fēng)機；送風(fēng)機；2727空空氣預(yù)熱器；氣預(yù)熱器；2828調(diào)風(fēng)門；調(diào)風(fēng)門；2929水冷壁管；水冷壁管；3030引風(fēng)引風(fēng)機；機；3131煙道擋板煙道擋板。單元機組熱力發(fā)電過程單元機組熱力發(fā)電過程NTPTH熱空氣燃料燃料嘴爐膛汽包過熱器減溫器PMD負荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥過熱蒸汽送負荷設(shè)備爐墻省煤器熱空氣送往爐膛給水空氣預(yù)熱器冷空氣煙氣(經(jīng)引風(fēng)機送往煙囪)大型單元機組的生產(chǎn)過程及其對控制的要求大型單元機組的生產(chǎn)過程及其對控制的要求 大型單元發(fā)電機組是由鍋

4、爐、汽輪發(fā)電機和輔助設(shè)大型單元發(fā)電機組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。鍋爐的產(chǎn)熱、汽機的做功及發(fā)備組成的龐大的設(shè)備群。鍋爐的產(chǎn)熱、汽機的做功及發(fā)電機的發(fā)電協(xié)調(diào)配合完成發(fā)電生產(chǎn)。由于其工藝流程復(fù)電機的發(fā)電協(xié)調(diào)配合完成發(fā)電生產(chǎn)。由于其工藝流程復(fù)雜，設(shè)備眾多，管道縱橫交錯，有上千個參數(shù)需要監(jiān)視、雜，設(shè)備眾多，管道縱橫交錯，有上千個參數(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)濟性，因此，大型機組的自動化水平受到特別的重和經(jīng)濟性，因此，大型機組的自動化水平受到特別的重視。視。 鍋爐設(shè)備的控制問題給水量減溫水燃料量送風(fēng)

5、量引風(fēng)量水 位蒸汽溫度蒸汽壓力過?？諝鉅t膛負壓負荷鍋爐設(shè)備 系統(tǒng)分解：（1）鍋爐汽包水位的控制；（2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制；（3）過熱蒸汽系統(tǒng)的控制。鍋爐設(shè)備的主要控制要求 汽包的液位，蒸汽的壓力：保持在一定范圍內(nèi)，適應(yīng)用戶負荷的變化。 過熱蒸汽溫度：保持在一定范圍內(nèi)。 爐膛負壓：保持在一定范圍內(nèi)。 燃燒完全：根據(jù)經(jīng)濟性和環(huán)保的要求。運行安全：液位，爐膛負壓，過熱度，蒸汽壓力等在安全運行范圍內(nèi)。鍋爐設(shè)備的主要控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)被控變量操縱變量控制目的鍋爐給水控制系統(tǒng)鍋爐汽包水位給水流量鍋爐內(nèi)生產(chǎn)的蒸汽和給水的物料平衡鍋爐燃燒控制系統(tǒng)蒸汽壓力煙氣成分爐膛負壓燃料流量送風(fēng)流量引風(fēng)流量蒸汽負荷的平衡燃燒

6、的完全和經(jīng)濟性鍋爐運行的安全和經(jīng)濟性過熱蒸汽控制系統(tǒng)過熱蒸汽溫度噴水流量過熱蒸汽的溫度和安全性一、鍋爐汽包水位控制一、鍋爐汽包水位控制 設(shè)置鍋爐水位控制的必要性設(shè)置鍋爐水位控制的必要性一、鍋爐汽包水位的動態(tài)特一、鍋爐汽包水位的動態(tài)特1.1.給水流量給水流量W W對汽包水位對汽包水位H H的動態(tài)特性的動態(tài)特性2.2.蒸汽流量蒸汽流量D D對汽包水位對汽包水位H H的動態(tài)特性的動態(tài)特性二、鍋爐汽包水位的控制二、鍋爐汽包水位的控制 擾動分析擾動分析1.1.單沖量水位控制系統(tǒng)單沖量水位控制系統(tǒng)2.2.雙沖量水位控制系統(tǒng)雙沖量水位控制系統(tǒng) 前饋控制器控制規(guī)律的確定前饋控制器控制規(guī)律的確定 雙沖量控制系統(tǒng)

7、的變型雙沖量控制系統(tǒng)的變型3.3.三沖量水位控制系統(tǒng)三沖量水位控制系統(tǒng) 三沖量水位控制系統(tǒng)三沖量水位控制系統(tǒng) 三沖量水位控制系統(tǒng)的簡化方案三沖量水位控制系統(tǒng)的簡化方案三、應(yīng)用示例三、應(yīng)用示例 設(shè)置水位自動控制的必要性 水位穩(wěn)定是安全運行的必要條件 水位高：汽包內(nèi)水汽分離差，蒸汽帶水，造成： 過熱蒸汽的溫度下降 損壞蒸汽透平熱輪片 過熱器管壁結(jié)垢，傳熱效率下降 水位低：在用戶負荷大時，會全部汽化，造成： 設(shè)備損壞 在急冷時，引發(fā)鍋爐的爆炸1、鍋爐汽包水位的動態(tài)特性 給水流量W對汽包水位H的動態(tài)特性： 初始段，進入的冷水吸收水位以下飽和汽水中的熱量，減少了飽和汽水中的氣泡容積，補充氣泡的空間，水位

8、上升緩慢。 當(dāng)水位以下氣泡容積不再變化時，水位呈線性升高。sooesKsWsHsG)()()(蒸汽流量D對汽包水位H的動態(tài)特性：蒸汽用量 D增大，如給水量W不變，水位線性下降。蒸汽用量D增大，汽包內(nèi)氣壓下降，水呈沸騰狀，水位下氣泡增加，水位以一階慣性特性上升，在一定氣壓下達到飽和汽水狀態(tài)。合成特性是反相特性，汽包水位呈虛假液位，使控制困難。1)()()(22sTKsKsDsHsGfF汽包水位的對象特性DHH 0HH 2H 1ttGHHH 1tt干擾通道特性控制通道特性1)()(221sTKsKsDsH0( )( )sKH seW ss動態(tài)特性分析動態(tài)特性分析wDH1. 非自衡，虛假水位（氣泡體

9、積變化產(chǎn)生虛假水位）非自衡，虛假水位（氣泡體積變化產(chǎn)生虛假水位）2. W 對對H的影響慣性大，虛假水位小；的影響慣性大，虛假水位??；D對對H的影響慣的影響慣性小，虛假水位大；性小，虛假水位大； B對對H的影響慣性最大，虛假水位的影響慣性最大，虛假水位小。小。BHH非沸騰式省煤器爐非沸騰式省煤器爐給水對象傳遞函數(shù)：給水對象傳遞函數(shù)：111( )1wkGssT s212( )1DkGsT ssH2121,kkTT其中H單沖量水位控制系統(tǒng)汽包水位的單沖量控制LC蒸汽汽包省煤器給水雙沖量水位控制系統(tǒng)雙沖量水位控制標準方案雙沖量水位控制標準方案 如果根據(jù)蒸汽流量的變化來校正如果根據(jù)蒸汽流量的變化來校正虛

10、假水位虛假水位的誤動作，就能使調(diào)節(jié)閥動的誤動作，就能使調(diào)節(jié)閥動作準確及時，減少水位的波動，改善控制質(zhì)量。也就是說，若作準確及時，減少水位的波動，改善控制質(zhì)量。也就是說，若將蒸汽流將蒸汽流量作為前饋信號量作為前饋信號，就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)。，就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)。 汽包水位的雙沖量控制前饋補償原理：C2的符號由調(diào)節(jié)閥的作用決定，具體數(shù)值可現(xiàn)場調(diào)整或根據(jù)閥門特性計算其初始值。RMDGPDG2CvGpG H1CcGHcPmHGFPsQWQ雙沖量控制C1 、C2和C0的數(shù)值設(shè)置PQKwvmaxminmaxsFsQPZZQ假設(shè)線性閥門：流量測量變送的：minmaxmax22ZZQQCKPCKPKQs

11、svFvvw取swQQminmaxmax2ZZKQCvsC1一般取值為1。C0為恒值，正常工況下與C2PF抵消。LC蒸汽汽包省煤器給水PCPFC1PC +C2PF+C0三沖量水位控制系統(tǒng)!該控制系統(tǒng)由主、副兩個調(diào)節(jié)器和該控制系統(tǒng)由主、副兩個調(diào)節(jié)器和三個沖量（三個沖量（汽包水位、蒸汽流量、汽包水位、蒸汽流量、給水流量給水流量）構(gòu)成。其中，主調(diào)節(jié)器）構(gòu)成。其中，主調(diào)節(jié)器為水位調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器為給水流為水位調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器為給水流量調(diào)節(jié)器，蒸汽流量為前饋信號。量調(diào)節(jié)器，蒸汽流量為前饋信號。圖圖10102 2 汽包水位三沖量串級控制系統(tǒng)流程圖汽包水位三沖量串級控制系統(tǒng)流程圖三沖量前饋反饋串級控制系統(tǒng)在

12、克服虛假水位的影響、維持水位穩(wěn)定、提高給水控制質(zhì)量等多方面都優(yōu)于前述兩種控制系統(tǒng)，是現(xiàn)場廣泛采用的汽包水位控制方案。汽包水位的三沖量控制LC蒸汽汽包省煤器給水PCPFFC三沖量控制C2的數(shù)值設(shè)置內(nèi)回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)：2201FCvpFCvpmWGG GGG GGC2的數(shù)值設(shè)置：minmaxmax2ZZQQPCwwFswQQminmaxmaxZZQQPssFmaxmax2wsQQCRMDGPDGFCGvG1pGLCGHcPmHGFPsQWQ2pGmWG三沖量控制系統(tǒng)的簡化連接FC水位蒸汽給水C1C2C3LC水位蒸汽給水C3C1C2三沖量水位標準控制方案 ! 整個系統(tǒng)是串級加前饋控制系統(tǒng) 主控制器

13、是液位控制器，副控制器是流量控制器 液位無余差條件，采用比例積分控制器動態(tài)前饋控制規(guī)律設(shè)計示例動態(tài)前饋控制規(guī)律關(guān)閉關(guān)閉控制系統(tǒng)組態(tài)圖控制系統(tǒng)組態(tài)圖調(diào)節(jié)結(jié)束時，調(diào)節(jié)器輸入為零調(diào)節(jié)結(jié)束時，調(diào)節(jié)器輸入為零:-0rHDWIIII即-rrHWDK HKHKKD假定在額定負荷（假定在額定負荷（D=D0）時，有）時，有H=Hr0-rrHrWDK HK HKKD 上兩式相減得：上兩式相減得：0-WDrHKKHHDDK控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖3. 單級三沖量控制單級三沖量控制給水系統(tǒng)穩(wěn)定時給水系統(tǒng)穩(wěn)定時W=D ，因此有：，因此有：0-WDrHKKHHDDK討論：討論：（1）若若KW=KDD0（2）若若KWKD（3）若若KWKD特點：特點：具有單沖量和雙沖量控制的優(yōu)點，但對比值參具有單沖量和雙沖量控制的優(yōu)點，但對比值參數(shù)要求嚴格。數(shù)要求嚴格。DHHr4. 串級三沖量控制串級三沖量控制HWDGc1