電廠熱工過程控制基礎(chǔ)

電廠熱工過程控制基礎(chǔ)1.1電廠熱工過程控制概述1.1.1電廠熱工過程控制的發(fā)展階段隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，電廠熱工過程控制又經(jīng)歷了以下幾個(gè)計(jì)算機(jī)控制過程：1）集中型計(jì)算機(jī)控制：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行整體控制，因此對(duì)計(jì)算機(jī)的可靠性要求很高，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)事故，將使整個(gè)生產(chǎn)受到影響。2）分散型計(jì)算機(jī)控制：隨著微機(jī)的大批生產(chǎn)，成本的不斷降低，逐漸把集中控制改為用微機(jī)進(jìn)行局部控制，克服了集中控制的一些缺點(diǎn)，但此時(shí)各系統(tǒng)之間很難協(xié)調(diào)起來。3）計(jì)算機(jī)分散控制：它把各系統(tǒng)之間、廠級(jí)管理、調(diào)度等用一臺(tái)功能很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位管理；而把各子系統(tǒng)用微機(jī)控制，充分發(fā)揮了集中控制和分散控制各自的優(yōu)點(diǎn)，是一種比較合理的控制方法。生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的里程碑是計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，特別是以微處理器為核心的新型裝置──分散控制系統(tǒng)（DCS）的成功應(yīng)用。分散控制系統(tǒng)就是以大型工業(yè)生產(chǎn)過程及其相互關(guān)系日益復(fù)雜的控制對(duì)象為前提，從生產(chǎn)過程綜合自動(dòng)化的角度出發(fā)，按照系統(tǒng)工程中分解與協(xié)調(diào)的原則研制開發(fā)出來的，以微處理機(jī)為核心，結(jié)合了控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)的新型控制系統(tǒng)。1.1.2電廠熱工過程控制的主要內(nèi)容根據(jù)應(yīng)用層次和范圍的不同，我們將現(xiàn)代電站自動(dòng)化所涵蓋的主要內(nèi)容大致分為7類。1.數(shù)據(jù)采集與管理包括對(duì)熱力過程中溫度、壓力、流量、液位、成分等熱工參數(shù)的測(cè)量；測(cè)量數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)之間的高速傳輸；生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)；歷史數(shù)據(jù)的快速檢索；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的報(bào)表打??；報(bào)警數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析與處理等。具有數(shù)據(jù)采集與管理功能的典型的系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、DCS數(shù)據(jù)庫(kù)、SIS數(shù)據(jù)庫(kù)、MIS數(shù)據(jù)庫(kù)等。2.閉環(huán)控制以模擬量控制系統(tǒng)為主，主要對(duì)機(jī)組的一系列參數(shù)進(jìn)行控制，如中間點(diǎn)溫度、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、主汽壓力、爐膛負(fù)壓和發(fā)電機(jī)功率等。重要的控制回路包括：協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、給水控制系統(tǒng)、汽溫控制系統(tǒng)、燃燒控制系統(tǒng)等。3.順序控制順序控制一般可分為時(shí)間定序式和過程定序式兩類。1）時(shí)間定序式：按預(yù)定的時(shí)間順序而觸發(fā)控制作用的發(fā)生；2）過程定序式：依據(jù)生產(chǎn)過程進(jìn)行的狀態(tài)決定下一步控制作用是否發(fā)生。目前采用DCS或PLC構(gòu)成大型火電機(jī)組的SCS(SequenceControlSystem，SIS)系統(tǒng)，常用的順序控制系統(tǒng)有鍋爐吹灰器控制、循泵啟?？刂啤⒛ソM啟?？刂啤㈠仩t點(diǎn)火系統(tǒng)控制、汽輪機(jī)自啟停控制、輸煤系統(tǒng)控制等。4.聯(lián)鎖保護(hù)聯(lián)鎖保護(hù)是以順序控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的一類重要的控制方式。它是指在重要運(yùn)行參數(shù)超過限定值或相關(guān)設(shè)備運(yùn)行條件不滿足要求時(shí)按照預(yù)先設(shè)定的程序，自動(dòng)終止異常的生產(chǎn)過程和設(shè)備，同時(shí)投入相應(yīng)的輔助裝置，避免事故擴(kuò)大，損傷人員和設(shè)備。目前，電站最主要的兩個(gè)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)是爐膛安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)（FurnaceSafeguardSupervisorySystem，F(xiàn)SSS）和汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DigitalElectro-HydraulicControlSystem，DEH）。5.狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷通過狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷加強(qiáng)對(duì)各類設(shè)備或部件、尤其是不可直接觀測(cè)或處于惡劣環(huán)境中的設(shè)備或部件進(jìn)行檢測(cè)和分析，判斷系統(tǒng)的健康狀況，指出故障隱患并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，協(xié)助相關(guān)人員查找故障部件及故障原因，并提供故障處理指導(dǎo)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷可在一定程度上提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性，減少非計(jì)劃停機(jī)。目前，電站中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷主要分布在高速旋轉(zhuǎn)的部件（如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子）、高溫承壓部件（如蒸汽管道）以及一些重要輔機(jī)（如送、引風(fēng)機(jī)和水泵）上。6.經(jīng)濟(jì)性分析經(jīng)濟(jì)性分析主要通過性能計(jì)算和耗差分析兩個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)。1）性能計(jì)算：通過與監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)相連，實(shí)時(shí)獲取機(jī)組的主要運(yùn)行參數(shù)，在線計(jì)算熱耗率、鍋爐效率、廠用電率、輔機(jī)單耗、高加投入率、汽泵投入率、發(fā)電煤耗、供電煤耗等經(jīng)濟(jì)參數(shù)。2）耗差分析：在線監(jiān)測(cè)包括鍋爐、汽輪機(jī)、主要輔機(jī)在內(nèi)的整個(gè)熱力系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，實(shí)時(shí)分析熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性，定量查找熱耗偏高的部位和原因，準(zhǔn)確地對(duì)熱力設(shè)備和熱力系統(tǒng)的技術(shù)改造、運(yùn)行方式的調(diào)整、運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定提供指導(dǎo)。7.設(shè)備管理現(xiàn)代化的設(shè)備管理需要應(yīng)用現(xiàn)代管理理念和管理技術(shù)，在準(zhǔn)確掌握設(shè)備狀態(tài)，保證設(shè)備的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，科學(xué)的進(jìn)行檢修決策，合理安排檢修項(xiàng)目、檢修間隔和檢修工期，有效降低檢修成本，提高設(shè)備可用性。以狀態(tài)檢修為核心的設(shè)備管理體制是電站管、控一體化發(fā)展的一個(gè)重要體現(xiàn)。1.1.3電廠熱工過程控制主要功能1.單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CoordinationControlSystem，CCS）1.協(xié)調(diào)控制是基于機(jī)、爐的動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)用多變量控制理論形成若干不同形式的控制策略，在機(jī)、爐控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上組織的高一級(jí)機(jī)、爐主控系統(tǒng)。它是單元機(jī)組自動(dòng)控制的核心內(nèi)容。2.鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FurnaceSafeguardSupervisorySystem，F(xiàn)SSS）或稱燃燒器管理系統(tǒng)（BurnerManagementSystem，BMS），包括爐膛火焰監(jiān)視、爐膛壓力監(jiān)視、爐膛吹掃、自動(dòng)點(diǎn)火、緊急情況下的主燃料跳閘等。3.順序控制系統(tǒng)（SequenceControlSystem，SCS）按照生產(chǎn)過程工藝要求預(yù)先擬定的順序，有計(jì)劃、有步驟、自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行一系列操作的系統(tǒng)，稱之為順序控制系統(tǒng)。順序控制也稱程序控制，在發(fā)電廠中主要用于主機(jī)或輔機(jī)的自動(dòng)啟停程序控制以及輔助系統(tǒng)的程序控制，如汽輪機(jī)的自動(dòng)啟停程序控制、磨煤機(jī)自動(dòng)啟停程序控制和爐膛吹灰的程序控制等。4.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DataAcquisitionSystem，DAS）又稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其基本功能是對(duì)機(jī)組整個(gè)生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，經(jīng)處理運(yùn)算后以監(jiān)控畫面形式提供給運(yùn)行人員。該系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，制表打印，性能指標(biāo)計(jì)算，事件順序記錄，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及操作指導(dǎo)等。5.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DigitalElectricHydraulicSystem，DEH）汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，除完成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、功率及機(jī)前壓力的控制外，還可實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟停過程及故障時(shí)的控制和保護(hù)。6.給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)（MachineElectricHydraulicSystem，MEH）7.旁路控制系統(tǒng)（BypassControlSystem，BPS）大型中間再熱式機(jī)組一般都設(shè)置旁路熱力系統(tǒng)，其目的是在機(jī)組啟、停過程中協(xié)調(diào)機(jī)、爐的動(dòng)作，回收工質(zhì)，保護(hù)再熱器等。8.汽輪機(jī)自啟停系統(tǒng)（AutomaticTurbineStart-uporShutdownControlSystem，ATC）9.RUNBACK、RUNUP、RUNDOWN、FCBRUNBACK（自動(dòng)快速減負(fù)荷）、RUNUP（強(qiáng)增負(fù)荷）、RUNDOWN（強(qiáng)減負(fù)荷）、FASTCUTBACK（FCB，負(fù)荷快速切回或稱快速甩負(fù)荷）。10.汽輪機(jī)監(jiān)視儀表（TurbineSupervisoryInstrume