1、 第二章第二章 锅炉的自动控制锅炉的自动控制动力系：曾兴柱2012年10月20日n汽包锅炉给水控制系统汽包锅炉给水控制系统n直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统n汽温控制的基本原理汽温控制的基本原理n汽温自动控制系统汽温自动控制系统n燃烧过程控制的基本原理燃烧过程控制的基本原理n燃烧过程自动控制系统燃烧过程自动控制系统锅炉自动控制系统的主要任务：锅炉自动控制系统的主要任务：根据机组的负荷要求，向汽轮机供给足够的、根据机组的负荷要求，向汽轮机供给足够的、在规定压力和温度范围内的蒸汽，同时保证锅炉安全在规定压力和温度范围内的蒸汽，同时保证锅炉安全经济运行。（单元机组协调控制系统的基础级控制）经
2、济运行。（单元机组协调控制系统的基础级控制）汽包锅炉：汽包锅炉：控制燃烧控制负荷控制燃烧控制负荷控制给水控制汽包水位控制给水控制汽包水位喷水减温控制蒸汽温度喷水减温控制蒸汽温度直流锅炉：直流锅炉：给水、汽温、燃烧控制密切相关，不能独立。给水、汽温、燃烧控制密切相关，不能独立。2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统一、直流锅炉给水控制的特点与给水对象动态特性一、直流锅炉给水控制的特点与给水对象动态特性给水控制的主要任务给水控制的主要任务：以：以汽水分离器出口温度汽水分离器出口温度作为被调作为被调量，控制给水量以保持量，控制给水量以保持燃料量和给水量的适当比例燃料量和给水量的适当比例，满
3、足机，满足机组不同负荷下给水量的需求。组不同负荷下给水量的需求。直流锅炉给水控制的特点直流锅炉给水控制的特点 湿态运行：水冷壁进入汽水分离器的工质为汽水混合物 任务：维持储水罐正常水位，保持最小安全流量任务：维持储水罐正常水位，保持最小安全流量干态运行：给水在水冷壁中全变为蒸汽 任务：维持分离器干态运行；控制分离器出口蒸汽的过热度任务：维持分离器干态运行；控制分离器出口蒸汽的过热度燃水比发生变化，锅炉的各个受热面的分界就会发生移动。燃烧增强时，蒸发段和过热段的分界前移，加热段、蒸发段缩短，过热段加成，过热气温升高。给水增强时，蒸发段和过热段的分界后移，加热段、蒸发段伸长，过热段缩短，过热气温下
4、降。控制气温的基本手段是控制控制气温的基本手段是控制燃水比燃水比。直流锅炉给水控制必须与燃。直流锅炉给水控制必须与燃烧率变化相适应，这不仅是机组负荷控制的需要，也是过热汽温烧率变化相适应，这不仅是机组负荷控制的需要，也是过热汽温控制的需要。控制的需要。2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统直流锅炉的动态特性直流锅炉的动态特性多输入多输出的复杂控制对象多输入多输出的复杂控制对象。燃烧率给水流量汽机调门开度主汽压力主汽温度2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统总结：总结：1.负荷扰动时，汽压变化快，幅度大负荷扰动时，汽压变化快，幅度大。因为直流炉没有汽包，。因为直流炉没有汽包，
5、蓄热能力小。给水不变，气温变化小。蓄热能力小。给水不变，气温变化小。2.单独改变燃烧率或给水流量是，汽温、汽压、蒸汽流量都要单独改变燃烧率或给水流量是，汽温、汽压、蒸汽流量都要明显改变，尤其是汽温，而且汽温变化的延迟比较大。因此，明显改变，尤其是汽温，而且汽温变化的延迟比较大。因此，变负荷过程中，变负荷过程中，给水量必须与燃料量保持适当比例协调动作。给水量必须与燃料量保持适当比例协调动作。3.由于过热器出口气温延迟过大，不宜作为燃水比的校正信号，由于过热器出口气温延迟过大，不宜作为燃水比的校正信号，因此，一般因此，一般取汽水分离器出口温度作为中间点温度取汽水分离器出口温度作为中间点温度，来校正
6、来校正给水或燃料量。给水或燃料量。2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统二、超临界直流锅炉给水控制系统二、超临界直流锅炉给水控制系统 v给水流量控制系统给水流量控制系统v给水泵出口压力控制给水泵出口压力控制v给水泵流量再循环控制给水泵流量再循环控制v储水罐水位控制系统储水罐水位控制系统2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统给水流量控制系统给水流量控制系统 给水流量指令形成回路给水流量指令形成回路给水泵转速控制回路给水泵转速控制回路副调节器副调节器PID2：维持给水流：维持给水流量为给定值，量为给定值，保持合适的燃保持合适的燃水比水比主调节器主调节器PID1：被调量为中：被
7、调量为中间点温度。输间点温度。输出对出对PID2的给的给定值进行校正。定值进行校正。迟延环节：目迟延环节：目的是当的是当PB增加增加时，先加燃料，时，先加燃料，后加水。后加水。f1x：间接：间接的确定燃水比。的确定燃水比。校正信号：前校正信号：前馈和反馈之和馈和反馈之和f3t：滤波：滤波环节。消除过环节。消除过热器喷水比率热器喷水比率信号的高频波信号的高频波动。动。2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统主要功能：主要功能：上下限幅上下限幅小值选择小值选择调节三台给水泵之间的负荷分配，并实现给水泵的手调节三台给水泵之间的负荷分配，并实现给水泵的手/自动无自动无扰切换。扰切换。v气动给水
8、泵A指令：nA。nB、nCv给水泵公用指令n0v给水泵的平均指令v气动给水泵A偏置bAbB、bCv转速偏置的平均值信号手动到自动的无扰切换手动到自动的无扰切换2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统给水泵已运行，给水泵已运行，需要保护需要保护三台泵任意一三台泵任意一台出现危险，台出现危险，调节器就去关调节器就去关小旁路阀小旁路阀给水母管压力提给水母管压力提高，每台泵进入高，每台泵进入安全工作区，旁安全工作区，旁路阀全开路阀全开2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统汽水分离器储水罐水位控制系统汽水分离器储水罐水位控制系统 2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统汽水分离
9、器储水罐水位控制系统汽水分离器储水罐水位控制系统A.水位测量水位测量L-储水罐高度储水罐高度H-水位水位e、s、q-取压管中水、储水罐取压管中水、储水罐中水、储水罐中汽的密度中水、储水罐中汽的密度2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统汽水分离器储水罐水位控制系统汽水分离器储水罐水位控制系统B.储水罐水位控制系统储水罐水位控制系统2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统给水控制系统的运行给水控制系统的运行A.启动阶段启动阶段启动电动给水泵：启动电动给水泵：调节旁路阀开度，控制给水泵出口压力。调节旁路阀开度，控制给水泵出口压力。调整在循环阀开度，实现最小流量保护。调整在循环阀开度
10、实现最小流量保护。调整给水泵转速，维持锅炉最小安全流量。调整给水泵转速，维持锅炉最小安全流量。B.分离器湿干态转换阶段分离器湿干态转换阶段机组负荷小于机组负荷小于35%的额定负荷，定压运行。的额定负荷，定压运行。给水稳定，燃烧率逐步提高，并且燃料量适当多于给水量，给水稳定，燃烧率逐步提高，并且燃料量适当多于给水量，保证平稳过渡到干态运行。保证平稳过渡到干态运行。2.2 直流锅炉给水控制系统直流锅炉给水控制系统C.电动给水泵切换至汽动给水泵运行电动给水泵切换至汽动给水泵运行机组负荷达到机组负荷达到180MW左右时，可将运行泵切换为汽动给水泵。左右时，可将运行泵切换为汽动给水泵。前提前提：燃烧率
11、稳定。：燃烧率稳定。步骤步骤：电动泵自动，汽动泵手动提速。待汽动泵出口止回阀：电动泵自动，汽动泵手动提速。待汽动泵出口止回阀打开时，开始带负荷运行。继续汽动泵手动提速，提流量。打开时，开始带负荷运行。继续汽动泵手动提速，提流量。电动泵自动减小流量。切负荷完成，汽动泵投自动。电动泵自动减小流量。切负荷完成，汽动泵投自动。D.汽动给水泵并列运行汽动给水泵并列运行机组负荷达到机组负荷达到280MW时，一台汽动泵自动，启动另一台汽动时，一台汽动泵自动，启动另一台汽动给水泵。给水泵。前提前提：一台汽动泵自动运行。：一台汽动泵自动运行。步骤步骤：待并泵手动提速，同时保持自动泵的转速不变，待并：待并泵手动提
12、速，同时保持自动泵的转速不变，待并泵出口止回阀打开时，开始带负荷运行。手动调整两台泵出泵出口止回阀打开时，开始带负荷运行。手动调整两台泵出力，使其相等，手动切自动。停电动泵。力，使其相等，手动切自动。停电动泵。2.3 汽温控制的基本原理汽温控制的基本原理一、过热气温控制的任务与对象的动态特性一、过热气温控制的任务与对象的动态特性 过热汽温控制的任务过热汽温控制的任务：维持过热器出口的主蒸汽温度在允许的：维持过热器出口的主蒸汽温度在允许的范围内，并对过热器进行保护，使管壁的金属温度不超过允许范围内，并对过热器进行保护，使管壁的金属温度不超过允许的工作范围。的工作范围。v直流锅炉过热汽温控制对象的
13、特性直流锅炉过热汽温控制对象的特性A.影响汽温变化的因素影响汽温变化的因素燃水比、给水温度、受热面沾污、燃水比、给水温度、受热面沾污、过量空气系数、火焰中心高度过量空气系数、火焰中心高度2.3 汽温控制的基本原理汽温控制的基本原理一、过热气温控制的任务与对象的动态特性一、过热气温控制的任务与对象的动态特性 B.直流锅炉过热气温调节的基本原则直流锅炉过热气温调节的基本原则以燃水比调节作为主要的气温调节的基本手段。以燃水比调节作为主要的气温调节的基本手段。以汽水分离器出口蒸汽温度来预测过热汽温的变化、实现以汽水分离器出口蒸汽温度来预测过热汽温的变化、实现过热汽温的粗调。过热汽温的粗调。以喷水减温作
14、为过热汽温的细调手段。以喷水减温作为过热汽温的细调手段。2.3 汽温控制的基本原理汽温控制的基本原理二、过热汽温控制系统的基本方案二、过热汽温控制系统的基本方案 双回路控制系统：串级控制系双回路控制系统：串级控制系统和采用导前微分信号的汽温统和采用导前微分信号的汽温控制系统控制系统v具有导前微分信号的双回路具有导前微分信号的双回路过热汽温自动控制系统过热汽温自动控制系统两个测量信号两个测量信号：导前信号：导前信号1；被调量被调量稳态时稳态时：I1=0，I=I02.3 汽温控制的基本原理汽温控制的基本原理v具有导前微分信号的双回路过热汽温自动控制系统具有导前微分信号的双回路过热汽温自动控制系统引
15、入导前信号的两个作用：引入导前信号的两个作用：可以防止因对象迟延和惯性太可以防止因对象迟延和惯性太大而引起的超调。大而引起的超调。可以减小减温水的内扰对主可以减小减温水的内扰对主汽温的影响。汽温的影响。等效对象：等效对象：2.3 汽温控制的基本原理汽温控制的基本原理v串级汽温控制方案串级汽温控制方案两个测量信号两个测量信号：导前汽温：导前汽温1；被调量；被调量两个调节器两个调节器：主调和副调：主调和副调稳态时稳态时：I1=IT1，I=I0两个回路两个回路：内回路、外回路：内回路、外回路分析：分析：v主汽温变化，内回路快速动作，主汽温变化，内回路快速动作，减小动态偏差，避免超调。减小动态偏差，避
16、免超调。v减温水内扰，内回路快速动作，减温水内扰，内回路快速动作，克服内扰克服内扰v外回路精确调节。细调。外回路精确调节。细调。2.4 超临界锅炉过热汽温控制系统超临界锅炉过热汽温控制系统超临界机组采用超临界机组采用二级微喷水减温二级微喷水减温来实现过热汽温调节。来实现过热汽温调节。二级喷水减温控制系统采用二级喷水减温控制系统采用串级控制系统串级控制系统，PID1为主为主调，主要任务是调，主要任务是稳定锅炉出口主汽温稳定锅炉出口主汽温在允许范围内。在允许范围内。PID2为为副调，任务控制副调，任务控制高温过热器入口温度高温过热器入口温度。2.4 超临界锅炉过热汽温控制系统超临界锅炉过热汽温控制
17、系统副调：控制高温副调：控制高温过热器入口温度过热器入口温度主调：控制锅主调：控制锅炉出口温度炉出口温度SP1：负荷经函数运算出手动偏置信号DEH送来上限值SP2：主调输出燃水比偏差校正负荷经函数运算出高过入口温度下限值控制过程：控制过程：副调快速消除扰动主调细调主汽温升负荷，减温水减少2.4 过热汽温控制系统过热汽温控制系统再热汽温控制的任务与再热汽温的控制方法再热汽温控制的任务与再热汽温的控制方法v再热汽温控制系统的任务再热汽温控制系统的任务：将再热蒸汽温度稳定在设定值：将再热蒸汽温度稳定在设定值附近。此外，在低负荷、机组甩负荷或汽轮机跳闸时，保护附近。此外，在低负荷、机组甩负荷或汽轮机跳
18、闸时，保护再热器不超温，以保证机组的安全运行。再热器不超温，以保证机组的安全运行。v影响再热汽温的因素影响再热汽温的因素：锅炉负荷、受热面积灰、给水温度：锅炉负荷、受热面积灰、给水温度变化、过量空气系数等。变化、过量空气系数等。v再热汽温的控制再热汽温的控制：以烟气侧控制：以烟气侧控制控制烟气挡板开度、采控制烟气挡板开度、采用烟气再循环、改变燃烧器摆角用烟气再循环、改变燃烧器摆角2.4 过热汽温控制系统过热汽温控制系统采用烟气挡板的再热汽温控制系统采用烟气挡板的再热汽温控制系统2.5 2.5 燃烧过程控制的基本原理燃烧过程控制的基本原理一、燃烧过程自动控制的任务与对象动态特性一、燃烧过程自动控
19、制的任务与对象动态特性-燃烧过程控制任务燃烧过程控制任务-燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动态特性-燃烧过程控制的特点燃烧过程控制的特点二、单元机组燃烧过程自动控制系统的基本方案二、单元机组燃烧过程自动控制系统的基本方案-控制系统的基本原理控制系统的基本原理-中间储仓式制粉系统燃烧基本方案中间储仓式制粉系统燃烧基本方案-直吹式制粉系统燃烧基本方案直吹式制粉系统燃烧基本方案2.5 2.5 燃烧过程控制的基本原理燃烧过程控制的基本原理锅炉燃烧自动控制的基本任务锅炉燃烧自动控制的基本任务：使燃料燃烧提供的热：使燃料燃烧提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的需求。同时保证量适应外界对锅炉
20、输出的蒸汽负荷的需求。同时保证锅炉安全经济运行。锅炉安全经济运行。控制燃料量：控制燃料量：B控制送风量：控制送风量：V控制引风量：控制引风量：G燃料量控制系统燃料量控制系统送风量控制系统送风量控制系统引风量控制系统引风量控制系统2.5 2.5 燃烧过程控制的基本原理燃烧过程控制的基本原理燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动态特性主蒸汽压力主蒸汽压力pf是锅炉燃烧是否适应负荷要求的标志，也是是锅炉燃烧是否适应负荷要求的标志，也是锅炉正常运行的基本要求。因此，锅炉正常运行的基本要求。因此，pf是燃烧系统的主要被调量。是燃烧系统的主要被调量。2.5 2.5 燃烧过程控制的基本原理燃烧过程控
21、制的基本原理2.5 2.5 燃烧过程控制的基本原理燃烧过程控制的基本原理燃烧过程自动控制的特点燃烧过程自动控制的特点燃烧过程控制对象时一个燃烧过程控制对象时一个多输入多输出的多变量相关控制对象多输入多输出的多变量相关控制对象。v主汽压力是最主要的被调量主汽压力是最主要的被调量v燃烧量、送风量、引风量必须燃烧量、送风量、引风量必须 协调动作，共同适应负荷要求协调动作，共同适应负荷要求v压力迟延特性是影响燃烧过程压力迟延特性是影响燃烧过程 自动调节的主要问题之一自动调节的主要问题之一v参数的准确测量是实现燃烧过参数的准确测量是实现燃烧过 程自动控制的前提程自动控制的前提2.5 2.5 燃烧过程控制
22、的基本原理燃烧过程控制的基本原理控制系统的基本原理控制系统的基本原理2.5 2.5 燃烧过程控制的基本原理燃烧过程控制的基本原理直吹式制粉系统燃烧控制基本方案直吹式制粉系统燃烧控制基本方案一、直吹式锅炉燃烧过程调节的特点一、直吹式锅炉燃烧过程调节的特点在直吹式制粉系统锅炉运行中，使制粉系统成为燃烧过程控制系统的组成部分。直吹式制粉系统对锅炉燃料量调节反应较慢。负荷变化时，如何快速改变进入炉膛的燃料量负荷不变时，如何快速克服给煤量的自发性扰动。二、一次风二、一次风-燃料系统燃料系统 采用一次风量作为燃料控制手段。采用一次风量作为燃料控制手段。2.5 2.5 燃烧过程控制的基本原理燃烧过程控制的基
23、本原理直吹式制粉系统燃烧控制基本方案直吹式制粉系统燃烧控制基本方案2.5 2.5 燃烧过程控制的基本原理燃烧过程控制的基本原理直吹式制粉系统燃烧控制基本方案直吹式制粉系统燃烧控制基本方案三、燃料三、燃料-风量系统风量系统 当改变一次风量，调节能力有限时，采用直接改变磨煤机给当改变一次风量，调节能力有限时，采用直接改变磨煤机给煤量来适应负荷变化。煤量来适应负荷变化。2.6 2.6 燃烧过程自动控制系统燃烧过程自动控制系统燃料控制系统燃料控制系统中储式、直吹式中储式、直吹式送风控制系统送风控制系统引风控制系统引风控制系统一次风控制系统一次风控制系统二次风挡板控制系统二次风挡板控制系统直流燃烧器、旋
24、流燃烧器直流燃烧器、旋流燃烧器2.6 2.6 燃烧过程自动控制系统燃烧过程自动控制系统-一、一、中间储仓式制粉系统锅炉的燃烧控制系统中间储仓式制粉系统锅炉的燃烧控制系统二、直吹式制粉系统锅炉的燃料控制系统二、直吹式制粉系统锅炉的燃料控制系统-给煤量的测量与发热量校正给煤量的测量与发热量校正-燃料主控回路燃料主控回路-给煤机转速控制回路给煤机转速控制回路-磨煤机出口温度控制系统磨煤机出口温度控制系统-磨煤机一次风量控制系统磨煤机一次风量控制系统三、三、送风控制系统送风控制系统四、四、炉膛压力控制系统炉膛压力控制系统引风控制系统引风控制系统五、五、一次风压控制系统一次风压控制系统六、二次风挡板控制
25、系统六、二次风挡板控制系统任务：任务：将进入炉膛的实际煤种给煤量校正为设计煤种下的给煤量将进入炉膛的实际煤种给煤量校正为设计煤种下的给煤量。任务任务：使进入炉内的总燃料量与锅炉主控负荷指令相适应。：使进入炉内的总燃料量与锅炉主控负荷指令相适应。任务任务：控制磨煤机出口风粉混合物的温度在允许范围内。：控制磨煤机出口风粉混合物的温度在允许范围内。任务：任务：控制一次风量，控制煤粉细度和一次风速。控制一次风量，控制煤粉细度和一次风速。任务：任务：保证燃料在炉内的充分燃烧提供足够的风量。保证燃料在炉内的充分燃烧提供足够的风量。任务：任务：通过控制两台引风机动叶或入口挡板开度，从而使引风量通过控制两台引风机动叶或入口挡板开度，从而使引风量和送风量适应，保证炉膛压力在允许范围内。和送风量适应，保证炉膛压力在允许范围内。任务：任务：通过控制一次风导叶开度，从而控制一次风母管压力。通过控制一次风导叶开度，从而控制一次风母管压力。
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