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设备与工作原理

课程实验总结报告

实验名称:

设备与工作原理

课程名称:

专业综合实践：

大型火电机组热控系统设计及实现

（1）

1.引言2

2.设备原理2

2.1给煤机2

2.2磨煤机2

2.3水煤比3

3.控制策略分析4

3.1磨煤机一次风控制系统4

3.2磨煤机出口温度控制系统7

3.3给煤机燃料控制系统9

3.4给水控制系统11

3.4.1总给水流量计算12

3.4.2总给水流量设定值控制13

3.4.3给水泵控制逻辑15

4.总结18

1.

引言

经过一个多月的超临界火电机组冷态启动练习训练，我们对机组的运行与仿真有了更加深入的了解。

之后由浅及深，逐渐学习软件的逻辑控制策略，分析讨论机组设备的工作原理及其在运行过程中需要控制的参数及其控制方法。

2.设备原理

对于给煤机和磨煤机来讲，均属于燃料控制系统。

从负荷中心来的控制指令，控制给煤量，与此同时相应的调节一次风量与风压，从而使燃料量满足负荷的要求。

而对于给水泵来讲，则属于锅炉汽水系统，为锅炉上水。

协调控制给煤机、磨煤机与给水泵，从而满足一定的水煤比在机组启动与运行过程中非常重要。

2.1给煤机

给煤机适用于火力发电厂燃煤炉制粉系统，能在很大的负荷变动范围内改善锅炉性能，使过热温度、再热温度和压力温度的控制更为稳定，使燃料与所需空气量更为匹配，所需的空气过剩量减少，连续给煤，称量准确，工作稳定，节能高效，是燃煤锅炉制粉系统中与磨煤机相配的先进的计量给煤设备。

储煤仓中的煤通过煤闸门进入给煤机，由给煤机内部的输送计量胶带连续均匀输送磨煤机中，在输送计量胶带的下面装有电子称重装置，该装置主要由高精度的电子皮带秤组成，称重传感器产生一个与煤的重量成比例的电信号和速度传感器检测到的皮带速度信号，同时送入积算器，经积算后得到瞬时流量和累计量。

2.2磨煤机

磨煤机是将煤块破碎并磨成煤粉的机械，它是煤粉炉的重要辅助设备。

有立式磨粉机、高压悬辊磨、中速微粉磨、超压梯形磨、雷蒙磨等型号。

工作原理如下：

1　球磨机：

本机为卧式筒形旋转装置，外沿齿轮传动，两仓，格子型球磨机。

物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机第一仓，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。

物料在第一仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。

粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。

2　辊式磨：

电动机通过减速机带动磨盘转动，物料经锁风喂料器从进料口落在磨盘中央，同时热风从进风口进入磨内。

随着磨盘的转动，物料在离心力的作用下，向磨盘边缘移动，经过磨盘上的环形槽时受到磨辊的碾压而粉碎，粉碎后的物料在磨盘边缘被风环高速气流带起，大颗粒直接落到磨盘上重新粉磨，气流中的物料经过上部分离器时，在旋转转子的作用下，粗粉从锥斗落到磨盘重新粉磨，合格细粉随气流一起出磨，通过收尘装置收集，即为产品，含有水分的物料在与热气流的接触过程中被烘干，通过调节热风温度，能满足不同湿度物料要求，达到所要求的产品水分。

通过调整分离器，可达到不同产品所需的粗细度。

2.3水煤比

水煤比，是指进入炉膛的水与煤的比例。

实际的水煤比不是固定的，它主要取决于煤种，虽然他是锅炉给水控制的核心参数，但是由于它可控性比较差，所以一般不作为运行控制的主要参数，运行中主要看过热度和过热其出口温度来调节，一般控制过热度在20-30度之间，各个锅炉不尽相同，但是大体上一台锅炉满负荷试过热度要求变化不大，可以做为主要参考量。

至于变负荷情况下，主要看过热器出口温度和过热度的综合，保证主汽温度变化不大就可以了，操作的好坏就各凭经验，水煤比是直流炉的主要控制点之一，煤质差时水煤比将降低，必要时解除协调，手动控制给水量，确保中间点温度基本正常和气温稳定水煤比首先是主气温调节的超前控制信号，直流炉气温的调节主要是靠水煤比，减温水是辅助调节手段。

机组的给水量首先要满足机组负荷的需求，因为直流炉给水量等于蒸发量，其次煤量就要满足主气压力和主汽温度的需要。

减温水用于主气温的精确调整。

直流炉在启动初期给水量的不变的，它主要是为了满足启动初期水冷壁的最低冷却流量。

在后期，锅炉达到直流运行后，给水量与给煤量按着一定的比列增加，当然，煤质发生变化时，水煤比是不同的。

3.控制策略分析

对于给煤机和磨煤机，在监控运行画面的制粉系统中进行控制，如图3-1。

图3-1磨煤机a制粉系统监控画面

在该监控画面下的自动控制系统包括冷、热一次风挡板的自动调节控制。

在运行过程中我们通过调节热一次风电动调节挡板控制一次风量，调节冷一次风调节挡板控制磨煤机出口温度。

我们以磨煤机A为例，介绍磨煤机一次风控制系统和磨煤机出口温度控制系统。

图3-2热、冷一次风电动调节挡板

3.1磨煤机一次风控制系统

在该自动控制系统中，被控量是一次风量，控制对象磨煤机热一次风电动调节挡板。

自动控制系统框图及控制逻辑图如下：

图3-3热一次风风量控制系统

图3-4热一次风控制逻辑

逻辑分析：

1.质检：

在一次风控制系统中，传感器采集计算得到的的磨A一次风量首先通过质量检测模块DPQC判断一次风量信号好坏。

2.差压高低报警：

一定的一次风量对应的一定的差压，一次风量经过一个分段线性功能模块将风量信号拟合成差压量，与磨A入口差压作差比较，若大于30，磨A入口差压高报警；若小于10，磨A入口差压低报警。

值得注意的是，通常启动前期的磨煤机入口差压都较低，达不到差压要求，为了防止在启动阶段发出报警信号，磨煤机启动信号经过一个定时器计时模块，与低压比较信号经过AND块，进而输出入口差压低信号。

这样的逻辑就保证了在磨煤机启动前期过程冲不会因为入口差压低而跳磨。

3.滤波：

磨A一次风量经过一个算法模块，在经过一个超前滞后模块，在这里超前滞后模块使用的是一阶惯性环节，起滤波作用，对采集到得一次风量现场实际数据滤波处理后在送入PID控制器的PV端子。

4.设定值计算逻辑：

给定值通过磨A给煤机给煤量与磨A一次风量计算得到。

对于磨A给煤机给煤量，一定的风量需要的一定的给煤量，所以将给煤量信号经过一个分段线性功能模块拟合成风量信号。

一边与一次风量形成偏差信号送入ASET块，一边进入加法模块同ASET输出相加后送入MAX最大值模块，与75比较，即实现输入信号的最小值大于等于75，然后送入PID控制器的SP端作设定值。

5.超驰限幅：

风量实际值和设定值送入PID控制器经过计算控制其输出信号送到M/A手操站，手操站输出阀位控制信号经过一个限幅模块后实现磨A热风调门控制。

限幅模块上下限的设定是通过超驰信号经过选择功能模块后来确定的。

6.控制量报警逻辑：

磨A热风调整门控制指令与热风调门位置反馈信号作差送入幅值报警模块AA，若差值不在±20以内，则产生磨A热风门指令与阀位偏差大报警信号，热风门控制切手动。

小结：

●3、4块逻辑实现了风量控制的偏差控制与手动设定值跟踪。

偏差控制：

对于风量控制来讲，采用的是偏差控制，即控制风量偏差满足煤量与对应风量的匹配。

偏差越小则煤量越能匹配当前的风量。

控制器手动设定值跟踪：

在自动状态下，ASET模块通过控制员给定设定偏差值，使PID控制器自动达到设定的要求；而在手动状态下，ASET模块DI输入为1，输出端AO输出AI端的风量偏差计算量，再与给煤量拟合风量相加，得到实际风量送入控制器作为设定值，这样就实现了手动状态下的控制器设定值跟踪；在手动切换自动时，直接计算得到实际风量作为设定值，设定值等于实际值，即实现了控制器手自动的无扰切换。

●4、5模块实现了控制器和手操站的手自动跟踪。

控制器手操站的手自动跟踪：

手操站MRE端子为强制手动输入端，手操站在手动状态下，M/A站S端输出1，PID控制器STR端子输入真，控制器进入跟踪状态，控制器TR端跟踪热风调门阀位开度信号，控制器AO端输出TR跟踪值，实现控制器跟踪；

M/A站S端输出1，ASET块DI为真，AO=AI输出等于偏差值，即也满足控制器设定值等于实际值，实现了控制器设定值手动状态下跟踪。

当手动状态切换到自动时，控制器输出即为当前阀位信号，输入与输出为但当前实际值，控制器在给定设定值之前无动作，不会发生扰动，即实现了手自动无扰切换。

3.2磨煤机出口温度控制系统

在该自动控制系统中，被控量是磨煤机出口温度，控制对象是磨煤机冷一次风电动调节挡板。

自动控制系统框图及控制逻辑图如下：

图3-5磨煤机出口温度控制系统

图3-6磨煤机出口温度控制逻辑图

1.三取大逻辑：

磨煤机出口温度采样值进入PID控制器PV端子，出口温度采样点为磨煤机出口分离器风粉混合物温度，采样原则使用三取大原则，即设置三个磨煤机出口分离器风粉混合物温度采样点，经过最大值功能块，选取温度最高的测点作为PV值。

2.质检：

三取大选择最大的磨煤机出口分离器风粉混合物温度后，首先通过质量检测模块DPQC判断一次风量信号好坏，温度过高信号无效，磨煤机冷风门切手动。

3.顺控逻辑与设定值跟踪

顺控逻辑：

ASET模块输出给定值后需要经过三个模拟量输入选择功能模块，分别对应起磨顺控指令、停磨顺控指令、快速停磨顺控指令。

哪个顺控指令满足为真，该步选择功能模块对应的AI1端子的值即作为PID控制器的设定值。

设定值跟踪：

在自动状态下，ASET模块通过控制员给定设定值，使PID控制器自动达到设定的要求；而在手动状态下，ASET模块DI输入为1，输出端AO输出AI端的磨煤机出口温度值，在没有顺控指令条件下，得到实际温度值送入控制器作为设定值，这样就实现了手动状态下的控制器设定值跟踪；在手动动切换自动时，直接将实际磨煤机出口温度值作为设定值，设定值等于实际值，即实现了控制器手自动的无扰切换。

4.前馈：

前馈控制是一种利用扰动信号的控制策略。

如果过程具有严重的可测扰动，前馈控制器就可以在反馈回路产生纠正作用前减少干扰对回路的影响。

前馈控制器能相当经济地改善控制系统的性能。

热风控制指令通过比例环节进入PID控制器的FF端子，实现出口温度的前馈控制可以有效地提高响应速率减少外界干扰。

5.超驰限幅：

磨煤机出口温度送入PID控制器经过计算控制其输出信号送到M/A手操站，手操站输出阀位控制信号经过一个限幅模块后实现磨A冷风调门控制。

限幅模块上下限的设定是通过超驰信号经过选择功能模块后来确定的。

6.控制量报警逻辑：

磨A冷风调整门控制指令与热风调门位置反馈信号作差送入幅值报警模块AA，若差值不在±20以内，则产生磨A冷风门指令与阀位偏差大报警信号，冷风门控制切手动。

小结：

●对这里采用三取大原则的理解：

我们以往了解过三取中原则，即指模拟量信号采用三冗余输入，取其中值为实际使用值，常用于主要调节回路可选择：

取中、高选、低选、平均或三个中的一个。

而对于一个合理的三取中设计时应该做到：

1.正常时取中间值；2.当出现一个点为坏点或偏差超限时自动剔除坏点变为剩余二点取平均；3.一个设计良好的逻辑是能够做到在指定单点值、中值、平均值间任意指定的。

这里只是用的MAX取最大值，一方面考虑到磨煤机出口温度高值报警对磨煤机的影响较大，所以直接选取最大值作为实际值；另一方面这样也能简化逻辑较为简单理解。

●3、4模块实现了控制器和手操站的手自动跟踪。

控制器手操站的手自动跟踪：

手操站MRE端子为强制手动输入端，手操站在手动状态下，M/A站S端输出1，PID控制器STR端子输入真，控制器进入跟踪状态，控制器TR端跟踪热风调门阀位开度信号，控制器AO端输出TR跟踪值，实现控制器跟踪；

M/A站S端输出1，ASET块DI为真，AO=AI输出等于偏差值，即也满足控制器设定值等于实际值，实现了控制器设定值手动状态下跟踪。

当手动状态切换到自动时，控制器输出即为当前阀位信号，输入与输出为当前实际值，控制器在给定设定值之前无动作，不会发生扰动，即实现了手自动无扰切换。

3.3给煤机燃料控制系统

在燃料控制系统中，被控量为给煤量，调节量为给煤机传送皮带转速，自动控制系统框图及控制逻辑图如下：

图3-7燃料控制系统

图3-8燃料控制逻辑

图3-9总燃料量计算逻辑

1.滤波限幅与总燃料计算：

燃料指令经过一阶的超前滞后环节，实现信号滤波，然后通过限幅功能模块，幅值为0-350，然后接PID控制器SP端作为设定值。

总燃料量由各个给煤机给煤量之和，即总煤量与主蒸汽温度、第一级蒸汽压力通过计算公式得到，如图3-9。

2.超高、低限报警：

燃料指令产生设定值，总燃料量为实际值，进入PID控制器进行运算，输出控制指令到M/A站然后产生燃料主控指令。

燃料主控指令进入两个比较器功能模块，实现超高限、超底限报警逻辑，正常燃料主控指令范围在5-95以内，超出范围报警。

3.手自动跟踪切换：

手操站MRE端子为强制手动输入端，手操站在手动状态下，M/A站S端输出1，PID控制器STR端子输入真，控制器进入跟踪状态，控制器TR端跟踪燃料主控指令信号，控制器AO端输出TR跟踪值，实现控制器跟踪；M/A站TR输入给煤机全部手动时燃料量，实现M/A站的手动跟踪，当手动状态切换到自动时，控制器输出即为当前阀位信号，输入与输出为当前实际值，控制器在给定设定值之前无动作，不会发生扰动，即实现了手自动无扰切换。

4.燃料闭锁：

限幅后的燃料量设定值与总燃料量进入偏差报警模块，设定值与实际值偏差过大时，偏差过限报警。

同时，燃料量设定值减去实际值，若小于-35，燃料闭锁减；若大于35.燃料闭锁增。

补充：

闭锁：

CCS中，进行调节功能时，其中一参数达到设定值时，防止对设备或机组可能产生安全等危害时，就自动闭地其进行了的加或减的调节，在这个自动过程中，无法进行人为干预。

直到该参数低于或大于设定值，才允许对其进行继续调节。

这就是所谓的闭锁减或者闭锁增了。

3.4给水控制系统

机组中的给水泵有三台，包括一台电动给水泵和两台汽动给水泵。

在机组冷态启动初期使用电动给水泵给锅炉上水，当汽轮机冲转完成后，待主汽温度、压力满足一定条件后，启动小汽机即汽动给水泵给锅炉上水，并逐渐关闭电动给水泵。

在给水自动控制系统中，被控量为给水流量，电动给水泵的调节量为电泵勺管开度，汽泵为小汽机转速。

自动控制系统框图和控制逻辑如下：

图3-10电泵自动控制系统

图3-11汽泵自动控制系统

3.4.1总给水流量计算

在给水控制系统中，总给水流量等于省煤器入口流量、各级减温水流量和再热减温水流量之和。

总给流量无法直接测得，需要通过各个流量计算得到，总给水流量计算逻辑如下。

图3-12给水流量计算逻辑

1.三取中原则：

省煤器入口流量三个测点信号经过MED中值选择功能模块实现三取中逻辑，这样能够保证采样信号更能符合实际值，且当出现一个点为坏点或偏差超限时能够有效剔除坏点。

2.给水流量计算：

当给水流量信号用于不同的给水控制时，给水流量的计算公式不同。

1　计算完给水流量后需经过DPQC质量检测模块检验给水流量信号品质好坏。

2　总给水流量（用于给水控制）=省煤器入口给水流量+一级减温水流量+二级减温水流量

3　总给水流量（用于除氧器给水控制）=总给水流量（用于给水控制）+再热器减温水流量

4　水煤比=总给水流量（用于给水控制）/总燃料量

3.4.2总给水流量设定值控制

给水控制一主要实现给水流量设定值的控制，控制策略采用串级PID。

主PID逻辑如下：

图3-13给水控制一主PID逻辑

1.温差计算：

A、B侧一级减温器入口与出口温度差的平均值，经过超前滞后功能块实现实际数据信号滤波，送入主PID控制器PV端。

2.设定值跟踪：

LDC指令通过分段线性模块拟合温度同减温器入出口温差形成温度偏差信号，送入ASET块AI端。

在手动状态下DI为真，ASET块AO输出AI值，再与LDC拟合信号相加，送入主PID控制器SP端，实现手动状态下的设定值跟踪。

自动状态下，由ASET块直接给出温度偏差信号与LDC拟合温度信号相加作为设定值。

3.主PID跟踪：

主PID运算完成后送到主M/A站，PID控制器TR端跟踪主M/A站输出。

M/A站跟踪条件来自副PID，MER强制手动逻辑如下：

主PID发出的控制信号送到副PID控制器，副PID控制逻辑如下：

图3-14给水控制一副PID逻辑

1.副PID设定值逻辑：

分离器出口压力经过分段线性模块拟合信号后经过超前滞后模块滤波后与来自主PID的控制信号，以及分离器出口饱和温度相加后作为副PID控制器的设定值。

分离器出口温度与煤水比失调信号作和送入副PID控制器PV端进行运算。

2.焓值修正：

副PID控制器控制信号的一路送去焓值修正，焓值

3.信号补偿：

锅炉主控指令经过两个超前滞后环节和一个分段线性功能块拟合信号，补偿副PID输出。

4.上限限幅：

补偿后的信号经过两个选择模块后送入MAX最大值功能块，信号同800比较，取最大值，限制给水流量控制信号最大上限为800。

5.过热度计算：

过热度=分离器出口温度-分离器出口饱和温度。

同时需要设置限幅功能模块，保证信号在合理正确的范围内，限幅为0-500。

6.启动给水模式逻辑：

该逻辑中包含一个RS触发器，优先级设计为S端优先，即置位优先。

所以当省煤器入口流量小于0或者投启动给水模式指令发出，触发器复位，输出端Q为0，则不发出启动给水模式指令。

小结：

给水控制一主要实现给水流量设定值的控制，控制策略采用串级PID，采用串级控制的优点：

*改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。

*能迅速克服进入副回路的二次扰动。

*提高了系统的工作频率。

*对负荷变化的适应性较强

3.4.3给水泵控制逻辑

之前的两个逻辑完成总给水流量的计算和给水流量设定值的控制，这两个信号最终送入给水控制二逻辑，来控制给水泵，从而控制给水流量。

给水控制二逻辑分析如下。

电泵控制逻辑：

图3-15电泵控制逻辑

1.差压信号：

在电泵调节回路，当给水阀采用旁路时，使用差压控制电泵。

差压信号=给水调门前压力-省煤器入口压力，差压信号经过滤波后送入控制器PV端。

设定值信号在自动状态下由ASET模块给出，在手动状态下，ASET块AO=AI端，PID控制器设定值等于实际值，当手动切换自动状态时，可实现无扰切换。

2.控制方式切换：

在机组冷态启动时，给水泵通过旁路阀给锅炉上水，主给水阀关闭，在主给水阀全开之前一直使用差压信号输入PID控制器进而控制电泵勺管位置。

当满足一定条件后打开主给水阀上水，当主给水阀全开后，切换控制方式，使用给水流量作为PID控制器输入，控制电泵给水。

3.给水流量控制方式输入：

之前的两个逻辑完成总给水流量的计算和给水流量设定值的控制，两个信号送入PID控制器，在主给水阀全开时控制电泵。

使用总给水流量-给水流量设定值，信号送入比较模块，当偏差大于300时，发出给水流量大大超出流量设定值报警信号；当偏差小于-300时，发出给水流量大大小于流量设定值报警信号。

4.M/A站跟踪：

电动给水泵M/A站MER端接强制切手动信号，TS端接电泵投备用指令。

汽动给水泵调节指令经过最大值模块后通过分段线性模块拟合给水流量，作为M/A站的TR跟踪值。

流量控制PID控制器STR端接受M/A站进入手动状态或者主给水阀未全开的逻辑信号。

5.电泵控制指令限幅：

M/A站输出电泵控制指令经过限幅功能块，限幅上限UL通过两个选择功能块给出：

当系统超驰，则上限为0；若系统为超驰，电泵投备用，上限为汽泵调节指令经过最大值模块后通过分段线性模块拟合后的值，若电泵未投备用，上限为100。

下限同样通过选择功能块逻辑给出。

6.报警逻辑：

限幅后的控制信号与电泵勺管位置反馈信号经过偏差报警模块，偏差过大则发出报警。

同时也经过两个比较器功能块，控制信号大于95，则电泵指令最大报警；小于5，则电泵指令最小报警。

汽泵给水逻辑：

图3-16汽泵控制逻辑

机组通常具有两台汽动给水泵，汽泵A和汽泵B，这里我们分析汽泵B控制逻辑。

1.控制器：

之前的两个逻辑完成总给水流量的计算和给水流量设定值的控制，两个信号送入汽泵PID控制器，控制器TR跟踪小汽机A和B的锅炉控制指令信号之和。

当两台汽泵均手动时，PID控制器手动。

对于B泵来讲，控制器输出的控制信号减去A泵指令，形成偏差补偿控制逻辑信号，经过选择功能块，与控制指令求和送入M/A站。

2.M/A站：

A泵与B泵M/A站输出控制指令求和作为汽泵PID控制器跟踪信号。

M/A站指令通过选择功能模块，在B机速关阀未全关的条件下，输出B泵指令。

3.报警：

M/A站输出的汽泵转速控制指令与汽泵转速设定值经过偏差报警模块，偏差大则报警。

同时经过比较模块，若转速控制指令大于5545，汽泵指令最大；小于1500，汽泵指令最小。

4.给水旁路阀调节逻辑：

同样给水流量和给水流量设定值作为给水旁路阀控制器的输入。

主给水阀全开指令产生后，触发定时器，5S后M/A站跟踪切换。

M/A站输出给水旁路阀控制指令，与启动动给水控制阀开度形成偏差信号，再经过幅值报警模块，幅值上下限为±20.

4.总结

经过一个多月的超临界火电机组冷态启动练习训练，以及之后的对机组运行设备的分析实验，我们对于超临界火电机组运行与仿真有了更加深入的了解，不再是仅仅局限于点击鼠标按照操作流程机械的操作冷态启动，而是能够更加深入的了解各个设备的工作原理，通过分析理解在运行过程中需要控制的参数及其控制方法，在这一过程中，我们逐渐理解并掌握了控制逻辑，为以后的工作与学习奠定了基础。

当然也存在一些不足，对于一些偏差控制与补偿控制理解的不是很透彻。

下面是我总结的几点收获：

1.控制逻辑图有的很复杂，使用到很多页间引用，看起来很复杂难以理解，这个时候我们要学会分解逻辑，一部分一部分分析，由简到繁，由部分到整体，如果能够将逻辑图分块，则更为容易。

2.在机组控制系统中使用到了很多串级控制，我总结了几点串级控制的优点：

1　串级控制的副回路具有快速控制作用，它能有效地克服进入福回路的扰动的影响。

2　串级控制具有一定的“鲁棒性”，也即增强了能自动地克服副回路对象增益或调节阀特性的非线性对控制性能的影响。

3　改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率。

在相同的衰减比下，主调节器的增益可显著加大。

3.在冷态启动过程中，之前若我们遇到某一设备无法启动或者出现报警，就无法下手，智能寻求老师帮助，通过这段时间的学习我们就可以通过进入控制策略管理选择查看相应的控制逻辑就可以有针对的进行调试。