2019主要辅助控制系统.ppt

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1、1,6.1 除氧器控制 6.2 凝汽器控制 6.3 空气预热器控制 6.4 高压加热器控制 6.5 低压加热器控制,第六章 主要辅助控制系统,2,6-1 除氧器控制,3,一、除氧器的主要用途 用汽轮机的抽汽加热给水使其达到该压力下的饱和温度，并除去溶于水中的氧（以及其它气体）。 除氧器还作为汽轮机回热加热系统中的一级混合式加热器，同时担负汇集各种疏水、锅炉补充水的任务。除氧器水箱须保证锅炉所需给水的储备量。 鉴于除氧器的上述作用，其水箱水位和除氧器压力应进行控制。,4,二除氧器的除氧原理 锅炉给水中若含氧量较大，就会使管道及锅炉受热面遭到深度针孔腐蚀，给水含有其它气体也会妨碍热交换而降低传热效

2、果，因此要对锅炉给水进行除氧及去除其它气体。 由亨利定理知，在一定压力下，水的温度越高气体的溶解度越小；反之，水的温度越低则气体的溶解度越高。此外，某种气体的溶解度还与水面该气体的分压力有关，因此，当锅炉给水被加热到沸点时，水面上的蒸汽压力就接近全压力，而其它气体的分压力则接近零。这样，溶解于水中的气体（包括氧气）就被分解出来并及时地随部分蒸汽排走，除氧器正是根据这一原理来工作的。,5,三除氧器压力控制系统 要使除氧器除氧效果好，就应该将水加热到沸点温度。由于温度测量存在较大的延迟，而饱和压力和饱和温度间有一一对应关系，所以一般采用控制除氧器蒸汽空间的压力来达到控制给水加热至饱和温度的目的。

3、当除氧器压力超过原先的饱和压力时，开始由于除氧器水箱的热容量大，水的温度不会上升，从而使水进入未饱和状态，水中的含氧量相应地增加；随后由于除氧器排汽口阀门开度是根据额定压力调整试验确定的，运行中不再调整，在压力长时间高于额定压力时，排汽量必然很大，这就造成额外的汽水损失和热损失。如果除氧器压力偏低，说明加热蒸汽不足，故给水达不到饱和温度而具有较高的含氧量。,6,除氧器压力对象可作为一阶惯性环节来处理，在除氧器加热蒸汽阀开度作阶跃变化时，由于连接管路很短，所以除氧器内部压力立即随之变化，只是除氧器体积较大，其压力变化过程将是缓慢的。 目前，除氧器系统有单台运行和多台并列运行两种。对并列运行的各台

4、除氧器，采用平衡管将蒸汽空间相连接，饱和水空间也由水平衡管连接。对于压力控制则以平衡管压力为被调量，设计与单台除氧器独立运行一样的单回路控制系统。,7,左图是单台除氧器独立运行的压力控制系统原理方框图。 除氧器的压力信号p与其给定值R比较后，差值E经比例积分调节器运算，其结果作为控制信号通过执行机构改变进入除氧器的蒸汽量，以维持压力满足除氧器运行要求。 除氧器采用滑压运行方式，可减小定压运行时抽汽压力的节流损失，尤其是在机组低负荷运行时，采用定压运行方式就要切换至高一级压力的抽汽，从而导致更大的节流损失。,8,滑压运行方式：就是将除氧器加热蒸汽阀开足，除氧器压力接近抽汽压力（只差管路压力损失）

5、，这样除氧器压力就随汽轮机负荷变化而变化。 采用滑压运行方式要解决以下两个问题： (1) 在汽机升负荷过程中，除氧器内水温不能及时随压力升高而升高，就会造成给水含氧量增加； (2) 在机组甩负荷时，压力降的较快而有可能造成给水泵入口汽化。 因此，设计滑压运行的除氧器系统时，应考虑机组甩负荷时能切换到定压运行，而且机组启动时，除氧器有减温减压器供汽，以保证除氧效果。,9,在除氧器压力控制系统中，机组启动期间打开厂用蒸汽调节阀，维持除氧器压力在预先的设定值；汽机跳闸时产生一个随时间函数衰减的较高设定值，以防止启动给水泵时由于除氧器闪蒸引起的汽蚀；在正常运行工况，设定值跟踪除氧器压力。在除氧器压力控

6、制系统中，除氧器压力测量值与给定值一起送入PID中进行运算，运算结果用来调整鼓泡除氧器压力调节阀，维持鼓泡除氧器压力在预先设定值。 除氧器压力控制系统如下图所示。,10,（1） 除氧器压力调节器设定值在正常时由人工设置，调节器维持除氧器压力在设定值以上。汽机跳闸时，引入一较高的设定值，此值随时间下降，以防止除氧器蒸发引起升压泵及给水泵的汽蚀。正常运行时，设定值跟踪除氧器压力。 （2）调节器PV与SP偏差、调节阀位置偏差都将使调节器M/A站切手动。,11,除氧器压力控制,12,除氧器压力控制逻辑,13,四、除氧器水位控制系统 1. 控制任务 除氧器的水箱是为保证锅炉有一定的给水储备而设置的，其容

7、量一般应不小于锅炉额定负荷下连续运行1520min 所需的给水量。除氧器水位过低，储水量不足有可能危及锅炉的安全运行，此外还有可能造成给水泵入口汽化。除氧器水位过高，则妨碍除氧器除氧。因此，除氧器水位应维持在允许范围内。 由于热力循环中不断有工质损失，因此要向热力系统不断补充水。补充水来自化学水处理装置。补充水可直接进入除氧器，也可送凝汽器进行真空除氧后再送除氧器。,14,2. 除氧器水位特性 除氧器水箱的容积较大，在补充水调节阀开度作阶跃变化时，水箱水位不会立即变化，而表现一定的延迟。对于化学水送凝汽器的热力系统，其水位变化的延迟就更大。此外，由于水箱容积大而进水管细，因此水位上升或下降的速

8、度就较小（对象的飞升速度小）。在负荷一定时，除氧器水位对象的动态特性近似为有延迟的一阶积分环节。,15,3. 除氧器水位控制方案 (1) 对于补充水直接进除氧器的热力系统，除氧器水位H为被调量，采用单回路控制系统，控制补充水调节阀开度，维持水位在允许范围内。 (2) 对于补充水进凝汽器后再入除氧器的热力系统:,16,1)若凝汽器为低水位运行，可采用左图所示的三冲量控制系统。 化学水进入凝汽器，凝结水流量中实际包括了补充水，而锅炉给水流量和凝结水流量的差值，反映了热力循环中的汽水损失，因此可组成除氧器水位H、凝结水量WL、给水量WG三冲量控制系统。,17,2) 若凝汽器为高水位运行，可除氧器水位

9、应与凝汽器水位控制一起考虑。 例如, 如凝汽器为高水位运行,所以控制方案是:采用改变凝结水流量来控制除氧器水位，采用改变化学补充水量来控制凝汽器水位。,18,4. 除氧器水位控制系统 除氧器水位控制由调整除氧器水位调节阀来实现。与汽包水位控制系统相类似，在除氧器水位控制系统中，启动和低负荷运行期间除氧器水位由单冲量控制系统来控制，正常负荷时除氧器水位由三冲量控制系统来控制。单冲量控制系统和三冲量控制系统之间可手动和自动无扰切换。 在水位达到高值时，除氧器水位控制阀关闭，凝结水再循环阀打开，直至除氧器水位低于高值。当汽机停运时，除氧器水位控制由除氧器补给水阀来实现。,19,在单冲量控制方式下，根

10、据除氧器水位设定值与除氧器实际水位的偏差调节输出控制除氧器水位调节阀开度。 在三冲量控制方式下，根据除氧器水位设定值与除氧器实际水位的偏差调节输出加上锅炉给水流量的前馈信号作为主凝结水流量的设定值；此设定值与实际主凝结水流量偏差调节输出，控制除氧器水位调节阀开度。,20,（1）除氧器水位调节在启动和低负荷阶段采用单冲量控制，正常负荷采用三冲量控制。 （2）给水流量作为除氧器水位三冲量调节的前馈信号。凝结水流量作为三冲量副调节器的过程 量。 （3） 除氧器水位高时将引起除氧器辅助上水阀强关。当凝汽器水位高或低时将发出打开或关闭凝汽器再循环门的信号。,21,除氧器水位控制,22,除氧器水位控制逻辑

11、,23,6-2 凝汽器控制,24,一、以凝汽器热井水位控制 （1）凝汽器热井水位通过补水阀进行调节。 (2) 调节器PV与SP偏差、调节阀位置偏差都将使调节器M/A站切手动。,25,凝汽器热井水位调节,26,凝汽器热井水位调节逻辑,27,二、凝结水最小流量控制 在凝结水最小流量控制系统中，凝结水再循环流量测量值与凝结水泵最小流量设定值进行PID运算，运算结果控制凝结水再循环调节阀，使凝结水再循环流量满足运行要求。单回路调节。 切手动条件： l 凝结水再循环流量信号无效 l 设定值与测量值偏差大 l 调节阀指令与位置反馈偏差大 l 调节阀位置反馈品质坏,28,凝结水最小流量控制,29,凝结水最小

12、流量控制逻辑,30,6-3 空气预热器冷端温度控制,31,一、空气预热器的作用 空气预热器是利用烟气余热，加热燃料燃烧所需空气的设备。采用空气预热器使锅炉排烟温度降低，锅炉热效率升高；由于采用高温空气燃烧，改善燃烧条件，使燃料的不完全燃烧损失下降，从而可进一步提高锅炉热效率；另外，采用热空气燃烧后，炉内温度升高，辐射传热加强，可节省蒸发受热面，这相当于利用廉价的空气预热器受热面，取代部分价格较高的蒸发受热面，这在经济上是很合算的。,32,二、 空气预热器的低温腐蚀 煤燃烧产生SO2和SO3等物质，特别是含硫量较高的煤。当空气预热器温度较低时SO3+水蒸汽形成硫酸蒸气，在空气预热器金属表面上产生

13、硫酸酸露，这就是空气预热器的低温腐蚀。 发生低温腐蚀后，使受热面腐蚀穿孔而漏；由于腐蚀表面潮湿粗糙，使积灰、堵灰加剧，结果会使排烟温度升高，锅炉热效率下降；由于漏风及通风阻力增大，使厂用电增加，严重时会影响锅炉出力，被腐蚀的管子和管箱需要定期更换，增大检修维护费用。总之，低温腐蚀对锅炉运行的经济性，安全性均带来不利影响。,33,另外，硫燃烧以后，生成SO2及少量的SO3，在高温或有原子氧的情况下， SO2也可氧化产生一部分SO3 ，即SO2 O SO3 。 SO3与烟气中水蒸汽形成酸雾（即硫酸蒸汽），酸雾凝结时的温度，称为烟气露点。烟气露点远高于烟气中水蒸汽的露点。且烟气露点随燃料含硫量的增加

14、，而升高，当烟气中飞灰多时，由于灰粒的活性作用能吸收一部分SO3 ，故能使烟气的露点有所降低。,34,三、 防止和减轻低温腐蚀的方法 造成低温腐蚀的根本原因是，燃料中含硫的多少，燃烧过程中SO3的生成量，以及管壁温度低等。因此防止和减轻低温腐蚀的方法有如下几种： 燃料脱硫； 采用耐腐蚀材料； 提高低温空气预热器的壁温，使其高于烟气露点温度等。,35,这几种方法都是有效的，但由于第一种方法成本太高，第二种方法的材料易破碎，目前广泛使用的是第三种方法，采用加装暖风器在空气预热器的入口，提高低温侧壁温。采用暖风器，会使空气预器的传热温差减小，结果使排烟温度升高，锅炉热效率下降，但暖风器是以汽轮机低压

15、抽汽为加热源，低压抽汽量的增加，会使汽轮机循环效率有所提高。锅炉热效率下降，汽轮机效率升高，两者能否相互抵偿，要看空气加热温度的高低以及采用抽汽压力的高低而不同。 一般汽轮机效率的升高抵消不了锅炉热效率的降低，结果，全厂效率会有所下降，为此，只有在冬天才投入暖风器，夏天应切除。,36,四、采用暖风器的空气预热器冷端温度控制系统 1、暖风器蒸汽量调节技术 采用暖风器的空气预热器冷端温度控制系统,这种控制方案是通过调节进入暖风器的加热蒸汽量来完成的。 机组配有两台由三分仓式空气预热器和两台盘管式蒸汽暖风器分别加热对应两侧的二次风。 在每侧暖风器加热蒸汽的入口各设置有一个气动调节阀，由调节回路对加热

16、蒸汽调节阀的开度进行控制。,37,一次风暖风器出口风温控制,38,（1）一次风暖风器出口风温控制 单回路调节。 通过调节一次风暖风蒸汽阀门的开度控制空预器一次风冷端平均温度，防止空预器低温腐蚀。 1） 被调量 如果两台空预器运行，则取#1和#2一次风暖风器出口风温均值；如只有一台空预器运行，则取运行的那台空预器对应的一次风暖风器出口风温做为被调量。,39,2） 回路切手动条件 l A空预器运行且A侧一次风暖风器出口风温无效 l B空预器运行且B侧一次风暖风器出口风温无效 l 设定值与测量值偏差大 l 执行机构指令与反馈偏差大 l 执行机构位置反馈品质坏,40,二次风暖风器出口风温控制,41,（

17、2）二次风暖风器出口风温控制 单回路调节。 通过调节二次风暖风蒸汽阀门的开度控制空预器二次风冷端平均温度，防止空预器低温腐蚀。 1）被调量 如果两台空预器运行，则取#1和#2二次风暖风器出口风温均值；如只有一台空预器运行，则取运行的那台空预器对应的二次风暖风器出口风温做为被调量。,42,2） 回路切手动条件 l A空预器运行且A侧二次风暖风器出口风温无效 l B空预器运行且B侧二次风暖风器出口风温无效 l 设定值与测量值偏差大 l 执行机构指令与反馈偏差大 l 位置反馈品质坏,43,2、暖风器疏水侧调节技术 二次风暖风器控制 控制空预器二次风进口平均温度，防止空预器低温腐蚀。本控制方案采用暖风

18、器疏水侧调节技术，不仅能调节流量，而且能调节暖风器的换热能力，解决水击问题的同时，有良好的节能效果。,44,（1）自动控制系统图,45,（2）I/O测点,46,（3）工作原理,47,（4）计算公式,48,49,温度设定值的形成 根据烟气成分计算得到空预器二次风进出口平均温度定值，烟气成分包括燃料含碳量Cy、燃料含氢量Hy、燃料含氧量Oy、燃料含氮量Ny、燃料含硫量Sy、燃料含灰量Ay、过剩空气系数Alf等。,50,（5）程序框图,51,二次暖风器控制（2）,（6）二次暖风器控制系统,52,温度控制 计算出的空预器二次风进出口平均温度给定值周期性地（5分钟循环一次）与两侧实际测量值进行比较，当设

19、定值比实测值高过一正向定值时，对应侧暖风器疏水调节门开大一定开度，当设定值比实测值偏差低于一负向定值时，对应侧暖风器疏水调节门关小一定开度。以上运算，5分钟计算一次，每次两侧均计算一遍。,53,6-4 高加水位控制,54,高加水位控制,55,高加水位控制逻辑,56,高加水位控制 正常时通过调节#1高加水位调节阀的开度(调节#1高加疏水流入#2高加疏水井的流量)控制#1高加的水位。当#1高加水位过高时，同时通过调节#1高加紧急疏水阀的开度（调节#1高加疏水流入疏水扩容器的流量），控制#1高加水位。控制回路手动时，水位设定值跟踪实际水位。投入自动后，可由运行人员设定。#1高加紧急疏水阀调节器的设定

20、值比正常水位设定值高出一正向偏置。,57,（1） 设定值由人工设定。 （2）正常时通过调节高加水位调节阀的开度控制高加的水位。当高加水位过高时，同时通过调节高加紧急疏水阀的开度控制高加水位。控制回路手动时，水位设定值跟踪实际水位。投入自动后，可由运行人员设定。高加紧急疏水阀调节器的设定值比正常水位设定值高。 （3）调节器PV与SP偏差、阀位与指令偏差超限、水位信号无效、来自SCS的高加解列信号将使调节器M/A站切手动。,58,6-5 低加水位控制,59,低加水位控制,60,低加水位控制逻辑,61,低加水位控制 （1） 设定值由人工设定。 （2） 正常时通过调节低加水位调节阀的开度控制低加的水位

21、。当低加水位过高时，同时通过调节低加紧急疏水阀的开度控制低加水位。控制回路手动时，水位设定值跟踪实际水位。投入自动后，可由运行人员设定。低加紧急疏水阀调节器的设定值比正常水位设定值高. （3）低加疏水调节器PV与SP偏差、阀位与指令偏差超限、水位信号无效、来自SCS的低加解列信号将使调节器M/A站切手动。,62,正常时通过调节#5低加水位调节阀的开度(调节#5低加疏水流入#6低加的流量)控制#5低加的水位。当#5低加水位过高时，同时通过调节#5低加紧急疏水阀的开度（调节#5低加疏水流入凝结水箱的流量），控制#5低加水位。控制回路手动时，水位设定值跟踪实际水位。投入自动后，可由运行人员设定。#5低加紧急疏水阀调节器的设定值比正常水位设定值高出一正向偏置。,63,#5低加水位调节阀切手动条件： l 水位信号无效 l 设定值与测量值偏差大 l 阀门指令与位置反馈偏差大 l 阀门位置反馈品质坏 #5低加紧急疏水阀切手动条件： l 水位信号无效 l 阀门指令与位置反馈偏差大 l 阀门位置反馈品质坏 #5低加紧急疏水阀超驰控制： l #5低加水位高高时，全开紧急疏水阀,