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1、第二篇 火电厂单元机组自动控制,一、火力发电厂的基本生产过程 (一)燃烧系统 包括锅炉的燃烧部分及输煤、除灰和烟气排放系统等。 (二)汽水系统 包括锅炉、汽轮机、凝汽器及给水泵等组成的汽水循环和水处理系统、冷却水 系统等。 (三)电气系统 包括发电机、励磁系统、厂用电系统和升压变电站等。,2019/10/28,2019/10/28,二、火力发电厂生产过程所需要的控制,(一)单元机组控制系统中的协调控制级 (二)单元机组控制系统中的基础控制级 1锅炉燃烧控制系统 2给水控制系统 3蒸汽温度控制系统 4汽轮机控制系统 5辅助控制系统,2019/10/28,单元机组控制系统的总体结构,2019/10
2、/28,第六章 汽包锅炉蒸汽温度自动控制系统,第一节 引言 一、过热蒸汽温度控制的任务 中高压锅炉过热汽温的暂时偏差值不允许超过10，长期偏差不允许超过5。 二、过热蒸汽温度控制对象的动态特性 1蒸汽负荷扰动下汽温对象的动态特性 当锅炉负荷变化时，过热器出口汽温的阶跃响应的特点是有迟延、有惯性、有自平衡能力，且迟延和惯性较小。,2019/10/28,过热汽温的静态特性,2019/10/28,2烟气传热量扰动下汽温对象的动态特性 在这种烟气侧扰动作用下，汽温对象的阶跃曲线是有迟延、有惯性、有自平衡能力的。但由于烟气侧的扰动是沿整个过热器长度进行的，所以延迟较小。 3 减温水流量扰动下汽温对象的动
3、态特性 减温水扰动时，汽温控制对象也是有自平衡、有迟延和惯性的控制对象。由于大型锅炉的过热器管路很长，故减温水扰动时控制对象的迟延和惯性是比较大的。,2019/10/28,2019/10/28,第二节 串级过热汽温控制系统,一、串级汽温控制系统的组成,2019/10/28,二、串级汽温控制系统的分析,2019/10/28,2019/10/28,第三节 采用导前汽温微分信号的双回路汽温控制系统,2019/10/28,补偿分析法,串级分析法,2019/10/28,1、等效主调节器：,2、等效副调节器：,2019/10/28,两种汽温控制系统的比较： 串级系统的调节质量是比较好 串级系统中，主、副回
4、路相对独立，因此系统投运时的整定、调试直观方便。 从系统结构角度看，双回路所用设备少。,第四节 过热汽温分段控制系统,一、分段定值控制系统,二、按温差控制的分段控制系统,第五节 600MW过热汽温控制系统实例,一、一级减温控制系统,二、二级减温控制系统,第六节 再热蒸汽温度自动控制系统,一、再热蒸汽温度的控制方式 1采用烟气挡板的再热汽温控制 2采用烟气再循环的再热汽温控制 3采用汽-汽热交换器的再热汽温控制 4采用摆动燃烧器角度和多层布置燃烧器 方式的再热汽温控制,二、再热蒸汽温度控制系统实例,第七章 给水自动控制系统,第一节 引言 一、给水控制的任务 锅炉汽包的正常水位，一般在汽包中中心线
5、下100200mm，运行中一般要求水位维持在给定值50mm内。,二、给水控制对象的动态特性,(1)给水量W扰动：包括给水调节阀门开度的变化和给水压力的变化，这个扰动来自给水管道或给水泵。 (2)蒸汽负荷D扰动：包括蒸汽管道阻力的变化和主蒸汽调节阀开度的变化，这个扰动来自汽轮机侧，反映了汽轮机对锅炉的负荷要求。 (3)锅炉炉膛热负荷Q扰动：这个扰动主要是燃烧率的变化，它将使蒸发强度改变，引起输出蒸汽量和汽水容积中汽泡的体积变化。 (4)汽包压力的扰动：压力的变化将使汽水容积中汽泡的体积发生变化，压力升高，汽水容积中汽泡体积减小，水位下降；反之，汽泡容积增大，水位上升。,(一)给水量W扰动下水位变
6、化的动态特性,(二)蒸汽流量D扰动下水位变化的动态特性,(三)炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性,第二节 给水自动控制系统,(1)由于给水量改变后到水位变化存在一定的迟延和惯性，所以，若仅仅根据水位变化，通过调节器去调节给水量，必然使得水位偏差较大。 (2)由于在蒸汽流量和热负荷扰动时存在虚假水位现象，且反应速度比内扰快，为了克服“虚假水位”现象对控制的不利影响，应考虑引入蒸汽流量作前馈调节信号。 (3)给水压力是波动的，为了稳定给水量，应考虑将给水量信号作为反馈信号，用于及时消除内扰。,一、单级三冲量给水自动控制系统,1系统的组成 2控制系统的分析整定 (1)调节器入口信号接线极性。 (2)
7、控制系统的静态特性。,3给水调节器(PI型)参数整定,(1)内回路。,(2)主回路。,(3)前馈补偿回路分析。,二、串级三冲量给水自动控制系统,串级三冲量给水控制系统的分析整定,(1)副回路。,(2)主回路 (3)蒸汽流量分压系数的选择。,三、采用变速泵的给水控制系统,(1)电动调速泵。驱动水泵旋转的原动机是定速电动机，电动机与水泵之间的轴连接采用液力联轴器，通过改变液力联轴器中的油位高度实现给水泵转速的改变。 (2)汽动调速泵。驱动水泵旋转的动力是一台小汽轮机，通过改变小汽轮机的蒸汽流量实现给水泵转速的改变。,1变速给水泵的安全经济工作区域,2采用变速泵的给水控制系统方案,第三节 给水全程自
8、动控制系统,1.控制方案 低负荷阶段，采用单冲量调节方式。当负荷达到一定值时采用三冲量调节方式。 2.执行机构 电动变速给水泵，汽动变速给水泵。 3.信号测量 压力和温度的校正 。,给水全程自动控制系统,在锅炉负荷低于30时，采用单冲量控制系统，当锅炉负荷高于30时，由单冲量控制切换到三冲量控制，反之亦然。 机组刚开始启动时,由给水旁路门调节水位，电泵控制给水泵出口与汽包之间的差压，采用单冲量(汽包水位)控制系统。此时多余的水通过给水泵出口再循环管道返回给水箱，并进行循环，以防止电动给水泵工作在安全、经济工作区至之外。 随着锅炉燃烧量的增加，当旁路阀开到80%，切换开启电动主截止阀，关旁路截止
9、阀。此时采用电泵单冲量控制系统。 当机组负荷升至20%额定负荷第一台汽动给水泵开始冲转升速。当负荷大于30%MCR时，将第一台汽动给水泵并入给水系统。系统将切换到串级三冲量控制系统。,给水控制系统分析,1汽包水位信号的测量,2给水流量信号的测量,-节流元件前后压差；,-给水温度。,3蒸汽流量测量信号 (1)主蒸汽流量 (2)旁路蒸汽流量信号,给水全程控制系统分析,1启动、冲转及带l5负荷 2升负荷l530 3. 30l00负荷阶段 4. 泵出口流量平衡控制回路 5. 给水泵最小流量再循环,一、单元机组的基本控制方式 1.炉跟机控制方式,第八章 燃烧过程自动控制系统,炉跟机：炉调压，机调功，负荷
10、响应快，可以利用锅炉蓄能，压力波动大。,2机跟炉控制方式,机跟炉：机调压，炉调功，压力波动小，负荷响应慢，不能利用锅炉蓄能。,二、燃烧控制的任务 锅炉燃烧过程控制的基本任务是即要提供热量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和锅炉运行的经济性、安全性。,（1）维持机前压力PT（过热器出口汽压）机前压力应保持在给定值02Mpa范围。 （2）维持单元机组的负荷。 （3）维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性，控制系统应能保持炉内氧量在给定值05%范围内。 （4）维持炉膛负压要求控制系统应能保持炉膛压力在给定值30pa范围内。,燃烧控制系统组成,这是一个多参数多变量控制系统。为简化问题，通常把它看
11、成即有联系又相对独立的三个单变量系统来处理。 燃料子系统 送风子系统 引风子系统,三、燃烧控制对象的动态特性,1汽压控制对象的动态特性 (1)内扰下汽压控制对象的动态特性,特点： (a) 有迟延，惯性，无自平衡能力。 (b) 有迟延，惯性，有自平衡能力。,(2）外扰下的汽压控制对象的动态特性,特点： (a) 无迟延，有惯性，无自平衡能力。 (b) 无迟延，有惯性，有自平衡能力。,2炉烟含量动态特性,3炉膛负压动态特性,二、燃烧过程自动控制系统的基本方案,(一)燃烧过程自动控制系统的基本组成原则 (1)能迅速改变炉膛燃烧率，适应外界负荷变化。 (2)能迅速发现并消除燃烧率扰动。 (3)确保燃料、
12、送风和引风等参数协调变化。,燃料控制的任务在于进入锅炉的燃料量随时与外界负荷要求相适应。因为汽压是锅炉燃料热量与汽轮机需要能量的平衡标志，并且在负荷扰动下汽压具有近似比例的响应特性，因此汽压可以作为燃料控制系统的被调量。,1.燃料反馈的燃料控制系统,（a)图： 引入燃料量的负反馈，并送到副调节器构成串级控制系统，采用这个方案，如果燃料量能直接准确地测量，可以消除燃料的自发性扰动。,2给粉机转速反馈的燃料控制系统,（b）图： 用各给粉机转速的“和”来反映燃料量或燃烧率的大小。 给粉机转速只能反映燃料量的大小而不能反映燃料品质的变化，为此引入燃料品种校正信号。 为了消除燃料侧自发性扰动，系统引入了
13、汽包压力的微分信号。当发生燃料量内扰时，汽包压力能较快地反映燃料量内扰，汽包压力的微分信号有超前和加强调节的作用，所以汽包压力的微分信号有助于尽快消除内扰。稳态时汽包压力的微分信号消失不影响副调节器入口平衡关系。,3前馈+反馈的燃料控制系统,（c）图： 燃料在锅炉中燃烧、传热、水的蒸发过程需要一定的时间，这样锅炉对负荷变化的响应比汽机慢得多。为了减小锅炉对负荷响应的迟延和惯性，可以采用功率（外扰）的微分信号作为前馈信号送入汽压调节器，功率的微分信号有超前和加强调节的作用，以提前平衡负荷扰动，提高锅炉对负荷的响应速度。 汽包压力的微分信号有助于尽快消除内扰。稳态时汽包压力（内扰）的微分信号消失不
14、影响调节器入口平衡关系。,二、送风控制系统 1.单闭环比值送风控制系统,（a）图：送风调节的任务在于保证燃烧的经济性，保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例，送风调节对象近似比例环节。因此通常采用保持燃料量与送风量成比例关系的送风控制系统 ，实现送风量快速跟踪燃料量的变化 。 （b）图：燃料量B和送风量V的最佳比例K是随不同负荷、不同燃料品种变化。因此，可以选用随负荷、燃料品种变化而修正送风量的送风控制系统，系统结构简单、整定投运方便，但负荷和燃料品种的修正系数在实际应用中较难确定。,2串级比值送风控制系统,（c）图：采用有燃烧经济性指标的校正调节器来修正送风量，使送风量与燃料量之间的比值达到最
15、佳，采用氧量校正的送风控制系统 。 （d）采用氧量作为校正信号的送风控制系统如图12-11(d)所示。它是一个串级比值控制系统，主调节器(氧量校正调节器)接受氧量与氧量定值信号。副调节器接受燃料信号B，反馈信号V及氧量校正调节器的输出，副回路保证风煤的基本比例，起粗调作用，主回路用来进行氧量校正，起细调作用。,3.前馈+反馈的送风控制系统,不同负荷下的最佳氧量值由锅炉热效率试验后确定，然后设置在函数器中。 负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号。 另外为了克服送风调节通道中存在的迟延和惯性，系统中还引入了负荷指令Pb的前馈调节
16、作用，以改善动态过程中的燃风配合。,三、引风控制系统,对于负压燃烧锅炉，如果炉膛压力接近于大气压力，则炉烟往外冒出，影响设备与工作人员的安全；反之，如果炉膛压力太低，又会使大量的冷空气漏入炉膛内，降低了炉膛温度，增大了引风机负荷和排烟带走的热量损失。一般炉膛压力维持在比大气压力低25毫米水柱左右。,引风控制系统一般只需采取以炉膛负压Pf作为被调量的单回路控制系统 。 送风量作为前馈引入引风调节器有利于提高引风控制系统的稳定性和减小炉膛负压的动态偏差。,二、燃烧过程自动控制系统的基本方案,(一)燃烧过程自动控制系统的基本组成原则 (1)能迅速改变炉膛燃烧率，适应外界负荷变化。 (2)能迅速发现并消除燃烧率扰动。 (3)确保燃料、送风和引风等参数协调变化。,(2)燃料控制子系统结构,2送风控制子系统,(1)总风量的测量 (2)送风控制子系统结构
