華北電力大學(保定)過程控制--第十章_火電廠熱工控制

1、過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制10-1 大型單元機組的生產(chǎn)過程及其對控制的要求大型單元機組的生產(chǎn)過程及其對控制的要求10-2 單元機組負荷控制系統(tǒng)單元機組負荷控制系統(tǒng)10-3 燃燒過程的控制系統(tǒng)燃燒過程的控制系統(tǒng)10-4 鍋爐給水控制系統(tǒng)鍋爐給水控制系統(tǒng)10-5 蒸汽溫度控制系統(tǒng)蒸汽溫度控制系統(tǒng)過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制10-1 大型單元機組的生產(chǎn)過程及其對控制的要求大型單元機組的生產(chǎn)過程及其對控制的要求 大型單元發(fā)電機組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機和輔助設大型單元發(fā)

2、電機組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機和輔助設備組成的龐大的設備群。鍋爐的產(chǎn)熱、汽機的做功及發(fā)備組成的龐大的設備群。鍋爐的產(chǎn)熱、汽機的做功及發(fā)電機的發(fā)電協(xié)調(diào)配合完成發(fā)電生產(chǎn)。由于其工藝流程復電機的發(fā)電協(xié)調(diào)配合完成發(fā)電生產(chǎn)。由于其工藝流程復雜，設備眾多，管道縱橫交錯，有上千個參數(shù)需要監(jiān)視、雜，設備眾多，管道縱橫交錯，有上千個參數(shù)需要監(jiān)視、操作或控制，而且電能生產(chǎn)還要求有高度的安全可靠性操作或控制，而且電能生產(chǎn)還要求有高度的安全可靠性和經(jīng)濟性，因此，大型機組的自動化水平受到特別的重和經(jīng)濟性，因此，大型機組的自動化水平受到特別的重視。視。 過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電

3、廠大型單元機組的自動控制單元制機組單元制機組熱力發(fā)電過程熱力發(fā)電過程NTPTH過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制最重要的控制系統(tǒng)最重要的控制系統(tǒng) 單元機組負荷控制系統(tǒng)單元機組負荷控制系統(tǒng) 燃燒控制系統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng) 汽包水位控制系統(tǒng)汽包水位控制系統(tǒng)1. 汽溫控制系統(tǒng)汽溫控制系統(tǒng)過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制10-2 單元機組負荷控制系統(tǒng)單元機組負荷控制系統(tǒng)一、一、 負荷控制系統(tǒng)的控制任務：負荷控制系統(tǒng)的控制任務： 在保持主汽壓力在保持主汽壓力PT穩(wěn)定的前提下，緊密跟蹤電

4、網(wǎng)穩(wěn)定的前提下，緊密跟蹤電網(wǎng)對機組負荷的要求。對機組負荷的要求。NpTBVsNpTB負荷對象特性：負荷對象特性：過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制GpB(s)Gp(s)GNB(s)GN(s)NpTBNpTB多變量對象多變量對象特點：特點： 有自衡能力，機快爐慢，鍋爐有蓄熱有自衡能力，機快爐慢，鍋爐有蓄熱 耦合嚴重，爐側(cè)燃料量的擾動頻發(fā)。耦合嚴重，爐側(cè)燃料量的擾動頻發(fā)。過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制控制方案：控制方案：1. 鍋爐跟蹤方式（爐跟機）鍋爐跟蹤方式（爐跟機）特

5、點：系統(tǒng)響應速度快，但機組穩(wěn)定性差。特點：系統(tǒng)響應速度快，但機組穩(wěn)定性差。鍋爐鍋爐汽機汽機機調(diào)機調(diào)爐調(diào)爐調(diào)PTNBGpB(s)Gp(s)GNB(s)GN(s)NpTBPIDPIDN0ps過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制2. 汽機跟蹤方式（機跟爐）汽機跟蹤方式（機跟爐）特點：機組穩(wěn)定性好，特點：機組穩(wěn)定性好， 但系統(tǒng)響應速度慢。但系統(tǒng)響應速度慢。鍋爐鍋爐汽機汽機機調(diào)機調(diào)爐調(diào)爐調(diào)PTNBGNB(s)GN(s)GpB(s)Gp(s)pTNBPIDPIDpSN0過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型

6、單元機組的自動控制3. 機爐協(xié)調(diào)方式機爐協(xié)調(diào)方式鍋爐鍋爐汽機汽機機調(diào)機調(diào)爐調(diào)爐調(diào)PTNBPSN0以爐跟機為基礎的雙以爐跟機為基礎的雙向補償協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)向補償協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)GpB(s)Gp(s)GNB(s)GN(s)NpTBPIDPIDN0ps過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制以爐跟機為基礎的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以爐跟機為基礎的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)+BTPT_+_NE+ N0鍋爐控制器鍋爐控制器P0汽機控制器汽機控制器鍋爐鍋爐P0-PT汽機汽機_(a)過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組

7、的自動控制以爐跟機為基礎的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以爐跟機為基礎的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)+BTPT_+_NE+ N0鍋爐控制器鍋爐控制器P0汽機控制器汽機控制器鍋爐鍋爐P0-PT汽機汽機_PD(b)過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制以機跟爐為基礎的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以機跟爐為基礎的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)_+BTPT_NE+ N0P0汽機控制器汽機控制器鍋爐鍋爐汽汽機機(a)鍋爐控制器鍋爐控制器PN0-NE過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制以機跟爐為基礎的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以機

8、跟爐為基礎的單向解耦協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)+PD(b)_+BTPT_NE+ N0P0汽機控制器汽機控制器鍋爐鍋爐汽汽機機鍋爐控制器鍋爐控制器PN0-NE1DDDKTSTS過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)直接平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)DPP0DPIN0NE鍋爐鍋爐 +P1PT_BIIT_+汽機汽機過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制10-3 燃燒過程的控制系統(tǒng)燃燒過程的控制系統(tǒng)一、燃燒控制的基本任務一、燃燒控制的基本任務 即要提供熱量適應蒸汽負荷的需要，又要保證燃燒的經(jīng)濟即

9、要提供熱量適應蒸汽負荷的需要，又要保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐運行的經(jīng)濟性、安全性。性和鍋爐運行的經(jīng)濟性、安全性。 具體地就是控制三個參數(shù)：鍋爐出口壓力具體地就是控制三個參數(shù)：鍋爐出口壓力pT、空氣過剩系空氣過剩系數(shù)數(shù)和爐膛負壓和爐膛負壓pv。 燃燒過程的這三項控制任務是不可分的，通?？梢杂萌齻€燃燒過程的這三項控制任務是不可分的，通?？梢杂萌齻€調(diào)節(jié)量改變?nèi)齻€流量即燃料量、送風量和引風量，以維持這三調(diào)節(jié)量改變?nèi)齻€流量即燃料量、送風量和引風量，以維持這三個被控制量，每個調(diào)節(jié)器都可以分工負責維持一個被控制量。個被控制量，每個調(diào)節(jié)器都可以分工負責維持一個被控制量。三個控制系統(tǒng)之間關(guān)系密切，因而共同組成多參數(shù)

10、的燃燒過程三個控制系統(tǒng)之間關(guān)系密切，因而共同組成多參數(shù)的燃燒過程控制系統(tǒng)。一般簡稱這三個系統(tǒng)為控制系統(tǒng)。一般簡稱這三個系統(tǒng)為“燃燒控制系統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng)”。過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制燃燒控制系統(tǒng)這三個系統(tǒng)的構(gòu)成可以有不同的組合方式：燃燒控制系統(tǒng)這三個系統(tǒng)的構(gòu)成可以有不同的組合方式：通常采用：通常采用： 燃料控制燃料控制維持蒸汽壓力穩(wěn)定；維持蒸汽壓力穩(wěn)定； 送風控制送風控制保證燃燒過程的經(jīng)濟性；保證燃燒過程的經(jīng)濟性； 引風控制引風控制維持爐膛壓力穩(wěn)定，保證燃燒的安全性。維持爐膛壓力穩(wěn)定，保證燃燒的安全性。過程控制過程控制 第十章

11、第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制二、二、 汽壓調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性汽壓調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性 pbDpT B BpbDpTpTBVs特點：自衡對象。機側(cè)擾動變化快，爐側(cè)擾動變化慢，爐側(cè)自特點：自衡對象。機側(cè)擾動變化快，爐側(cè)擾動變化慢，爐側(cè)自發(fā)擾動頻繁。發(fā)擾動頻繁。調(diào)節(jié)量選擇：燃料量調(diào)節(jié)量選擇：燃料量 1BsBBBKWseT s過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制 燃料控制系統(tǒng)燃料控制系統(tǒng) 基本控制結(jié)構(gòu)（基本控制結(jié)構(gòu)（1） PIPIGp(s)GD(s)P0PTDBB控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)

12、構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖串級控制串級控制二、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析二、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制基本控制結(jié)構(gòu)（基本控制結(jié)構(gòu)（2）控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖串級串級-前饋控制前饋控制 PIPIGp(s)GD(s)P0PTDBBGff(s)過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖 PIPIGp(s)GD(s)P0PTDBd/dtBPb燃燒燃燒品種品種n1ni考慮煤質(zhì)變化和實際發(fā)熱量的控

13、制結(jié)構(gòu)考慮煤質(zhì)變化和實際發(fā)熱量的控制結(jié)構(gòu)串級控制串級控制過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制采用熱量信號作為燃料反饋信號采用熱量信號作為燃料反饋信號 1D DrbDK T sQ sDP sT s過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制采用熱量信號的燃料控制結(jié)構(gòu)采用熱量信號的燃料控制結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖串級串級-前饋控制前饋控制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 PIPIGp(s)GD(s)P0PTQr=D+Cb(dpb/dt)BGff(s)D過程控制過程控制 第十章第十章

14、火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制TPTPIGp(s)GD(s)P0DBd/dtd/dtPb控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制2. 送風控制系統(tǒng)送風控制系統(tǒng)ttVO2%VkVT送風量擾動下氧量階躍響應曲線動態(tài)特性動態(tài)特性211VsVVVVVKKWseTsTs過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制 PIKGp(s)VBVV控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖比值控制比值控制

15、過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖V PIGp(s)VBVKD燃料品種燃料品種過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制B控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 PIO2Gp2(s)DGp1(s)V PIf(x)f(x)B過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動

16、控制3.引風控制系統(tǒng)引風控制系統(tǒng)t tGPfG引風量擾動下負壓階躍響應曲線0 21ffffKWsKTs動態(tài)特性動態(tài)特性過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制 PI f(x)Vpv0pv+-+GGp(s)V PIpvF(x)pv0控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖前饋前饋反饋控制反饋控制過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制采用熱量信號的燃燒控制系統(tǒng)采用熱量信號的燃燒控制系統(tǒng)PIddtf(x)PIf1(x)PIf2(x)PIPI_+QrPTDDPbO2PvV

17、VGVB變比例帶變比例帶PTsPv0+_實現(xiàn)增負荷時，先加風后加煤；減實現(xiàn)增負荷時，先加風后加煤；減負荷時，先減煤后減風。負荷時，先減煤后減風。過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制PPOPIPrIPIf(x)PI/nf(x)PIAPIPIKPIPIP P1_速度級壓力速度級壓力n給煤機轉(zhuǎn)速給煤機轉(zhuǎn)速Vm1磨一次風磨一次風量量送風量送風量O2%P1_+IBPfPfo一 次 風一 次 風溫溫Qm1Vm1磨煤機溫度磨煤機溫度n0m0Pv1mPv10n燃油量燃油量_一次風壓一次風壓B0VGVm1VrV1V2給煤量給煤量送風量送風量引風量引風量

18、磨一次磨一次風量風量熱風量熱風量一次一次風量風量層燃料層燃料風量風量直吹式制粉系統(tǒng)給煤機轉(zhuǎn)數(shù)為反饋信號的燃燒控制系統(tǒng)直吹式制粉系統(tǒng)給煤機轉(zhuǎn)數(shù)為反饋信號的燃燒控制系統(tǒng)V給煤機轉(zhuǎn)速指令給煤機轉(zhuǎn)速指令過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制10-4 鍋爐給水控制系統(tǒng)鍋爐給水控制系統(tǒng)一、一、 汽包爐給水控制的任務汽包爐給水控制的任務 使鍋爐的給水量適應鍋爐的使鍋爐的給水量適應鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。具體要求：的范圍內(nèi)。具體要求：（1）維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。）維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。正常：正常：

19、H3050mm；異常：；異常： H200mm故障：故障： HKD（3）若若KWKD特點：特點：具有單沖量和雙沖量控制的優(yōu)點，但對比值參具有單沖量和雙沖量控制的優(yōu)點，但對比值參數(shù)要求嚴格。數(shù)要求嚴格。DHHr過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制4. 串級三沖量控制串級三沖量控制HWDGc1(s)KvGp(s)-rHDw+Gd(s)Gff(s)Gc2(s)特點：特點：具有單沖量和雙沖量控制的優(yōu)點，比值參數(shù)的具有單沖量和雙沖量控制的優(yōu)點，比值參數(shù)的誤差可通過主調(diào)節(jié)器校正。誤差可通過主調(diào)節(jié)器校正。過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型

20、單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制 PI PIWDHH0控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Gc1(s)KvGp(s)-rHDw+Gd(s)Gff(s)Gc2(s)控制系統(tǒng)原理圖控制系統(tǒng)原理圖過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制5. 300MW單元機組給水控制系統(tǒng)實例單元機組給水控制系統(tǒng)實例過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單

21、元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制10-5 蒸汽溫度控制系統(tǒng)蒸汽溫度控制系統(tǒng)一、過熱汽溫控制的任務一、過熱汽溫控制的任務 維持過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，并且保維持過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內(nèi)，并且保護過熱器，使管壁溫度不超過允許的工作溫度。護過熱器，使管壁溫度不超過允許的工作溫度。 過熱汽溫的上限一般不應超過額定值過熱汽溫的上限一般不應超過額定值5 。下限一。下限一般不低于額定值般不低于額定值10 。 過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大

22、型單元機組的自動控制二二. 動態(tài)特性動態(tài)特性wD、Q1. 主要擾動對汽溫的影響主要擾動對汽溫的影響自衡的對象自衡的對象D D、Q Q擾動，擾動，/T/T較小較小,約有約有15s15s左右，左右，T 50sT 50s100s 100s 。 W W擾動，擾動，/T/T較大，較大， 約有約有60s60s左右，左右， T150sT150s200s200s。2. 調(diào)節(jié)量選擇：調(diào)節(jié)量選擇： 減溫水噴水流量減溫水噴水流量過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制DW12w12Gp2(s)Gp1(s)GD(s)GQ(s)DQ12減溫器減溫器過熱器過熱器被控對象被控對象過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制（1）串級控制）串級控制 PI PI21sPID2PID1r21Gp2(s)Gp1 (s)有效克服調(diào)節(jié)量的擾動有效克服調(diào)節(jié)量的擾動改善對象的動態(tài)特性改善對象的動態(tài)特性提高調(diào)節(jié)品質(zhì)提高調(diào)節(jié)品質(zhì)控制原理圖控制原理圖控制結(jié)構(gòu)圖控制結(jié)構(gòu)圖三、基本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析三、基本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析過程控制過程控制 第十章第十章 火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制火力發(fā)電廠大型單元機組的自動控制（2）導前微分控制）導前微分