并列运行锅炉主蒸汽母管压力控制系统

并列运行锅炉主蒸汽母管压力控制系统1引言母管制锅炉的蒸汽压力是机组运行的主要控制参数，直接影响到机组的安全及经济运行，根据机组的工况要求，需要将母管压力严格限制在某一定值。由于并列锅炉之间存在着相互影响和相互耦合，而且母管蒸汽压力的滞后很大，因此，必须研究新的、有效的控制策略，才能把母管蒸汽压力控制在允许的范围内。并列运行锅炉主蒸汽母管压力控制系统协调本台锅炉与其它并列运行锅炉的运行，有机地建立并列运行锅炉之间适当的关系，使并列运行锅炉按预定的负荷分配要求同时响应主蒸汽母管压力负荷指令，在锅炉稳燃负荷以上范围内实现并列运行锅炉协调控制，使主蒸汽母管压力控制达到最佳状态，快速、准确和稳定的响应机侧热、电负荷指令的变化。2控制方案设计母管制运行方式下，主调节器按照预定的负荷分配原则，根据母管压力与给定值的偏差，向各并列运行锅炉发出增、减负荷的信号，各并列运行锅炉同时接受主调节器来的负荷要求信号，调节燃料量和风量，以快速满足锅炉负荷要求。系统提供锅炉按定压运行、带固定负荷及变动负荷的运行方式，运行人员可手动、自动切换选择所需的运行方式。控制系统设计提供运行人员选择所需运行方式的手段，当改变运行方式时，系统不会产生任何扰动。此外，在锅炉和设备遇到受限制的工况时，控制系统能平稳地将运行方式自动转换合适地运行方式。当系统不能实现运行人员所选择的运行方式时，则向运行人员报警。锅炉主蒸汽母管负荷压力分配主控系统将主蒸汽母管负荷压力分配指令以并行协调的方式转化为对各锅炉燃料和风量的控制，并具有以下要求1设置锅炉主蒸汽母管负荷压力分配主调节器，将主蒸汽母管压力反映的能量需求合理分配至各锅炉燃料调节器2根据运行要求，可手动或自动调整各台锅炉的负荷分配比例3主蒸汽母管负荷压力分配主控面板有主蒸汽母管压力、主蒸汽母管温度、各台炉主蒸汽压力、各台炉主蒸汽流量、各台汽机蒸汽流量、各台炉负荷分配比例等参数显示。3多台锅炉并列运行时燃烧过程被控对象动态特性的特点当多台锅炉并列运行时，每台锅炉的蒸汽流量不仅与母管压力PM有关，而且与本台锅炉的汽包压力PB有关。为了分析问题方便，假定两台并列运行锅炉的型式、参数、容量等诸方面均是相同的。31燃烧率扰动下的对象动态特性的特点如果两台锅炉的燃烧率M1、M2同时作相同的扰动，则动态特性与孤立运行时相同。如果只有一台锅炉发生燃烧率扰动，则情况就不相同。图1作出了第一台锅炉M1扰动时的阶跃响应曲线。假定扰动前两台锅炉的负荷相同，汽包压力相同PB1PB2PB3，当第一台锅炉燃烧率M1增加后，汽包压力PB1上升，蒸汽流量D1增加引起母管压力PM上升，由于同一母管上有多台此地为2台锅炉供汽，因此1台锅炉的燃烧率扰动不致使PM升高得太多。此时，通往汽机的蒸汽量DT也增加，对于第二台锅炉来说，由于PM上升后PB2PM减小，蒸汽量D2反而减小。但此时第二台锅炉M2未变，D2减少则引起PB2上升，D2也跟着PB2逐渐回升，最后D2仍然恢复到原来的数值，但PM、PB2都增加了。由此可见，发生燃烧率扰动的这台锅炉自发地承担了较多地负荷，燃烧率的自发扰动可引起并列运行锅炉负荷分配的改变。因此，在考虑并列运行锅炉燃烧过程自动控制系统时，必须注意到下面几点1尽快地消除各台锅炉燃烧率的自发性扰动，否则将由于任何一台锅炉燃烧率的自发扰动而使各台锅炉的负荷分配和汽压发生不规则的变化。2在并列运行锅炉中，如果并列运行锅炉的台数发生变化在并列运行锅炉中往往有一部分带变动负荷，另一部分带固定负荷都会使被控对象发生变化。如果发生燃烧率扰动的锅炉台数占并列运行锅炉总台数的比例愈小，主汽压的反应速度也愈小。32负荷扰动时汽压被控对象动态特性的特点多台锅炉并列运行时，在负荷扰动下的动态特性与一台锅炉孤立运行时的动态特性相似。当负荷阶跃改变时，母管汽压PM也有起始的跃变。负荷阶跃扰动量相同的情况下，并列运行锅炉台数越多，相对于每一台锅炉的负荷扰动量就越小锅炉参数、容量完全相同时，相对于每台锅炉的扰动量与锅炉台数成反比。因此母管压力的起始跃变量也就越小，汽压的反应速度就越慢。对于两炉两机并列运行方式而言，当调节阀T阶跃增大时，PM下降使供汽量D上升，并与汽机通汽量DT平衡，则通过对燃烧过程被控对象的动态特性分析，可得到在设计燃烧控制系统时的基本依据1在燃烧率扰动下，汽压被控对象PB、PM的滞后时间较短。因此，根据汽压的变化去改变燃烧率能够较为有效地控制汽压，使其适应负荷的需要。所谓改变燃烧率就是要同时协调地改变燃料量、送风量、引风量2并列运行锅炉中的任何一台锅炉发生燃烧率自发性扰动时，都要影响PM和PB。因此，应迅速地消除各自的燃烧率自发扰动，以稳定各台锅炉之间的负荷分配关系3为了使锅炉各自承担所规定的负荷，必须准确而又快速地测量燃烧率，保证燃烧的经济性，而这些问题的妥善解决是实现燃烧自动控制的前提。4控制方案与控制策略母管制锅炉的蒸汽压力对象具有大延迟特性，并列运行锅炉之间关联性强，难以实现自动调节。母管制锅炉的蒸汽压力是机组运行的主要控制参数，直接影响到机组的安全及经济运行，根据机组的工况要求，需要将母管压力严格限制在某一定值，因此，需要一套合理的压力自动控制系统进行自动调节。蒸汽母管的流入量是锅炉部分产生的蒸汽量D，流出量是进入汽机部分的蒸汽量DT，而母管压力PM反映了流入流出蒸汽流量物质平衡关系，也即能量平衡关系。这表明系统能量达到平衡时，母管压力等于给定值压力。由此可知，控制母管能量平衡，实际上也控制了母管压力。在实际系统中，可选择离主蒸汽压力测点较近的炉作为调压炉，而其余锅炉通过调节蒸汽流量，辅助确保母管的蒸汽压力。为确保控制系统具有良好的控制品质，对锅炉负荷分配控制系统的设计必须符合如下设计原则1各台锅炉而言，当锅炉的燃烧率发生变化时，对母管蒸汽压力的影响速度是不一样的因压力测点位置的原因，对于压力影响越快的锅炉，则相应压力被控对象的滞后越小，选择这样的锅炉作为调压炉，可以获得较好的压力控制品质。2对于调压锅炉，控制系统不仅要消除调压炉自身燃烧率的自发性扰动，而且还要消除其它各台锅炉燃烧率的扰动及汽机侧由于输入蒸汽流量变化而造成对母管压力的影响。而对于非调压炉，控制系统的主要任务是维持锅炉的稳定负荷，只有母管压力偏离定值超过一定的数值或调压炉的燃烧率调整已受到限制时，非调压炉才辅助调整压力，是调整母管压力的辅助调节设备。3基于能量直接平衡的控制系统其实质是一个采用汽包压力作为导前微分信号的双回路系统，而双回路系统的控制品质优于常规的单回路控制系统。因此，基于能量直接平衡的压力控制系统比直接采用压力偏差信号的单回路控制系统的品质要好。4为克服母管制运行方式的蓄热惯性，应使锅炉控制尽快跟随汽机需要，即克服母管压力控制的外部扰动，对应汽机侧调峰机组的热量信号要进入锅炉侧参与控制。5结束语尽管中小电厂母管制并列运行锅炉逐渐被大型单元制运行锅炉所取代，但从我国目前现状来看，在近几年完全取代是不实际的，尤其是地方中小电厂。这些中小锅炉燃烧的好坏直接关系到环保和节能。本文提出的控制系统最大特点是消除了并列运行锅炉各台锅炉燃烧控制系统之间的相互影响，便于控制系统调节器参数的整定，具有良好的应用前景。参考文献1张玉铎,王满稼热工自动控制系统M北京水利电力出版社,19902金以慧,方崇智过程控制M北京清华大学出版社,20023陈来九热工过程自动调节原理和应用M北京水利电力出版社,19864金慰