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1、银川能源学院 电厂热工过程调节课程设计电厂热工过程调节 课程设计设计题目：直吹式300MW单元机组控制方案 年级专业： 能源与动力工程（本科） 学生姓名： 闫煜 学 号： 1210240198 指导教师： 薛坐远 时 间： 2014年11月25日 目录一、课程设计目的要求2二、各系统工作原理简述31、主控系统原理32、协调控制原理33、BF控制原理34、TF控制原理35、MC控制原理3三、主控系统原理概述4四、协调控制原理概述5五、负荷分别控制原理概述9六、单元机组控制方案设计131、控制方案方框图132、汽轮机控制器143、主要元件15七、操作规程15八、主要参考文献18课程设计目的要求一、
2、技术条件1.单元机组控制2.协调控制3.BF控制4.TF控制5.MC控制二、编写操作规程三、简述1.主控系统原理2.协调控制原理3.负荷分别控制原理四、设计要求1.控制系统方框图2.主要器件的型号、参数和厂商：如压力转换、P、I、D调节器，信号源等3.编写操作规程五、完成时间：2014年12月29日六、指导老师：薛坐远二、各系统工作原理简述1.主控系统原理 主控制系统用来接受外不符合要求指令，并发出使机炉调节系统协调动作的指令信号。2.协调控制原理 主控系统和锅炉、汽轮机各自的调节的系统总称为协调控制系统，它担负着水、汽、煤、风、烟等诸系统的主要过程变量的闭环自动调节及整个单元机组的负荷控制任
3、务。3.BF控制原理 锅炉跟随方式的基本工作原理是：由汽轮机调节机组的输出电功率、锅炉调节气压。4.TF控制原理 汽轮机跟苏方式的基本工作原理是：由锅炉调节机组的输出功率，汽轮机调节汽压。5.MC控制原理 由操作员取代控制器，手动改变锅炉的主控指令Mb，调节机组的输出功率，不接受任何外部的负荷要求之令，主控系统相当于被切除。三、主控系统原理概述1.单元机组主控制系统的概念大型机组负荷控制的首要任务:保证机组出力适应电网的负荷变化要求、维持机组 稳定运行。具体地说就是对外保证单元机组有较快的功率响应和有一定的调频能力，对 内保证主蒸汽压力偏差在允许范围内。2.主控制系统作用：接受外部负荷要求指令
4、，并发出使机炉调节系统协调动作的指挥信号，称其也称负 荷自动控制系统。主控系统向机炉调节系统发出的指挥信号分别称为汽轮机主控制指令Mt和锅炉主 控制指令I机、炉主控制指令齔Mb分别代表了汽轮机调门开度（或汽轮机功率）指 令和锅炉燃烧率（及相应的给水流量）指令。3. 主控系统调节对象方框图主控系统调节对象方框图4.主控制系统调节对象的动态特性（1）主控制系统调节对象包括机、炉调节系统和单元机组，是一广义调节对象，其 控制输入量为锅炉主控制指令吣和汽轮机主控制指令Mt。（2）对于锅炉侧，由于各调节系统的动态过程相对于锅炉特性的迟延和惯性可忽略 不计，因此可假设它们配合协调，能及时跟随主控制指令接近
5、理想随动系统特性， 故有（3）汽轮机侧，如果汽轮机采用纯液压调速系统,则主控制指令Mt就是调门开度指令 (Xt，即h=M7，。这样，广义调节对象的动态特性不会改变。（4）如果汽轮机采用功频电液控制系统，则主控制指令Mt就是汽轮机功率指令。MB扰动下，P-的动态特性近似为具有惯性的积分环节的特性，近似不变；M-扰动 下，Pt的动态特性近似为比例加积分环节的特性，Ne的动态特性近似为惯性环节或比例 加惯性环节的特性。四、协调控制原理概述1.单元机组协调控制系统的基本概念常规的自动控制系统是汽轮机和锅炉分别控制。汽轮机调节机组负荷和转速，机组负荷的变化必然会反映到机前主蒸汽压力的变化，既机前主蒸汽压
6、力反映了机炉之间的能量平衡。主蒸汽压力的控制由锅炉燃烧调节系统来完成，燃烧调节系统一般又分为主蒸汽压力调节系统、送风氧量调节系统、炉膛负压调节系统等子系统。随着单元机组容量的不断增大、电网容量的增加和电网调频、调峰要求的提高以及自身稳定（参数）运行要求的提高，常规的自动调节系统已很难满足单元机组既参加电网调频、调峰又稳定机组自身运行参数这两个方面的要求，因此必须将汽轮机和锅炉视为一个统一的控制对象进行协调控制。所谓协调控制，是指通过控制回路协调汽轮机和锅炉的工作状态，同时给锅炉自动控制系统和汽轮机自动控制系统发出指令，以达到快速响应负荷的目的，尽最大可能发挥机组的调频、调峰能力，稳定运行参数。
7、单元机组在处理满负荷要求并同时维持机组主要运行参数稳定这两个问题时，是将机炉作为一个整体来看待的。然而汽机、锅炉实际上又是相对独立的，它们通过各自的调节手段，如汽轮机调节阀开度、锅炉燃烧率，满足电网负荷的要求和保持机组的主要参数（主蒸汽压力）稳定但它们的能力不尽相同，差异较大，若在单元机组控制系统的设计中，充分考虑它们的差异，以及各自的特点，采取某些措施（如引入某些前馈信号、协调信号），让机炉同时按照电网负荷的要求变化，接受外部负荷的指令，根据主要运行参数的偏差，协调的进行控制，从而在满足电网负荷要求的同时，保持主要运行参数的稳定。这样的控制系统，称为协调控制系统。协调控制系统是由负荷指令处理
8、回路和机炉主控制回路这两部分组成。负荷指令处理回路接受中央调度所指令、值班员指令和频率偏差信号，通过选择和运算，再根据机组的主辅机实际的运行情况，发出负荷指令。机炉主控制回路除接受负荷指令信号外，还接受主蒸汽压力信号，根据这两个信号的偏差，改变汽轮机调节阀的开度和锅炉的燃烧率。如图1-1所示： 2.协调控制系统的任务及组成协调控制系统是当机组负荷变化时协调机、炉间的关系，把汽轮机和锅炉作为一个整体来控制，并通过锅炉主控制器控制那些与机组负荷直接有关的参数，如煤、风、负压、辅助风挡板等。总之，它控制机组各项输入与输出之间的能量平衡和质量平衡，不断消除运行中的各种扰动，维持所要求的机组运行参数，满
9、足电网对机组负荷的需求。具体可分下列几个方面：（1）接受电网总调的负荷自动调度，参与调峰、调频。（2）保持锅炉、汽轮机的能量平衡。大型火电机组均为单元制方式运行，机组的能量输入为锅炉燃烧率（燃料、送风），能量输出为机组所带的负荷（汽轮发电机组功率），机、炉间输入/输出能量平衡的指标为汽轮机前压力。 （3）协调锅炉内部燃料、送风、引风、给水等各子系统的控制作用，以维持机组主要运行参数，确保机组安全经济运行。 （4）协调机组出力和主辅机设备的实际能力。在机组主、辅机设备能力受限制的异常工况下，控制系统为了适应实际负荷需要，根据实际可能限制或强迫改变机组负荷。这种功能也常称为协调控制的连锁保护功能。
10、协调控制系统（CCS）是70年代开始采用的自动化系统。目前，国内外已广泛采用，CCS性能对机组的运行有着直接的影响。广而言之，单元机组的协调控制系统包括从电网负荷要求改变到锅炉、汽轮机根据各自的能力适应负荷要求的所有自动控制系统。例如对于一台汽包炉的单元机组，协调控制系统应包括对电网负荷要求信号的处理，汽轮机调节阀的控制系统，锅炉的给水、燃烧、气温以及这些系统和各系统之间的协调配合和自动保护等等。因此，一个完善的协调控制系统应包括运行良好的锅炉、汽轮机的子系统和高一级的机组负荷主控制系统。3.单元机组协调控制系统的基本要求及特点3.1单元机组协调控制系统的基本要求1.机组并网运行时，应使机组满
11、足电网对机组负荷的要求，并具有较高的负荷适应能力。同时，机组本身的运行参数必须保持在允许的范围内。系统应具有足够的稳定裕量和克服内部扰动的能力。在调节过程中，各调节机构的动作不应过分频繁，不致出现过分超调。2.保证机组运行安全。当主机或主要辅机设备故障时，应自动采取相应的措施，把故障限制在最小的范围内，保证设备安全的前提下，不致使机组全停。负荷变更时，变更幅度和速度必须限制在安全允许的范围内。3.对于允许滑压运行的单元机组，其协调控制系统应能满足定压和滑压不同运行方式的需要。4.系统要方便于运行人员的干预，保证任何一台执行器手动、自动切换的自平衡、无扰动。3.2单元机组协调控制系统的特点单元机
12、组协调控制系统是在常规机炉控制系统基础上发展起来的，其主要特点包括以下几个方面：（1）系统结构先进。采用了递阶控制结构，在局部控制级的基础上引入了机炉协调级，把锅炉，汽轮发电机组作为一个整体进行控制。机炉协调控制器是一个多变量控制器。采用了前馈、反馈、补偿以及变结构控制等技术，充分利用了机炉动态特性的特点，并充分地利用了机炉动态特性方面的特点，克服系统内部耦合和非线性特性。获得优良的控制品质。（2）系统功能完善。除了正常工况下的连续调节之外，系统根据需要设计了一整套逻辑控制系统。包括实际功率给定逻辑，局部故障处理，运行方式切换逻辑，以及显示报警等，系统可根据实际需要和设备状况，选择不同的运行方
13、式，比如机跟炉，炉跟机，机炉协调方式；定压运行或滑压运行方式；固定功率输出或可调功率方式。（3）系统可靠性高。通过设置安全保护系统和采取一系列可靠性措施，可获得很高的系统可靠性。综上所述，目前广泛应用的单元机组协调控制系统中，控制规律仍属于经典控制规律的范畴。系统分析设计与综合的方法多采用多变量频域法和常规的工程方法。4.协调控制的基本原则根据被控对象动态特性的分析可知，从锅炉燃烧率（及相应的给水流量）改变到引起机组输出电功率变化，其过程有较大的惯性和迟延，如果只是依靠锅炉侧的控制，必然不能获得迅速的负荷响应。而汽轮机进汽调节阀动作可使机组释放（或储存）锅炉的部分能量，输出电功率暂时有较迅速地
14、响应响应。因此，为了提高机组的响应性能，可在保证安全运行（即主蒸汽压力在允许范围内变化）的前提下，充分利用锅炉的蓄热能力，也就是在负荷变动时，通过汽轮机进汽调节阀的适当动作，允许汽压有一定波动而释放或吸收部分蓄能，加快机组初期负荷的响应速度。与此同时，根据外部负荷请求指令加强对锅炉侧燃烧率（及相应的给水流量）的控制，及时恢复蓄能，使锅炉蒸发量保持与机组负荷一致，这就是负荷控制的基本原则，也是机炉协调控制的基本原则。5.协调控制方式常见的机组协调控制方式有以下几种方案：(1)以锅炉跟随为基础的协调控制方式(2)以汽轮机跟随为基础的协调控制方式(3)综合型协调控制方式五、负荷分别控制原理概述1.单元机组负荷控制的特点在单元机组的运行过程中，引起被调量变化的原因是各种扰动，而控制系统的任务则是要克服扰动对被调量的影响，使被调量始终保持在生产过程允许或希望的数值。单元机组运行过程中经常出现的最主要的扰动之一是外界电负荷的变化。当电网负荷发生变动时，就需要相应地调整电网中运行的发电机组的负荷，即相应地改变汽轮机进汽量，以调整汽轮机的输出功率；相应地改变锅炉的燃烧率以及给水流量，以调整锅炉的负荷。如何快速地响应外界负荷的需求，同时尽可能保持机组稳定运行始终是单元机组负荷控制的中心问题。在锅炉和汽轮机以母管制方式运行时，当某台机组的负荷要求改变时，由汽轮机调节系统
