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1、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： 学 号： 指导教师：时 间： 2014 年 11 月 25 日 银川能源学院 电厂热工过程调节课程设计第 1 页目录一、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
2、程 .15八、主要参考文献 .18银川能源学院 电厂热工过程调节课程设计第 2 页课程设计目的要求一、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：薛坐远银川能源学院 电厂热工过程调节课程设计第 3 页二、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。
3、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。银川能源学院 电厂热工过程调节课程设计第 4 页三、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
4、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，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银川能源学院 电厂热工过程调节课程设计第 5 页主控系统调节对象方框图4.主控制系统调节对象的动态
5、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，P
6、t 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。随着单元机银川能源学院 电厂热工过程调节课程设计第 6 页组容量的不断增大、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
7、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。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
8、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
9、燃烧率。如图 1-1 所示：银川能源学院 电厂热工过程调节课程设计第 7 页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
10、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。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
11、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、银川能源学院 电厂热工过程调节课程设计第 8 页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
12、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
