引风控制系统课程设计.docx

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引风控制系统课程设计

摘要

风量是锅炉运行质量的重要指标之一，风量过高或过低都会影响电厂的安全性、经济性，必须通过自动化手段加以控制。

风量控制中引风量是保持炉膛压力稳定在给定值，确保燃烧的安全性。

风量调节方法采用开大或关小风机动叶或挡板的调节方法。

引风机提供了锅炉的抽吸力，把引风和送风加以平衡，炉膛压力即可保持在适当值。

引风控制系统是以炉膛压力为给定值的一个单回路调节系统，其被调量为炉膛负压，调节变量为引风量（即引风机挡板开度或转速），扰动来自送风和引风。

由于炉膛负压被控对象的动态特性基本上为比例环节，负压容易波动，因此从送风系统引进一前馈信号，经前馈补偿装置进入引风调节器。

当送风系统动作时使引风系统也响应动作，从而使引风量随送风量成比例地变化，以保持炉膛负压基本不变。

但这一前馈引如入点不要引自送风系统的风量指令信号或实际送风量，因为引风调节间接会影响送风量，从而引起两系统间的相互作用，引起震荡。

从送风动叶指令或位置反馈引出到引风系统的前馈，可有效地避免这种系统间的干扰。

本文阐述送风自动控制系统与引风自动控制系统，介绍了关于送引风系统的调节、投运及在火电厂中的应用等内容。

并利用组态进行显示和监控。

关键字：

引风控制系统；INFI-90，挡板调节；SAMA图

Abstract

Airflowisanimportantindicatorofthequalityofboileroperation,theairflowistoohighortoolowwillaffectthesafetyoftheplant,theeconomymustbecontrolledthroughautomatedmeans.Airvolumecontrolinthewindvolumeistokeepthefurnacepressureisstableatagivenvalue,toensurethesafetyofcombustion.

Airvolumecontrolmethodusesopenorclosedbymotorizedadjustmentmethodleavesorwindbaffles.Induceddraftfanprovidesasuctionforceoftheboiler,tobebalancedwiththewindandair,furnacepressurecanbemaintainedatanappropriatevalue.Blowercontrolsystemisbasedonasingle-loopcontrolsystemforagivenvalueofthepressurechamber,whichisadjustedamountofnegativepressurechamber,themanipulatedvariableairvolumeforthelead（ie,induceddraftfanbaffleopeningorspeed）,anddisturbancefromairthewind.Duetothedynamiccharacteristicsofthecontrolledobjectfurnacepressureissubstantiallyproportionalcomponent,negativeeasilyfluctuate,sotheintroductionofafeed-forwardsignalfromtheairsupplysystem,thefeedforwardcompensationdeviceintotheinducedairconditioner.Whentheairsupplysystemsothatthewindactionsystemalsorespondstotheaction,sothattheamountofchangeinthewindinproportiontotheamountofairtokeepthefurnacepressurebasicallyunchanged.Butthispointfeedforwardcitedasnottoquotefromtheairvolumeairsystemscommandsignalortheactualairvolume,becausethewindwillaffectindirectlyregulatetheamountofair,whichledtotheinteractionbetweenthetwosystems,causingshock.Bucketsinstructionfromairdrawnintothepositionfeedbackorfeedforwardthewindsystemcaneffectivelyavoidtheinterferenceofsuchsystems.Thispaperdescribestheautomaticaircontrolsystemandthewindautomaticcontrolsystem,introducedonthewindsystemtosendtheregulation,investmentinthermalpowerplantsinoperationandcontentapplications.Displayandusetheconfigurationandmonitoring.

Keywords:

thewindcontrolsystem;INFI-90,baffleadjustment;SAMAfigure

1引言

1.1课题背景

火力发电厂在我国电力工业中占有主要地位，是我国重点能源工业之一，大型火力发电机组在国内外发展很快，是我国现以300MW机组为骨干机组，并逐步发展600MW以上机组。

目前，国外已建成单机容量1000MW以上的单元机组。

单元发电机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。

由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视，操作或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，大型机组的自动化水平受到特别的重视。

锅炉风量就是其中一项需要监视的重要参数。

锅炉风量包括送风量和引风量。

本次设计题目是：

300MW火力发电单元机组送、引风控制系统。

本次设计是以铁岭发电厂为课题背景，提供的原始资料及依据如下：

型式：

亚临界一次中间再热自然循环汽包锅炉；型号：

HZ-1021/18.2-YMX；最大连续蒸发量：

1021t/h；过热蒸汽压力：

18.2Mpa；汽轮机型号：

N300-16.7/537/537；过热蒸汽温度：

537℃；再热蒸汽出口温度：

537℃。

伊敏电厂本期改造工程为#2机300MW燃煤凝汽式机组。

锅炉为亚临界，自然循环，中间再热汽包炉，制粉系统采用5台正压直吹式中速磨系统，一次风送粉；燃烧为单炉膛四角切圆燃烧，燃烧器布置有五层煤粉，两层油。

点火方式采用蒸汽雾化二级点火（点火器点轻柴油，轻柴油点燃煤粉）汽机为单轴，双缸双排汽，中间再热凝汽式。

发电机为水氢氢冷却方式。

主蒸气和给水系统为单元制热力系统。

设有2×50%B-MCR容量的汽动给水泵和1×50%B-MCR容量电动调速给水泵作为启动备用泵，旁路系统设有35%B-MCR容量的高，低压串级旁路。

回热抽汽系统由3台高加，1台除氧器，4台低加组成。

1.2选题意义

锅炉引风量是影响锅炉生产过程经济性和安全性的重要参数。

大型锅炉一般配有两台轴流式送风机，送风量是通过送风机的动叶来调整的。

两台离心式或两台轴流式引风机，引风量通过引风机的入口挡板（离心式）或动叶（轴流式）来控制。

如果送风量比较大，送风量与燃料量的比例系数K（最佳比例值）随之增大，炉膛内燃烧将不会充分，达不到经济性。

如果送风量比较小，送风动叶开度就会比较小，临近送风机的喘振区，喘振危害性很大，严重时能造成风道和风机部件的全面损坏，而总风量小于25%时，就会触发MFT（主燃料跳闸）动作。

如果引风量比较大，也就是炉膛压力太低，会使大量的冷空气漏入炉膛内，降低了炉膛温度，增大了引风机负荷和排烟带走的热量损失。

如果引风量太低，也就是炉膛压力高，接近大气压力，则炉烟会往外冒，影响设备与工作人员的安全。

所以，送风量、引风量过高或过低都是生产过程所不允许的。

为了保证锅炉生产过程的安全性、经济性，送风量和引风量必须通过自动化手段加以控制。

因此，送风量和引风量的控制任务是：

使送风量与燃料量有合适的比例，实现经济运行；使炉膛压力控制在设定值附近，保证安全运行[2]。

2引风自动控制系统

2.1引风量控制系统

燃烧控制系统在根据燃烧率指令控制燃料量和送风量的同时，必须相应地控制引风量，以维持炉膛压力在设定值附近，保证安全运行。

正常运行时，炉膛压力设定值为-50—-100Pa，具体数值与炉膛压力的测量位置有关。

因为送风量是炉膛压力最重要的扰动因素，所以一般取送风机动叶的控制指令（或送风机动叶的实际位置），作为引风量控制的前馈信号。

当送风量（或控制指令）变化时比例改变引风量（指令），再根据炉膛压力与设定值的偏差，由炉膛压力调节进行校正调节。

引风量控制系统如图2-1所示。

送风挡板送风挡板

图2-1送、引风控制系统

系统输入信号为炉膛压力信号，选三个炉膛压力测量值信号中的一个中间值作为调节器输入信号，与给定值进行比较，对偏差进行比例积分运算后，输出经MI多输出接口组件送至各引风机控制回路去调节引风机挡板的开度。

由于炉膛压力测量波动较大，为防止执行器不必要的频繁动作，在调节器中加入非线性环节，起阻尼滤波作用。

调节器的前馈信号来自送风控制系统调节器输出的动态联系信号，以保证负荷变化时，引风控制与送风协调动作。

引风控制系统动作过程如下：

当负荷变化时，锅炉主控发出改变送风量的指令，送风调节器根据偏差运算，输出改变送风机挡板的信号。

同时，此信号通过动态联系组f（t）把信号送至引风调节器，引风调节器输出一个大小与方向与送风调节信号相同的调节信号，改变引风机挡板开度。

当送风机挡板开度与引风机挡板的相应开度不能完全保证炉膛压力在给定值时，或其它扰动引起炉膛压力变化时，则由调节器偏差信号进行校正。

静态时，动态联系组f（t）没有输出，故炉膛压力保持为给定值。

2.2引风自动调节系统分析

引风控制系统的设计是为了实现对炉膛压力控制，使其维持在额定负压工况下，炉膛压力的控制是通过对引风机入口静叶进行调节来完成，该系统具有如下特点：

A系统并非简单的串级调节系统，而是由3个PI调节器共同完成炉膛压力的调节，设定值为一固定参数，其缺点是手/自动切换有扰动，因此，在动态投自动时需手动将实际炉膛负压调至或接近设定值再投入自动，否则引起扰动较大。

当然，一般运行方式一旦风机启动时将自动将炉膛压力系统投入自动状态，在启动过程中存在一些扰动是允许的。

2个辅助调节器主要实现对炉膛压力的高低限制，它不同于其它电厂所采用的跟踪限制，而采用调节限制，其优点是能够快速消除动态超差，确保系统的安全性和稳定性。

当系统运行在允许工况下，2个副调节器则处于跟踪状态，稳定偏差的消除靠主调节器来完成。

B送风前馈的引入使得当进行燃烧调整时，能够提前作用炉膛压力调节系统，确保系统的快速性和稳定性。

C增益自调节回路的设计及电流平衡作用的实现相同于送风系统。

D该系统可实现从风机启动至锅炉带满负荷全程自动调节以及当发生MFT时快速降低引风出力的功能。

E该系统设计的缺点是当1台引风机已投入自动时，再投入第二台时，系统存在一个平衡过程，这就是本台机组在多次执行机构系统设计存在的共同缺陷，虽然，其平衡过程为一平滑过渡，但对系统本身仍是一个扰动源。

该项目可作为移交生产后的技该项目。

2.3引风控制系统在火电厂中的应用

在电厂中引风控制系统实质上就是炉膛压力控制系统。

锅炉的炉膛压力通过控制2台引风机来保持，锅炉的负压一般控制在-20Pa左右。

原理如图2-2所示，PC3为压力控制器。

图2-2炉膛压力控制系统

为了提高炉膛压力控制系统的可靠性和提高调节品质，炉膛压力调节通常采用如下方法。

（1）炉膛压力测量采用3台变送器，3台变送器经过控制算法后所选的值作为测量值，对这些变送器设有监控逻辑。

当3台变送器全部正常时，选偏差不大的2台变送器的平均值作为测量值；当其中任一台变送器有品质报警，而其他2台无品质报警的变送器控制偏差大，此时切手动；当3台变送器全部有品质报警时，切手动；当3台变送器之间全部有控制偏差报警时，切手动。

这样就可以保证炉膛压力测量信号的准确性。

（2）当炉膛负压过低（-500Pa）时，控制系统将闭锁引风机风量增加；当炉膛负压过高（500Pa）时，该控制系统将闭锁引风机风量减小，以保证炉膛压力在要求的范围内。

（3）在计算机中对炉膛负压的测量值进行滤波（时间一般为2s左右），以保证

执行机构不频繁动作。

（4）炉膛压力控制器一般设有一个死区，当炉膛压力的设定值和测量值的偏差不超过死区范围时，控制器的输出不变，执行机构不动作，这就有效地消除了因炉膛压力经常波动而使执行机构频繁动作，提高了整个系统的稳定性和执行机构的使用寿命。

（5）为了保证炉膛压力控制的正确性，当控制偏差超过一定数值时自动切手动，并有报警提示。

（6）炉膛压力控制系统还设有防内爆功能。

当锅炉由于汽包液位低、炉膛压力低等保护动作而发生锅炉主燃料跳闸（MFT动作）时，由于锅炉突然灭火引起锅炉炉膛压力大幅度下降，如果控制燃料的执行机构不及时动作，就有可能引起锅炉炉膛内爆。

为了避免这种情况的发生，用MFT动作信号引发一组逻辑动作，直接前馈到该控制系统中去（如图2-2所示）。

在MFT动作后，2台引风机执行机构先向关的方向动作，直到开度达到原来设定的某一位置，保持一段时间后，使2台引风机的执行机构再向开的方向动作，直到开度达到MFT时的位置，这样就实现了引风机的一组防内爆功能，从而保证了锅炉的安全。

3设计思想

3.1控制方案

3.1.1引风控制系统的设计

引风控制系统的设计是为了实现对炉膛压力的控制，如果炉膛压力接近于大气压力，则炉烟往外冒出，严重时甚至引起炉膛爆炸，影响设备与工作人员的安全，反之，如果炉膛压力过低，又会使大量的冷空气漏入炉膛内，降低炉膛温度增大引风机负荷和排烟带走的热量损失。

引风控制系统就是使炉膛压力维持在额定的压力工况下。

控制炉膛负压的手段是调节引风机的引风量，其主要的外部干扰是送风量。

由于引风调节对象的动态响应快，测量也容易，所以引风控制系统设计成只需采取以炉膛负压作为被调量的单回路控制系统，由于送风量的变化是引起负压变化的主要原因，为了使引风量快速的跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈信号引入引风调节器而使引风量跟着改变。

是一个快速补偿系统。

这样当送风控制系统动作时，引风控制系统跟着立即动作，而不是等炉膛负压偏离给定值后在动作，从而能使炉膛负压基本不变。

有利于提高引风控制系统的稳定性和减小炉膛负压的动态偏差，改善系统的调节性能。

另外，由于调节对象相当于一个比例环节，被调量反应过于灵敏，为了防止小幅度引起引风机挡板的频繁动作，可以设置调节器是比例带自动修复环节，使得在小偏差时增大调节器的比例带。

对于负压的测量信号，也需要通过低通滤波，以抑制测量值的剧烈波动。

3.2引风控制为简要介绍

3.2.1炉膛压力测量

炉膛压力选用三冗余变送器进行测量。

其中一台变送器故障不致引起控制系统异常。

如各个变送器均正常，则变送器间出现大的偏差时将发出报警。

偏差正常时，运行人员可任选一台或中值、平均值信号。

变送器有故障时，控制逻辑将自动切换到好的变送器。

若变送器全部故障，控制逻辑自动切换到手动状态运行。

设有适当的联锁逻辑以防止运行人员选用故障变送器。

3.2.2引风机控制指令

所选的炉膛压力信号和运行人员设定的给定值加以比较，送入引风调节器，调节器输出控制引风机入口动叶。

为了使系统快速响应炉膛燃烧的变化，引入送风系统的风量指令或送风调节输出作为引风系统的前馈信号。

在“氧量信号”的反系统中，该系统与上述不同在于：

使引风量与负荷相适应；调送风量维持炉膛负压；

因为炉膛压力本质上是低增益高积分控制，所以在误差和比例/积分控制器之间用一个非线性函数块加以修正。

这种组态在炉膛压力误差大时用高增益比例调节，炉膛压力接近设定点时用低增益修正，从而保证了控制的稳定性。

如炉膛压力低或引风机入口静叶都在最大位置，该控制器禁止进一步增加。

如果炉膛压力高，则禁止进一步减少。

3.2.3引风机MFT加速器、超越和定向闭锁

该控制系统监测锅炉何时跳闸并采取措施减小所造成的负压偏差。

锅炉跳闸时，由负荷产生的负压偏差被加到引风机入口静叶控制信号上。

这将使静叶立即关闭。

这个加速信号在短时间内使迟延变为0%。

该回路还用来补偿投运风机的台数。

如只有一台风机运行，则在跳闸时增益为2。

如存在大的炉膛负压偏离，即发生炉膛压力超越。

炉膛压力超越控制器用来减小引风机入口静叶的位置。

当炉膛压力超过其设定点以上一个预定量时，机组即开始降负荷（RUNBDOWN）。

RUNDOWN一直持续到引风机能够保持适当的炉膛压力为止。

加速和超越闭锁发生在控制站的下游，从而避免运行人员无意中使炉膛压力连续恶化。

入口静叶指令的定向闭锁可防止其向错误方向移动。

一旦炉膛压力异常，即闭锁入口静叶指令。

炉膛内负压偏大时，入口静叶位置指令被存储起来，进行选择最低指令。

自动控制只能减小而不能增加该指令量。

如炉膛压力出现正压误差，其控制逻辑与此相同，但方向相反。

定向闭锁在控制站下游因而可禁止运行人员或次后的指令信号来增加入口静叶位置使炉膛压力更负，或禁止减小静叶位置使炉膛压力更高。

3.2.4轴流风机堵转保护

轴流风机有一个独特的性质，称为堵转（颤振）。

堵转情况是一种气动力现象，当风机风叶被要求提供超出其设计能力的升力时，就在风叶周围发生气流分离现象。

这时，风机呈不稳状态，不在以其正常性能曲线运行。

控制系统提供了一个方法来防止这种现象发生。

每个风机均配备有压力开关，用以检测堵转条件。

当风机接近进入堵转条件时，一个负偏差加到风机指令（控制站输出）上，该指令使静叶或动叶降低出力以缓解这种状态。

如堵转状态通过减小出力指令仍未予纠正，则机组负荷指令将发出机组将负荷指令以降低机组负荷。

3.2.5引风机偏差平衡系统

引风机的偏差回路保证了平衡切换。

当两台引风机均正常时，引风机主控制站跟随两台引风机风叶指令的平均值。

该平均值减去引风机风叶控制站的输出即为偏差信号。

然后把该偏差值从平均值中减去即为引风机A的输入信号。

该偏差加上平均值即为引风机B的输入信号。

这样，该偏置网络使两台引风机得以平衡以便切换到自动运行。

例如，假设引风机A为60%，引风机B为40%，则平均值为50%，偏差为-10%即为引风机A的60%输入信号，而50%加上-10%即为引风机B的40%信号。

若只有一台引风机为自动运行，则偏置网络自动补偿该台引风机，以抵消对手动运行风机的任何调节。

两台风机间的偏差被连续计算，而且手动运行风机被平衡以便切换为自动运行。

若两台风机均为自动则偏差调节有运行人员进行。

4控制系统图分析

4.1SAMA图符号与逻辑图功能码说明

目前热控系统按功能给出的功能图，其控制框图的画法一般都采用国际标准画法，即SAMA图例。

这种图例的特点是流程比较清楚，特别是对复杂回路画起来都比较容易。

SAMA图的输入输出关系及流程方向与控制组态方式比较接近，各控制算法有比较明确的标志。

常用的SAMA图例有四种，分别表示的含义如下：

（1）

是图形框，表示测量或信号读出功能；

（2）

是矩形框，表示自动信号处理，一般表示机架上所安装的组件的功能；

（3）是正菱形，表示手信处理，一般表示仪表盘上所安装的仪表的功能；

（4）是等腰梯形框，表示最终控制装置，如执行机构等。

逻辑图中常用的功能码有三种，分别表示的含义如下：

（1）逻辑或，表示当输入的任一条满足，输出为1，即执行输出；

（2）逻辑与，表示当输入的所有条件都满足，输出为1，即执行输出；

（3）逻辑非，表示输出所执行的指令与输入的条件相反。

4.2SAMA图分析

4.2.1测量回路

总风量（TOTALAIRFLOW）的测量由送风机A二次风流量测量经流量转换器所得信号和送风机B二次风流量测量经流量转换器所得信号与五台磨煤机（磨煤机A、磨煤机B、磨煤机C、磨煤机D、磨煤机E）一次风流量测量值经流量转换器的信号通过求和块求和所得。

另外，防止信号坏质量影响信号的测量，系统设计了信号坏质量线路，如果信号坏质量就会通过坏质量块经过逻辑块或门送到总风量坏质量信号处。

为了确保测量的准确性，送风机A与送风机B二次风流量测量采用两个测点，分别经平均值选折块通过开方块将信号送到求和块。

而且，总风量应大于最低风量信号（MINAIRFLOW一般设为30%），如果总风量小于最低风量信号，系统设置了报警信号，并且系统还设计了用送风机A与送风机B的出口风温用除法块对二次风流量进行修正。

4.2.2空气流量指令形成回路

铁岭电厂送风系统有三路，一路送入制粉系统、一路作一次风输粉、另一路作为二次风直接进入炉膛燃烧。

每路有左、右两管，共装有六台机翼型测风装置，三路信号经过温度校正后相加，作为总风量测量值信号（TOTALAIRFLOW）。

空气流量指令（AIRFLOWDEMAND）由热量信号（HEATRELEASE）与锅炉主控指令（BOILERDMD）选大值，以保证风量始终富裕于燃料量。

另外，为防止锅炉灭火，引入了最低风量信号（MINAIRFLOW），由图7中定值块进行设定。

当锅炉主控指令与热量信号（间接代表燃料量）都小于最低风量信号（一般设定为30%）时，则大值选折块选折最低风量信号作为空气流量需求指令，以维持炉膛不灭火所需要的最低风量。

为保证燃烧的经济性，控制系统引入了烟气含氧量（FLUEGASOXYGEN）信号进行校正，图中实测烟气含氧量信号（最佳含氧量与锅炉负荷有关，一般负荷增加，最佳含氧量减少，负荷减少，最佳含氧量增加）比较，经比例积分调节块PI输出被一级压力经函数发生器修正后对风量指令进行修正。

4.2.3引风机动叶控制回路

该系统增设了两台送风机（A、B）的防喘振调节回路。

该回路由运算块，比例积分块及大值选择块组成，送风机动叶控制设计为—选择调节系统。

锅炉在正常负荷下，风机的工作点位于稳定工况区，这时风道阻力正常，防喘振调节器的输出小于送风调节器的输出。

因此，大值选择块选择送风调节器的输出作为送风机动叶开度的控制指令。

系统根据总风量测量值与空气流量指令的偏差进行比例积分调节，防喘振调节器处于挂起状态。

一旦锅炉负荷降低，送风量减少或运行中风道发生阻塞造成风量减少时，引风机出口压头增大，则风机有喘振发生的趋势。

这时，防喘振调节器的输出大于送风调节器的输出，大值选择块选择防喘振调节器的输出作为送风机动叶的控制信号，迅速调整风机的动叶角度，使风机的工作点不越过临界点K，从而阻止了风机发生喘振的可能。

为了实现系统自动