第十章火電廠熱工控制

第十章火電廠熱工控制§10-1大型單元機(jī)組的生產(chǎn)過程及其對(duì)控制的要求

大型單元發(fā)電機(jī)組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。鍋爐的產(chǎn)熱、汽機(jī)的做功及發(fā)電機(jī)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(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。單元制機(jī)組熱力發(fā)電過程μN(yùn)TPTH最重要的控制系統(tǒng)單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng)汽包水位控制系統(tǒng)汽溫控制系統(tǒng)§10-2單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)一、負(fù)荷控制系統(tǒng)的控制任務(wù)：在保持主汽壓力PT穩(wěn)定的前提下，緊密跟蹤電網(wǎng)對(duì)機(jī)組負(fù)荷的要求。NpTBVsμμN(yùn)pTB負(fù)荷對(duì)象特性：GpB(s)Gpμ(s)GNB(s)GNμ(s)μN(yùn)pTBμN(yùn)pTB多變量對(duì)象特點(diǎn)：有自衡能力，機(jī)快爐慢；爐側(cè)燃料量的擾動(dòng)頻發(fā)?？刂品桨福篏pB(s)Gpμ(s)GNB(s)GNμ(s)μN(yùn)pTBPIDPID1.鍋爐跟蹤方式（爐跟機(jī)）特點(diǎn)：系統(tǒng)響應(yīng)速度快，但機(jī)組穩(wěn)定性差。鍋爐汽機(jī)機(jī)調(diào)爐調(diào)PTNB2.汽機(jī)跟蹤方式（機(jī)跟爐）GNB(s)GNμ(s)GpB(s)Gpμ(s)μpTNBPIDPID特點(diǎn)：機(jī)組穩(wěn)定性好，但系統(tǒng)響應(yīng)速度慢。鍋爐汽機(jī)機(jī)調(diào)爐調(diào)PTNB3.機(jī)爐協(xié)調(diào)方式鍋爐汽機(jī)機(jī)調(diào)爐調(diào)PTNBPSN0GpB(s)Gpμ(s)GNB(s)GNμ(s)μN(yùn)pTBPIDPID以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的雙向補(bǔ)償協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)+μBμTPT_+_NE+N0鍋爐控制器P0汽機(jī)控制器鍋爐P0-PT汽機(jī)_(a)以爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)+μBμTPT_+_NE+N0鍋爐控制器P0汽機(jī)控制器鍋爐P0-PT汽機(jī)_PD(b)以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)__+μBμTPT_NE+N0P0汽機(jī)控制器鍋爐汽機(jī)(a)鍋爐控制器ΔPN0-NE以機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)++PD(b)__+μBμTPT_NE+N0P0汽機(jī)控制器鍋爐汽機(jī)鍋爐控制器ΔPN0-NE直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)△÷DP∑P0D∑△PIN0NE鍋爐

+P1PT_μB△IIμT__+×+汽機(jī)§10-3燃燒過程的控制系統(tǒng)一、燃燒控制的基本任務(wù)（1）維持蒸汽壓力穩(wěn)定；——燃料控制（2）保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性；——送風(fēng)控制（3）維持爐膛壓力穩(wěn)定；——引風(fēng)控制燃燒控制系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：燃料控制、送風(fēng)控制、引風(fēng)控制。二、汽壓調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性

μpbDpTBpbDpTpTBVsμ自衡對(duì)象1.燃料控制系統(tǒng)PIPIGp(s)GD(s)P0PTDΔBB控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖串級(jí)控制二、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)原理圖PIPIGp(s)GD(s)P0PTDΔB×d/dt∑∑……BPb燃燒品種n1niTPTPIGp(s)GD(s)P0DΔBd/dtd/dt∑Pb控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.送風(fēng)控制系統(tǒng)PIKGp(s)VBμVμV控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖比值控制控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖μVPI×Gp(s)VBμV×KD燃料品種

最佳含氧量以燃燒原料的不同而有所不同，同一種燃燒原料，在不同的工況下過氧量也不同。負(fù)荷30%50%75%100%5%4%3%2%300MW燃煤機(jī)組燃料

煤天然氣油生物質(zhì)過氧量1.9%0.9%1.1%5%過剩空氣10%5%6%B控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PIO2Gp2(s)DGp1(s)VPI×f(x)f(x)B3.引風(fēng)控制系統(tǒng)PI∑f(x)AFpv0pv+-+G∑Gp(s)AFPIpvF(x)pv0控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖前饋—反饋控制采用熱量信號(hào)的燃燒控制系統(tǒng)PI＞＜√￣ddtΣ×f(x)PIf1(x)PIf2(x)PIPI___++++QrPTDDPbQ2PfVVGVB變比例帶PTsPf0++_ΣσPσPOPIPrI×∑PI∑∑∑×f(x)PI＞∑/nf(x)PI∑＜API∑÷√￣PIK∑PIPIP≮≯P1_速度級(jí)壓力n給煤機(jī)轉(zhuǎn)速Vm1磨一次風(fēng)量送風(fēng)量O2%P1___+IBPfPfo一次風(fēng)溫Qm1Vm1磨煤機(jī)溫度n0θm0Pv1θmPv10n燃油量____一次風(fēng)壓B0VGVm1VrV1V2給煤量送風(fēng)量引風(fēng)量磨一次風(fēng)量熱風(fēng)量一次風(fēng)量層燃料風(fēng)量給煤機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為反饋信號(hào)的燃燒控制系統(tǒng)V給煤機(jī)轉(zhuǎn)速指令§10-4鍋爐給水控制系統(tǒng)一、汽包爐給水控制的任務(wù)使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。具體要求：（1）維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。正常：⊿H<±30~50mm；異常：⊿H<±200mm故障：⊿H<±350mm（2）保持穩(wěn)定的給水流量。二、動(dòng)態(tài)特性分析wDH1.非自衡，虛假水位（氣泡體積變化產(chǎn)生虛假水位）2.W對(duì)H的影響慣性大，虛假水位小；D對(duì)H的影響慣性小，虛假水位大；B對(duì)H的影響慣性最大，虛假水位小。BHH非沸騰式省煤器爐3.給水對(duì)象傳遞函數(shù)：HH1.單沖量控制HWDGc(s)GW(s)HH0+-控制系統(tǒng)原理圖特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但虛假水位將導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩加劇。三、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析2.雙沖量比值控制HWD特點(diǎn)：可有效克服虛假水位，長(zhǎng)時(shí)間D與W的偏差將導(dǎo)致水位大偏差流量調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)WD+-控制系統(tǒng)原理圖K1K2調(diào)節(jié)結(jié)束時(shí)，調(diào)節(jié)器輸入為零假定在額定負(fù)荷（D=D0）時(shí)，有H=Hr上兩式相減得：控制系統(tǒng)原理圖3.單級(jí)三沖量控制給水系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)W=D，因此有：討論：（1）若KW=KDD0（2）若KW>KD（3）若KW<KD特點(diǎn)：具有單沖量和雙沖量控制的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)比值參數(shù)要求嚴(yán)格。DHHr4.串級(jí)三沖量控制HWDGc1(s)KvGp(s)-rHDΔw+Gd(s)Gff(s)Gc2(s)特點(diǎn)：具有單沖量和雙沖量控制的優(yōu)點(diǎn)，比值參數(shù)的誤差可通過主調(diào)節(jié)器校正。

Δ

PI

∑

Δ

PIWDHH0μ控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Gc1(s)KvGp(s)-rHDΔw+Gd(s)Gff(s)Gc2(s)控制系統(tǒng)原理圖5.300MW單元機(jī)組給水控制系統(tǒng)實(shí)例§10-5蒸汽溫度控制系統(tǒng)一、過熱汽溫控制的任務(wù)維持過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，并且保護(hù)過熱器，使管壁溫度不超過允許的工作溫度。過熱汽溫的上限一般不應(yīng)超過額定值5℃。下限一般不低于額定值10℃。二.動(dòng)態(tài)特性wD、Qθθ1.主要擾動(dòng)對(duì)汽溫的影響自衡的對(duì)象D、Q擾動(dòng)，τ/T較小,τ約有15s左右，T≈50s～100s。W擾動(dòng)，τ/T較大，τ約有60s左右，T≈150s～200s。2.調(diào)節(jié)量選擇：減溫水噴水流量DWθ1θ2wθ1θ2Gp2(s)Gp1(s)GD(s)GQ(s)DQθ1θ2μ減溫器過熱器被控對(duì)象（1）串級(jí)控制

Δ

PI

Δ

PIμθ2θ1θsPID2PID1θrθ2θ1Gp2(s)Gp1(s)有效克服調(diào)節(jié)量的擾動(dòng)改善對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性提高調(diào)節(jié)品質(zhì)控制原理圖控制結(jié)構(gòu)圖三、基本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析（2）導(dǎo)前微分控制

Δ

PI

∑θ2θ