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)的基本任務是使燃料燃燒所提供的熱量適應鍋爐蒸汽負荷的需求，同時還要保證鍋爐的安全運行。每臺鍋爐的主汽壓力控制系統(tǒng)的具體任務及控制類型的選擇因燃料的種類、制粉系統(tǒng)、燃燒設(shè)備以及鍋爐的運行方式不同而有所區(qū)別，主汽壓力控制系統(tǒng)的任務主要有以下幾個：一、 維持主汽壓力（如果是單元制機組，則維持機前壓力或過熱器出口壓力；如果是幾臺鍋爐并列運行，則維持母管汽壓）。汽壓的變化表示鍋爐的蒸汽產(chǎn)量和負荷的耗汽量不相適應，這時必須相應的改變?nèi)剂系墓浚愿淖冨仩t的蒸汽產(chǎn)量。二、 對于并列運行母管制鍋爐，其其主汽

2、壓力控制系統(tǒng)必須保持各并列運行鍋爐的負荷按比例分配，這樣，就需要有一個主調(diào)節(jié)器來完成負荷分配任務，構(gòu)成串級控制系統(tǒng)。三、 對于單元制運行鍋爐，其產(chǎn)生的蒸汽直接送往汽機，這時根據(jù)不同的控制方式，控制任務有所區(qū)別。如果設(shè)計有協(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；如果沒設(shè)計協(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)類型由于母管制機組已逐漸被淘汰，不再對其控制系統(tǒng)進行介紹，下面只介紹單元制機組的主汽壓力控制系統(tǒng)。 一、具有中間儲粉倉的煤粉爐主汽壓力控制系統(tǒng)由于具有中間煤粉倉，制粉系統(tǒng)工作與鍋爐運行可以分別進行。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量是一個特殊的問題，準確測量進入爐膛的瞬時煤粉量目前尚有困難。當前主要是采用給粉機轉(zhuǎn)速來代替煤粉量。但是給粉機轉(zhuǎn)速無法反映煤粉量的自發(fā)擾動，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具有中間儲粉倉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“負荷要求NO1”，反饋信號為熱量信號DQ。DQ的運算式為：DQ=D+Cb式中D為蒸汽流量信號，Cb為汽包壓力的理想微分，因此DQ為理想熱量信

4、號。而汽包壓力理想微分并不存在，實際的熱量信號DQZ為：DQZ=DQ式中Td為實際微分環(huán)節(jié)的微分時間。由控制系統(tǒng)看出，當外負荷擾動時，母管壓力PM首先偏離給定值，主調(diào)節(jié)器PI1輸出信號去燃料調(diào)節(jié)器PI2改變?nèi)剂狭俊．斎剂狭孔兓?，熱量信號以負反饋的形式輸入到PI2的入口，與主調(diào)節(jié)器來的給定信號NO1平衡，當DQ=NO1后，PM恢復到給定值，整個主汽壓力控制系統(tǒng)達到平衡。當燃料發(fā)生自發(fā)性擾動時，由于熱量信號能及時反映燃料的自發(fā)擾動，并很快地消除擾動，基本上不會因燃料的自發(fā)擾動造成母管壓力的波動。這樣每臺鍋爐燃料的自發(fā)性擾動在燃料調(diào)節(jié)器回路能及時消除，主調(diào)節(jié)器輸給并列運行的各臺鍋爐的給定信號（NO

5、1、NO2、NO3）就不會發(fā)生變化，因而保證了并列運行各臺鍋爐的負荷分配比例不變。二、采用直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐的主汽壓力控制系統(tǒng)對于現(xiàn)代的大型機組，為了節(jié)省基建投資和運行費用，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。鋼球磨正常運行時，必須考慮磨煤機中有適當?shù)难b煤量，所以它僅適用于帶基本負荷的鍋爐。其原則性框圖如下：PI1PI2 磨煤機一次風量 P1 P2 P3 P4 PM - + 一次風量調(diào)節(jié)圖3-5-2 鋼球磨直吹鍋爐主汽壓力控制系統(tǒng) 從在負荷圖3-5-2看出，在負荷變化時，主汽壓力PM改變，PI1調(diào)節(jié)器首先改變并列運行各臺球

6、磨機一次風流量。各臺球磨機的一次風流量之和代表總的燃燒率的改變量，以負向送入比較器作為負反饋信號，與PI1輸出之負荷要求信號平衡，以達到系統(tǒng)穩(wěn)定。在每臺球磨機一次風量改變后，原煤量調(diào)節(jié)器根據(jù)一次風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)適用于帶變動負荷的鍋爐機組。原則性框圖如圖3-5-3：PI1PI2ZZZZPI3Z 磨煤機一次風量 V1 V2 V3 V4 PM V1 P1 - + V1 V2 V3 V4 M1磨煤機一次風量調(diào)節(jié) 磨煤機給煤量調(diào)節(jié) 圖3-5-3 中速磨直吹鍋爐主汽壓力控制系統(tǒng)由于改變一次風量可以很快適應外負荷要求，所以

7、這里以一次風量代表燃燒率。當負荷變化時，母管壓力PM通過主汽壓力調(diào)節(jié)器PI1去改變一次風量調(diào)節(jié)器PI2的輸入值，調(diào)節(jié)一次風量V1V4（14號磨），將磨中存粉吹出以適應負荷變化的需要。對于1號磨煤機，當一次風量與負荷成比例變化后，V1通過原煤調(diào)節(jié)器PI3去調(diào)節(jié)給煤量，而以磨煤機出口差壓P1作為負反饋信號以維持磨給煤量與V1平衡。這個方法是企圖建立磨煤機阻力 （P1）與V1之間的一定關(guān)系。調(diào)節(jié)結(jié)束后，汽壓PM恢復到給定值，總的V1信號與負荷成比例，這時進入各磨煤機的原煤量與進入爐膛的煤粉量相等，磨中存煤量基本不變。當負荷不變，磨煤機差壓信號P1能及時反映原煤量的擾動，P1反饋信號使PI3迅速改變原

8、煤量，以消除原煤量的自發(fā)擾動，保持磨煤機送出的煤粉量不變。（三）采用風扇磨的直吹制粉系統(tǒng)鍋爐主汽壓力控制系統(tǒng)風扇磨適用于可磨性較好的煤種（如褐煤）。風扇磨在運行時，從原煤量擾動產(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，當負荷變化時，用改變一次風量暫時增加進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外負荷要求。但是，一次風還必須進行控制，因為在風扇磨給煤量變化時，為了保證安全運行，對一次風壓有一定要求。由于直接調(diào)一次風壓不經(jīng)濟，往往是調(diào)節(jié)總風門開度以間接保證一次風壓。（四）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)目前比較大型的單元機組大多設(shè)計協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，即控制主汽壓力，保證機組的安全

9、運行，又控制機組的實發(fā)功率，以快速滿足電網(wǎng)對機組的負荷需求。具體的控制策略在第四章（機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)）介紹。第三節(jié) 主汽壓力控制系統(tǒng)實例一、焦作電廠3期2×200MW機組主汽壓力控制系統(tǒng)焦作電廠3期為兩臺單元制機組。鍋爐為四角切圓、自然循環(huán)汽包爐，制粉系統(tǒng)為中間儲粉倉制粉系統(tǒng)，一臺鍋爐4層給粉機。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 M1 M2 M3 M4 1層給粉機圖3-5-4 焦作電廠3期2×200MW機組主汽壓力控制系統(tǒng)此系統(tǒng)為采用熱量信號平衡的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器PI1維持機前壓力在給

10、定值，副調(diào)節(jié)器PI2接受主調(diào)節(jié)器的負荷需求，反饋信號為汽機蒸汽流量與汽包壓力微分信號之和。當汽機負荷發(fā)生變化時，機前壓力PT偏離給定值，主調(diào)節(jié)器PI1輸出信號去燃料調(diào)節(jié)器PI2，通過輸出改變4層給粉機的轉(zhuǎn)速，從而改變?nèi)剂狭?。當燃燒率變化后，熱量信號以負反饋的形式輸入到PI2的入口，與主調(diào)節(jié)器來的給定信號平衡，當二者相等后，PT恢復到給定值，整個系統(tǒng)達到平衡。當燃料量自發(fā)擾動時，熱量信號能及時反映燃料的自發(fā)擾動，并很快地消除擾動，基本上不會因燃料的擾動造成機前壓力的波動。二、洛陽熱電廠改擴建供熱機組（2×14.2MW）主汽壓力控制系統(tǒng)洛陽熱電廠改擴建兩臺供熱機組的配置為：兩爐一機為一單

11、元機組。在一單元機組中，兩臺鍋爐可以并列運行，也可一爐一機運行。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的輸出作為機組總的熱量需求，反饋信號是兩臺鍋爐熱量信號的總和，輸出是對鍋爐的燃料量需求；每臺鍋爐燃料調(diào)節(jié)器接受來自PI2的燃料量需求給粉機轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整燃料量，反饋信號是鍋爐12臺給粉機轉(zhuǎn)速之和再乘以單位轉(zhuǎn)速的給粉量，即鍋爐的總?cè)剂狭俊Ａ硗?，對每臺鍋爐的燃料量指令加減一個偏置K（可調(diào)整）目的，是當一臺鍋爐出力受到限制時，自動分配兩臺鍋爐所帶的負荷。當機組負荷擾動時，由于給粉機轉(zhuǎn)速信號比熱量信號反應快，

12、對負荷側(cè)擾動的適應性強，所以能使系統(tǒng)快速平衡穩(wěn)定下來。當某臺鍋爐燃料量發(fā)生自發(fā)擾動時，由于熱量信號能及時反應燃料的自發(fā)擾動，并由兩臺鍋爐同時參與調(diào)整，很快消除擾動，所以基本上不會因燃料的自發(fā)擾動造成母管壓力PM的波動。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 1層給粉機 #1鍋爐燃料調(diào)節(jié)圖3-5-5 洛陽熱電廠改擴建供熱機組（2×14.2MW）主汽壓力控制系統(tǒng)第四節(jié) 系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試及投入一、系統(tǒng)調(diào)試（一）變送器、一次元件校驗。（二）給粉機或給煤機轉(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、開關(guān)量）通道校驗。（四）組態(tài)軟件調(diào)試檢查、修改控制系統(tǒng)組態(tài)中的錯誤，補充組態(tài)中的遺漏。檢查各運算回路的運算正確性，如不正確，則修改正確。（五）態(tài)試驗1. 靜態(tài)參數(shù)整定計算各函數(shù)校正塊的數(shù)據(jù)，設(shè)置自動控制系統(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)置各高低報警和偏差報警的上下限值。2. 開環(huán)試驗模擬協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運行條件，做開環(huán)調(diào)節(jié)試驗，檢查信號流程、方向，執(zhí)行機構(gòu)方向，調(diào)節(jié)器方向，做手/自動的無擾切換試驗、