电厂600MW机组W火焰锅炉控制系统设计.docx

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电厂600MW机组W火焰锅炉控制系统设计

锅炉协调控制系统设计报告

摘要：

根据电厂600MW机组W火焰锅炉控制系统设计情况，介绍了W火焰锅炉与传统切圆燃烧锅炉协调控制系统有区别的锅炉侧各子控制系统的特点。

关键词：

W火焰　协调控制　系统简介

1　概述

W型火焰锅炉是目前电力菏泽项目中采用的英国三井巴布可克公司生产的锅炉，分别用于菏泽300MW机组及600MW机组。

W型火焰锅炉与我省目前广泛应用的四角切圆燃烧锅炉有很大的不同，相应的锅炉控制系统有它自己的特点。

主要包括协调控制系统、主汽压力控制系统、燃烧控制系统、磨煤机出口温度控制系统、磨煤机料位控制系统、磨煤机一次风量控制系统、炉膛压力控制系统、一次风压力控制系统、风量控制系统、过热汽温度及再热汽温度控制系统、给水控制系统等。

采用W型火焰锅炉的汽轮发电机组的协调控制部分与传统切圆燃烧锅炉基本相同，主要区别在锅炉的子系统上。

由于W型火焰锅炉的燃烧方式及采用双进双出球磨机，在燃烧控制及磨煤机控制上与传统的切圆燃烧锅炉不同，二次风系统、一次风系统、磨煤机煤位控制系统、过热汽温及再热汽温控制系统都与切圆燃烧锅炉有所区别，下面根据电厂600MW机组锅炉控制系统设计情况，谈一下W火焰锅炉与传统切圆燃烧锅炉协调控制系统有区别的锅炉侧各系统的特点。

2　主汽压力调节系统

主汽压力调节系统是CCS系统中仅次于协调控制系统的部分，也可以说是协调控制系统的一部分。

主汽压力控制是整个锅炉负荷的主要系统，其他子系统都要服从该系统的指令。

主汽压力调节测量一般采用压力变送器，测量点一般在汽机主汽门前，采用三台变送器取平均值，作为主汽压力信号。

主汽压力控制系统的控制手段是进入锅炉的燃料量，所以有的工程也把这个系统作为锅炉燃料控制系统的一部分。

最终目的是控制主汽压力和锅炉负荷，在满足锅炉出力的前提下，压力的高低，取决于进入锅炉的燃料的多少，燃料控制系统即是磨煤机和给煤机控制系统。

电厂600MW机组压力控制系统中，加入了机组容量限制功能，具有容量限制的主要是机组重要辅机：

六台磨煤机，两台空预器，三台锅炉给水泵，六台风机。

每台辅机送一个负荷要求信号，经过计算后送给调节器的高限器，用以限制主汽压力调节器信号的大小，实现辅机运行情况对主汽压力的限制。

见附图2。

3　燃烧控制系统

锅炉燃烧过程自动调节的第一个任务是维持汽压，第二个任务是保证燃烧过程的安全性和经济性，第三个任务是调节引风量。

这三项任务是不可分割的，可以用三个调节器改变三个流量：

燃料量；送风量和引风量。

它们各自相应地维持三个被调量：

汽压、过剩空气系数和炉膛负压。

当负荷变化时，这三个调节器应协调动作。

共同完成上述三项任务。

使燃料量、送风量和引风量同时协调地改变，既适应负荷变化的需要，又使汽压、过剩空气系数和炉膛负压为维持一定数值，每个调节器可以分工负责维持一个被调量。

电厂锅炉配有六台双进双出钢球磨煤机，属于直吹式制粉系统，不设置粉仓，在煤粉直吹制锅炉运行时，制粉设备与锅炉是紧密地联系在一起的。

在稳定工况下，进入磨煤机的原煤量应等于送入炉膛的煤粉量，并与负荷要求相适应。

一次风用来输送煤粉，风量的大小也随锅炉负荷而增减，但其一定与负荷成正比，这与磨煤机的类型和运行经验有关。

在煤粉直吹制锅炉中，满足制粉系统的需要，成为燃烧过程自动控制的一个组成部分。

为了满足这个要求，所以在煤粉直吹式系统的锅炉中，改变燃料量的调节机构，必须首先改变进入磨煤机的原煤量和一次风量，由于煤在磨煤机中磨成合格的煤粉需要一定的时间，所以造成进入炉膛的煤粉量的改变将很不及时，会使汽压有较大的变化，在锅炉负荷不变时，制粉系统应供应与负荷要求相同的煤粉量，这就要求迅速消除原煤量的自发扰动。

4　磨煤机控制系统

电厂锅炉配有六台双进双出钢球磨煤机，属于直吹式制粉系统，不设置粉仓，磨煤机运行则煤粉进入锅炉，磨煤机停止，则退出运行。

因此，磨煤机运行的方式选择是FSSS系统中主要的一个功能。

此种磨煤机的控制较为复杂，不同与以往的中速平盘磨或钢球磨。

控制系统分为磨煤机出口温度控制、一次风量控制、煤粉料位控制和密封风控制四部分。

对于这种双进双出球磨机，料位控制系统投入的好坏是磨煤机运行的关键。

4.1　磨煤机出口温度控制系统

磨煤机运行，离不开出口温度和风量的控制，出口温度标志着磨煤机输送煤粉的安全性和经济性，对于烟煤不能超过80℃，而对于无烟煤来说，可以控制在较高的温度，以提高锅炉的热效率。

由于工程设计烧无烟煤，因此，磨煤机出口温度可以控制在150℃，这对于燃烧烟煤的锅炉是不可想象的。

双时双出磨煤机的出口温度选自磨出口分离器的出口，由于是双出磨煤机，所以每个出口安装有两只温度热电偶，选平均值后与另一侧的温度信号进行大选，作为调节器的测量信号，磨进口温度信号作为外部积分接入调节器，实现对出口温度的前馈控制。

调节器输出信号控制磨煤机的热风挡板。

以控制磨出口温度。

见附图4.1。

4.2　磨煤机一次风量控制系统

磨煤机的风量大小是标志磨煤机出力的一个指标，合适的一次风量能够将进入磨煤机的煤烘干至合适的温度，并将煤粉携带至炉膛。

一次风分热风和冷风两部分进入磨煤机，热风的作用是干燥煤和煤粉，冷风的作用是携带煤粉。

磨煤机一次风流量取自入口一次风管，设置有两台差压变送器，经密度补偿和开方后，作为测量信号，调节器的输出控制磨煤机的热一次风档板。

磨煤机指令信号

旁路挡板作为一次风量控制的补充手段，配合热一次风挡板控制磨一次风流量。

见附图4.2。

4.3　磨煤机料位控制系统

磨煤机料位是标志球磨机的负荷水平的指标，合适的料位能够保证磨煤机出力在最佳的位置，一般说来，料位高则进入磨煤机的煤多，磨煤机出力大。

在控制系统中，磨煤机料位设定值是由一个斜坡发生器产生的，磨煤机指令信号（主汽压力控制系统输出）作为前馈信号加在调节器的输出上，实现磨煤机负荷的快速调节。

磨煤机料位采用声波电子耳探测，以保证料位测量的准确性。

磨煤机料位的控制手段是每台磨煤机配用的两台皮带式称重给煤机，驱动端和非驱动端各一台，给煤机的转速变化，决定进入磨煤机的煤的多少。

双进双出球磨机配有两台给煤机，根据磨煤机运行的需要，可以选择磨煤机单端进煤或双端进煤，对于料位控制和整个磨煤机的控制有一套相应的逻辑控制进行切换。

见符图4.3。

4.4　磨煤机密封风控制

密封风从密封风母管接至每一台磨煤机，测量密封风和一次风之间的差压，控制进入磨煤机的密封风量的大小，通过调节密封风调节阀的开度，维持差压在一定的值。

以上四个系统构成整个磨煤机的控制系统，实现磨煤机的温度、料位、风量的控制，也实现整台锅炉的燃料控制，主汽压力控制回路的磨煤机指令信号送至各台磨煤机，控制磨煤机的煤量和风量，以实现对整台锅炉的压力（即煤量）控制。

5　炉膛压力控制系统

炉膛压力控制系统是锅炉重要的子系统之一，炉膛压力调节可以保证锅炉内的燃烧处于正常的动态情况，保证锅炉燃烧的安全性和经济性。

炉膛压力测量采用三台压力变送器取平均值，作为调节器的测量信号，设定值由操作员人为设定，蒸汽流量信号经函数发生器后作为前馈信号接至调节器的输出，作为炉膛压力的快速动作回路。

见符图5。

两台风机电机电流信号接入专门的出力平衡逻辑回路，以实现两台风机出力平衡的要求。

见附图5。

6　热一次风母管压力控制系统

一次风压力取自一次风连通管，采用双变送器取平均值，作为热一次风压力的主信号，控制手段是调节一次风机入口动叶片的角度，调节一次风机的出力，维持一次风母管压力。

蒸汽流量信号经函数发生器后，与一次风流量指令信号经大选后作为一次风管压力的设定值，目的是在控制一次风压力的同时保证一次风流量，以满足锅炉燃烧的需要。

一次风管压力信号分别送至A、B两个调节器，输出信号分别控制两台风机的动叶开度，以控制一次风母管压力。

两台风机电机电流信号接入专门的出力平衡逻辑回路，以实现两台风机出力平衡的要求。

见附图6。

7　风量控制系统

风量控制系统是锅炉燃烧系统的主要控制系统，风量控制系统投入自动的条件一般是炉膛压力控制系统投入自动，风量控制系统与炉膛压力控制系统构成整台锅炉的空气平衡系统，只有两个系统调试协调好，才能保证锅炉燃烧的安全性和经济性，风量控制系统分为二次风控制和总风量控制两部分。

W火焰锅炉的风量控制系统比较复杂，共分为两部分，一部分是风箱处的二次风流量控制，控制的手段是风箱上的二次风档板，以控制进入锅炉的二次风量。

一部分是送风机风量控制，控制的主信号取自喷射风挡板的母管压力，目的仍然是控制每台送风机的通风量，控制手段是调节送风机的动叶角度，从而改变送风机的风量，以维持喷射风挡板的母管压力。

7.1　在该锅炉的送风系统中，二次风流量测量设计两台流量变送器，直接测量风箱的通风量，取平均值后经密度补偿和开方，加上磨煤机”A”一次风流量，作为二次风档板控制系统的主信号，给定值信号是从燃料控制系统来的磨组主控制器的磨指令信号，调节器输出信号控制二次风档板的开度。

风量控制采用每侧风箱单独控制，所以一侧风箱就构成一套控制系统。

共A、B两个系统构成二次风箱控制系统。

主汽压力系统中的磨煤机指令信号，同样也作为风量系统的设定值，因为即作为煤量的要求信号，也作为风量系统的要求信号，通过调节二次风挡板的位置，控制进入炉膛的风量。

见符图7.1。

7.2　送风机控制采用炉底热风母管压力信号作为主信号，作为调节器的测量值，两个调节器完成两台风机的控制，调节送风机动叶的角度，从而改变送风机的出力以维持炉底热风母管压力。

蒸汽流量信号作为风量控制系统的给定值，作为负荷信号平衡燃料量和空气量之间的协调关系。

见附图7.2。

送风机总风量测量从送风机进口测量，经温度补偿和开方，A、B两台风机风量相加后作为总风量信号。

氧量信号作为风量控制系统的指标，只作监视，不参与控制。

风量控制系统与原来的CCS系统设计有所不同，以往的系统对于多执行器，只采用一只调节器，由多输入部件完成不同执行器的分配，而这台锅炉的子系统中，有多个执行器的，都是采用每个执行器配置一个调节器。

由风机电流信号送入专门的衡回路进行两台风机出力的相互平衡。

8　空预器冷端温度控制系统

空预器冷端温度即空预器出口烟气温度，也即是锅炉的排烟温度。

空预器出口烟温采用三个测点取平均值，这也是大型锅炉通常采用的方法，因为锅炉尾部烟道流通面积较大，温度场的分布不均匀，用多个测点取平均值是比较合理的方法。

两台空预器的出口烟温信号经小选后送入调节器，小选的目的是保证空预器出口烟温保持在较高的数值，防止低温腐蚀，送风机进口温度信号作为副调节器的输入，形成串级调节系统。

A、B两台空预器分别控制。

空预器的控制虽然是较次要的系统，但是排烟温度的高低对整台锅炉的效率来讲，又是至关重要的，所以，对这个系统的设计进行了介绍。

见附图8。

9　汽包锅炉自动给水控制系统

电厂600MW机组锅炉是自然循环汽包炉，不用炉水泵进行辅助的强制循环。

汽包水位控制系统的设置上与传统炉型基本相同，锅炉启动和低负荷时，用电动给水泵旁路阀进行水位调节，配用一台30%容量的电泵和2台50%容量的汽泵，根据机组实际运行需要均可采用变速运行。

该给水系统采用了单冲量和串级三冲量给水调节自动切换系统。

当负荷大于15％，系统自动切换为三冲量控制系统。

汽包水位的控制手段有三种，给水旁路阀、电动给水泵、汽动给水泵，上汽厂600MW机组配有两台汽动给水泵，每台给水泵可以担负50％负荷。

锅炉启动和负荷较低时，用电泵和给水旁路阀调节水位。

该水位控制系统水位测量信号采用四台变送器，汽包每侧安装两台，两台变送器取平均值后进行密度补偿，密度补偿采用压力变送器测量汽包压力。

补偿后的信号再取平均值作为汽包水位控制主信号，这个信号作为汽包水位信号进行保护、控制和显示。

可实现汽包水位高/低报警及跳闸。

该系统给水流量采用三台变送器了平均值，经给水温度补偿后开方接入系统，减去一级喷水流量和二级喷水流量作为进入汽包的总水量。

蒸汽流量变送器采用三台变送器取平均值，与旁路流量相加后作为汽包的总输出流量。

实现给水的三冲量调节。

电泵旁路调节阀只设置有单冲量控制，电泵调速控制设置了单冲量和三冲量两个调节器，可以进行自动切换，汽泵调速控制只设计了三冲量控制，可以自动进行切换。

较原来的系统结构简单、实用。

见附图9。

另外，系统还设计了两块水位指示表和一台电接点水位计，作为汽包水位信号的常规监视手段，两块指示表采用单独的水位变送器，指示表和电接点指示器分别装在主控室的机组后备盘上。

10　过热器温控制系统

W型火焰锅炉的过热器的布置与传统四角切圆燃烧的布置基本相同，过热汽温分成二段控制，屏式过热器之前有一级喷水，末级过热器之前有一级喷水，分段控制各自的出口温度，以保证过热器出口温度符合汽轮机组的要求。

影响过热器温的因素很多，从理论上来讲，使过热器温度发生变化的措施都可以作为调节手段。

但是不论何种扰动因素，并非一扰动汽温就立即变化，而是有一定的时滞，同时，汽温的变化又是逐渐上升的经过一段后才稳定在新的数值上，从调节的要求来看，总是希望调节通道的时滞和时间常数尽可能小一些，这样可使调节灵敏和调节品质较高。

根据生产过程的实际情况，W火焰锅炉过热器温度控制直接采用两级喷水对汽温进行分级控制。

利用改变减温水量来调节过热汽温，喷水减温器一般安装在两段过热器中间动态响应特性比较好，因为直接把水喷入蒸汽中，以使过热汽温降低，喷水减温的优点是调节范围大，设备又不复杂，故喷水减温已普遍使用。

过热器减温水管道上安装有三个阀门，一个是调节阀，一个是气动截止阀，一个是电动截止阀，因为过热器系统是高温高压，一旦锅炉跳闸，前后截止阀和调节阀会自动关闭，其中气动截止阀与调节阀联锁，调节阀开则气动阀全开，调节阀关到0﹪，气动阀随之关闭，当锅炉发生MFT时，气动截止阀立即关闭。

一级喷水控制以屏过出口温度为主信号，一级减温器出口温度为导前信号，构成串级汽温控制系统。

主调节器的输出与汽包压力信号形成的过热汽温定值信号进行大选，作为副调节器的输入。

蒸汽流量信号分别经函数发生器后作为副节器的外部积分调节和前馈调节信号直接动作喷水量。

见附图10。

二级喷水控制系统的结构与一级喷水控制系统基本相同，只是汽温的设定值直接由操作台选取，不采用远方给定。

11　再热汽温控制系统

蒸汽中间再热循环可以降低汽轮机末端叶片的蒸汽湿度，降低汽轮机低压部分蒸汽带水，提高机组的热效率。

W型火焰锅炉控制再热器温度的手段有以下两种：

A．炉底热风

B、喷水减温

我厂600MW机组再热汽温调节采用的方法是炉底进入热风和减温水两种方法同时采用。

再热汽温度的正常控制手段是炉底热风控制，喷水控制作为再热汽温度调节的辅助手段，喷水调节的再热汽温度设定值略低于热风调节的设定值。

炉底风控制采用串级系统进行再热汽温度控制，再执热汽温度信号作为主信号，热风流量信号作为内回路进行快速控制，由A、B两侧热风喷射挡板分别控制再热汽温。

再热汽温喷水调节伐采用的是串级三冲量调节系统，再热汽温度（主信号），冷再压力（辅助信号），喷水流量（前馈信号），根据减温水流量和减温器出口温度的变化来动作喷水调节伐，减少这些信号扰动对再热汽温主信号的影响。

当再热汽温主信号偏差给定值时主调节器发出校正信号去动作喷水伐，适当地改变喷水量，维持再热汽温度。

12.锅炉侧的调节系统基本都进行了介绍，汽机侧的主要控制系统也属于CCS系统的传统配置：

主要有：

除氧器水位控制系统、除氧器压力控制系统、凝汽器热井水位控制系统、电动给水泵和汽动给水泵最小流量再循环控制系统，汽机防进水监视系统和高加水位控制系统也进入CCS系统中。

在此不做介绍。

见符图11.

12.

W型火焰锅炉在我省还是初次使用，对于此种锅炉的控制系统设计、安装、调试、运行等都是一个新课题，由于电厂项目热控系统还处于设备安装阶段，还有待于在今后的调试和运行工作中进行实际的检验。

附图：

图4.1磨煤机出口温度控制系统

图4.2磨煤机一次风量控制系统

磨煤机料位信号

图4.3磨煤机料位控制系统

炉膛压力

图5炉膛压力控制系统

图6.一次风管压力控制系统

图7.1二次风量控制系统

A侧二次风流量

炉底热风母管压力

图7.1风量控制系统

图8.空预器冷端温度控制系统

图9.给水控制系统

图10.过热器温度控制系统

图11.再热器温度控制系统