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1、第二篇 单元机组的自动控制系统第六章 汽包锅炉自动控制系统 第七章 直流锅炉自动控制系统 第八章 机炉辅助设备的自动控制 第九章 单元机组协调控制系统 第十章 火电厂自动化技术的新进展12单元机组负荷协调控制外界负荷要求锅炉指令汽机指令锅炉辅助控制系统燃料量控制系统送风量控制系统引风量控制系统给水控制系统汽温控制系统汽机负荷控制系统汽机辅助控制系统锅炉 汽机协调控制级基础控制级生产过程单元机组控制系统的总体结构 36.1 过热蒸汽温度自动控制系 统任务：维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内。4566.1 过热蒸汽温度自动控制系统一、过热汽温自动控制系统的任务任务：维持过热器出口蒸汽温度在规定范围
2、内76.1 过热蒸汽温度自动控制系 统一、过热汽温控制对象的动态特性一、过热汽温控制对象的动态特性1. 1. 蒸汽流量（负荷）扰动下蒸汽流量（负荷）扰动下特点：有迟延有惯性有自平衡能力和TD较小8根据传热方式分：过热器可分为对流式和辐射式。92. 烟气传热量扰动下3. 减温水量扰动下特点：有迟延 有惯性 有自平衡能力 迟延时间 ：1020s， 惯性时间常数TQ:100s10三、过热汽温的串级控制变送器主变量给定值内扰 副变量执行器阀门副对象主对象变送器主调副调1 串级汽温控制系统组成减温器过热器PI1PI211122. 汽温串级控制系统的分 析等效对象等效对象13（三）过热汽温分段控制系 统
3、1.过热汽温分段控制系统14过热汽温分段控制系统152.按温差控制的分段控制系统16三. 300MW单元机组过热汽温控制系统 实例过热蒸汽流程示意图17一 级 喷 水 减 温 控 制18控制逻辑逻辑 ：19二 级 喷 水 减 温 控 制206.2 再热蒸汽温度自动控制 系统216.1 过热蒸汽温度自动控制系统22任务：保持再热器出口汽温为给定值。被控对象的特点：有迟延，有惯性，有自平衡能力。主要控制手段：改变烟气流量主要控制方式： 烟气挡板烟气再循环汽-汽热交换器摆动燃烧器角度和多层布置燃烧器喷水减温6.2 再热蒸汽温度自动控制系统23烟气挡板控制再热汽温烟道布置示意图优点：设备结构简单，操作
4、方便1、采用烟气挡板的再热汽温控制缺点：调温灵敏度差，调温幅度 小，挡板开度与汽温变化非线性一、再热汽温控制方式24烟气挡板25烟气再循环示意图2、采用烟气再循环的再热汽温控制改变辐射和对流受热改变辐射和对流受热 面的吸热量分配，以面的吸热量分配，以 达到调温目的。达到调温目的。优点：反应灵敏，调优点：反应灵敏，调 温幅度大，减小污染温幅度大，减小污染缺点：设备结构复杂缺点：设备结构复杂26汽-汽热交换示意图3、采用汽-汽热交换汽汽- -汽热交换器的调整汽热交换器的调整 范围小，必须辅以喷范围小，必须辅以喷 水水炉外设置用一次蒸汽炉外设置用一次蒸汽 来加热再热蒸汽的热来加热再热蒸汽的热 交换器
5、，利用三通阀交换器，利用三通阀 改变流经热交换器的改变流经热交换器的 再热蒸汽流量。再热蒸汽流量。274、摆动燃烧器角度和多层布置燃烧器实质：改变火焰中心位置，从而改变炉膛出口烟气实质：改变火焰中心位置，从而改变炉膛出口烟气 温度，调节辐射和对流受热面的吸热量比例，以达温度，调节辐射和对流受热面的吸热量比例，以达 到调温目的。到调温目的。5、采用喷水减温再热器采用喷水减温降低整个系统的热效率，但是再热器采用喷水减温降低整个系统的热效率，但是 喷水减温方式简单、可靠，多用于事故情况下的保喷水减温方式简单、可靠，多用于事故情况下的保 护控制手段。护控制手段。28二. 再热蒸汽温度控制系统 实例 2
6、9一、给水给水控制的任务使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽 包水位在规定的范围内。6.3 给水自动控制系 统图6-20 给水控制对象结构示意图给水管 给水调节阀 省煤器 汽包及小循环管道 过热器3031省煤器省煤器32二、给水控制对象的动态特性主要的扰动有：给水流量主要的扰动有：给水流量WW蒸汽负荷蒸汽负荷D D炉膛热负荷炉膛热负荷Q Q 动态特性：动态特性：汽包水位汽包水位扰动扰动汽包压力汽包压力PbPb33WWDH1过冷度H21 给水流量扰动二、给水控制对象的动态特性有惯性特点：无自平衡能力34H2pb2 蒸汽流量扰动二、 给水控制对象的动态特性DDWH1存在问题：虚假水位特点：无自平
7、衡能力 353 炉膛热负荷扰动有惯性 有迟延 无自平衡能力二、给水控制对象的动态特性特点：B锅炉蒸发强度DW DpbH1H2H236三、给水控制的基本方案单级三冲量控制单级三冲量控制系统组成单级三冲量控制系统组成H：汽包水位W：给水流量D：蒸汽流量37单级三冲量控制系统组成三、给水控制的基本方案H：汽包水位W：给水流量D：蒸汽流量组成外回路组成内回路组成前馈回路38三. 给水控制的基本方案 （一）单级三冲量控 制 1. 1.系系 统统 组组 成成39（1）信号的极性VD为“+”， VW为“-”， VH为“+”（2）系统的静态特性2. 控制系统的分析整定403. 调节器参数 整定4142（二）串
8、级三冲量给水控制系统1. 1. 系系 统统 的的 组组 成成432. 2. 系统的分析整定系统的分析整定4445定速泵阀门调节：给水泵消耗功率大，调节阀 门承受压力大，容易造成调节阀的快速磨损 。目前多采用变速泵控制给水流量。（1）电动调速泵 采用定速电动机，电动机 与水泵间的轴采用液力联轴器，改变液力联 轴器中的油位高低实现给水泵转速的改变。（2）汽动调速泵 小汽轮机改变蒸汽流量来改 变给水泵转速。（三 ） 采用变速泵的给水控制系统46（三 ） 采用变速泵的给水控制系统图6-33 变速泵的安全经济运行区与锅炉的压力负荷曲线 47（三 ） 采用变速泵的给水控制系统图6-34 变速给水泵工作点的
9、调节 48（三 ） 采用变速泵的给水控制系统图6-35 采用变速给水泵的给水控制系统示意图除氧器汽包调速给水泵给水调节阀再循环阀最小流量 调节器水位 调节器出口压力 调节器49（三 ） 采用变速泵的给水控制系统（a）转速（水位） （b）压力控制系统 506.4 给水全程自动控制系统图6-37 母管制锅炉给水系统示意图 一. 给水全程控制系统中的特殊问题1、锅炉给水设备及管路连接51图6-38 汽动泵、电动泵混合型单元制给水系统示意图 522、测量信号的校正基本方法：先推导出被测参数随温度、压力变 化的数学模型，然后利用各种元件构成运算 电路进行运算，便可实现自动校正。给水全程控制测量信号的校正
10、： （1）水位信号的压力校正 （2）过热蒸汽流量信号的压力、温度校正 （3）给水流量信号的温度校正53图6-39 汽包水位测量原理(1)汽包水位的校正54汽包水位数学模 型55汽包水位数学模型56(2)蒸汽流量信号的 校正数学模型式中D过热蒸汽流量；P过热蒸汽压力；过热蒸汽温度；P节流件差压；过热蒸汽密度；K流量系数；571)用汽轮机调节级后压力测量主蒸汽流量2)用压力级组前后压力测量主蒸汽流量式中，p1T1为调节级后汽压和温度;p2为第一压力级组后即第一级抽汽压力。58(3)给水流量信号的温度校正给水流量测量信号可以只采用温度校正，因为给水压力对给水流量影响不大。593、给水流量测量装置的切
11、换 低负荷时，旁路管路上的孔板测量 高负荷时，主给水管路上的孔板测量 4、大小给水阀门的切换 低负荷时，用旁路阀门（小阀）控制 给水流量 高负荷时，主给水阀门（大阀）或泵 控制给水流量605、系统的无扰切换低负荷时，单冲量工作，三冲量调节 器的主调跟踪给水流量信号，副调 跟踪阀位信号； 高负荷时，三冲量工作，单冲量调节 器跟踪阀位信号。6、给水泵安全运行特性的保证保证给水泵工作在安全工作区内61图6-40 方案一系统示意图二. 单元制锅炉给水全程控制方案62图6-41 方案二系统示意图 63图6-42 300MW机组给水热力系统简图 三、300MW机组给水全程控制系统实例64656667控制过
12、程分析给水控制系统 单冲量 三冲量 单冲量控制手段启动给 水 旁阀，电 动泵电动泵 ， 电/汽并列，汽动泵 ，电/汽并列，电动泵电动泵 旁 阀6869706.5 燃烧过程自动控制系统71一、燃烧过程控制系统的任务 基本任务：使燃料燃烧所提供的 热量适应锅炉蒸汽负荷的需要， 同时还要保证锅炉安全经济运行 。 具体归纳为： 1. 维持蒸汽压力稳定 2. 保证燃烧过程的经济性 3. 维持炉膛压力稳定72二、燃烧过程控制对象的动态特性 73（一）汽压控制对象动态特性分析燃烧部分燃烧部分蒸发部分蒸发部分蒸汽输出蒸汽输出汽轮机汽轮机74（二）燃烧率扰动下汽压控制对象的动态特性1.汽轮机负荷不变（即耗汽量不
13、变）75呈现有纯迟 延的无自衡 能力特性 76图图6-54 燃烧烧率扰动时扰动时 （T不变变）汽压被控对象方框图2、汽轮机调门开度不变 77呈现有迟延 的惯性环节 特性78（三）负荷扰动下汽压控制对象的动态特性 1、汽轮机调门开度扰动下 79802、汽轮机进汽流量扰动下 8182三、燃烧过程自动控制系统的基本方案燃烧调节系统组合方案图83（一）燃烧控制系统设计的基本原 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。 84（二）燃烧过程控制系统结构 包括燃料、送风和引风三个子系统 1、燃料控制子系统任务：使进入
14、锅炉的燃料量随时与外界负荷要 求相适应。 （1）燃料量的测量 1）给煤机转速 2）给粉机转速 3）磨煤机进出口差压 4）热量信号85图6-61 热量信号的阶跃响应曲线热量信号86实际热量信号的组成原理实际热量信号的组成框图87燃料控制系统结构882. 送风控制子系统任务：使送风量与燃料量保持合适的比例，实现安全经济燃烧。89903、引风控制子系统（炉膛压力控制系统） 任务：通过控制引风量将炉膛负压控制 在规定的范围之内。91（三）燃烧过程自动控制系统的基本方案92图6-67 具有氧量校正的“燃料-空气”系统 93四、燃烧过程自动控制的典型系统1、采用热量信号的燃烧控制系统 94热值修正回路2、
15、采用给粉机转速信号的燃烧控制系统 953. 采用中速磨直吹式制粉锅炉的燃烧控制系统 964.采用风扇磨直吹式制粉锅炉的燃烧控制系统 97五、300MW机组燃烧控制系统实例采用直吹式制粉系统，5台给煤机对应5台中速磨 煤机，与5台燃烧器相对应，每台磨煤机供应一 层燃烧器的燃烧。正常运行时4台就能达到额定 负荷，1台备用，系统配备2台送风机，2台引风 机，2台一次风机。98五、300MW机组燃烧控制系统实例燃烧系统除了燃料控制、送风控制和引风控制外 ，还设计了磨煤机风量风温控制、一次风道压力 控制、辅助风和燃料风（二次风分配）控制。 磨煤机风量风温控制：确保进入炉膛的煤粉干燥、 不沉积堵塞； 一次风道压力控制：维持一次风压力恒定以使磨煤 机风量控制能正确实现； 辅助风和燃料风（二次风分配）控制：根据燃料投 运层数情况改变二次风分配使炉膛内燃料燃烧良 好，火球位置正确。99（一）燃料控制系统BT0FTFTPT点火油流量A给煤机图6-73 燃料控制系统图锅炉负 荷指令停运A +f(t)M/Af(x)点火油压力 PI AM/A故障停运0 CDE第一级压力M/A
