熱控技術(shù)發(fā)展與先進(jìn)控制教材

1、山西電力科學(xué)研究院山西電力科學(xué)研究院熱工室熱工室熱控技術(shù)的發(fā)展與先進(jìn)控制熱控技術(shù)的發(fā)展與先進(jìn)控制w 熱控技術(shù)的發(fā)展w 研究成果w 熱控技術(shù)今后發(fā)展方向w 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）w 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的RB功能w 給水控制系統(tǒng)w 汽溫控制系統(tǒng)w 凝結(jié)水控制系統(tǒng)熱控技術(shù)的發(fā)展近10年來火電機(jī)組熱控系統(tǒng)發(fā)展迅速，控制裝置由DDZ-、儀表到組裝儀表，再由可編程調(diào)節(jié)器發(fā)展到DCS分散控制系統(tǒng)以及未來的FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，目前DCS在火電機(jī)組的應(yīng)用已非常成熟，不僅大大提高了熱控系統(tǒng)的可靠性，也為火電機(jī)組自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間；熱工自動(dòng)控制技術(shù)由簡單的單回路、串級(jí)控制發(fā)展到多種控制方案相結(jié)合的復(fù)雜控

2、制，由機(jī)組的正常運(yùn)行工況控制發(fā)展到機(jī)組的全程自動(dòng)控制，由開、閉環(huán)獨(dú)立控制發(fā)展到單元機(jī)組一體化控制，目前火電機(jī)組的自動(dòng)化技術(shù)已發(fā)展到在運(yùn)行人員極少干預(yù)的情況下，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自啟、停和正常運(yùn)行功能（即APS-Automation Plant Start up & Shut down System）。單就閉環(huán)控制技術(shù)，目前已有不少先進(jìn)控制理論在生產(chǎn)實(shí)際中得到了很好的應(yīng)用（如模糊控制理論），而且熱力系統(tǒng)的效率控制將是我們進(jìn)一步研究的方向。 研究成果w 我省近幾年來，在熱控領(lǐng)域的各個(gè)方面，控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究成果取得了突破性進(jìn)展，已走在了該領(lǐng)域的技術(shù)前沿，在國內(nèi)具有領(lǐng)先水平，有些方面已達(dá)到了國際先進(jìn)

3、水平。如：提高協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)響應(yīng)速率及適應(yīng)性的研究；大型機(jī)組RB功能可靠性、準(zhǔn)確性的研究；FCB功能的探索研究；模糊控制理論等多種控制理論在汽溫控制系統(tǒng)的綜合應(yīng)用；間斷式凝結(jié)水控制系統(tǒng)的研究；一段式全程給水控制系統(tǒng)的投運(yùn)；APS的應(yīng)用研究等等。 熱控技術(shù)今后發(fā)展方向w 熱控技術(shù)今后的發(fā)展方向應(yīng)著眼于如何進(jìn)一步提高機(jī)組的效率、降低發(fā)電成本、延長機(jī)組壽命等方面，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的效率控制、全智能化控制將成為本學(xué)科研究的新課題。如：在線檢測(cè)、定性分析鍋爐的燃燒效率，即調(diào)整鍋爐的風(fēng)、煤比，實(shí)現(xiàn)鍋爐效率的閉環(huán)智能控制。同時(shí)，優(yōu)化控制、循環(huán)硫化床鍋爐的控制研究以及先進(jìn)控制理論的廣泛應(yīng)用也將是我們研究的方向。 協(xié)調(diào)控

4、制系統(tǒng)（CCS）w 概述w 影響CCS的主要因素w 解決方案及其特點(diǎn)w 投運(yùn)效果SPC負(fù)荷指令A(yù)BSKdxdtTdPT3PT1PIDdxdtT2T1T2PtPT3dxdtTdT1PgPtNe鍋爐指令+-+-PID汽機(jī)指令F(x)壓力定值-CCS控制方案原理框圖 概述w 為了滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求，目前單元機(jī)組CCS方案設(shè)計(jì)大部分是以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)，采用負(fù)荷指令信號(hào)間接平衡與能量直接平衡動(dòng)、靜態(tài)相結(jié)合的控制方案，主要特點(diǎn)在于負(fù)荷指令經(jīng)幅值限制、速率限制等處理后作用于汽機(jī)主控和壓力定值形成回路，而鍋爐主控同時(shí)采用負(fù)荷指令與能量需求信號(hào)分別作為動(dòng)、靜態(tài)前饋，使負(fù)荷要求變化時(shí)，機(jī)、爐協(xié)調(diào)動(dòng)作；并在上述回路

5、中采用微分環(huán)節(jié)和多級(jí)慣性環(huán)節(jié)補(bǔ)償、擬合機(jī)、爐熱力系統(tǒng)的特性差異，保證機(jī)、爐動(dòng)作從時(shí)間上匹配。鍋爐通過控制燃料量改變鍋爐負(fù)荷，維持主汽壓力，以適應(yīng)汽機(jī)的能量需求；汽機(jī)在負(fù)荷響應(yīng)起始階段，通過調(diào)汽門動(dòng)態(tài)過開，利用鍋爐的蓄熱，快速響應(yīng)負(fù)荷，在負(fù)荷響應(yīng)過程中，維持汽機(jī)能量需求量與機(jī)組負(fù)荷要求相平衡。 wCCS主要由以下幾部分組成：w、單元機(jī)組負(fù)荷指令運(yùn)算回路w機(jī)組負(fù)荷指令運(yùn)算回路的主要任務(wù)是根據(jù)機(jī)、爐運(yùn)行狀態(tài)，選擇機(jī)組可以接受的各種負(fù)荷指令，用之作為機(jī)、爐的功率給定值，分別送至鍋爐主控和汽機(jī)主控。該回路由負(fù)荷控制站、最大最小值限制回路、變化率限制回路等部分組成。w、RB運(yùn)算回路w當(dāng)機(jī)組由于輔機(jī)故障發(fā)生

6、RB時(shí),其最大可能出力將根據(jù)不同種類型的輔機(jī)故障而受到不同的變化率限制。主要運(yùn)算回路包括：機(jī)組最大可能出力運(yùn)算回路、RB激活回路、RB限速回路。另外該機(jī)組還設(shè)計(jì)有FCB功能。參與RB運(yùn)算的設(shè)備有：送風(fēng)機(jī)（FD）2臺(tái)，引風(fēng)機(jī)（ID）2臺(tái)，一次風(fēng)機(jī)（PA）2臺(tái)，磨煤機(jī) 4臺(tái)，給水泵 3臺(tái)，汽機(jī)負(fù)荷限制。參與FCB的有發(fā)電機(jī)油開關(guān)跳閘。w、頻率校正回路w頻率校正回路的功能是將頻差信號(hào)轉(zhuǎn)換成負(fù)荷偏差，然后經(jīng)過限幅和大小選后分別送至鍋爐主控系統(tǒng)和汽機(jī)主控系統(tǒng)，使鍋爐和汽機(jī)能夠快速響應(yīng)。w、壓力設(shè)定值形成回路w包括：定壓運(yùn)行時(shí)的壓力定值運(yùn)算回路、滑壓運(yùn)行時(shí)的壓力定值運(yùn)算回路、定/滑壓無擾切換回路。w、鍋爐

7、主控w鍋爐主控相當(dāng)于單元機(jī)組負(fù)荷指令處理回路與燃燒控制系統(tǒng)之間的接口，其功能是將機(jī)組負(fù)荷指令信號(hào)傳送到風(fēng)量控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)，以協(xié)調(diào)鍋爐出力與負(fù)荷之間的匹配關(guān)系，同時(shí)保證鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。w、汽機(jī)主控w提供了CCS 與DEH 之間的接口，同時(shí)將機(jī)組負(fù)荷指令傳送到DEH控制回路。w、熱值校正回路w根據(jù)煤質(zhì)變化引起鍋爐出力變化而計(jì)算的熱值校正信號(hào)送至燃燒系統(tǒng)進(jìn)行修正。w另外，CCS系統(tǒng)根據(jù)不同的運(yùn)行工況，可運(yùn)行在下列幾種方式：w1）協(xié)調(diào)方式w2）爐跟隨方式w3）機(jī)跟隨方式w4）基本方式影響CCS的主要因素w 鍋爐負(fù)荷響應(yīng)特性w 汽機(jī)負(fù)荷響應(yīng)特性（鍋爐蓄熱能力）w 不確定因素鍋爐負(fù)荷響應(yīng)特性

8、w 鍋爐負(fù)荷的滯后時(shí)間主要是由磨煤機(jī)的制粉環(huán)節(jié)形成的，而慣性則與鍋爐的熱慣性有關(guān)，是系統(tǒng)的固有特性，控制系統(tǒng)必須與之相匹配，才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 鍋爐指令、負(fù)荷/%6570758085123456789 10 11 12 13 14t/minP/MPa13141516鍋爐指令鍋爐負(fù)荷主汽壓力鍋爐特性曲線 汽機(jī)負(fù)荷響應(yīng)特性w 汽機(jī)負(fù)荷響應(yīng)特性取決于鍋爐的蓄熱能力，而鍋爐的蓄熱能力來自兩個(gè)方面：其一是鍋爐受熱面金屬熱容量的存儲(chǔ)和釋放，是造成鍋爐慣性較大的主要原因之一；其二是汽機(jī)側(cè)的擾動(dòng)相應(yīng)改變了汽包壓力和飽和溫度，使汽包的蒸發(fā)量突然變化，以適應(yīng)負(fù)荷要求。 負(fù)荷、開度/%758085901234

9、56789 10 11 12 13t/minP/MPa1515.415.816.2機(jī)組負(fù)荷調(diào)門開度主汽壓力汽機(jī)特性曲線 不確定因素w 由于一次控制設(shè)備特性的變化（如給煤機(jī)、給粉機(jī)、一次風(fēng)調(diào)節(jié)檔板）、燃用煤種特性的變化、輔機(jī)設(shè)備在機(jī)組運(yùn)行過程中的啟停等多方面不確定的擾動(dòng)因素將會(huì)引起機(jī)組負(fù)荷及運(yùn)行參數(shù)的波動(dòng)，而由于在克服擾動(dòng)過程中鍋爐、汽機(jī)相互耦合，進(jìn)而引起機(jī)、爐同時(shí)參與調(diào)節(jié)，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性差、過渡時(shí)間長。該問題在其它控制系統(tǒng)中也同樣存在，而且也是自動(dòng)控制領(lǐng)域的一大難題。解決方案及其特點(diǎn)w 提高鍋爐負(fù)荷響應(yīng)速率，在動(dòng)態(tài)過程中合理掌握鍋爐負(fù)荷指令的超調(diào)量；w 形成合適的壓力定值；w 通過調(diào)汽門的動(dòng)態(tài)

10、過開，合理利用鍋爐的蓄熱，并根據(jù)鍋爐負(fù)荷響應(yīng)特性，在動(dòng)態(tài)過程中限制汽機(jī)調(diào)汽門的動(dòng)作；w 系統(tǒng)解耦負(fù)荷/MW220235250265123456789 10 11 12 13 14t/minP/MPa13.514.515.516.5負(fù)荷指令鍋爐指令汽機(jī)指令壓力定值仿真曲線 鍋爐負(fù)荷w 鍋爐主控比例、微分前饋引用 “ 預(yù)見控制 ” 理論采用可變微分時(shí)間和固定微分時(shí)間相結(jié)合，使微分時(shí)間在負(fù)荷指令接近目標(biāo)值時(shí)逐漸減小，通過參數(shù)調(diào)整使鍋爐負(fù)荷指令在起始以較大的速率變化，并在動(dòng)態(tài)過程中有一定的超調(diào)量，接近目標(biāo)值時(shí)超調(diào)量逐漸漸小。采用這一方案不僅可以最大程度上提高鍋爐的負(fù)荷響應(yīng)速率，還克服了負(fù)荷指令到位后超

11、調(diào)而造成的靜態(tài)偏差，解決了通常設(shè)計(jì)中采用固定微分時(shí)間的缺點(diǎn) 。壓力定值w 根據(jù)鍋爐的壓力響應(yīng)特性，采用數(shù)學(xué)模型擬合壓力定值曲線，在機(jī)組滑壓運(yùn)行區(qū)間使壓力定值與實(shí)際壓力變化同步，有效克服了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差和超調(diào)。 汽機(jī)特性w 汽機(jī)主控負(fù)荷指令在擬合鍋爐負(fù)荷響應(yīng)特性（采用慣性環(huán)節(jié)）的基礎(chǔ)上疊加一微分環(huán)節(jié)，根據(jù)負(fù)荷指令的變化速率調(diào)整微分時(shí)間，在負(fù)荷指令變化起始，通過調(diào)汽門動(dòng)態(tài)過開，充分利用鍋爐的蓄熱使機(jī)組負(fù)荷快速響應(yīng)，等待鍋爐負(fù)荷發(fā)生變化后，機(jī)組負(fù)荷隨之改變，不僅有效克服了機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)的滯后，而且彌補(bǔ)了機(jī)、爐熱力系統(tǒng)本身的特性差異，保證熱量的供求基本平衡，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。系統(tǒng)解耦w 在負(fù)荷響應(yīng)過程中，

12、機(jī)、爐之間的耦合關(guān)系就是機(jī)組的能量（即鍋爐所產(chǎn)生的能量及汽機(jī)所需求的能量）及其平衡關(guān)系，反應(yīng)在控制系統(tǒng)中就是兩個(gè)主要控制變量即機(jī)組負(fù)荷和主汽壓力，在通常的設(shè)計(jì)中上述兩個(gè)變量分別由汽機(jī)主控和鍋爐主控控制，使CCS在不確定因素自發(fā)擾動(dòng)情況下不能適應(yīng)。為此，根據(jù)“解耦控制”理論引入一個(gè)“汽機(jī)能量需求信號(hào)”的中間變量（NePgPt）代替“機(jī)組負(fù)荷”作為汽機(jī)主控的被調(diào)量，由于該信號(hào)只反應(yīng)機(jī)組負(fù)荷要求的變化及汽機(jī)側(cè)自身的擾動(dòng)，使在鍋爐發(fā)生自發(fā)擾動(dòng)的情況下，汽機(jī)不參與調(diào)節(jié)，各自的擾動(dòng)因素分別由鍋爐主控和汽機(jī)主控獨(dú)立克服，實(shí)現(xiàn)了完全解耦，達(dá)到了預(yù)期的目的。 投運(yùn)效果w 目前CCS所存在的幾個(gè)主要問題（負(fù)荷響應(yīng)

13、速率的提高及其與系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的矛盾，機(jī)、爐之間的相互耦合關(guān)系）解決的關(guān)鍵在于形成合適的機(jī)、爐負(fù)荷指令和壓力定值，使之與機(jī)組熱力系統(tǒng)的特性相適應(yīng)，將機(jī)、爐之間有機(jī)協(xié)調(diào)，共同適應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷要求；通過解耦控制提高CCS在各種不確定因素?cái)_動(dòng)發(fā)生時(shí)的適應(yīng)性。 負(fù)荷/MW1802102402701 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 13141516 17181920t/minP/MPa101112131415負(fù)荷指令機(jī)組負(fù)荷壓力定值主汽壓力CCS響應(yīng)特性曲線 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)RB功能 w 概述w 組成、分類w 存在問題w 解決方案w 投運(yùn)效果概述 w Run Back（RB）功能是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（

14、CCS）的重要組成部分，設(shè)計(jì)的目的是保證在輔機(jī)故障跳閘后，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)自動(dòng)迫降負(fù)荷至機(jī)組所允許的預(yù)定值，保證機(jī)組在此工況下的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。為了保證RB功能的正常實(shí)現(xiàn)，必須進(jìn)行RB試驗(yàn)，RB試驗(yàn)是協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)乃至整個(gè)熱控系統(tǒng)在調(diào)試及投運(yùn)過程中的一個(gè)綜合性的重要試驗(yàn)項(xiàng)目，RB試驗(yàn)不僅是檢驗(yàn)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及其它自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)和性能，以及在輔機(jī)故障跳閘后的抗干擾能力，而且通過RB試驗(yàn)對(duì)其控制回路進(jìn)行逐步的調(diào)整和優(yōu)化，使熱控系統(tǒng)在最佳工況下運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的全程負(fù)荷控制。RB試驗(yàn)不僅對(duì)機(jī)組的整體性能及自動(dòng)化水平的提高有重大的意義，而且從客觀及主觀上都具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度。 組成、分類w 協(xié)調(diào)

15、控制系統(tǒng)RB功能主要包括：機(jī)組最大可能出力運(yùn)算回路、RB激活回路、RB限速回路以及FCB功能。當(dāng)機(jī)組由于輔機(jī)故障發(fā)生RB時(shí)，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行在汽機(jī)跟隨方式，汽機(jī)主控維持當(dāng)前機(jī)前壓力，鍋爐主控開環(huán)迫降負(fù)荷至機(jī)組所允許的最大負(fù)荷，參與RB運(yùn)算的項(xiàng)目主要包括：鍋爐燃料（磨煤機(jī)）引風(fēng)機(jī)送風(fēng)機(jī)一次風(fēng)機(jī)給水泵FCB（Fast Cut Back） 存在問題鍋爐燃燒不穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓波動(dòng)較大，甚至造成鍋爐滅火，其原因主要是RB發(fā)生后，鍋爐的負(fù)荷迫降速率設(shè)定不合理所至；鍋爐汽水系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，鍋爐汽包水位、主汽溫度等參數(shù)波動(dòng)較大，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，其原因主要是在RB這一特定的惡劣工況下，機(jī)組的運(yùn)行方式

16、不合理所至；RB發(fā)生后，負(fù)荷波動(dòng)較大，穩(wěn)定時(shí)間長，特別是RB復(fù)歸后，更加巨了負(fù)荷的穩(wěn)定周期，使機(jī)組運(yùn)行極不穩(wěn)定，就其原因主要是在降負(fù)荷過程中，RB復(fù)歸時(shí)機(jī)掌握不好，復(fù)歸以后機(jī)組的運(yùn)行方式不確定所造成的；給水泵跳閘發(fā)生RB，容易造成由于汽包水位低滅火，其原因主要是由以下兩方面因素所至：其一負(fù)荷迫降較慢，相應(yīng)地增加了給水需求量；其二是給水量不夠，不能彌補(bǔ)汽水不平衡造成的空缺；一次風(fēng)機(jī)跳閘發(fā)生RB，往往發(fā)生由于一次風(fēng)壓低而引起磨煤機(jī)跳閘、鍋爐滅火，如何在RB發(fā)生的瞬間，快速提高一次風(fēng)壓是解決這一問題的關(guān)鍵。 解決方案w 負(fù)荷迫降速率的確定w 機(jī)組運(yùn)行方式的確定w RB復(fù)歸功能w 給水泵RBw 一次風(fēng)

17、機(jī)RBw FCB功能負(fù)荷迫降速率的確定w 通過對(duì)不同類型機(jī)組（包括直吹式及中儲(chǔ)式）的RB試驗(yàn)情況表明：磨煤機(jī)RB的負(fù)荷迫降速率為100%/min左右；引、送風(fēng)機(jī)RB的負(fù)荷迫降速率為300%/min左右；一次風(fēng)機(jī)RB的負(fù)荷迫降速率為300%/min左右；給水泵RB的負(fù)荷迫降速率為300%/min左右；FCB的負(fù)荷迫降速率為100%/min左右。通過合理設(shè)定負(fù)荷迫降速率，保證了鍋爐燃燒的穩(wěn)定，避免了鍋爐滅火等現(xiàn)象 。機(jī)組運(yùn)行方式的確定w 在通常設(shè)計(jì)中，RB發(fā)生后CCS切換至汽機(jī)跟隨方式運(yùn)行，機(jī)組可在定壓或定滑壓方式運(yùn)行，采用不同運(yùn)行方式的試驗(yàn)結(jié)果表明：采用定壓運(yùn)行方式（即RB發(fā)生后，鍋爐開環(huán)迫降負(fù)

18、荷，汽機(jī)快速響應(yīng)維持當(dāng)前主汽壓力）效果較好，不僅可使負(fù)荷快速將至預(yù)定值，還能保證各運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定，特別是蒸汽品質(zhì)及汽水系統(tǒng)的穩(wěn)定 。RB復(fù)歸功能w 大部分設(shè)計(jì)由于輔機(jī)故障發(fā)生RB后，系統(tǒng)以一定的速率迫降負(fù)荷至預(yù)定值，系統(tǒng)穩(wěn)定后，手動(dòng)按下“RB RESET”按鈕，對(duì)RB復(fù)歸，但在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，由于人為因素復(fù)位時(shí)機(jī)把握不好，造成負(fù)荷波動(dòng)較大，機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定。為此，對(duì)RB復(fù)位功能進(jìn)行了改進(jìn)，即當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降至目標(biāo)負(fù)荷，控制系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)歸RB，主汽壓力設(shè)定值將以1.5%/min的速率下降，直到壓力設(shè)定值與當(dāng)前機(jī)組負(fù)荷對(duì)應(yīng)的壓力值平衡，則RB過程結(jié)束，CCS自動(dòng)切到鍋爐跟隨方式，輔機(jī)故障恢復(fù)后，運(yùn)行人員可

19、投入?yún)f(xié)調(diào)方式運(yùn)行。通過該項(xiàng)改進(jìn)后，在RB工況下機(jī)組的負(fù)荷穩(wěn)定性大大提高 。給水泵RBw 給水泵跳閘發(fā)生RB后具有其特殊性，首先在設(shè)置給水泵的最大負(fù)荷時(shí)應(yīng)考慮每臺(tái)給水泵的余度，保證單臺(tái)給水泵有能力彌補(bǔ)在RB過程中所造成的汽水不平衡；其次瞬間適當(dāng)提高壓力定值，以快速迫降負(fù)荷，最大程度減少RB過程中系統(tǒng)的用水量；第三降低汽包水位控制系統(tǒng)的蒸汽流量前饋系數(shù)，防止負(fù)荷迫降過程中減少給水流量，造成汽包水位較低；第四將RB復(fù)歸負(fù)荷點(diǎn)提高5%左右，防止動(dòng)態(tài)過程中負(fù)荷太低，減小負(fù)荷偏差 。一次風(fēng)機(jī)RBw 一次風(fēng)機(jī)跳閘發(fā)生RB后也具有其特殊性，由于一次風(fēng)壓關(guān)系到制粉系統(tǒng)及鍋爐燃燒的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，所以，一次風(fēng)機(jī)跳

20、閘發(fā)生RB瞬間應(yīng)快速開大運(yùn)行一次風(fēng)機(jī)，之后再以一定的速率過渡到正常的控制回路，防止一次風(fēng)壓瞬間降低而造成一次風(fēng)堵管甚至鍋爐滅火 。FCB功能w FCB功能，主汽壓力定值形成回路，將CCS、RB回路、FCB回路的壓力定值作為一個(gè)整體來考慮，保證各種工況之間壓力定值的無擾切換，以及CCS運(yùn)行在跟蹤方式（即鍋爐開環(huán)迫降負(fù)荷，汽機(jī)運(yùn)行在轉(zhuǎn)速控制方式，旁路快開后維持當(dāng)時(shí)壓力）。投運(yùn)效果20406080100120161116212631 min%鍋爐負(fù)荷(20%120%)機(jī)組負(fù)荷(20%120%)壓力定值(3.33MPa20MPa)主汽壓力(3.33MPa20MPa)爐膛負(fù)壓(-730Pa770Pa)2

21、0406080100120161116212631 min%鍋爐負(fù)荷（20%120%）汽包水位（-180mm420mm）除氧器水位（600mm3600mm）凝汽器水位（200mm1200mm）主汽溫度（120720）RB過程主要參數(shù)運(yùn)行曲線2給水控制系統(tǒng)w 概述w 系統(tǒng)組成w 投運(yùn)技巧w 投運(yùn)效果PIKpKd1G(S)wG(S)hKpKd2H0DWUH+-給水控制系統(tǒng)等效框圖 概述w 目前，國內(nèi)大、中型火力發(fā)電機(jī)組鍋爐給水系統(tǒng)已逐步采用變速給水泵、全程給水控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鍋爐各種運(yùn)行工況的給水控制，以保證鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高機(jī)組效率，降低輔機(jī)的損耗，但由于各種客觀及主

22、觀原因，真正實(shí)現(xiàn)鍋爐給水系統(tǒng)全程控制的機(jī)組還為數(shù)不多。w 鍋爐全程給水控制系統(tǒng)，是指機(jī)組在啟停過程，正常運(yùn)行和負(fù)荷變化中均能實(shí)現(xiàn)鍋爐給水的自動(dòng)控制，而全程給水控制系統(tǒng)通常采用兩種控制方案：兩段式給水控制系統(tǒng)，是采用變速給水泵控制給水母管壓力，給水調(diào)節(jié)閥控制汽包水位，這一方案將兩個(gè)控制系統(tǒng)從熱力系統(tǒng)上分段，一定程度上克服了兩個(gè)系統(tǒng)之間的相互影響，但不利于機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和給水泵的安全運(yùn)行，特別是不能適應(yīng)較大的負(fù)荷變化；一段式給水控制系統(tǒng)，是采用變速給水泵控制汽包水位，給水調(diào)節(jié)閥控制給水母管壓力，這一方案兩個(gè)系統(tǒng)作為一個(gè)整體來考慮，更有利于提高機(jī)組的效率和給水泵的安全、高效運(yùn)行，但采用該方案關(guān)鍵在于

23、克服兩個(gè)系統(tǒng)之間的相互影響。 系統(tǒng)組成w 該系統(tǒng)在低負(fù)荷階段采用單沖量控制系統(tǒng)，在高負(fù)荷階段采用等效串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)，其各項(xiàng)功能分別由以下幾個(gè)回路完成：汽包水位主控回路；低負(fù)荷轉(zhuǎn)速反饋回路高負(fù)荷主汽流量前饋及給水流量反饋回路；給水流量平衡回路；壓力限制回路；下限特性保護(hù)回路；單、三沖量切換回路；給水泵啟動(dòng)及跟蹤回路。w 給水主控系統(tǒng)采用一個(gè)PI控制器，配合主汽流量微分前饋及給水流量微分反饋，等效為串級(jí)三沖量，又是該系統(tǒng)的一個(gè)突出特點(diǎn)，大量的控制任務(wù)由前饋來完成，PI只起靜態(tài)微調(diào)作用，也是熱控領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。 dxdtKdxdtK三沖量MIN泵特性限制回路0KKPIPUMP ON/AUTO

24、PUMP ONKKminRPMPRESS CTRLRPMHDWFF1PmP1RPM+-H0給水主控原理框圖 投運(yùn)技巧w 大家都知道給水系統(tǒng)是無自平衡能力的對(duì)象特性，而一段式給水控制系統(tǒng)在低負(fù)荷階段較難投運(yùn)也是眾所周知的，特別是SIEMENS的給水控制方案采用等效串級(jí)三沖量，使投運(yùn)工作更加困難 。我們?cè)诙嗯_(tái)機(jī)組的調(diào)試中，在充分消化、吸收SIEMENS設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，通過反復(fù)的試驗(yàn)研究，有效解決了系統(tǒng)投運(yùn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題，達(dá)到了很好的投運(yùn)效果，對(duì)這一類型系統(tǒng)的投運(yùn)技巧進(jìn)行的總結(jié)如下： w 一段給水控制系統(tǒng)是將整個(gè)給水系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)的控制作為一個(gè)整體來考慮，盡管從概念上是采用給水泵控制汽包

25、水位，給水調(diào)節(jié)閥控制給水母管壓力，但兩個(gè)系統(tǒng)之間是互相滲透融為一體的，即在給水調(diào)節(jié)閥（低負(fù)荷階段為啟調(diào)閥，高負(fù)荷階段為PINCH閥）控制回路中，引入汽包水位偏差的微分前饋，在汽包水位發(fā)生擾動(dòng)的情況下，在保證泵安全工作的前提下，給水泵和給水調(diào)節(jié)閥同時(shí)作為一個(gè)整體來調(diào)節(jié)，以快速適應(yīng)水位變化的要求。引入微分前饋對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行以及降低水位的動(dòng)態(tài)偏差起到了積極的作用。投運(yùn)技巧（1）投運(yùn)技巧（2）w 主汽流量微分前饋和給水流量微分反饋的調(diào)整是這一類型系統(tǒng)投運(yùn)的關(guān)鍵，將實(shí)際微分環(huán)節(jié)的微分時(shí)間和慣性時(shí)間設(shè)定為與PI控制器的積分時(shí)間相同即可等效為串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)即： w D（W）TdS/（1TiS）Kd

26、Kp（11/TnS）=Uw 如果Td=Ti=Tn，則上式可等效為：w D（W）KdKp=Uw 主調(diào)為PI調(diào)節(jié)器，比例系數(shù)為Kp，積分時(shí)間為Tn；副調(diào)為比例系數(shù)是1的純比例調(diào)節(jié)器；KdKp為流量系數(shù)。由等效框圖可見：Kp、Tn根據(jù)汽包水位的響應(yīng)特性調(diào)整；Td、Ti根據(jù)Tn來設(shè)定；蒸汽流量微分系數(shù)Kd根據(jù)Kp和給水泵的流量特性來調(diào)整，保證在蒸汽流量發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生同樣的給水流量變化，維持汽包水位的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定；而給水流量的微分系數(shù)Kd因?yàn)楦闭{(diào)等效為純比例調(diào)節(jié)器，則要在滿足克服給水流量自發(fā)擾動(dòng)的情況下盡量小，否則將會(huì)產(chǎn)生較大的靜態(tài)偏差。 投運(yùn)效果mm-200-10001002001 2 3 4 5 6

27、7 8 9 10111213141516171819kg/s050100150200250300350汽包水位蒸汽流量給水流量汽包水位負(fù)荷擾動(dòng)運(yùn)行曲線 汽溫控制系統(tǒng)w 概述w 特點(diǎn)分析w 現(xiàn)有方案w 改進(jìn)思路w 控制方案w 特點(diǎn)w 投運(yùn)效果w 結(jié)論-+PTn+-KT1T2減溫水dxdt鍋爐熱量前饋PIDdxdt+鍋爐負(fù)荷指令前饋模糊規(guī)則（改變?cè)鲆妫㏕g汽溫控制系統(tǒng)原理框圖 概述w 蒸汽溫度是火電機(jī)組安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要參數(shù)，因此對(duì)蒸汽溫度控制的要求相當(dāng)嚴(yán)格，蒸汽溫度過高會(huì)使過熱器和汽輪機(jī)高壓缸承受過高的熱應(yīng)力而損壞，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行，汽溫偏低會(huì)降低機(jī)組的熱效率，影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性

28、，而蒸汽溫度控制一直是電站熱控領(lǐng)域的一大難題，盡管目前所采用的控制方案較多，甚至也有不少先進(jìn)的控制理論在不斷的應(yīng)用，但汽溫控制系統(tǒng)的投運(yùn)情況仍很不理想。 特點(diǎn)分析w 基于汽溫控制目前的狀況，我們根據(jù)其熱力系統(tǒng)的特點(diǎn)及其在火電機(jī)組中所占的重要位置進(jìn)行了認(rèn)真的分析，認(rèn)為其主要原因表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）要求控制精度高（5），若汽溫控制點(diǎn)長期越限，將嚴(yán)重影響機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，甚至大大降低機(jī)組的使用壽命；2）系統(tǒng)滯后大，過熱器的是電站鍋爐滯后最大的熱力系統(tǒng)，純滯后時(shí)間約為35分鐘；3）干擾因素較多，包括：給水壓力、溫度的變化、減溫水?dāng)_動(dòng)、負(fù)荷擾動(dòng)、燃燒自發(fā)擾動(dòng)、風(fēng)煤配比變化等；4）對(duì)象的不確定性，

29、過熱器在不同負(fù)荷、不同燃燒工況下，對(duì)象特性差異較大；5）控制手段單一，目前主要以噴水減溫為主要控制手段。 現(xiàn)有方案w 目前所采用的控制方案主要包括串級(jí)控制、導(dǎo)前微分、相位補(bǔ)償、分段式控制、溫差控制等，但投運(yùn)效果均不理想。為此，國內(nèi)外許多控制專家曾在這一方面做了許多研究，也提出了不少新的、先進(jìn)的控制方案，但由于工程實(shí)現(xiàn)存在困難，應(yīng)用甚少，因此，汽溫控制問題也一直未能徹底解決。 改進(jìn)思路w 針對(duì)汽溫控制的特點(diǎn)，我們對(duì)目前所采用的各種常規(guī)的和先進(jìn)的控制方案進(jìn)行了分析，認(rèn)為：常規(guī)控制方案無法克服系統(tǒng)的大滯后和諸多不確定的外擾因素；先進(jìn)控制方案大多數(shù)依賴于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，而汽溫對(duì)象特性的不確定性，使許多

30、先進(jìn)控制理論的工程實(shí)現(xiàn)存在較大的困難?？傊?，無論是常規(guī)控制方案，還是先進(jìn)控制理論，都存在其局限性，任何一種單一的控制方案都不可能覆蓋汽溫控制中存在的上述諸多因素。因此，將多種控制方案有機(jī)結(jié)合起來，綜合應(yīng)用在汽溫控制系統(tǒng)中，相互協(xié)調(diào)、配合，分別不同側(cè)重地解決汽溫控制中不同方面的問題（如滯后大、擾動(dòng)因素多、系統(tǒng)的不確定性等）是解決問題的新思路。 控制方案w 通過比較、分析、綜合和可行性論證，研究決定在原常規(guī)導(dǎo)前微分控制方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合思密斯予估控制理論，通過擬合過熱器的對(duì)象特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)過熱器特性的“不完全動(dòng)態(tài)予估”，形成“特性補(bǔ)償式”汽溫控制方案，以有效削減系統(tǒng)的大滯后，克服系統(tǒng)的內(nèi)擾；引用“鍋

31、爐負(fù)荷指令”、“鍋爐熱量”等多種前饋控制最大程度克服外擾因素；同時(shí)采用模糊控制理論改變系統(tǒng)的增益，克服系統(tǒng)的不確定性。 控制方案（1）-反饋控制w “特性補(bǔ)償式”控制方案是在對(duì)象特性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模型辨識(shí)，通過數(shù)學(xué)模型擬合過熱器的對(duì)象特性，由圖可見當(dāng)T2*K(1+TcS)n =T1時(shí)， K*T2將作為被控量參與控制，控制系統(tǒng)的特性將大大改善（將對(duì)象特性補(bǔ)償為減溫器特性），有效削減了系統(tǒng)的大滯后，從而大大提高了系統(tǒng)的克服內(nèi)擾能力；同時(shí)采用單回路控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)試和投運(yùn)過程將大大簡化：w 1) 比例系數(shù)Kp將根據(jù)過熱器出口溫度T1與調(diào)節(jié)閥開度 的靜態(tài)特性來確定，而且Kp根據(jù)負(fù)荷的變化，實(shí)

32、現(xiàn)智能修正；w 2) 積分時(shí)間Ti將根據(jù)減溫器的動(dòng)態(tài)特性來確定；w 3) 微分時(shí)間Td將根據(jù)積分時(shí)間來確定，Td=Ti(46)。 控制方案（2）-前饋控制w 采用鍋爐負(fù)荷指令微分前饋在負(fù)荷響應(yīng)動(dòng)態(tài)過程中，提高汽溫控制系統(tǒng)的負(fù)荷適應(yīng)性，減小控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差；采用鍋爐熱量的比例、微分前饋在靜態(tài)過程中，克服由于燃用煤種變化、鍋爐風(fēng)煤配比變化等因素引起的鍋爐燃燒自發(fā)擾動(dòng)對(duì)汽溫的影響。采用這兩種前饋控制方案，并通過反復(fù)的調(diào)整試驗(yàn)，最大程度地克服了燃燒等已知外擾因素對(duì)汽溫的影響。控制方案（3）-模糊控制w 模糊控制方案是根據(jù)汽溫偏差及其變化率的大、小組合成18 條分段連續(xù)的模糊控制規(guī)則，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的

33、實(shí)際情況不斷調(diào)整和修正，來改變控制系統(tǒng)的增益，快速消除系統(tǒng)的偏差，以補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型與系統(tǒng)特性的差異，適應(yīng)系統(tǒng)的不確定性。模糊控制規(guī)則如圖。0.20.50.81.11.41.7-10-202510 /minK3|3|模糊控制規(guī)則曲線 特點(diǎn)w 將先進(jìn)控制理論與經(jīng)典的反饋、前饋控制方案有機(jī)地結(jié)合在一起；w 將多種先進(jìn)控制理論有機(jī)結(jié)合在一起；w 易于在DCS中工程實(shí)現(xiàn)；w 結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定容易，可以使現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)試和投運(yùn)過程大大簡化 ；w 每一中控制策略都具有其針對(duì)性；w 該方案具有廣泛的適用性，適用于不同類型、不同容量的機(jī)組。投運(yùn)效果525530535540545123456 789

34、 10 11 12 13 14 15 16 17min溫度定值主汽溫度PV計(jì)算值%/負(fù)荷、開度3504004505005501 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 14 15 16 1718 19min/T020406080100120主汽溫度減溫溫度負(fù)荷指令閥門開度汽溫響應(yīng)曲線 結(jié)論w 該方案是目前大型電站鍋爐較為理想的汽溫控制方案，它將常規(guī)控制方案與現(xiàn)代控制理論相結(jié)合，采用汽溫惰性區(qū)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性在線智能擬合的方法，實(shí)現(xiàn)了汽溫動(dòng)態(tài)特性的近似完全補(bǔ)償，有效克服了對(duì)象大純滯后對(duì)控制系統(tǒng)性能的不良影響；采用模糊推理在線修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，有效地提高了汽溫控制系統(tǒng)的自適應(yīng)能力；通過靜態(tài)

35、和動(dòng)態(tài)前饋控制方案可以最大限度地克服來自系統(tǒng)的燃燒側(cè)擾動(dòng)和負(fù)荷側(cè)擾動(dòng)，使汽溫控制系統(tǒng)始終運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)。 w 該設(shè)計(jì)理念和解決現(xiàn)場(chǎng)控制難題的具體策略將會(huì)對(duì)火電生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 凝結(jié)水控制系統(tǒng)w 概述w 系統(tǒng)特點(diǎn)w 現(xiàn)有控制方案w 存在問題w 改進(jìn)方案w 投運(yùn)效果凝汽器除氧器精處理軸封加熱器低壓加熱器除鹽水補(bǔ)水箱補(bǔ)水泵凝結(jié)水泵凝結(jié)水系統(tǒng)工藝圖 概述w 凝結(jié)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，是機(jī)組安全、高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。而凝結(jié)水控制系統(tǒng)正常的投運(yùn)，不僅保障了凝汽器運(yùn)行的安全性，而且使機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性有了較大改善，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使機(jī)組自動(dòng)化水平又上了一個(gè)新的臺(tái)階。 系統(tǒng)特點(diǎn)w 凝結(jié)水控制一直是火電機(jī)組過程控制方面的一大難題，其突出表現(xiàn)在凝汽器水位與除氧器水位之間相互影響較大，而且受給水量、凝結(jié)水補(bǔ)水量等外部擾動(dòng)較大，同時(shí)該系統(tǒng)滯后大，響應(yīng)慢，存在許多不確定的干擾因素，系統(tǒng)的對(duì)象特性不容易確定，這就給控制系統(tǒng)方案的制定及系統(tǒng)的投運(yùn)帶來較大的困難。 現(xiàn)有控制方案（1）w 兩段式控制方案，除氧器水位控制和凝汽器水位控制作為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)來考慮，根據(jù)除氧器水位控制進(jìn)入除氧器的凝結(jié)水量，根據(jù)凝汽器熱井水位控制進(jìn)入凝汽器的補(bǔ)水量。該方案將兩個(gè)控制系統(tǒng)從熱力系統(tǒng)上分段，一定程度上克服了兩個(gè)系統(tǒng)之間的相互影響，減小了系統(tǒng)的滯后，但不利于