第一部分 MCS功能设计说明书.docx

1、第一部分 MCS功能设计说明书 第一部分 MCS功能设计说明书1 概述1.1 工程概况国电河北龙山发电有限责任公司装机容量为2600MW，锅炉为北京巴布科克威尔科克斯有限公司生产的亚临界自然循环汽包炉（型号B&WB-2110/17.5-M），前后墙对冲燃烧，过热器二级喷水减温，烟气挡板调节再热汽温加事故喷水；汽机由北京北重汽轮电机有限责任公司与ALSTOM发电有限公司合作生产（型号ZK600-16.7/538/538），采用直接空冷技术。发电机也由北京北重汽轮电机有限责任公司与ALSTOM发电有限公司合作生产。制粉系统为直吹式，配备了6台双入双出钢球磨，正常5台运行，一台备用。DCS系统采用北

2、京国电智深控制技术有限公司的EDPF-NT分散控制系统。1.2 MCS控制器分配单元机组MCS系统主要部分采用4对控制器，其它简单回路分散在相应设备控制器中。具体分配如下：DPU10：二次风暖风器控制、锅炉连排控制DPU11：制粉系统A和E控制、二次风压控制、炉膛压力控制、烟气氧量控制、二次风门控制DPU12：机炉协调控制系统、制粉系统C和D控制、一次风压控制DPU13：制粉系统F和B控制、给水控制DPU14：一二级过热减温控制、再热减温控制DPU15：给水泵A再循环、低加水位控制DPU16：给水泵B再循环、高加水位控制DPU17：辅汽系统控制、闭式冷却水控制DPU18：除氧器水位和压力控制、

3、凝结水系统控制DPU19：高低压旁路控制1.3 控制回路切手动基本条件 测量值与设定值偏差大 控制回路相关测点品质坏 控制指令与位置反馈偏差大2 机炉协调控制2.1 机炉协调控制系统组成机炉协调控制主要由以下部分组成： 机组负荷指令形成 RUBBACK回路 主汽压设定回路 锅炉主控 汽机主控 锅炉状态反馈2.2 机组运行方式龙山CCS系统设计了四种运行方式： 协调控制方式（CCMODE）汽机主控、锅炉主控全部投入自动，汽机调节机组功率，锅炉调节主汽压，是以锅炉跟随为基础的机炉协调方式。 锅炉跟随方式（BFMODE）汽机主控手动，锅炉主控自动，锅炉调节主汽压。 汽机跟随方式（TFMODE）汽机主

4、控自动，锅炉主控手动，汽机调节主汽压。 基本方式（BASEMODE）汽机主控、锅炉主控都在手动。汽机跟随方式条件（AND） 高旁全关 锅炉主控手动或所有燃料手动 汽机主控自动锅炉跟随方式条件（AND） 高旁全关 锅炉主控自动 汽机主控手动 非汽机跟随方式协调控制方式条件（AND） 高旁全关 锅炉主控自动 汽机主控自动基本控制方式条件（AND） 锅炉主控手动 汽机主控手动2.3 负荷指令速率限制频率校正高低限幅机组主控M/AADS机组负荷控制指令机组处于AGC方式时机组目标负荷接受的是ADS的指令；反之，机组处于独立运行，在这种情况下，机组的目标负荷可以是运行人员设定的目标负荷（处于协调方式），

5、或跟踪实际机组负荷（非协调方式或RB,RD）。机组目标负荷的最大值限制和最小值限制由运行人员手动设置完成。机组目标负荷经速率限制后得到LDC指令，机组目标负荷指令增减闭锁时，增减速率变为0。频率校正回路用于对电网频率进行一次调频。通过计算电网频率的偏差，经过一定的死区后，得出对应的机组负荷调整值，叠加到机组目标负荷值上，进行频率校正。2.4 RUNBACK控制RUNBACK控制的基本思路为：机组实际出力与各主要辅机允许出力进行比较。当机组实际出力大于任一主要辅机允许出力时，即发生RB工况，机组目标负荷由当前值按照引起RB的辅机所需的RB速率进行减小。当机组目标负荷到达RB目标值即机组允许的最大

6、出力后，RB结束。RUNBACK回路包括以下组成部分： RB工况判断 RUNBACK目标值形成回路 RB状态指示2.4.1 RB工况判断在机炉协调方式下，以下辅机故障会引发RB工况： 送风机 引风机 一次风机 磨煤机 给水泵 空预器当单台送风机、引风机、一次风机、空预器跳闸，且机组负荷大于一台设备允许的最大出力时，RB发生。当一台给水泵跳闸，5秒内备用给水泵未联启，且机组负荷大于一台给水泵的最大允许出力时，RB发生。当一台磨煤机跳闸，且机组负荷大于仍处于运行的磨煤机的最大允许出力时，RB发生。磨煤机跳闸引起的RB和其它设备跳闸引起的RB有一定的差别，我们将RB分为两类，送风机、引风机、一次风机

7、、空预器、给水泵引起的RB为RB#1，磨煤机跳闸引起的RB为RB#2。当机组实际负荷降低到机组最大允许负荷以下后，RB自动结束，也可由运行人员手动复位。2.4.2 RUNBACK目标值形成回路RB发生时，负荷目标值自动切换到引起RB的设备的允许最大出力，RB速率开始有效。2.5 主汽压设定回路机组运行方式分定压及滑压两种方式，不同的运行方式，主汽压定值不同。定压定值主汽压定值速率限制高低限幅方式选择滑压定值主汽压定值的形成框图如上。2.5.1 滑压定值主汽压定值为机组目标负荷的函数。当发生RB时，由汽机来控制主汽压，主汽压定值变为滑压方式，但此时的滑压定值曲线不同于正常运行的滑压定值曲线。2.

8、5.2 定压定值定压定值由运行人员设定。主汽压控制未投时，定压定值跟踪实际压力以实现手/自动的无扰切换。2.5.3 定/滑压方式选择 当机组未投协调控制时，为定压控制方式； 当机组投入协调控制后，可由运行人员选择定压或滑压运行方式； 当负荷540MW，且未发生RB时，自动切为定压运行方式； 发生RB工况时，自动切为滑压控制方式。2.5.4 高低限幅主汽压定值的上限及下限由运行人员设定。2.5.5 汽压定值变化速率限制主汽压定值的变化速率由速率限制模块完成，其限值可由运行人员在操作员站上人工设定。当汽压回路手动时，速率限制不起作用以便汽压定值的跟踪。2.5.6 汽压定值保持/进行在定压运行方式下

9、，主汽压控制自动，当运行人员输入新的主汽压定值时，必须按“进行/保持”按钮新的主汽压定值才开始有效，当主汽压给定值到达主汽压定值时，主汽压定值自动保持。当在滑压运行方式，主汽压控制自动时，自动置到“进行”状态，主汽压定值自动有效。2.6 锅炉主控2.6.1 DEB（直接能量平衡）控制DEB方式，即直接能量平衡方式，其设计思想主要为： 体现机炉协调控制的原则。当出现负荷需求时，机炉并行参与控制功率和汽压； 以“能量平衡”的观点来设计协调控制系统。“能量”指单位时间内的能量，即“功率”。几个关键变量：1）汽机一级压力P1它代表进入汽机的蒸汽流量，亦即汽机的输入功率。2）汽机调节阀有效开度P1/PT

10、汽机一级压力与主汽压比值P1/PT正比于调节阀开度，它只对阀门开度有反应，不受燃料量（内扰）的影响。3）能量平衡信号（P1/PT）*PT0它代表汽机预期的输入功率。PT0为主汽压定值。4）热量信号HR=P1+C（dPb/dt）Pb为汽包压力，C为锅炉蓄热系数。热量信号代表单位时间内燃料燃烧传给锅炉的热量。5）热量指令BD=（P1/PT）*PT0+（P1/PT）*PT0*K1*d(（P1/PT）*PT0)/dt+K2* dPTo/dt热量指令由三部分组成： （P1/PT）*PT0BD的主体。在稳态时，PT=PT0，（P1/PT）*PT0等于P1，它代表汽机的即时功率。在过渡过程中，PTPT0，（

11、P1/PT）*PT0等于未来达到稳定时的P1值，代表汽机的预期功率。 （P1/PT）*PT0*K1*d(（P1/PT）*PT0)/dt代表由于汽机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热。 K2* dPTo/dt代表由于压力定值变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热。控制策略：热量信号HR作为锅炉主控调节器的被调量，热量指令BD作为锅炉主控调节器的设定值，处于稳态时，调节器的被调量应等于设定值，即BD=HR；此外，各微分项为零，即：HR=P1+C（dPb/dt）= P1BD=（P1/PT）*PT0+（P1/PT）*PT0*K1*d(（P1/PT）*PT0)/dt+K2* dPTo/dt=（P1/P

12、T）*PT0 P1=（P1/PT）*PT0，即PT=PT02.6.2 锅炉主控M/A锅炉主控M/A用于给定整个机组的总燃料量定值，锅炉指令同时作用到燃料主控及送风控制回路。在锅炉主控未投自动时，其输出指令跟踪机组的当前负荷（总燃料量）。当机组处于锅炉跟随方式，锅炉主控回路中能量平衡调节器有效；当发生RB工况时，机组切到汽机跟随方式。锅炉主控切手动条件：（OR） 实发功率测点品质坏 主汽压力测点品质坏 速度级压力测点品质坏 汽包压力测点品质坏 主汽压力与设定值偏差大 炉膛压力控制手动 所有磨容量风门切手动 锅炉主燃料跳闸MFT RUNBACK锅炉主控跟踪条件： 所有燃料手动 RUNBACK2.7

13、 汽机主控TF（汽机跟随）控制方式，锅炉主控手动，通过改变汽机调门开度调节主汽压。机炉协调方式下，锅炉调节汽压，汽机调节机组功率。设有汽压保护功能。在汽压偏差不大时，该回路不起作用；当汽压偏差过大时，可将汽机调门适当打开或关小。汽机主控切手动条件（OR）： 实发功率测点品质坏 主汽压力测点品质坏 DEH遥控不允许 DEH不处于遥控DEH遥控允许切除条件（OR）： 手动切除 负荷参考测点品质坏 机主控输出与负荷参考偏差大 负荷指令与实发功率偏差大 主汽压设定值与测量值偏差大 实发功率360MW在以上条件均不满足的情况下，可通过DEH遥控请求按钮发出DEH遥控允许命令。2.7.1 机炉协调控制方案

14、的优化为了进一步提高控制品质，我们在锅炉主控调节器后引入了锅炉状态反馈信号，以便预测汽压的变化趋势，修正锅炉主控器的输出，从而有效克服PID调节器的输出特性和锅炉惯性所引起的汽压过调或振荡的现象，对锅炉汽压的稳定起到关键性的作用。另外还引入了负荷前馈。当协调方式未投入时，负荷前馈不起作用。当协调方式投入时，负荷前馈的作用主要是提高锅炉的响应速度。为最大限度地降低锅炉迟滞和惯性对升降负荷的影响，在锅炉主控回路中加入了预给煤运算的逻辑，当升降负荷的逻辑信号置位时，给出一个额外的加减煤量的指令，经若干时间该信号消失，该信号的作用为“正踢”（相当于初始冲量）。当升降负荷的逻辑信号复位时，此时要求升降负

15、荷的过程已结束，但由于锅炉迟滞的作用，此时此刻进入锅炉的煤量将在随后的过程中产生过量的影响，因此在预给煤的运算逻辑中还设计了一个“反踢”（类似于“刹车器”）作用，用以防止锅炉汽压的“过调”。在锅炉主控回路中设计有“加速”回路，由负荷指令设定值与实际负荷的差值信号经一函数发生器而形成，是一非线性比例调节器，在负荷指令设定值与实际负荷的差值信号较大时，说明锅炉跟不上汽机的变化，因此输出一指令信号给锅炉主控器，令其再额外地增加或减少一部分煤量，起“加速器”的作用。由于单元机组中锅炉存在迟滞和惯性，而汽机的负荷响应速度较快，故此，将压力偏差大修正负荷指令的信号引入到汽机主控回路中，汽机在调功的同时，适

16、当考虑压力偏差的影响，当压力偏差大时汽机要等一等锅炉，从而实现完整的机炉协调控制系统。2.7.2 燃料指令锅炉主控指令作为总燃料量设定值（0100），总燃料量设定值与机组实际总燃料量（折算成0100）的偏差经过PI运算得到磨煤机送粉量控制指令，本机组采用双入双出钢球磨，进入炉膛的煤粉量采用容量风量间接代表，通过控制磨煤机驱动端和非驱动端的容量风来控制燃料量。 总燃料量计算总燃料量=各磨煤机驱动端（非驱动端）容量风折算成的煤燃料量之和经热量校正后的值+经热量校正后的燃油流量，所有的量按机组的额定负荷折算成百分数。燃料量有效性判断：当磨驱动端或非驱动端运行有效时，驱动端或非驱动端的容量风折算成的煤

17、燃料量有效；磨驱动端或非驱动端运行无效时，对应侧煤燃料量计为零。热量校正：煤种变化时，煤的发热量会发生变化，此时需对实际的燃料量进行修正，补偿因煤种变化而引起的锅炉调节器参数的变化。 锅炉主控调节器比例系数修正随着投入自动的容量风挡板数量的变化，锅炉主控调节器的调节能力相应发生变化，此时需对调节器的比例系数作相应的修正，使得锅炉主控调节器的参数能适应任何工况。3 制粉系统控制龙山项目采用双入双出钢球磨，正压直吹制粉系统，每套制粉系统有以下几个控制回路： 磨料位控制 磨容量风量控制（驱动端和非驱动端） 磨旁路风量控制（驱动端和非驱动端） 磨出口风粉混合温度控制 磨入口一次风量控制3.1 磨料位控

18、制双进双出磨的优点是对负荷变化的响应快，其原因是磨出力的改变是通过容量风流量的改变而改变的，而前提条件是，磨的料位必须保持恒定，即风/粉比恒定。因此，磨的料位控制也是双进双出磨最基本的控制之一。料位测量分为电耳和差压两种，控制中一般采用差压料位，并引入容量风流量作为前馈。3.2 磨容量风控制磨煤机的总风量包括容量风和旁路风，容量风用于输送煤粉，流量与此侧磨煤机燃料量指令成正比。旁路风有两个作用：干燥原煤及保证最小总风量，防止煤粉在管道沉积。故总风量的曲线应保证风量设定值大于最小总风量。根据燃料主控送来的燃料量指令折算成磨容量风指令。3.3 磨旁路风量控制根据燃料主控送来的燃料量指令算出磨总的风

19、量指令，一部分通过容量风挡板送入，不足的部分通过旁路风挡板补充。根据容量风指令折算出旁路风门开度。3.4 磨总风量控制通过调节一次热风来控制入磨一次风总风量，磨一次风总风量设定值为此磨燃料总指令的函数。3.5 磨出口粉温控制双入双出磨两端各有一个分离器出口，两端的分离器出口风粉混合温度经过高选作为磨出口温度过程值。磨的出口温度通过进入磨的一次风温控制。通过调节一次冷风来控制一次风温，同时考虑一次热风风量的影响。在暖磨期间，不控制磨的出口温度，而控制磨的入口风温。3.6 磨总风门控制磨总风门手动。4 二次风控制4.1 二次风压控制通过调节A、B两台送风机的动叶调节二次风热风压力。4.1.1 被调

20、量A侧和B侧二次风压两个测点分别经二选均值算法后，再取均值作为控制回路的被调量。4.1.2 设定值二次风压的定值为锅炉主控的函数，运行人员还可通过偏置微调定值。回路手动时，自动计算偏置使得设定值跟踪被调量，以实现手/自动的无扰切换。4.1.3 增益补偿单台送风机投入自动或两台送风机都投入自动时，因对二次风压的调节能力有所不同，需对调节器的增益进行修正。以单台送风机为基准，两台送风机都投入自动时，将控制偏差修正为原来的60%。增益系数平滑切换。4.1.4 双侧平衡控制当两台送风机都运行时，为了防止两台风机出力不平衡引起“倒风”现象，需要调节各风机动叶的开度，使得两台风机的出力一致。运行人员可根据

21、情况调整偏差值，调节两台风机的出力平衡。该偏差同时加到各风机的控制偏差上，作用符号相反，使得A增B减（或A减B增），最终使得两台风机出力达到平衡，而总出力不变。当两台风机均投入自动时，平衡控制允许操作；当两台风机均在手动时，平衡控制不起作用。4.1.5 控制逻辑1）送A（B）动叶切手动条件： 相应的送风机停运 炉膛压力控制切手动 被调量与设定值偏差大 动叶指令与位置反馈偏差大 动叶位置反馈品质坏 MFT 二次风压信号无效 送风机喘振2）送A（B）动叶超驰 SCS来指令超驰打开送风机动叶 SCS来指令超驰关闭送风机动叶4）闭锁增负荷，迫降负荷 两台送风机动叶一台手动，另一台自动，处于自动的送风机

22、动叶指令超限；或两台送风机动叶自动，且控制指令均越限时，闭锁负荷增。当情况进一步恶化且二次风压低于设定值时时，将迫降负荷。4.2 炉膛氧量控制4.2.1 总风量计算总风量=总一次风量+总二次风量；总一次风量=磨A一次风量+磨B一次风量+磨C一次风量+磨D一次风量+磨E一次风量磨+F一次风量；总二次风量=A层二次风量+B层二次风量+C层二次风量+D层二次风量+E层二次风量+F层二次风量；所有风量均经过温度校正。4.2.2 氧量微调控制以A和B空预器入口的烟气含氧量的平均值作为炉膛内烟气氧量的表征。氧量定值为锅炉主控指令的函数，遵循低负荷高氧量、高负荷低氧量的原则。运行人员还可通过调节氧量设定的偏

23、置来微调氧量定值。氧量调节器的输出是一个在0.851.15之间变化的微调系数，它分别送到前后墙燃烬风控制回路和磨二次风控制回路去修正其风量设定值，从而实现将炉膛内氧量维持在一合理范围内。当磨煤机运行数量低于2台时，微调系数固定为1。氧量控制切手动条件： 氧量信号无效4.2.3 二次风量控制磨的燃料指令和实际燃料量中的大选值计算出总风量定值，经过风煤比和工作燃烧器系数折算出磨总风量定值，总风量定值减去磨一次风量定值后得到磨二次风设定值。当磨运行有效后，磨二次风量定值经氧量微调系数的修正后作为磨二次风量给定, 运行人员还可通过偏置微调定值。此方案中实现了风煤交叉限制，即增负荷时，先增加二次风量，后

24、增加燃料量（一次风）；减负荷时，先减燃料，后减二次风量。左右两侧二次风量经相应二次风温和风压校正后相加得到磨的总二次风量。当本排燃烧器停运时，若负荷低于25，则两侧二次风挡板固定在20开度（暂定），若负荷高于25，则两侧二次风挡板固定在80开度（暂定）。两侧二次风挡板均接受并执行FSSS系统送来的指令，这些指令主要有置二次风挡板吹扫位。磨二次风门切手动条件： 二次风量与定值偏差大 二次风量信号无效 二次风挡板指令与位置反馈偏差大 磨煤机跳闸 MFT5 炉膛压力控制通过调节A、B引风机入口静叶维持炉膛压力稳定。5.1.1 被调量三个炉膛负压测点取中后作为控制回路的被调量。一阶延迟模块LAG对炉膛

25、负压测点进行滤波。5.1.2 调节死区由于炉膛压力信号总是带有小幅度的噪声干扰信号，直接采用这样的测量信号会引起引风机挡板动作过于频繁，不利于机组安全运行。而如果对炉膛压力信号进行惯性滤波，又增加了炉膛压力测量值的反应时间，使调节变得不灵敏。因此宜采用调节器内的死区来改善调节性能，死区设为0.02kPa左右。5.1.3 送风前馈将送风指令经函数运算后做为前馈修正炉膛负压控制偏差，使得负压控制回路跟随送风调节动作，减小锅炉送风调节时对炉膛负压的扰动。5.1.4 增益补偿单台引风机投入自动或两台引风机都投入自动时，因对炉膛负压的调节能力有所不同，需对调节器的增益进行修正。以单台引风机为基准，两台引

26、风机都投入自动时，将控制偏差修正为原来的50%。一阶延迟模块PT1使得增益系数平滑切换。5.1.5 双侧平衡控制当两台引风机都运行时，为了防止两台风机出力不平衡引起“倒风”现象，需要调节各风机动叶的开度，使得两台风机的出力一致。运行人员可根据情况调整偏差值，调节两台风机的出力平衡。该偏差同时加到各风机的控制偏差上，作用符号相反，使得A增B减（或A减B增），最终使得两台风机出力达到平衡，而总出力不变。当两台风机均投入自动时，平衡控制允许操作；当两台风机均在手动时，平衡控制不起作用。5.1.6 MFT超驰控制发生MFT跳炉时，由于进入炉膛的燃料瞬间切断，炉膛压力短时间内会急剧下降，稍后再恢复正常。

27、为了减小MFT跳炉时炉膛压力的扰动，在发生MFT时先将引风机的动叶开度减小，保持一段时间后再恢复，整个过程持续60秒钟。动叶关小的幅度与发生MFT时的送风指令的函数。5.1.7 控制逻辑1）引A（B）动叶切手动条件： 炉膛负压信号无效 动叶指令与位置反馈偏差大 动叶位置反馈品质坏 本引风机停运2）引A（B）动叶超驰 SCS来指令超驰打开引风机动叶 SCS来指令超驰关闭引风机动叶3）闭锁增负荷，迫降负荷 两台引风机动叶一台手动，另一台自动，处于自动的引风机动叶指令超限；或两台引风机动叶自动，且控制指令均越限时，闭锁负荷增。当情况进一步恶化且炉膛压力高时，将迫降负荷。6 一次风压控制通过调节两台一

28、次风机的动叶调节一次风热风母管压力。6.1.1 被调量两个一次风热风母管压力测点取平均值作为控制回路的被调量。6.1.2 设定值一次风压的定值为锅炉主控指令的函数，运行人员还可通过偏置微调定值。回路手动时，自动计算偏置使得设定值跟踪被调量，以便手/自动的无扰切换。6.1.3 增益补偿单台一次风机投入自动或两台一次风机都投入自动时，因对一次风压的调节能力有所不同，需对调节器的增益进行修正。以单台一次风机为基准，两台一次风机都投入自动时，将控制偏差修正为原来的60%。增益系数平滑切换。6.1.4 双侧平衡控制当两台一次风机都运行时，为了防止两台风机出力不平衡，需要调节各风机动叶的开度，使得两台风机

29、的出力一致。运行人员可根据情况调整偏差值，调节两台风机的出力平衡。该偏差同时加到各风机的控制偏差上，作用符号相反，使得A增B减（或A减B增），最终使得两台风机出力达到平衡，而总出力不变。当两台风机均投入自动时，平衡控制允许操作；当两台风机均在手动时，平衡控制不起作用。6.1.5 控制逻辑1）一次风机动叶切手动条件： 相应的一次风机停运 炉膛压力控制手动 被调量与设定值偏差大 动叶指令与位置反馈偏差大 动叶位置反馈品质坏 MFT 一次风压信号无效 一次风机喘振2）一次风机动叶超驰 SCS来指令超驰关闭相应的风机动叶7 给水控制7.1 控制策略概述本机组配置了三台电动给水泵、一个给水旁路调节阀和一

30、个主给水调节阀，控制汽包水位。给水控制方案按全程给水控制设计。在机组刚启动，负荷较低时，一台电泵运行，通过控制电泵转速控制汽包水位，采用给水旁路调节阀控制给水泵出口母管压力和汽包压力之间的压差。随着机组负荷的升高，当旁路阀开到75以上，且主蒸汽达到要求流量后，开始开主给水门，主给水调节门也逐渐打开。随着主给水门和主给水调节门的开大，给水旁路调节阀调压差会自动逐渐关小，当给水旁路调节阀关小到5时，全关给水旁路调节阀，并切手动。当主给水门及主给水调节门全开后，仍通过调节电泵转速来控制汽包水位。当减温水压力偏低时，由运行人员手动调整主给水调节门以达到要求。在机组负荷小于25时，采用单冲量调节；当机组负荷大于25%后，给水切换为三冲量调节。当启动第二台泵时，先以最小转速运行，然后在手动方式下向平衡回路输出指令爬升，原来运行的泵自动调整转速以维持水位。当第二台泵爬升到平衡回路输出指令时，投自动，从而实现并泵运行。倒换泵时，先采用启动第二台泵的方法启动第三台泵，并实现并泵运行。然后将要停止的泵切手动，并逐渐降低输出指令，水位由另外两台泵自动调整。当输出指令降到合适位置时，停止该泵运行，完全由另外两