第十章 火电厂热工控制

1、过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 10-1 大型单元机组的生产过程及其对控制的要求大型单元机组的生产过程及其对控制的要求 10-2 单元机组负荷控制系统单元机组负荷控制系统 10-3 燃烧过程的控制系统燃烧过程的控制系统 10-4 锅炉给水控制系统锅炉给水控制系统 10-5 蒸汽温度控制系统蒸汽温度控制系统 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 10-1 大型单元机组的生产过程及其对控制的要求大型单元机组的生产过程及其对控制的要求 大型单元发电机组是由锅炉、汽轮发电机和辅

2、助设大型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。锅炉的产热、汽机的做功及发备组成的庞大的设备群。锅炉的产热、汽机的做功及发 电机的发电协调配合完成发电生产。由于其工艺流程复电机的发电协调配合完成发电生产。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、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和经济性，因此，大型机组的自动化水平受到特别的重 视。视。 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型

3、单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 单元制机组单元制机组 热力发电过程热力发电过程 N TPT H 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 最重要的控制系统最重要的控制系统 1. 单元机组负荷控制系统单元机组负荷控制系统 2. 燃烧控制系统燃烧控制系统 3. 汽包水位控制系统汽包水位控制系统 4. 汽温控制系统汽温控制系统 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 10-2 单元机组负荷控制系统单元机组负荷控制系统 一、一、 负荷控制系统的控制任务：负荷控制系统的控

4、制任务： 在保持主汽压力在保持主汽压力PT稳定的前提下，紧密跟踪电网稳定的前提下，紧密跟踪电网 对机组负荷的要求。对机组负荷的要求。 N pT B Vs N pT B 负荷对象特性：负荷对象特性： 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 GpB(s) Gp(s) GNB(s) GN(s) N pT B N pT B 多变量对象多变量对象 特点：特点： 有自衡能力，机快炉慢，锅炉有蓄热有自衡能力，机快炉慢，锅炉有蓄热 耦合严重，炉侧燃料量的扰动频发。耦合严重，炉侧燃料量的扰动频发。 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的

5、自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 控制方案：控制方案： 1. 锅炉跟踪方式（炉跟机）锅炉跟踪方式（炉跟机） 特点：系统响应速度快，但机组稳定性差。特点：系统响应速度快，但机组稳定性差。 锅炉锅炉汽机汽机 机调机调 炉调炉调 PT N B GpB(s) Gp(s) GNB(s) GN(s) N pT B PID PID N0 ps 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 2. 汽机跟踪方式（机跟炉）汽机跟踪方式（机跟炉） 特点：机组稳定性好，特点：机组稳定性好， 但系统响应速度慢。但系统响应速度慢。 锅炉锅炉汽机汽机 机调机调 炉

6、调炉调 PT N BGNB(s) GN(s) GpB(s) Gp(s) pT N B PID PID pS N0 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 3. 机炉协调方式机炉协调方式 锅炉锅炉 汽机汽机 机调机调 炉调炉调 PT N B PS N0 以炉跟机为基础的双以炉跟机为基础的双 向补偿协调控制系统向补偿协调控制系统 GpB(s) Gp(s) GNB(s) GN(s) N pT B PID PID N0 ps 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 以炉跟机为基础的单向解

7、耦协调控制系统以炉跟机为基础的单向解耦协调控制系统 + B T PT _ + _ NE + N0 锅炉控制器锅炉控制器 P0 汽机控制器汽机控制器 锅炉锅炉 P0-PT 汽机汽机 _ (a) 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 以炉跟机为基础的单向解耦协调控制系统以炉跟机为基础的单向解耦协调控制系统 + B T PT _ + _ NE + N0 锅炉控制器锅炉控制器 P0 汽机控制器汽机控制器 锅炉锅炉 P0-PT 汽机汽机 _ PD (b) 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自

8、动控制 以机跟炉为基础的单向解耦协调控制系统以机跟炉为基础的单向解耦协调控制系统 _ _ + B T PT _ NE + N0 P0 汽机控制器汽机控制器 锅炉锅炉 汽汽 机机 (a) 锅炉控制器锅炉控制器 P N0-NE 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 以机跟炉为基础的单向解耦协调控制系统以机跟炉为基础的单向解耦协调控制系统 + + PD (b) _ _ + B T PT _ NE + N0 P0 汽机控制器汽机控制器 锅炉锅炉 汽汽 机机 锅炉控制器锅炉控制器 P N0-NE 1 DD D KTS TS 过程控制过程控制 第

9、十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 直接平衡协调控制系统直接平衡协调控制系统 D P P0 D PI N0 NE 锅炉锅炉 + P1 PT _ B I I T _ _ + + 汽机汽机 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 10-3 燃烧过程的控制系统燃烧过程的控制系统 一、燃烧控制的基本任务一、燃烧控制的基本任务 即要提供热量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济即要提供热量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济 性和锅炉运行的经济性、安全性。性和锅炉运行的经济性、安全性。 具体地就是控制三

10、个参数：锅炉出口压力具体地就是控制三个参数：锅炉出口压力pT、 、空气过剩系 空气过剩系 数数和和炉膛负压炉膛负压pv。 。 燃烧过程的这三项控制任务是不可分的，通常可以用三个燃烧过程的这三项控制任务是不可分的，通常可以用三个 调节量改变三个流量即燃料量、送风量和引风量，以维持这三调节量改变三个流量即燃料量、送风量和引风量，以维持这三 个被控制量，每个调节器都可以分工负责维持一个被控制量。个被控制量，每个调节器都可以分工负责维持一个被控制量。 三个控制系统之间关系密切，因而共同组成多参数的燃烧过程三个控制系统之间关系密切，因而共同组成多参数的燃烧过程 控制系统。一般简称这三个系统为控制系统。一

11、般简称这三个系统为“燃烧控制系统燃烧控制系统”。 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 燃烧控制系统这三个系统的构成可以有不同的组合方式：燃烧控制系统这三个系统的构成可以有不同的组合方式： 通常采用：通常采用： 燃料控制燃料控制维持蒸汽压力稳定；维持蒸汽压力稳定； 送风控制送风控制保证燃烧过程的经济性；保证燃烧过程的经济性； 引风控制引风控制维持炉膛压力稳定，保证燃烧的安全性。维持炉膛压力稳定，保证燃烧的安全性。 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 二、二、 汽压调节对象的

12、动态特性汽压调节对象的动态特性 pb D pT B B pb D pT pT B Vs 特点：自衡对象。机侧扰动变化快，炉侧扰动变化慢，炉侧自特点：自衡对象。机侧扰动变化快，炉侧扰动变化慢，炉侧自 发扰动频繁。发扰动频繁。 调节量选择：燃料量调节量选择：燃料量 1 Bs B B B K Wse T s 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 1.燃料控制系统燃料控制系统 基本控制结构（基本控制结构（1） PIPIGp(s) GD(s) P0PT D B B 控制系统原理图控制系统原理图 控制系统结构图控制系统结构图串级控制串级控制 二、

13、控制系统结构分析二、控制系统结构分析 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 基本控制结构（基本控制结构（2） 控制系统原理图控制系统原理图 控制系统结构图控制系统结构图串级串级-前馈控制前馈控制 PIPIGp(s) GD(s) P0PT D B B Gff(s) 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 控制系统结构图控制系统结构图 控制系统原理图控制系统原理图 PIPIGp(s) GD(s) P0PT D B d/dt B Pb 燃烧燃烧 品种品种 n1 ni 考虑煤质变化和实

14、际发热量的控制结构考虑煤质变化和实际发热量的控制结构 串级控制串级控制 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 采用热量信号作为燃料反馈信号采用热量信号作为燃料反馈信号 1 D D rb D K T s Q sDP s T s 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 采用热量信号的燃料控制结构采用热量信号的燃料控制结构 控制系统原理图控制系统原理图 串级串级-前馈控制前馈控制 控制系统结构图控制系统结构图 PIPIGp(s) GD(s) P0PT Qr=D+Cb(dpb/dt)

15、B Gff(s) D 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 T PT PIGp(s) GD(s) P0 D B d/dt d/dt Pb 控制系统原理图控制系统原理图 控制系统结构图控制系统结构图 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 2. 送风控制系统送风控制系统 t t V O2% V kV T 送风量扰动下氧量阶跃响应曲线 动态特性动态特性 2 1 1 V s VV V V V KK Wse Ts Ts 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火

16、力发电厂大型单元机组的自动控制 PI K Gp(s) VB V V 控制系统原理图控制系统原理图 控制系统结构图控制系统结构图 比值控制比值控制 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 控制系统原理图控制系统原理图 控制系统结构图控制系统结构图 V PI Gp(s) VB V K D 燃料品种燃料品种 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 B 控制系统原理图控制系统原理图 控制系统

17、结构图控制系统结构图 PI O2 Gp2(s) D Gp1(s) V PI f(x) f(x) B 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 3.引风控制系统引风控制系统 t t G Pf G 引风量扰动下负压阶跃响应曲线 0 2 1 f ff f K WsK Ts 动态特性动态特性 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 PI f(x) V pv0pv +- + G Gp(s) V PI pv F(x) pv0 控制系统原理图控制系统原理图 控制系统结构图控制系统结构图 前馈前馈

18、反馈控制反馈控制 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 采用热量信号的燃烧控制系统采用热量信号的燃烧控制系统 PI d dt f(x) PI f1(x) PI f2(x) PI PI _ _ _ + + + + Qr PT D D Pb O2 Pv V V GV B 变比例带变比例带 PTs Pv0 + + _ 实现增负荷时，先加风后加煤；减实现增负荷时，先加风后加煤；减 负荷时，先减煤后减风。负荷时，先减煤后减风。 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 P PO PI Pr

19、 I PI f(x) PI /nf(x) PI A PI PI K PI PI P P1 _ 速度级压力速度级压力 n 给煤机转速给煤机转速 Vm1 磨一次风磨一次风 量量送风量送风量 O2% P1 _ _ _ + IB Pf Pfo 一 次 风一 次 风 温温 Qm1 Vm1 磨煤机温度磨煤机温度 n0 m0Pv 1 m Pv10 n 燃油量燃油量 _ _ _ _ 一次风压一次风压 B0 V G Vm1 VrV1 V2 给煤量给煤量 送风量送风量 引风量引风量 磨一次磨一次 风量风量 热风量热风量一次一次 风量风量 层燃料层燃料 风量风量 直吹式制粉系统给煤机转数为反馈信号的燃烧控制系统直吹

20、式制粉系统给煤机转数为反馈信号的燃烧控制系统 V 给煤机转速指令给煤机转速指令 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 10-4 锅炉给水控制系统锅炉给水控制系统 一、一、 汽包炉给水控制的任务汽包炉给水控制的任务 使锅炉的给水量适应锅炉的使锅炉的给水量适应锅炉的 蒸发量，维持汽包水位在规定蒸发量，维持汽包水位在规定 的范围内。具体要求：的范围内。具体要求： （1）维持汽包水位在规定的范围内。）维持汽包水位在规定的范围内。 正常：正常：H3050mm；异常：；异常： H200mm 故障：故障： HKD （3）若若KWKD 特点：特点：具

21、有单冲量和双冲量控制的优点，但对比值参具有单冲量和双冲量控制的优点，但对比值参 数要求严格。数要求严格。 D H Hr 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 4. 串级三冲量控制串级三冲量控制 H W D Gc1(s)KvGp(s) - r H D w + Gd(s) Gff(s) Gc2(s) 特点：特点：具有单冲量和双冲量控制的优点，比值参数的具有单冲量和双冲量控制的优点，比值参数的 误差可通过主调节器校正。误差可通过主调节器校正。 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制

22、PI PI WD H H0 控制系统结构图控制系统结构图 Gc1(s)KvGp(s) - r H D w + Gd(s) Gff(s) Gc2(s) 控制系统原理图控制系统原理图 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 5. 300MW单元机组给水控制系统实例单元机组给水控制系统实例 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动

23、控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 10-5 蒸汽温度控制系统蒸汽温度控制系统 一、过热汽温控制的任务一、过热汽温控制的任务 维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保 护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。 过热汽温的上限一般不应超过额定值过热汽温的上限一般不应超过额定值5 。下限一。下限一 般不低于额定值般不低于额定值10 。 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型

24、单元机组的自动控制 二二. 动态特性动态特性 w D、Q 1. 主要扰动对汽温的影响主要扰动对汽温的影响 自衡的对象自衡的对象 D D、Q Q扰动，扰动，/T/T较小较小,约有约有15s15s左右，左右，T 50sT 50s100s 100s 。 W W扰动，扰动，/T/T较大，较大， 约有约有60s60s左右，左右， T150sT150s200s200s。 2. 调节量选择：调节量选择： 减温水喷水流量减温水喷水流量 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 D W 12 w 1 2 Gp2(s)Gp1(s) GD(s)GQ(s) D Q 1 2 减温器减温器过热器过热器 被控对象被控对象 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 （1）串级控制）串级控制 PI PI 21 s PID2PID1 r 21 Gp2(s)Gp1 (s) 有效克服调节量的扰动有效克服调节量的扰动 改善对象的动态特性改善对象的动态特性 提高调节品质提高调节品质 控制原理图控制原理图 控制结构图控制结构图 三、基本控制系统结构分析三、基本控制系统结构分析 过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制