锅炉自动控制系统的实现.ppt
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1、第七章:锅炉自动控制系统的实现,第七章:锅炉自动控制系统的实现,7-1:锅炉燃烧控制系统 7-2:气温自动控制系统 7-3: 给水控制系统,7-1:锅炉燃烧控制系统,一、概述 1燃烧控制系统的基本任务 燃烧过程控制的基本任务是使锅炉燃烧提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要,同时还要保证锅炉的安全经济运行。 燃烧过程控制实现在外界负荷需求发生变化时,使燃料、送风和炉膛压力三个子系统同时成比例地动作,共同适应外界负荷的需求。,目前600MW机组的锅炉燃烧控制系统通常分别以给煤机(或给粉机)转速、送风机动叶、引风机静叶和二次风挡板为控制手段来实现对锅炉燃料量、总风量、炉膛压力和风量配比的控制。 600M
2、W机组的锅炉燃烧控制系统主要由以下系统组成: (1)燃料控制系统(主要); (2)风量控制系统(主要); (3)炉膛压力控制系统(主要); (4)磨煤机一次风量和出口温度控制系统(子系统); (5)一次风压力控制系统(子系统) ; (6)辅助风控制系统(子系统) ; (7)燃料风(周界风)控制系统和燃尽风控制系统(子系统)。,2直吹式锅炉燃烧控制的特点 制粉系统成为燃烧过程自动控制不可分割的组成部分。 直吹式锅炉在适应负荷变化或消除燃料内扰方面的反应均较慢,从而引起汽压较大的变化。因此在锅炉负荷变化时,锅炉燃烧控制系统如何快速改变进入炉膛的煤粉量,以及当锅炉负荷不变时,控制系统如何及早地发现原
3、煤量的扰动就成为直吹式锅炉燃烧控制系统中需要特别予以考虑的问题。 为了提高直吹式锅炉的负荷响应能力,在改变给煤量的同时应同时改变一次风量。 及早消除燃料量的自发性扰动 。,二、燃料控制系统 目前600 MW机组燃料控制系统通常由燃煤控制、燃油控制和磨煤机控制三部分构成。 (一)煤量主控制系统 煤量主控制系统由燃料量计算回路、热值校正回路及燃料量调节回路组成。燃料主控制器由燃料主控调节器和燃料手动自动主控站组成。该回路中的总燃料量经BTU热值校正后代表了锅炉的发热量,用它作为燃料主控制器的过程测量值。稳态时燃料主控制器的给定值基本上是锅炉主控指令。燃料主控制器根据测量值和给定值的偏差输出调节作用
4、,经六台给煤机的各自偏置修正后,成为每台给煤机的转速控制指令。 1燃料量计算回路,右图为燃料量计算和BTU校正回路。 进入锅炉燃烧的总燃油流量由轻油流量(点火油量)和重油流量(启动流量)相加。相加前需经过系数转换 。 为了防止给煤机检修试转时引起控制系统误动,当某台磨煤机未运行时,相应给煤量强制为零。,2BTU校正回路 原理:若燃料品质下降造成燃料实际发热量降低时,由于Dn不变,将使由DM代表的燃料实际发热量变小,导致DQDM,积分器输入端热量信号会产生正向偏差,积分器输出增大,使kQ变大,kQDn乘积变大,DM自动调大直至等于DQ,可见该回路起到了变增益调节的作用。由此可见kQ决定了DM是否
5、能正确反映燃料的总发热量,因此我们将kQ定义为燃料发热系数。 使用情况:实际锅炉使用的煤种和设计煤种有差别,可根据以上原理将实际煤种校正为设计煤种。 缺点:BTU校正回路只有在稳态工况下才具有实际意义。,3煤量主控制回路 煤量主控制回路是一个单回路调节系统。煤量主控PID调节器的人口偏差等于经过风、燃料交叉限制后的锅炉主指令与经过BTU校正后的总燃料量之差,煤量主控调节器的输出再除以投入自动的给煤机台数形成煤主控指令。 小值选择块的作用是确保增负荷时先增风后增燃料;减负荷时先减燃料后减风。使机组在任何工况下运行都能保证锅炉的富氧燃烧。 总燃料量偏差经PID调节器后给出运行给煤机速度指令,该指令
6、同时送至所有运行给煤机速度控制回路。,4给煤机控制系统 直吹式制粉系统的燃料控制通常采用调节多台给煤机的转速来实现,控制系统方案相同,图8-4为给煤机A转速控制系统。该系统接受煤主控的输出指令,结合各台给煤机的实际运行状态,向各台给煤机发出转速控制指令。,给煤机转速控制的理解要点: T3:手动设定偏置,以平衡每台给煤机的实际运行负荷。当给煤机的转速控制在手动方式时,偏置值自动跟踪给煤机的转速指令与煤主控指令的差值,以达到无扰动切换。 低值选择器:保证给煤速度不会超出磨煤机一次风量允许的最大给煤量,防止给粉管路堵塞。 高值选择器:保证给煤速度不会低于磨煤机的最小允许给煤量(如25)。 上下限限幅
7、:确保任何工况下给煤机的转速控制指令不会超出运行要求的范围。,(二)点火油控制 点火油控制是用调节供油压力调节阀来控制供油母管的压力,以保证其在设定值范围内变化。 在燃油MA操作站上,操作员设定的燃油压力经过速率限制块输出,并与点火油压力实际测量值求偏差后输入PID调节块,其输出作为点火油压力调节阀指令,以保证点火油箱中压力为定值。,(三)磨煤机控制系统 600MW机组的锅炉配有6台(AF)给煤机、6台(AF)磨煤机,其中5台正常运行、1台备用即能保证机组带满负荷。每台磨煤机的控制系统结构完全相同 。 磨煤机控制系统包括磨煤机出口风粉混合物的温度控制和用于输送和干燥煤粉的一次风量控制。磨煤机运
8、行时,磨煤机入口冷风门、热风门用于调整磨煤机出口温度和磨煤机人口的一次风量。通过调节给煤机速度使给煤量满足煤量主控的要求,燃料风挡板调节燃烧器火嘴处的风煤比达到最佳状态。,1磨煤机出口温度控制系统 为了保证锅炉安全经济运行,应控制磨煤机出口风煤混合物的温度在允许范围内变化。如果温度太低,煤将得不到足够的干燥,造成制粉困难,甚至会造成堵塞,影响煤粉的输送。如果温度太高,会引起制粉系统发生自燃现象造成事故。因此输送煤粉的一次风必须满足一定的温度要求。,理解要点: 磨煤机A出口温度的测量采用冗余信号取中值的方式 。 为了防止设定值的突变对控制产生冲击,设定值需要经过速率限制。 引入热风挡板开度指令是
9、为了当热风挡板开度改变时相应改变冷风挡板开度,以粗调磨煤机出口温度,实现双变量控制系统的解耦作用。 引入磨煤机A给煤指令作为控制回路的超前滞后动态补偿信号,是为了减小控制系统调节的滞后。 可根据BMS发出的逻辑指令,强制输出冷风门挡板开度指令。,2磨煤机一次风量控制系统 煤粉管道中煤粉和空气混合物的速度应保持在一定范围内,流速太低会使煤粉沉积在管道内,造成磨煤机内煤的溢出,另外,流速过低还会使着火点移近燃烧器喷口,使燃烧器过热或烧坏。流速过高,带入炉膛的煤粉颗粒度将过粗,使着火减慢,煤粉和空气在炉膛的混合度差,使不完全燃烧增加,造成结渣。,理解要点: 磨煤机A给煤量和磨煤机A给煤指令同时输入大
10、选块中,经函数块F3(x) 后作为磨煤机入口一次风量的基本设定值。这样当给煤机速度增减时,一次风量的设定值也将自动增减。大选块输出通过F4(x)、5形成系统的前馈作用信号,超前补偿燃料量的变化对一次风量的影响。 为了测量准确,磨煤机人口一次风量的测量值经过了人口一次风温和风压校正,为了滤去一次风量测量值中的高频脉动信号对控制系统的干扰,测量信号的输出需经过一个惯性环节F(t)。 可根据BMS发出的逻辑指令,强制输出热风门挡板开度指令。,三、风量控制系统 风量控制子回路用来满足锅炉主控制器(BOIlER MASTER)发出的风量请求,并维持燃烧稳定及保证合适的风、燃料配比。送风控制系统为带氧量校
11、正的串级控制系统,氧量校正调节器是主调节器,风量调节器是串级控制系统的副调节器。 入炉总风量等于二次风量和一次风量之和,其中一次风量是运行中各台磨煤机人口一次风量之和。为了测量的准确,各个风量测量信号均经过风温度信号校正。送风控制系统根据总风量和总风量设定值的偏差给出两台送风机入口动叶开度的控制指令。系统设计有总风量与总燃料量信号之间的交叉限制,以确保锅炉的富氧燃烧。当两台送风机动叶控制站都在自动方式时,操作员可对两台送风机动叶开度进行偏置,使两台送风机可以进行不同的负荷分配。,(一)氧量校正及总风量指令形成回路 锅炉燃烧控制的主要任务是保证燃烧过程的经济性和稳定性。在稳态时,应根据锅炉主控指
12、令的要求协调地控制燃料量和送风量,保持最佳空气燃料配比和最佳烟气含氧量。 在动态时,保证升负荷时先增风后增燃料,减负荷时先减燃料后减风,达到空气燃料交叉限制的目的。 锅炉在不同负荷时燃料量和送风量的最佳配比是不同的。因此,希望有一个检查燃料量和风量是否配合适当的指标来校正送风量,这个指标就是烟气中的含氧量。,实验表明烟气中最佳含氧量与机组的负荷之间存在如图88所示的关系曲线,可以看出烟气中最佳含氧量随着机组负荷的增大是减小的。 氧量校正及总风量指令控制回路如下图,理解要点: 机组给定负荷通过函数块F3(x) 与来自氧量MA操作站的偏置信号叠加,模拟出图8-8所示的含氧量随负荷变化的曲线,形成氧
13、量滑动设定值SP。 为了防止运行人员误将设定值操作到合理范围之外,设定值还需经过上、下限幅块 (下限值=3,上限值=6)的限制。 当送风控制切至手动方式后,图8-9中氧量MA操作站接通s2端,使氧量MA操作站的输出跟踪风煤比,即图8-9中函数块F6(x)的输出。 为了使人炉风量总富裕于燃料量,对风量需求指令与进入炉膛内的总燃料量实施了交叉限制。 当锅炉总燃料量指令和实际总燃料量信号都小于最小空气流量信号时,则通过上、下限限幅块设定的最小输出值(35)作为风量指令输出,以防止风量降到预定值以下引起炉膛熄火。,(二)送风机控制 下图是某电厂600MW机组的风量控制系统,采用两台各带50负荷的轴流式
14、送风机,控制其动叶开度大小来满足入炉风量要求。 为了尽快地满足负荷变化的要求并保持炉膛压力稳定,风量控制系统中设计有以总风量指令为前馈信号的加速通道。 前馈信号和风量调节器输出的主信号在加法块5中进行综合,通过切换块T1、T6分别向送风机A、B输出自动控制指令。同时运行操作人员还可以通过送风机A(或B)的MA操作站设定一个偏置,其作用是使两台送风机的负荷平衡。 该系统除完成正常工况下的串级控制系统内回路调节外,还设计有非正常工况时风机动叶开度定向闭锁回路,以及两台风机分别实现手动操作和由“手动”切回“自动”时实现无平衡、无扰动的偏差平衡回路。,1定向闭锁回路 右图为送风机动叶定向闭锁回路。一旦
15、发现炉膛压力异常,通过两组大选块和小选块及切换块T13、T14、T15、T16的限制功能来闭锁送风机动叶开度指令。 例:炉膛压力信号低的动作过程。,2送风机偏差平衡回路 送风调节器输出的公共指令同时送到送风机A和送风机B的动叶控制回路它对两台送风机动叶指令的作用方向是相反的,目的是在正常情况下调节两台送风机的负荷平衡,使两台送风机马达电流相等。送风机偏置只有在两台送风机动叶都在自动控制方式时才可由运行人员手动改变。 当两台送风机处于手动工作方式时,送风机的偏置跟踪回路切换到T5的s2端,使送风调节器PID跟踪两台送风机动叶开度的平均值。该平均值减去送风机A、B操作站MA的手动输出信号,即为手动
16、方式与自动方式之间存在的偏差。平均值加上该偏差值即等于送风机A的手动输出信号。平均值减去该偏差值即为送风机B的手动输出信号。如此设置的偏差调节网络是为了保证两台送风机在分别投自动时能实现无平衡无扰动切换。,四、炉膛压力控制系统 锅炉炉膛压力控制系统的主要任务是维持炉膛压力在一定范围内变化,保证锅炉设备的安全运行。大机组炉膛压力控制除设计有完善的调节系统外,还加入了一些安全保护措施。在锅炉炉膛压力控制的设计中,与以往常规的“前馈一反馈”控制方案相比,还增加了一些防止锅炉内爆发生的防范措施。 (一)正常工况下的炉膛压力控制方式 采用平衡通风式锅炉的炉膛压力控制,通常用调节两台引风机的挡板开度来满足
17、炉膛压力略低于外界大气压的要求。控制系统为带送风前馈的单回路控制系统。机组正常运行时,锅炉炉膛压力按传统的“前馈一反馈”控制方案进行控制。,1炉膛压力测量信号的处理 为了提高控制系统的可靠性,炉膛压力测量采用三选中值方案 当被选测量值变成坏质量时,系统自动切换到好质量的测量值上。当被测量信号A、B、c值其中之一与A、B、C求中值所得信号之间的偏差超出预定范围时,系统发出测量信号偏差报警。如A、B、c三个测量信号中有两个信号变成坏质量时,炉膛压力控制系统切至手动状态运行。 为了减少炉膛压力信号的脉动造成执行机构频繁动作,测量信号大多要进行滤波处理。 2引风机控制回路 正常情况下,炉膛压力按传统的
18、“前馈一反馈”控制方案进行。 前馈信号FF(FEED FORWARD)来自送风控制系统,其作用是使送风控制系统动作的同时,引风控制系统能相应地动作。使引风量随送风量成比例地变化,以减小炉膛压力在变负荷时的动态偏差。,(二)非正常工况下炉膛压力控制方式 1MFT动作时的超驰控制 600MW机组的炉膛压力控制除采用了“前馈一反馈”传统方案外,最突出的特点是对炉膛压力控制设计了一个超驰控制回路。其作用是防止M丌动作时,引起炉膛灭火而产生“锅炉内爆”的事故。 当MFT动作时,控制系统首先强制关小引风机挡板开度,以减少引风机出力,使炉膛负压不至太高。 策略: (1)在任何负荷情况下,MFT动作后,引风机
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