電廠熱工控制系統(tǒng)

自動控制理論與熱工控制系統(tǒng)

Telmail:lxz_8177757@山西大學工程學院太原電力高等專科學校張麗香給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要內(nèi)容

蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)

單元機組負荷自動控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及應用場合自動調(diào)節(jié)理論及熱工控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)理論及熱工控制系統(tǒng)給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要內(nèi)容

蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)

單元機組負荷自動控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及應用場合單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成1、單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括：熱工調(diào)節(jié)對象

測量變送器

自動調(diào)節(jié)器

執(zhí)行機構(gòu)（執(zhí)行器和調(diào)節(jié)機構(gòu)）1、單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)熱工對象動態(tài)特性的獲取

1、單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)現(xiàn)場試驗及數(shù)據(jù)處理

通過手動操作使工作在所需測試的負荷下，穩(wěn)定運行一段時間后，快速改變過程的輸入量，記錄過程的輸入/輸出的變化曲線。經(jīng)過一段時間后，過程進入新的穩(wěn)定，實驗就可結(jié)束，得到的記錄曲線就是過程程的階躍響應曲線。熱工對象動態(tài)特性的獲取

熱工對象動態(tài)特性的獲取

1．合理選擇階躍擾動信號的幅值。過小的階躍擾動幅度不能保證測試結(jié)果的可靠性，而過大的擾動幅度則會使正常生產(chǎn)受到嚴重干擾甚至危及生產(chǎn)安全。一般是取通過控制閥門流入量最大值的10%左右為宜。當生產(chǎn)上限制較嚴時應降到5%，相反也可提高到20%，以不影響生產(chǎn)為準。2．試驗開始前確保被測過程處于某一選定的穩(wěn)定工況。試驗期間應設(shè)法避免發(fā)生偶然性的其它擾動。通常同一實驗應重復進行幾次，至少要獲得兩次基本相同的響應曲線，以排除偶然性干擾的影響。3．考慮到實際被測對象的非線性，擾動要正反方向變化，分別測出正反方向變化的階躍響應曲線。現(xiàn)場試驗及數(shù)據(jù)處理注意事項

熱工對象動態(tài)特性的獲取

脈沖響應曲線與階躍響應曲線熱工對象動態(tài)特性的獲取

有自平衡能力被控對象無自平衡能力被控對象熱工對象的典型動態(tài)特性熱工對象動態(tài)特性的獲取切線法求取對象的近似傳遞函數(shù)

1）2）求出/Tc的數(shù)值；3）查下表，即可得到與/Tc值相對應的n值和/T0的數(shù)值，同時可求得T0。熱工對象動態(tài)特性的獲取兩點法求取對象的近似傳遞函數(shù)

式中：n的數(shù)值可以從下表求得。影響控制系統(tǒng)性能的因素被控對象調(diào)節(jié)通道的動態(tài)特性放大系數(shù)，遲延，慣性等

影響控制系統(tǒng)性能的因素調(diào)節(jié)閥的理想流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性及管路條件S>0.3~0.5X>0.8

影響控制系統(tǒng)性能的因素調(diào)節(jié)器動作規(guī)律及參數(shù)

影響控制系統(tǒng)性能的因素PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)Kd=0Kd=2Kd=4Kd=6Kd=8PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工程整定方法

圖表法——無自平衡能力對象的整定參數(shù)

圖表法——有自平衡能力對象的整定參數(shù)

單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工程整定方法

臨界比例帶法

(1)使調(diào)節(jié)器只具有比例作用,將積分時間調(diào)至無窮大,微分時間調(diào)至零。然后，將調(diào)節(jié)器的比例帶放至比較大的位置，將閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運行。(2)逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例帶值,由大逐漸變小,觀察不同值下的調(diào)節(jié)過程，直到調(diào)節(jié)過程出現(xiàn)等幅振蕩為止。待閉環(huán)系統(tǒng)處在臨界穩(wěn)定狀態(tài)，記下此時的調(diào)節(jié)器比例帶數(shù)值和振蕩周期。(3)調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)可按下表計算。

衰減曲線法

(1)使調(diào)節(jié)器只具有比例作用,將積分時間調(diào)至無窮大,微分時間調(diào)至零。然后，將調(diào)節(jié)器的比例帶放至比較大的位置，將閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運行。(2)逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例帶值,由大逐漸變小,觀察不同值下的調(diào)節(jié)過程(可以人為加入擾動),直到調(diào)節(jié)過程處于（4:1）衰減振蕩過程時，記下此時的調(diào)節(jié)器比例帶數(shù)值和衰減振蕩周期。(3)調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)可按下表計算。

單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工程整定方法

給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要內(nèi)容

蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)

單元機組負荷自動控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及應用場合自動調(diào)節(jié)理論及熱工控制系統(tǒng)2、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及應用場合串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)

串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)適用于對象調(diào)節(jié)通道動態(tài)特性具有較大的遲延和慣性，同時該調(diào)節(jié)對象可以劃分為導前區(qū)動態(tài)特性和惰性區(qū)動態(tài)特性時使用。電廠中的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、主蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、煙氣含氧量調(diào)節(jié)系統(tǒng)（送風調(diào)節(jié)系統(tǒng)）等，經(jīng)常采用串級控制方案。2、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及應用場合前饋-反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)

前饋調(diào)節(jié)適用于系統(tǒng)外部干擾頻繁出現(xiàn)，且擾動幅度較大的場合。電廠中的負荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)、給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，經(jīng)常采用前饋-反饋控制方案。前饋調(diào)節(jié)——補償控制原理。前饋調(diào)節(jié)與反饋調(diào)節(jié)的差別：(1)調(diào)節(jié)的依據(jù)不同；(2)調(diào)節(jié)的效果不同；(3)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同；(4)實現(xiàn)的經(jīng)濟性和可能性不同。2、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及應用場合比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)

比值調(diào)節(jié)適用于生產(chǎn)過程中要求兩種物料保持比值關(guān)系的場合。電廠中的燃料量和送風量就采用了比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)

可以實現(xiàn)不同被控變量的選擇可以實現(xiàn)“軟保護”可以實現(xiàn)非線性規(guī)律2、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及應用場合

Smith預估補償方案

Smith預估補償控制方案適用于具有大遲延特點的固定參數(shù)被控對象。設(shè)Smith預估補償器為：得：2、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及應用場合

模糊控制系統(tǒng)模糊-PID控制系統(tǒng)模糊-Smith控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)理論及熱工控制系統(tǒng)給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要內(nèi)容

蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)

單元機組負荷自動控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及應用場合3、單元機組負荷自動控制系統(tǒng)

鍋爐汽輪發(fā)電機鍋爐控制子系統(tǒng)汽輪機控制子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制級基本控制級單元機組單元機組負荷控制系統(tǒng)AGC鍋爐側(cè)負荷指令調(diào)汽門給水風量燃料DCS系統(tǒng)汽輪機側(cè)負荷指令MANf

…..單元機組自動控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)3、單元機組負荷自動控制系統(tǒng)鍋爐燃燒率發(fā)電機去電網(wǎng)汽輪機

單元機組負荷自動控制的任務1、保證機組輸出功率迅速滿足電網(wǎng)的要求；2、迅速協(xié)調(diào)鍋爐、汽輪機之間的能量供求平衡關(guān)系，使輸入機組的熱量盡快與機組輸出功率相適應；3、在各種運行工況下，均能保證機組安全運行單元機組負荷自動控制系統(tǒng)的功能1、參加電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻

；2、穩(wěn)定機組運行

；3、機組出力與主機和輔機實際能力的協(xié)調(diào)；

4、具有多種可選擇的運行方式；

5、完善的與其他控制系統(tǒng)間的通訊接口負荷控制的特點1、單元機組是一個相互關(guān)聯(lián)的復雜的多輸入多輸出的控制對象，必須將鍋爐和汽輪發(fā)電機視為一個整體來考慮。2、鍋爐和汽輪機在適應電網(wǎng)負荷變化上存在差異。從動態(tài)特性上看，鍋爐具有較大的慣性，從燃燒率的改變到機前壓力的變化有較大的時間常數(shù)和遲延時間。3、電網(wǎng)供電質(zhì)量對單元機組參加調(diào)頻的能力要求日益提高。4、電網(wǎng)自動化水平的提高對單元機組負荷控制提出了更高的要求。3、單元機組負荷自動控制系統(tǒng)機組負荷控制系統(tǒng)的運行方式鍋爐跟隨控制方式汽機跟隨控制方式特點：適應負荷的能力強機組運行的穩(wěn)定性差特點：適應負荷的能力差機組運行特別穩(wěn)定機組負荷控制系統(tǒng)的運行方式機爐協(xié)調(diào)控制方式特點：適應負荷的能力較強機組運行較穩(wěn)定單元機組負荷控制的四種方式：

1.基本控制方式——鍋爐主控和汽機主控都處于手動或跟蹤方式

2.鍋爐跟隨控制方式—鍋爐主控自動，汽機主控手動或跟蹤方式

3.汽機跟隨控制方式—汽機主控自動，鍋爐主控手動或跟蹤方式

4.協(xié)調(diào)控制方式——鍋爐主控和汽機主控都處于自動方式

機組負荷控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)四種運行方式：

1.基本方式：鍋爐主控手動或跟蹤汽機主控手動或跟蹤2.鍋爐跟隨方式：鍋爐主控自動汽機主控手動或跟蹤

3.汽機跟隨方式：汽機主控自動鍋爐主控手動或跟蹤

4.協(xié)調(diào)控制方式：鍋爐主控自動汽機主控自動外部負荷指令：AGC，MAN，內(nèi)部負荷指令：RB，BI/BD，RU/RD，TRACK1）、以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)負荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的典型方案2）、以汽輪機跟隨為基礎(chǔ)

的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)負荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的典型方案3）、機爐綜合協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)負荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的典型方案4）、直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)負荷協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的典型方案熱量信號與能量平衡信號的概念能量平衡信號的概念熱量信號的概念是汽輪機對鍋爐的能量需求是鍋爐所具有的能量能量

汽輪機調(diào)門開度靜態(tài)：熱量=蒸汽流量動態(tài)：熱量汽包壓力的變化能量只反映汽輪機對蒸汽量的需求，不應受燃料量變化的影響熱量只反映燃料的實際發(fā)熱量，不應該受負荷側(cè)的擾動影響負荷控制系統(tǒng)實例3、單元機組負荷自動控制系統(tǒng)某600MW機組，鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)DG2060/17.6-II1型亞臨界自然循環(huán)汽包爐，前后墻對沖燃燒，一次中間再熱、單爐膛平衡通風結(jié)構(gòu)。過熱器二級噴水減溫，煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫加事故噴水。鍋爐最大連續(xù)出力時，過熱器蒸汽流量2060t/h，過熱器蒸汽壓力17.6Mpa，過熱器蒸汽溫度541℃。汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)NZK600-16.7/538/538型亞臨界、中間再熱、四缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機，額定主蒸汽壓力16.67Mpa、額定蒸汽流量1842.92t/h、額定主蒸汽溫度538℃。發(fā)電機為哈爾濱電機廠提供的QFSN-600-2YHG發(fā)電機。配置有正壓冷一次風直吹式制粉系統(tǒng)，配備了6臺ZGM型中速磨，5臺正常運行，一臺備用。DCS系統(tǒng)采用ABB公司的SYMPHONY分散控制系統(tǒng)。負荷控制系統(tǒng)實例3、單元機組負荷自動控制系統(tǒng)機組目標負荷形成回路頻差校正信號的形成原理

負荷控制系統(tǒng)實例機組內(nèi)部負荷指令的產(chǎn)生

鍋爐BI指令機組內(nèi)部負荷指令的產(chǎn)生

鍋爐BD指令機組內(nèi)部負荷指令的產(chǎn)生

汽輪機BI/BD指令機組內(nèi)部負荷指令的產(chǎn)生

BI/BD指令機組內(nèi)部負荷指令的產(chǎn)生

RD指令RB指令激活機組內(nèi)部負荷指令的產(chǎn)生

RB目標值機組內(nèi)部負荷指令的產(chǎn)生

主汽壓力設(shè)定值負荷控制系統(tǒng)實例主汽壓力設(shè)定值形成回路

負荷控制系統(tǒng)實例鍋爐主控制系統(tǒng)負荷控制系統(tǒng)實例汽輪機主控制系統(tǒng)負荷控制系統(tǒng)實例自動調(diào)節(jié)理論及熱工控制系統(tǒng)給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要內(nèi)容

蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)

單元機組負荷自動控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及應用場合4、燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制任務系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

維持汽壓的穩(wěn)定保證燃燒過程的經(jīng)濟性維持爐膛內(nèi)壓力的穩(wěn)定機跟爐運行方式

爐跟機運行方式

KZKPIPI-PTP0BPIPI-O20%O2%

ZVPI-PfPf0--ZG

P0--主汽壓設(shè)定值；

PT—主汽壓測量值；O2%--煙氣含氧量；O20%--含氧量設(shè)定值；Pf—爐膛壓力測量值；

Pf0—爐膛壓力設(shè)定值B—燃料量；

V—送風量；G—引風量鍋爐燃燒控制系統(tǒng)原則性方案爐跟機運行方式

鍋爐燃料量子系統(tǒng)的基本方案采用熱量信號作反饋采用給粉機轉(zhuǎn)速作反饋信號鍋爐燃料量子系統(tǒng)的基本方案以一次風量作反饋信號以給煤機轉(zhuǎn)速作反饋信號鍋爐送風量子系統(tǒng)的基本方案帶氧量校正的串級送風系統(tǒng)

最佳含氧量與負荷的關(guān)系

鍋爐送風量子系統(tǒng)的基本方案氧量校正送風量反饋信號的送風系統(tǒng)

鍋爐送風量子系統(tǒng)的基本方案氧量信號校正送風指令的方案

燃料與風量交叉限制實現(xiàn)了增加負荷時先加風、后加燃料；減負荷時先減燃料、后減風的調(diào)節(jié)過程。保證變負荷過程中有一定的送風裕量，不致發(fā)生冒黑煙現(xiàn)象。

燃燒控制系統(tǒng)實例某300MW機組燃燒系統(tǒng)工藝流程簡圖

300MW機組燃燒系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

燃料主控制系統(tǒng)

燃油壓力與燃油流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

磨煤機負荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)

磨煤機一次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

一次風壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)

二次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

超馳信號

當發(fā)生MFT時，由于爐膛內(nèi)煙氣質(zhì)量和溫度突然降低，則導致爐膛壓力急劇下降。為了避免這種危險發(fā)生，在引風機控制指令中反方向加入了一個超馳信號，該信號在MFT發(fā)生時產(chǎn)生，其幅值與MFT發(fā)生前一刻的總風量信號成正比，隨著時間的延續(xù)，逐漸減少到0。自動調(diào)節(jié)理論及熱工控制系統(tǒng)給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要內(nèi)容

蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)

單元機組負荷自動控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型及應用場合5、蒸汽溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)過熱器與再熱器工藝流程簡介汽溫控制任務與對象動態(tài)特性控制任務

維持主蒸汽溫度在額度溫度±5℃范圍內(nèi)，同時對過熱器受熱面起保護作用。

汽溫過高會使鍋爐受熱面及蒸汽管道金屬材料的蠕變速度加快,影響使用壽命。汽溫降低,將會使機組循環(huán)熱效率降低,煤耗增大。過熱汽溫變化過大，除使管材及有關(guān)部件產(chǎn)生疲勞外,還將引起汽輪機中轉(zhuǎn)子與汽缸的脹差變化,甚至產(chǎn)生劇烈振動，危及機組安全運行。對機組的安全經(jīng)濟運行有極大的作用靜態(tài)與動態(tài)特性

汽溫控制任務與對象動態(tài)特性動態(tài)特性

汽溫控制任務與對象動態(tài)特性過熱汽溫控制策略串級汽溫控制系統(tǒng)

過熱汽溫控制策略導前汽溫微分信號的雙回路汽溫控制系統(tǒng)

過熱汽溫控制策略汽溫自適應預測控制系統(tǒng)過熱汽溫控制