主汽壓控制系統(tǒng)

1、第三篇 模擬量控制系統(tǒng)（MCS）第五章 主汽壓力控制系統(tǒng)編寫(xiě)人：蔡云貴第一節(jié) 概述鍋爐主汽壓力控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)鍋爐蒸汽負(fù)荷的需求，同時(shí)還要保證鍋爐的安全運(yùn)行。每臺(tái)鍋爐的主汽壓力控制系統(tǒng)的具體任務(wù)及控制類(lèi)型的選擇因燃料的種類(lèi)、制粉系統(tǒng)、燃燒設(shè)備以及鍋爐的運(yùn)行方式不同而有所區(qū)別，主汽壓力控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有以下幾個(gè)：一、 維持主汽壓力（如果是單元制機(jī)組，則維持機(jī)前壓力或過(guò)熱器出口壓力；如果是幾臺(tái)鍋爐并列運(yùn)行，則維持母管汽壓）。汽壓的變化表示鍋爐的蒸汽產(chǎn)量和負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，這時(shí)必須相應(yīng)的改變?nèi)剂系墓?yīng)量，以改變鍋爐的蒸汽產(chǎn)量。二、 對(duì)于并列運(yùn)行母管制鍋爐，其其主汽

2、壓力控制系統(tǒng)必須保持各并列運(yùn)行鍋爐的負(fù)荷按比例分配，這樣，就需要有一個(gè)主調(diào)節(jié)器來(lái)完成負(fù)荷分配任務(wù)，構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)。三、 對(duì)于單元制運(yùn)行鍋爐，其產(chǎn)生的蒸汽直接送往汽機(jī)，這時(shí)根據(jù)不同的控制方式，控制任務(wù)有所區(qū)別。如果設(shè)計(jì)有協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，則由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)完成主汽壓力的控制，從而完成鍋爐蒸汽產(chǎn)量的控制；如果沒(méi)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，則由鍋爐主汽壓力控制系統(tǒng)完成鍋爐蒸汽產(chǎn)量的控制。第二節(jié) 主汽壓力控制系統(tǒng)類(lèi)型由于母管制機(jī)組已逐漸被淘汰，不再對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹，下面只介紹單元制機(jī)組的主汽壓力控制系統(tǒng)。 一、具有中間儲(chǔ)粉倉(cāng)的煤粉爐主汽壓力控制系統(tǒng)由于具有中間煤粉倉(cāng)，制粉系統(tǒng)工作與鍋爐運(yùn)行可以分別進(jìn)行。因此，其

3、主汽壓力控制系統(tǒng)可采用本章第一節(jié)介紹的方案。然而，煤粉爐的燃料量的測(cè)量是一個(gè)特殊的問(wèn)題，準(zhǔn)確測(cè)量進(jìn)入爐膛的瞬時(shí)煤粉量目前尚有困難。當(dāng)前主要是采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)代替煤粉量。但是給粉機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)法反映煤粉量的自發(fā)擾動(dòng)，同樣的轉(zhuǎn)速下，由于煤粉的自流，給粉量可以完全不一樣。為此可采用以下控制系統(tǒng)：PI1PI2Z SP PM DQ - + M圖3-5-1具有中間儲(chǔ)粉倉(cāng)的煤粉爐主汽壓力控制系統(tǒng)以上控制系統(tǒng)是由主調(diào)節(jié)器（調(diào)節(jié)母管壓力PM）和燃料調(diào)節(jié)器組成。燃料調(diào)節(jié)器給定值為“負(fù)荷要求NO1”，反饋信號(hào)為熱量信號(hào)DQ。DQ的運(yùn)算式為：DQ=D+Cb式中D為蒸汽流量信號(hào)，Cb為汽包壓力的理想微分，因此DQ為理想熱量信

4、號(hào)。而汽包壓力理想微分并不存在，實(shí)際的熱量信號(hào)DQZ為：DQZ=DQ式中Td為實(shí)際微分環(huán)節(jié)的微分時(shí)間。由控制系統(tǒng)看出，當(dāng)外負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，母管壓力PM首先偏離給定值，主調(diào)節(jié)器PI1輸出信號(hào)去燃料調(diào)節(jié)器PI2改變?nèi)剂狭俊．?dāng)燃料量變化后，熱量信號(hào)以負(fù)反饋的形式輸入到PI2的入口，與主調(diào)節(jié)器來(lái)的給定信號(hào)NO1平衡，當(dāng)DQ=NO1后，PM恢復(fù)到給定值，整個(gè)主汽壓力控制系統(tǒng)達(dá)到平衡。當(dāng)燃料發(fā)生自發(fā)性擾動(dòng)時(shí)，由于熱量信號(hào)能及時(shí)反映燃料的自發(fā)擾動(dòng)，并很快地消除擾動(dòng)，基本上不會(huì)因燃料的自發(fā)擾動(dòng)造成母管壓力的波動(dòng)。這樣每臺(tái)鍋爐燃料的自發(fā)性擾動(dòng)在燃料調(diào)節(jié)器回路能及時(shí)消除，主調(diào)節(jié)器輸給并列運(yùn)行的各臺(tái)鍋爐的給定信號(hào)（NO

5、1、NO2、NO3）就不會(huì)發(fā)生變化，因而保證了并列運(yùn)行各臺(tái)鍋爐的負(fù)荷分配比例不變。二、采用直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐的主汽壓力控制系統(tǒng)對(duì)于現(xiàn)代的大型機(jī)組，為了節(jié)省基建投資和運(yùn)行費(fèi)用，多采用直吹制粉系統(tǒng)的燃燒方式。（一）采用鋼球磨的直吹制粉鍋爐主汽壓力控制系統(tǒng) 鋼球磨適用于可磨性差的煤種。鋼球磨正常運(yùn)行時(shí)，必須考慮磨煤機(jī)中有適當(dāng)?shù)难b煤量，所以它僅適用于帶基本負(fù)荷的鍋爐。其原則性框圖如下：PI1PI2 磨煤機(jī)一次風(fēng)量 P1 P2 P3 P4 PM - + 一次風(fēng)量調(diào)節(jié)圖3-5-2 鋼球磨直吹鍋爐主汽壓力控制系統(tǒng) 從在負(fù)荷圖3-5-2看出，在負(fù)荷變化時(shí)，主汽壓力PM改變，PI1調(diào)節(jié)器首先改變并列運(yùn)行各臺(tái)球

6、磨機(jī)一次風(fēng)流量。各臺(tái)球磨機(jī)的一次風(fēng)流量之和代表總的燃燒率的改變量，以負(fù)向送入比較器作為負(fù)反饋信號(hào)，與PI1輸出之負(fù)荷要求信號(hào)平衡，以達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定。在每臺(tái)球磨機(jī)一次風(fēng)量改變后，原煤量調(diào)節(jié)器根據(jù)一次風(fēng)量使原煤量與之成比例改變。（二）采用中速磨（或豎井磨）的直吹制粉系統(tǒng)鍋爐的主汽壓力控制系統(tǒng) 這種系統(tǒng)適用于帶變動(dòng)負(fù)荷的鍋爐機(jī)組。原則性框圖如圖3-5-3：PI1PI2ZZZZPI3Z 磨煤機(jī)一次風(fēng)量 V1 V2 V3 V4 PM V1 P1 - + V1 V2 V3 V4 M1磨煤機(jī)一次風(fēng)量調(diào)節(jié) 磨煤機(jī)給煤量調(diào)節(jié) 圖3-5-3 中速磨直吹鍋爐主汽壓力控制系統(tǒng)由于改變一次風(fēng)量可以很快適應(yīng)外負(fù)荷要求，所以

7、這里以一次風(fēng)量代表燃燒率。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，母管壓力PM通過(guò)主汽壓力調(diào)節(jié)器PI1去改變一次風(fēng)量調(diào)節(jié)器PI2的輸入值，調(diào)節(jié)一次風(fēng)量V1V4（14號(hào)磨），將磨中存粉吹出以適應(yīng)負(fù)荷變化的需要。對(duì)于1號(hào)磨煤機(jī)，當(dāng)一次風(fēng)量與負(fù)荷成比例變化后，V1通過(guò)原煤調(diào)節(jié)器PI3去調(diào)節(jié)給煤量，而以磨煤機(jī)出口差壓P1作為負(fù)反饋信號(hào)以維持磨給煤量與V1平衡。這個(gè)方法是企圖建立磨煤機(jī)阻力 （P1）與V1之間的一定關(guān)系。調(diào)節(jié)結(jié)束后，汽壓PM恢復(fù)到給定值，總的V1信號(hào)與負(fù)荷成比例，這時(shí)進(jìn)入各磨煤機(jī)的原煤量與進(jìn)入爐膛的煤粉量相等，磨中存煤量基本不變。當(dāng)負(fù)荷不變，磨煤機(jī)差壓信號(hào)P1能及時(shí)反映原煤量的擾動(dòng)，P1反饋信號(hào)使PI3迅速改變?cè)?/p>

8、煤量，以消除原煤量的自發(fā)擾動(dòng)，保持磨煤機(jī)送出的煤粉量不變。（三）采用風(fēng)扇磨的直吹制粉系統(tǒng)鍋爐主汽壓力控制系統(tǒng)風(fēng)扇磨適用于可磨性較好的煤種（如褐煤）。風(fēng)扇磨在運(yùn)行時(shí)，從原煤量擾動(dòng)產(chǎn)生到輸出煤粉量的變化，滯后和慣性比較小。但由于在磨中存煤量較少，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，用改變一次風(fēng)量暫時(shí)增加進(jìn)入爐膛的煤粉量是不合適的，因此，只能直接增加給煤量以適應(yīng)外負(fù)荷要求。但是，一次風(fēng)還必須進(jìn)行控制，因?yàn)樵陲L(fēng)扇磨給煤量變化時(shí)，為了保證安全運(yùn)行，對(duì)一次風(fēng)壓有一定要求。由于直接調(diào)一次風(fēng)壓不經(jīng)濟(jì)，往往是調(diào)節(jié)總風(fēng)門(mén)開(kāi)度以間接保證一次風(fēng)壓。（四）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)目前比較大型的單元機(jī)組大多設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，即控制主汽壓力，保證機(jī)組的安全

9、運(yùn)行，又控制機(jī)組的實(shí)發(fā)功率，以快速滿(mǎn)足電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的負(fù)荷需求。具體的控制策略在第四章（機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)）介紹。第三節(jié) 主汽壓力控制系統(tǒng)實(shí)例一、焦作電廠3期2×200MW機(jī)組主汽壓力控制系統(tǒng)焦作電廠3期為兩臺(tái)單元制機(jī)組。鍋爐為四角切圓、自然循環(huán)汽包爐，制粉系統(tǒng)為中間儲(chǔ)粉倉(cāng)制粉系統(tǒng)，一臺(tái)鍋爐4層給粉機(jī)。其主汽壓力控制系統(tǒng)原則性框圖如下：PI1df(x)PI2T1PO PT P1 1 Pb + - + - 24層給粉機(jī) M1 M2 M3 M4 1層給粉機(jī)圖3-5-4 焦作電廠3期2×200MW機(jī)組主汽壓力控制系統(tǒng)此系統(tǒng)為采用熱量信號(hào)平衡的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器PI1維持機(jī)前壓力在給

10、定值，副調(diào)節(jié)器PI2接受主調(diào)節(jié)器的負(fù)荷需求，反饋信號(hào)為汽機(jī)蒸汽流量與汽包壓力微分信號(hào)之和。當(dāng)汽機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，機(jī)前壓力PT偏離給定值，主調(diào)節(jié)器PI1輸出信號(hào)去燃料調(diào)節(jié)器PI2，通過(guò)輸出改變4層給粉機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變?nèi)剂狭?。?dāng)燃燒率變化后，熱量信號(hào)以負(fù)反饋的形式輸入到PI2的入口，與主調(diào)節(jié)器來(lái)的給定信號(hào)平衡，當(dāng)二者相等后，PT恢復(fù)到給定值，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到平衡。當(dāng)燃料量自發(fā)擾動(dòng)時(shí)，熱量信號(hào)能及時(shí)反映燃料的自發(fā)擾動(dòng)，并很快地消除擾動(dòng)，基本上不會(huì)因燃料的擾動(dòng)造成機(jī)前壓力的波動(dòng)。二、洛陽(yáng)熱電廠改擴(kuò)建供熱機(jī)組（2×14.2MW）主汽壓力控制系統(tǒng)洛陽(yáng)熱電廠改擴(kuò)建兩臺(tái)供熱機(jī)組的配置為：兩爐一機(jī)為一單

11、元機(jī)組。在一單元機(jī)組中，兩臺(tái)鍋爐可以并列運(yùn)行，也可一爐一機(jī)運(yùn)行。主汽壓力控制系統(tǒng)是控制母管壓力PM，其原則性框圖如圖3-5-5所示。主調(diào)節(jié)器PI1維持母管壓力PM；副調(diào)節(jié)器PI2接受主調(diào)節(jié)器PI1的輸出作為機(jī)組總的熱量需求，反饋信號(hào)是兩臺(tái)鍋爐熱量信號(hào)的總和，輸出是對(duì)鍋爐的燃料量需求；每臺(tái)鍋爐燃料調(diào)節(jié)器接受來(lái)自PI2的燃料量需求給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整燃料量，反饋信號(hào)是鍋爐12臺(tái)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速之和再乘以單位轉(zhuǎn)速的給粉量，即鍋爐的總?cè)剂狭?。另外，?duì)每臺(tái)鍋爐的燃料量指令加減一個(gè)偏置K（可調(diào)整）目的，是當(dāng)一臺(tái)鍋爐出力受到限制時(shí)，自動(dòng)分配兩臺(tái)鍋爐所帶的負(fù)荷。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，由于給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)比熱量信號(hào)反應(yīng)快，

12、對(duì)負(fù)荷側(cè)擾動(dòng)的適應(yīng)性強(qiáng)，所以能使系統(tǒng)快速平衡穩(wěn)定下來(lái)。當(dāng)某臺(tái)鍋爐燃料量發(fā)生自發(fā)擾動(dòng)時(shí)，由于熱量信號(hào)能及時(shí)反應(yīng)燃料的自發(fā)擾動(dòng)，并由兩臺(tái)鍋爐同時(shí)參與調(diào)整，很快消除擾動(dòng)，所以基本上不會(huì)因燃料的自發(fā)擾動(dòng)造成母管壓力PM的波動(dòng)。PI1dPI2T1d+K-KPI3X P0 PM D1 Pb1 D2 Pb2 + - + + + + + + + - n1 n12 #2鍋爐燃料調(diào)節(jié) G(噸/轉(zhuǎn)) + - 2、3層給粉機(jī) 1層給粉機(jī) #1鍋爐燃料調(diào)節(jié)圖3-5-5 洛陽(yáng)熱電廠改擴(kuò)建供熱機(jī)組（2×14.2MW）主汽壓力控制系統(tǒng)第四節(jié) 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及投入一、系統(tǒng)調(diào)試（一）變送器、一次元件校驗(yàn)。（二）給粉機(jī)或給煤機(jī)轉(zhuǎn)速控制回路和轉(zhuǎn)速反饋回路的調(diào)整。（三）I/O模件（模擬量、開(kāi)關(guān)量）通道校驗(yàn)。（四）組態(tài)軟件調(diào)試檢查、修改控制系統(tǒng)組態(tài)中的錯(cuò)誤，補(bǔ)充組態(tài)中的遺漏。檢查各運(yùn)算回路的運(yùn)算正確性，如不正確，則修改正確。（五）態(tài)試驗(yàn)1. 靜態(tài)參數(shù)整定計(jì)算各函數(shù)校正塊的數(shù)據(jù)，設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)組態(tài)中各模擬量的量程，各功能塊的靜態(tài)參數(shù)，設(shè)置各高低報(bào)警和偏差報(bào)警的上下限值。2. 開(kāi)環(huán)試驗(yàn)?zāi)M協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行條件，做開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)試驗(yàn)，檢查信號(hào)流程、方向，執(zhí)行機(jī)構(gòu)方向，調(diào)節(jié)器方向，做手/自動(dòng)的無(wú)擾切換試驗(yàn)、