绥中模拟量控制系统.docx

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绥中模拟量控制系统

模拟量控制系统（MCS）说明

本机组模拟量控制系统的锅炉控制部分，基本上按照深圳东方锅炉控制有限公司提供的控制原理图设计，其中个别地方根据绥中电厂的设备配置作了改动。

本说明对国华绥中电厂1000MW超超临界机组模拟量控制的主要控制系统给了文字说明，有些特别简单的单回路控制系统，由于数量较多且控制原理简单而类同，所以文字说明从略。

1.1机炉协调控制

负荷控制有以下四种方式，每种方式根据汽机主控和锅炉主控回路确定。

协调控制方式是最高自动化水平的负荷控制。

负荷指令同时送到锅炉主控和汽机主控，功率偏差被控制在最小。

协调控制方式（CCS）

当锅炉主控和汽机主控都在在自动时采用这种方式。

在协调方式下，锅炉和汽机并行操作。

在这种方式下锅炉控制汽机入口蒸汽压力，汽机控制功率，两者相互影响。

因此，负荷变化过程先于锅炉指令信号，同时压力变化过程修正调节阀位置。

锅炉跟随方式（BF）

当汽机主控在手动，锅炉主控在自动时采用这种方式。

在这种方式下，锅炉控制汽机入口蒸汽压力，同时汽机调门采用手动调节功率。

在这种方式下，主汽压力偏差与调节级压力产生汽机能量信号的前馈共同产生锅炉主控信号去风和燃料和水回路。

汽机跟随方式（TF）

当汽机主控在自动，锅炉主控在手动时采用这种方式。

在这种操作方式下，汽机控制汽机入口蒸汽压力，通过调节锅炉的燃烧率来获得期望的负荷。

操作员在锅炉主控上手动设定燃料和风和水指令，改变锅炉能量水平。

手动方式（BASE）

汽机主控在手动和锅炉主控在手动时采用这种操作方式。

在这种方式下锅炉和汽机单独操作，由操作员负责控制负荷和压力。

1.2机组主控

目标负荷设定:

在机炉协调控制方式下，机组的目标负荷可以由运行人员手动设定，也可以接受中调来的负荷指令（AGC）信号。

如果机组不在机炉协调控制方式下，目标负荷跟踪实际的负荷信号。

在不接受中调指令时，目标负荷可在机炉协调画面的目标负荷设定区设定，也可以在该画面上投入ADS方式接受中调来的指令。

负荷变化率设定:

为了防止目标负荷出现阶跃变化对控制系统的冲击，控制系统中设计了负荷变化率限制。

负荷变化率可以手动设定，也可以自动设定。

在自动方式时，根据机组给定负荷自动给出机组的负荷变化率。

在手动方式时，负荷变化率可在机炉协调画面的负荷变化率设定区设定。

频率偏置

频率偏差信号加到机组给定负荷回路，以便和DEH的一次调频功能相适应。

一次调频功能有一个不灵敏区（2rpm）。

频率偏置只有在CCS方式才能起作用。

另外加入了主汽压力设定值对机组参与电网一次调频的积极程度进行干预。

为了防止对锅炉输入控制指令的影响以及为了保证锅炉在安全范围之内运行，频率偏置回路还设计了最大、最小限制回路和速率限制功能。

机组负荷上限、下限

设计了机组负荷的上限和下限，只有在CCS方式才可由运行人员设定机组负荷的上限和下限，机组目标负荷经上限和下限限制后形成机组给定负荷指令。

机组负荷禁增、禁降

设计机组负荷的禁增禁降功能是为了维持机组的稳定运行并作为

机组控制系统的保护手段之一。

当机组运行在CCS方式时，某些重要的子控制回路如汽机调门、给水、燃料或风量达到其控制范围的边界状态，机组将不能连续的稳定运行。

当出现机组禁增或禁降条件时，相应方向的负荷变化率将强制切换到零，这时机组负荷只允许单方向变化。

如果相应的重要子控制回路重新回到控制范围，该项限制不起作用。

1.3汽机主控

机组运行在CCS方式下时，汽机主控接受机组主控系统来的机组给定负荷信号控制发电机有功功率和采用主蒸汽压力偏差校正实际负荷，并对汽机调门给出某种限制，所以机组实际负荷兼顾给定负荷和主汽压力偏差。

在TF方式下，汽机主控根据主汽主汽压力偏差形成。

汽机主控不在自动时，当在DEH方式时，汽机主控输出跟踪调节器设定点。

当DEH在CCS控制方式时，汽机主控由运行人员手动操作。

1.4锅炉主控

锅炉输入指令信号在CCS方式下由机组给定负荷信号和主蒸汽压力校正信号组合形成，在BF方式下由机组实际负荷信号和主蒸汽压力校正信号组合形成。

当发生机组RUNBACK工况时，锅炉输入指令信号将根据预先设定的RUNBACK目标值和RUNBACK速率强制下降。

锅炉主控在给水手动时，锅炉输入指令跟踪给水流量信号（转换成％）。

1.5主蒸汽压力控制

自动给出主蒸汽压力的滑压设定值：

a）在CCS方式下根据机组负荷指令信号

b）在非CCS方式下根据锅炉输入指令信号

也可以切换到定压方式，可以由运行人员改变主蒸汽压力设定值。

建议在滑压偏置小于0.5MPa时投入滑压控制。

定压方式只是在刚投入压力自动时实际压力与滑压设定偏差过大时防止有扰动的一种手段，机组正常运行建议投入滑压方式。

在主蒸汽压力设定值回路中设计了一个相应于锅炉时间常数的惯性环节，这是由于锅炉时间常数的影响，使得当锅炉输入指令变化时主蒸汽压力的响应有一个滞后。

滑压曲线：

1.6湿态/干态切换

作为超临界锅炉的特点，有两种运行方式。

它们的分界点大约在锅炉产生的蒸汽流量等于锅炉最小给水流量的工况点上。

如果锅炉产生的蒸汽流量小于锅炉最小给水流量，即称为“湿态方式”，如果锅炉产生的蒸汽流量大于锅炉最小给水流量，即称为“干态方式”。

湿态运行方式可以被看作一个汽包锅炉。

当然，随着锅炉运行方式的不同，控制策略也会不同。

大体上，可以根据机组负荷指令来判断锅炉运行方式的切换。

当机组负荷大于290MW且炉水循环泵停止或一级旁路阀关时可认为转为干态；机组负荷小于250MW时认为湿态。

当锅炉由湿态方式切换到干态方式时，汽水分离器储水箱液位也被用作一个切换条件。

1.7RUNBACK

RUNBACK（RB）功能设计用在下述工况上：

如果在机组正常运行时出现锅炉或汽机重要辅机事故跳闸的工况,锅炉输入指令将会按照预先设定的速率快速下降，下降速率根据跳闸辅机的种类不同而有所不同。

如果不作上述处理，机组将不能继续稳定运行。

锅炉输入指令将一直下降到剩余运行辅机所能允许的负荷水平为止。

为了达到锅炉输入指令快速下降的目的，锅炉侧的相应子控制回路均应在自动控制方式，这些子控制回路包括给水、燃料量、送风和炉膛压力。

此外，机组运行方式自动转到机跟炉（TF）方式，压力设定自动转为滑压方式。

RB发生后，锅炉输入指令将在锅炉输入方式下以预先设定的目标值和变化率来减少，这时机炉协调控制方式将退出。

本工程现在设计的RB考虑了以下辅机：

送风机、引风机、一次风机、和给水泵、磨煤机。

送风机、引风机、磨煤机的RB速率为50％/min；给水泵和一次风机的RB速率为100％/min。

1.8交叉限制功能

所谓交叉限制功能，就是指在诸如给水、燃料和风量的每个流量需求指令上加上一些限制，以确保这些参数之间的不平衡在任何工况下都不会超出最大允许的限值。

这些功能只有在相应的回路运行在自动方式下才有效。

—由燃料量给出给水流量指令的最大和最小限制

－由给水流量给出燃料量指令的最大限制

－由总风量给出燃料量指令的最大限制

－由燃料量给出总风量指令的最小限制

2给水控制

2.1给水控制

给水流量指令由锅炉输入指令（BID）产生给水流量指令受到总燃料量的交叉限制，以保证调节过程产生的不平衡始终不超出规定限值，给水泵给水指令由实际给水流量和此指令的偏差产生。

总给水流量在省煤器入口测量（30LBA71CF101～103）。

过热器喷水流量包含在省煤器入口给水流量中。

在启动时，当给水控制系统在手动，最小给水流量设定值跟踪实际给水流量；当给水控制系统在自动时，最小给水流量设定值将按预定比率升到锅炉最小给水流量（25%ECR）。

以保护锅炉受热面。

防止省煤器沸腾回路：

因为这台锅炉为变压运行单元，当减负荷时压力从全压（临界压力）状态快速下降，省煤器流体温度超过此压力下的饱和温度，省煤器里的流体有可能蒸发。

如果省煤器出口温度高于“分离器储水箱压力下的饱和温度－边际值（10℃）”，为了防止沸腾，需要增加给水流量来降低省煤器流体温度。

分离器储水箱液位补偿给水回路：

在锅炉循环操作（湿态方式）下，锅炉循环水流量的快速下降将对给水流量控制产生扰动，给水流量有可能低于最小给水流量。

因为锅炉循环水流量是根据汽水分离器储水箱水位来程控的，可以通过检测汽水分离器储水箱水位的变化来防止给水流量的下降，给给水流量指令增加补偿。

2.2锅炉给水泵控制

给水流量偏差信号进行比例加积分作为调速泵的转速设定值，两台给水泵可以通过入口流量来平衡两个泵的出力。

2.3给水泵最小流量控制

根据每台给水泵的入口流量来控制通过每台泵的最小给水流量，这是为了确保泵的安全运行。

给水泵的出口给水压力送到函数发生器，在控制回路中，有两个函数发生器，与出口流量经减法和除法后形成最后的最小流量阀开度指令。

3汽水分离器控制

3.1汽水分离器液位控制

汽水分离器液位控制的目的就是通过锅炉再循环水流量调节阀（360）、储水箱液位调节阀（361）来维持分离器储水箱的液位低于要求值。

3.2锅炉再循环水流量控制

锅炉再循环水流量控制的目的，就是通过将锅炉在湿态运行期间所产生的疏水再循环，达到回收热量和提高锅炉效率的效果。

锅炉再循环水流量的设定值根据分离器储水箱液位经函数发生器给出。

当锅炉再循环泵停止时，360阀被强制关闭。

液位与流量的函数关系：

东方锅炉提供的启动方式以适应汽泵启动

1、

过程

①给水（%BMCR）

②锅炉上水

（%BMCR）

③BCP出口

（%BMCR）

④最小流量

（%BMCR）

⑤361阀

（%BMCR）

⑥产汽量

（%BMCR）

状态

冷态开式清洗

冷态循环清洗

点火,BCP及过冷管路开

产汽,BCP及过冷管路开

BCP及过冷管路开

361阀关,BCP及过冷管路开

BCP及过冷管路关,转直流

3361的控制

储水箱液位调节阀（361）是根据汽水分离器储水箱液位的函数程控制来控制的。

为每一个液位调节阀单独配备了函数发生器，这三个调节阀设计用在不同的汽水分离器储水箱水位范围。

函数发生器参数设置为在分离器疏水调节阀A打开后才能开启分离器疏水调节阀B和C。

根据液位的程控函数（取两个函数最大值）：

三个361阀函数曲线

4燃料控制

4.1燃料量指令

4.1.1总燃料量控制

燃料量控制的目的就是控制总燃料量以满足当前锅炉输入的需求。

总燃料量由两种燃料流量组成（煤和轻油）。

4.1.2总燃料量指令

总燃料量指令是根据不同的启动方式所要求的锅炉输入指令产生的。

给水/燃料比率指令加在总燃料量指令上。

同时考虑了交叉限制功能和再热器保护功能。

主燃料煤的实际发热值可能有所改变，而锅炉的吸热条件取决于燃料的种类和燃烧器所在的层位置。

为了对这种情况进行补偿，把水燃比偏置控制（WFR）指令加在总燃料量指令上。

另外，为了改进锅炉在升降负荷的响应速度，加进燃料BIR（BIR-FF）作为前馈信号。

4.1.3交叉限制功能确保不平衡始终不超出规定限值

－由于总给水量不足而引起的燃料量指令减少

－由于总风量不足而引起的燃料量指令减少

4.1.4再热器保护功能

当进入再热器的蒸汽通道还没建立时,燃料量指令必须低于限制

值（<80t折合成煤）。

4.2水/燃比控制

水燃比控制（WFR）指令是通过下述方法产生的。

4.2.1升温控制（分离器入口流体温度控制）

机组在常温/冷态方式启动时，在主蒸汽压力＜8.7MPa和一只油燃烧器阀门打开时如果水－燃料比主控在自动，汽水分离器入口流体温度升温控制启动。

当2对油燃烧器投运和主蒸汽压力达到9.6Mpa时，升温控制结束。

4.2.2炉膛烟气温度控制

在启动时为了防止燃料过量使再热蒸汽管超温，要监视炉膛出口烟气温度。

当炉膛出口烟气温度超过最大设定值，燃烧率指令将按比例控制。

汽机进汽后对炉膛出口烟气温度的限制取消。

4.2.3当锅炉处于湿态运行方式，负荷大于150MW时，主蒸汽压力由燃料量控制（和汽包锅炉相同）。

因此，在这种情况下，是通过调整给水/燃料比率指令来控制主蒸汽压力。

4.2.4当锅炉处于干态运行方式时，调整给水/燃料比率指令，以补偿煤的实际发热值的改变和锅炉上述变化。

在这种情况下，给水/燃料比率指令控制屏式过热器出口温度度。

最终结果是，主蒸汽温度控制可以始终处于最佳位置（也就是说，当超过一定负荷时，喷水处在稳定状态条件下），以快速响应温度扰动。

此外，为了保护锅炉，必须把过热度控制在适当的设定点上。

为了协助主蒸汽温度的控制，还把每一部分的温度偏差加起来作为比例控

制信号。

4.2.5水－燃料比偏置补偿

通过减少/增加燃料偏置来控制分离器入口过热度，根据分离器储水箱压力和分离器入口流体温度设定的分离器入口温度上限/下限偏差加到水－燃料比偏置，使分离器出口过热度小于规定值。

在循环操作时（湿态方式），因为不需要控制过热度，燃料偏置取消。

在负荷不变化时，此偏置仅由BID调整。

4.2.6顶棚出口过热度控制

顶棚出口过热度设定值根据汽水分离器储水箱压力设置，并与实际顶棚出口温度比较，当测量值比设定值高时，水－燃料比加一减少偏置，控制金属温度上升。

MWD>600MW时这一偏置取消。

过热度控制仅加到水－燃料比压力控制偏置和温度控制偏置，限制分离器入口过热度控制和顶棚出口过热度控制的总量小于±6t/h。

各级过热器不同负荷下的汽温：

单位

BMCR

BRL

THA

75%

50%

40%

30%

THA

顶棚进口温度

℃

424

423

393

358

346

370

包墙出口温度

℃

431

403

377

369

403

低过进口温度

℃

431

403

377

369

403

低过出口温度

℃

464

462

461

434

410

409

437

屏过进口温度

℃

454

452

451

423

395

391

414

屏过出口温度

℃

554

553

545

548

556

573

高过进口温度

℃

532

531

519

514

520

534

高过出口温度

℃

605

4.4给煤机控制

4.4.1总煤量指令

总煤量指令是由总燃料量指令减去实际燃油流量得出的。

4.4.2给煤机主控

总煤量指令和实际测量的总给煤量比较，然后分配给每台给煤机作为每台给煤机的给煤量指令。

当给煤机主控在手动操作方式时，可以通过对给煤机主控的手动增减实现对所有给煤机给煤量的同时等量增减。

4.4.3总煤量调节器增益自动修正

设计了根据投入自动的给煤机台数自动修正总煤量调节器控制增

益的功能。

4.4.4给煤机给煤量控制

每台给煤机设计了单独的给煤量操作器。

也可以通过单独设定偏置对每台给煤机给煤量进行调整。

4.4.5燃煤发热值校正

由于燃煤中所含水分的不同或者煤种的不同，单位重量的燃煤发热值可能变化很大。

由于给水/燃料比率是锅炉控制的一个主要过程变量，它的输出直接调整总燃料量指令，所以小范围的燃煤发热量变化会通过给水/燃料比率得到校正。

然而当燃煤发热值变化很大时，将会导致给水/燃料比率偏离它所需要的静态特性，从而引起对主蒸汽温度或主蒸汽压力控制所需的控制裕量变得紧张。

当然，如果给水/燃料比率在稳定工况下偏离它的期望值，也可以手动修正燃煤的发热值。

5磨煤机控制

5.1磨煤机一次风量控制

每台磨煤机都设计有一次风量控制，以便将磨制好的煤粉输送到炉膛，并且维持每个煤粉燃烧器都有适当的煤/风比例。

一次风量的设定值由磨煤机的给煤率经函数发生器给出，同时给运行人员提供了对一次风量设定值进行偏置的手段。

采用热风挡板控制一次风流量，因为热风的体积比冷风的体积要大。

给煤指令和一次风量之间的关系如下图所示。

曲线2是最终曲线。

5.2磨煤机出口温度控制

每台磨煤机都设计有出口温度控制，以便维持磨煤机的出口温度为设定值。

该设定值由运行人员手动给出。

采用冷风挡板控制磨煤机的出口温度。

冷风挡板的控制指令送给热风挡板控制回路作为前馈信号，同时。

如果磨煤机出口温度大于设定值，冷风挡板将开大而热风挡板将关小。

6送风量和炉膛压力控制

6.1送风量控制

锅炉燃烧所需要的总风量是通过调节两台送风机动叶来控制。

对动叶角度控制的输出是基于总风量指令（AFD）。

总风量指令根据燃料量指令（FRD）的函数和风量BIR指令（BIR-AF）相加形成，并通过烟气含氧量的校正以确保完全燃烧。

总风量指令与总燃料量交叉限制，以防止炉膛中燃料量多于风量的情况发生。

两台送风机都投入自动时，动平衡回路根据两台风机电流的偏差设定自动调整衡两台风机的出力。

6.2炉膛压力控制

炉膛压力是通过调节两台引风机静叶来控制。

送风机动叶指令被用来作为前馈信号以提高在负荷变化时的响应。

如果出现炉膛压力波动很大的工况，系统会自动地采取适当的超驰控制。

若发生主燃料跳闸（MFT），引风机动叶指令会根据MFT前机组负荷的大小自动减少一定值，以防止可能由于炉膛送风量的突然减少和燃料量的失去而导致的炉膛内爆。

当风机电流超出额定电流时时，方向闭锁功能还防止引风机静叶指令的增加，以避免引风机出现过流。

两台引风机都投入自动时，动平衡回路根据两台风机电流的偏差设定自动调整两台风机的出力。

当两台引风机均停止时，引风机入口挡板强制打开以便锅炉自然通风。

为了只有一台引风机运行时，这时未运行的引风机入口挡板将强制关闭。

7一次风压力控制

一次风是从一次风机送到磨煤机里去的，它被用来：

－将磨煤机里的煤粉输送到炉膛里

－干燥煤粉

－作为喷燃器里的燃烧风

一次风机出口的一部分风经过空气预热器变成热风，另一部分旁路空气预热器成为冷风。

热风和冷风在在每台磨煤机的入口混合。

通过每台磨煤机的一次风量由热风挡板和冷风挡板调节。

为了使一次风量的控制更加有效，需要通过一次风机入口挡板将空气预热器出口的热一次风压力控制在适当的设定值上。

热一次风压力设定值的产生运行人员手动设定。

两台一次风机都投入自动时，动平衡回路根据两台风机电流的偏差设定自动调整衡两台风机的出力。

为了防止当只有一台一次风机运行时一次风从未运行的一次风机泄漏，这时未运行的一次风机入口挡板将强制关闭。

8主蒸汽温度控制

精确并稳定地控制主蒸汽温度对最大限度地提高蒸汽循环效率是非常重要的。

通过下列控制可达到上述目标：

－给水/燃料比率的控制

－过热器喷水控制（2级）

主蒸汽温度基本上取决于给水/燃料比率。

然而，过热器喷水控制也是必需的，特别是对于瞬态工况（例如在负荷变化期间），因为其响应要比给水/燃料比率的控制快得多。

以防备下列严峻的工况：

－在汽水分离器、水冷壁和每个过热器上较大的温度变化

－因为煤种的改变而引起的过热器特性变化

8.1一级过热器喷水控制

当负荷变化时，燃料量的变化导致锅炉出口烟温和烟气流速发生变化，影响炉膛内辐射传热量和烟道内对流传热量的变化，一、二级过热器分别为屏式和对流式过热器，这两种过热器的温度特性相反，如当负荷增加时，前者出口温度将下降，而后者则上升，此时若减少一级减温器的喷水流量将直接恶化二级喷水减温的调节能力，可能导致二级过热器出口温度超温，因此一级减温控制使用PID调节器来调节一级减温器前后温差。

设定值是根据机组给定负荷信号经函数发生器给出的，设定值与一级减温器前后温差进行比较。

机组负荷做微分前馈信号。

设计了防止蒸汽饱和的保护功能，以防止由于一级喷水调节阀开度

过大而引起减温器出口温度低于蒸汽饱和点以下的情况发生。

在主燃料跳闸情况下，一级喷水调节阀被强制关闭。

BMCR

BRL

THA

75%

50%

40%

30%

低过出口温度

464

462

461

434

410

409

437

屏过进口温度

454

452

451

423

395

391

414

一级减温器前后温差设定函数

8.2二级过热器喷水控制

主蒸汽温度控制使用PID调节器来调节。

主蒸汽温度设定值是根据机组给定负荷信号经函数发生器给出的，并可由运行人员手动偏置。

设定值与末级过热器出口温度的测量值进行比较。

当减温水阀动作时，二级过热器入口的蒸汽温度变化很快，而出口温度变化很慢（存在纯迟延τ），为了改善调节对象的动态特性，所以再加上减温器出口温度导前信号作为双回路的汽温调节系统。

并引入机组负荷微分前馈信号和燃料量微分前馈信号以改善烟气侧扰动下控制系统的响应。

9再热蒸汽温度控制

精确并稳定地控制再热蒸汽温度对最大限度地提高蒸汽循环效率是非常重要的。

通过下列控制可达到上述目标：

－过热器/再热器出口烟气分配挡板控制

－再热器喷水控制

9.1过热器/再热器出口烟气分配挡板控制

再热蒸汽温度设定值是根据机组给定负荷信号经函数发生器给出的，还提供一个供运行人员手动调整的设定值偏置功能。

测量出的再热器出口温度与设定值进行比较，测量值与设定值之间的偏差经过过程增益补偿回路送到PI调节器。

机组负荷微分信号作为前馈信号加在PI调节器输出。

每侧的过热器和再热器烟气挡板使用同一个操作器，它们是互相联动的。

9.2再热器喷水控制

再热蒸汽温度调节器通过首先调整SH/RH旁通烟道的烟气分配，其次再调节再热器喷水调节阀，使得再热蒸汽温度维持在运行人员可调整的设定值上。

再热器喷水调节阀只是在过热器和再热器旁通烟道挡板控制进入饱和（也就是说不能再有效地控制再热蒸汽温度）时才被打开。

正因为如此，再热器喷水调节阀的设定值为正常的设定值再加上一个5℃。

设计了防止蒸汽饱和的保护功能，以防止由于再热器喷水调节阀开度过大而引起减温器出口温度低于蒸汽饱和点以下的情况发生。

在主燃料跳闸情况下，再热器喷水调节阀被强制关闭。

10风箱挡板控制

10.1燃尽风挡板控制

燃尽风实现减少NOX的两步燃烧。

－燃尽风入口风量设定回路

燃尽风量占风量指令（AFD）的比例从机组主控（BID）的函数得出。

比率可以在内部微调。

－燃尽风入口挡板控制

四个燃尽风入口挡板开指令由从燃尽风风量设定和燃尽风风量偏差经PI控制得出。

当两侧氧量有偏差时，控制输

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