华能伊敏出口温度控制

1、沈阳工程学院课程设计 1 引 言 在飞速发展的今天，人们已经离不开电，所以电力的发展决定着人类的发展水平。我们要大大的重视电厂的用电结构变化，要对电厂机组进行更细心的控制，已出尽人类的发展，另外，机组容量不断地增加，锅炉的蓄热量相对减少，采用机炉分别控制方式已不适应外界负荷的要求和保持机炉之间的平衡，因此通常采用锅炉汽轮发电机组的单元制运行方式。在这种运行方式下，即机跟炉和炉跟机、机炉协调等控制方式。按锅炉、汽轮机在控制过程中的任务和相互关系的不同，可以构成这三种基本形式。 磨煤机是火力发电站煤粉制备系统的主体设备，其安全、经济运行与整个电厂的安全、经济运行有着紧密的联系。磨煤机的作用是将一定

2、尺寸的煤块磨制到规定的细度煤粉以供给锅炉燃烧，并在磨制过程中将煤干燥到规定的水平，使煤能够在锅炉中充分燃烧。磨煤机的形式主要有三大类：低速磨煤机（钢球磨煤机），中速磨煤机（E型磨煤机、碗式磨煤机、平盘磨煤机及MPS磨煤机等）及高速磨煤机（风扇磨煤机、锤击式磨煤机等）。其中，钢球磨煤机被我国大多数火电厂采用，据资料统计，在国内发电厂中钢球磨煤机占各类磨煤机总量的60%以上。 磨煤机出口温度控制在允许范围内，以保证煤粉制备的安全经济运行。如果磨煤机出口温度太高，可能会引起制粉系统发生自燃现象，导致煤粉爆炸造成事故，甚至引起炉膛负压波动大，产生MFT信号引起锅炉灭火；如果磨煤机出口温度太低，煤将得不

3、到足够的干燥，造成制粉困难，煤粉流动性差，影响煤粉输送，甚至会造成积粉堵塞，因此，输送煤粉的一次风要满足一定的温度要求；磨煤机运行时，入口冷风门、热风门用于调整磨煤机出口温度和磨煤机入口的一次风量，保证磨煤机出口风粉混合物合适温度，从而保证煤粉的湿度合适。 本次课设以华能伊敏电厂的磨煤机出口温度控制为蓝本，主要研究二次干燥风控制和冷烟干燥风如何匹配工作从而达到控制磨煤机出口温度的目的。2 磨煤机出口温度控制相关设备简介2.1 制粉系统简介制粉系统是指将原煤破碎、干燥成为具有移动细度和水分的煤粉，并且根据锅炉的运行情况对制粉出力和煤粉细度进行合理的调整，然后送入锅炉炉膛进行悬浮燃烧所需设备和相关

4、连接管道的组合。可以分为直吹式和仓储式（及中间仓储式）两大类。中间仓储式制粉系统将磨好的煤粉先储存在煤粉仓中，然后再根据锅炉运行负荷的需要，从煤粉仓经给粉机送入炉膛燃烧；而直吹式制粉系统将原煤经磨煤机制成煤粉后直接吹入炉膛进行燃烧。本次课程设计中用到的是直吹式的制粉系统，其优点：设备简单，投资少，系统的爆炸危险性小，将煤粉送往喷燃器所消耗的电能少。其缺点：制粉系统出故障时，锅炉必须降低负荷甚至停炉，可靠性差，每台锅炉需配置多台磨煤机。图2.1 直吹式制粉系统2.1.1磨煤机简介磨煤机是制粉系统的主要设备，它的作用是将具有一定尺寸的煤块进行干燥、破碎并磨制成煤粉。磨煤机通常是按照转速分为三类：低

5、速球磨机、中速磨煤机和高速磨煤机。本次设计采用高速磨煤机目前国内常用的高速磨煤机是风扇式磨煤机（简称风扇磨），其工作转速为5001500r/min。风扇磨的优点是结构简单，制造方便，尺寸小，占地少，初投资低，磨煤机均匀地送入磨煤机，适应负荷变化快；缺点是磨损严重，不宜磨硬煤和水分大的煤，煤粉均匀性差等。2.1.2 给煤机简介给煤机的作用是根据磨煤机或锅炉负荷的需要调节给煤量，并把原煤斗中原煤均匀地送入磨煤机。给煤机的型式很多，国内应用较多的给煤机有圆盘式给煤机、电磁振动式给煤机、刮板式给煤机和电动式皮带给煤机。2.2 风烟系统简介锅炉风烟系统是锅炉重要的辅助系统。它的作用是连续不断的给锅炉燃烧

6、提供空气，并按燃烧的要求分配风量，同时使燃烧生成的含尘烟气流经各受热面和烟气净化装置后，最终由烟囱及时的排至大气。锅炉风烟系统按平衡通风设计，系统的平衡点发生在炉膛中，因此，所有燃烧空气侧的系统部件设计正压运行，烟气侧所有部件设计负压运行。平衡通风方式使炉膛和风道的漏风量不会太大，保证了锅炉较高的经济性，能防止炉内高温烟气外冒，对运行人员的安全和锅炉房的环境均有一定的好处。图2.2 风烟系统图2.2.1 空气预热器简介空气预热器就是锅炉尾部烟道中的烟气通过内部的散热片将进入锅炉前的空气预热到一定温度的受热面。用于提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗。一般简称为空预器。多用于燃煤电站锅炉。可分为管

7、箱式、回转式两种，其中回转式又分为风罩回转式和受热面回转式两种。目前电站锅炉较常采用受热面回转式预热器。在锅炉中的应用一般为两分仓、三分仓、四分仓式，其中四分仓较常用于循环流化床锅炉中。管箱预热器工作原理：较为简单，烟气从管箱外部流经，空气从管箱内部通过，通过温差不同传热。与省煤器、过热器等原理相同。回转式预热器的工作原理是：预热器转子部件由数万计的传热元件组成，当空预器缓慢旋转，烟气和空气逆向交替流经空气预热器。蓄热元件在烟气侧吸热，在空气侧放热，从而达到降低锅炉排烟温度，提高热风温度的预热作用。2.2.2 风机简介电站锅炉的三大风机-送风机、引风机和一次风机（或排粉尘风机）电站风机主要指电

8、站锅炉的三大风机-送风机、引风机和一次风机（或排粉尘风机），它们是火力发电厂的主要辅机之一。送风机的作用是向炉膛内提供燃烧所需的二次风及磨煤机所需的干燥用风。引风机的作用主要是排出烟气。一次风机是单独供给锅炉燃料制备和燃烧所需一次空气的风机。按其在系统中的安装位置，设在空气预热器前的称“冷一次风机”；设在空气预热器出口的称“热一次风机”。作用是提供一定压力的一次风，将煤粉送入喷燃器。我们在这里主要研究的是送风机和一次风机，通过二者的配合来实现磨煤机出口温度的控制。3磨煤机出口温度控制方法3.1一般磨煤机出口温度控制方法目前, 我国大型火电机组的磨煤机一般是采用由送风机提供的经过空气预热器加热的

9、热风, 同时又采用环境空气作为冷风来与上述热风混合, 以改变进入磨煤机的热风温度。这样的优点是结构简单，煤粉干燥程度更高，有利于燃烧。缺点是冷风，热风的调节门安置不容易。3.2伊敏电厂磨煤机出口温度的控制方法 伊敏电厂的磨煤机出口温度控制采用混合二次干燥风和冷烟干燥风的方法。这样的优点是有效利用了二次风，节约能源。缺点是二次风温度较高，调节过程比较复杂。 在这里我设计的磨煤机出口温度控制方法跟伊敏电厂的较为相似，利用二次风与冷烟风混合，提高能量利用效率。同时简化了调节过程，取二者之长处。4 华能伊敏#6机组#2磨煤机出口温度控制系统设计4.1 单回路控制系统简介 伊敏电厂的磨煤机出口温度控制采

10、用的是单回路控制系统。单回路控制系统是由测量变送器、调节器、执行器及控制对象组成的单闭环负反馈控制系统。其控制原理方框图如图4.1所示。图中WT（s）为调节器的传递函数，Wz（s）为执行器的传递喊出，Wm（s）为测量变送器的传递函数，Wo（s）为控制对象的传递函数。在此系统中调节器的给定值为磨煤机温度，测量值是各点磨煤机出口温度。 图4.1 单回路控制系统原理方框图4.2冷热风挡板从控制原理上讲, 磨煤机出口温度控制系统是一个简单的单回路控制系统。但是实践表明,在如何实现这个控制的控制方式上有许多问题值得我们探讨。其关键是实现温度控制的热风调节门、冷风调节门和隔绝门在管路上应如何布置才能达到安

11、全有效的目的。 图4.2 冷热风挡板安置热风首先经过隔绝门, 然后再经过热风调节门, 冷风进风口则位于隔绝门和热风调节门之后,冷热风混合后再一起进入制粉系统。这样的优点有：利于检修，有利于温度控制和制粉系统通风等。详细组态图见附录。5 华能伊敏#6机组#4磨煤机出口温度控制过程分析5.1出口温度测量参数整定 图5.1 出口温度测量参数整定图一主要功能码介绍：1.功能码156-新型PID控制器：S1 过程变量的块地址。本输入标识 PID 算法所控制的过程变量。 S2 设定值的块地址。 S3 跟踪参比信号的块地址。当在跟踪方式时本规格确定 PID 的输出。 S4一 跟踪开关信号的块地址。本规格控制

12、跟踪或释放方式： 0 = 跟踪方式 1 = 释放方式 图5.2 新型PID功能块 在跟踪方式时，输出强制等于跟踪参比信号。在释放方式时，输出是据过程变量和设定值计算的函数。 S6 前馈信号的块地址。当在释放方式时，根据 PID 算法计算的输出加上这个前馈输入后作为整个功能块的输出。2.功能码152输入加法器：输出 = （S3）（S4）二控制逻辑分析：1. 磨煤机出口温度整定将磨煤机出口温度测量值与磨煤机出口温度设定值经输入加法器进行偏差计算，然后将其值输入到函数发生器中计算出磨煤机出口温度特性曲线，并将其作为PID整定的过程变量输入值进行参数整定。2. 给煤机煤量整定将给煤机给定值与给煤机煤量

13、的测量值进行大值选择，输出两者中最大值，再经函数发生器输入到PID的中作为系统的前馈信号，以便快速消除内扰，以便保证机组稳定运行。3. PID运算当系统处于自动状态并且二次风挡板位置在除中间位置、全开位置及全关位置之外的任意位置时，PID=1属于释放方式，因此其输出等于PID的设定值与过程变量值的运算结果；当系统处于手动状态或是二次风挡板位置在上述三种特殊位置时，PID=0属于跟踪状态，此时PID的输出值等于的值。5.2二次干燥风挡板位置设定 图5.3二次干燥风挡板位置设定图一 主要功能码介绍：1. 功能码80控制站： 通过调整控制站按键，可改变该站的方式、设定值、比率系数和控制输出。S1 P

14、V 输出为过程变量的块号。S2 SPT 设定值跟踪信号的块地址S3 当站在基本自动方式时其输出值为控制输出的那个块号。S4 当本站在跟踪状态时（等于1）。其输出作为站控制输出的那个块号。S5 确定站块控制输出是否要跟踪的跟踪开关信号的块地址。 0 = 不跟踪 1 = 跟踪S18 切换到手动信号的块地址 0 = 不切换 1 = 切换到手动S28 与本站相连的模拟输出的块号。图5.4 控制站S30 过程变量跟踪信号的块地址。本规格与一起确定设定值的跟踪特性。指示是 否应该跟踪，指示是否应该跟踪。如果两者都指示跟踪，超驰。如果为l，则不论站处手动方式或自动方式， 图4.5 控制站功能块 其设定值都将

15、跟踪。当站处于串级方式时，本规格是无用的，因为此时的设定值输入不使用站的内部逻辑于控制。 0 = 不跟踪 1 = 跟踪2.功能码9-模拟切换器：这个功能码根据布尔输入选择输入中的一个。S3：切换信号的块地址0=输出等于；1=输出等于；S4：切换到输入1上的时间的常数；3.功能码2-手动设定常数：手动设定常数块的输出是一个产生于本块内部的模拟量信号，其值等于。二控制逻辑分析：1.挡板处于中间位置挡板位于中间位置时，“逻辑或”=1,切换器T2745的端输入为1，使控制站处于跟踪状态。其他切换器仍选择各自的S1端的输入值。此时T输出选择S2端，而是由手动设定量设定信号，由2号功能码可知，其输出等于其

16、本身S1所设定的值20，也就是当挡板处于此位置时，自动控制系统将发出指令控制磨煤机二次风干燥风挡板位置于最佳位置处，以便保证磨煤机出口风量和风温的值，确保机组锅炉安全经济的运行。2.挡板处于全开位置挡板位于全开位置时，应极力关小挡板开度，以免降低煤粉温度，使煤粉得不到充分干燥而影响燃烧质量。此时“逻辑或”=1，使控制站处于跟踪状态。切换器T2758的端输入为1，其他切换器仍选择各自的S1端的输入值。同理，此时T2756的值为100，即自动控制系统将经过控制站运算处理将调节挡板，使其关小，保证磨煤机正常运行。3.挡板处于全关位置挡板位于全关位置时，应尽快开打挡板开度，以免因进煤量不足了而影响锅炉

17、中燃料的燃烧，从而造成安全事故。同挡板处于全开位置时，“逻辑或”=1使控制站处于跟踪状态。切换器T2752的端输入为1，其他切换器仍选择各自的S1端的输入值。同理，此时T2746的值为0，以使控制器输出能以一定快的速率开大挡板开度，保证机组安全稳定的运行。4. 挡板位于其他位置挡板位于其他位置时，“逻辑或”=0，使控制站处于不跟踪状态，所有的切换器T均选择S1端，则此时控制输出为磨煤机二次风干燥风挡板调节指令的值。（三）控制站逻辑分析：此控制站的输入信号为磨煤机出口温度，输出信号为磨煤机出口温度设定，及磨煤机二次风干燥风挡板指令。在本次设计中采用了磨煤机二次风干燥风挡板位置作为反馈信号，使机组

18、能够精确地调节挡板位置。假设系统此时处于自动状态，则控制站N+2端输出为1，=0，则设定值SP的值不跟踪。当挡板处于中间位置、全开位置或是全关位置时，=1，则控制站输出跟踪的值，即每个时刻由运行员手动设定的值；当挡板处于其他位置时，控制站不处于跟踪状态，其输出值由控制站的给定值，过程变量值控制。假设系统此时处于手动状态，则控制站N+2端输出为0，=1，则设定值SP的值跟踪，即此时控制站输出等于其输入端PV的值（磨煤机出口温度测量值）。5.3二次干燥风报警系统图5.4二次干燥风报警系统图一 主要功能码简介：1.功能码12-高/低比较器：本功能有两个输出。当输入大于或等于高限时，输出N等于逻辑1。

19、当输入小于或等于低限时，输出N+1等于逻辑1。若输入的值在两个限值之间，则两个输出都为逻辑0。2.功能码31检验质量：能够检查l至4个输入点的质量。这是一个四输入的（OR）功能，如果所有要检测的点均为好质量，则输出逻辑0，若有一个多个输入的测试点是坏质量，则输出为逻辑1。 二控制逻辑分析：如上图所示，控制系统的输入信号为磨煤机出口温度偏差，磨煤机二次风干燥风挡板位置偏差信号，磨煤机运行，磨煤机出口温度测量失败等，将此信号经高低比较器和质量检查功能码控制逻辑“或”是否发出报警信号，以此控制系统是否要切换到手动状态，直至运行人员切除故障后才能无扰切换回自动。冷烟干燥风的挡板位置设定和报警系统与二次

20、干燥风基本相同，就不再叙述。总结 转眼间两周的课程设计就要结束了，在老师和同学们的共同帮助下，我学会了很多很多！ 本次课程设计是基于华能伊敏电厂三期回路的磨煤机控制系统的设计，磨煤机是制粉系统不可缺少的一部分，对磨煤机的良好控制是保证锅炉汽轮机等系统安全稳定生产的前提。采用单回路控制系统可以极大地消除控制系统工作过程中的各种扰动，使系统工作在良好的状态下，在系统中控制仪表可进行主控、串级控制的切换，可满足系统在不同情况下的控制要求。设计应用了很多我们曾经学过的知识，我将已经被束之高阁的一些书籍重新找出，并从图书馆借来了相关资料，认真阅读，从中不仅找到了设计需要的知识点，还发现了一些在以前的学习

21、中忽略了的知识，对这些知识的掌握是本次设计中的额外收获。本次课程设计是基于华能伊敏电厂磨煤机出口温度控制系统的设计，磨煤机是制粉系统不可缺少的一部分，对磨煤机出口温度的良好控制是保证制粉系统安全稳定生产的前提。采用单回路控制系统可以极大地消除控制系统工作过程中的各种扰动，使系统工作在良好的状态下，在系统中控制仪表可进行主控、串级控制的切换，可满足系统在不同情况下的控制要求。在设计过程中，我真切的感受到理论和实践之间存在的很大的距离，实践对于知识的掌握的重要性，在此之前，我一直以为自己的理论知识学的还可以，但当我拿到设计任务书的时候，却完全不知道如何下手。经过我和组员的共同分析，我们对磨煤机温度

22、控制的输入量、输出量、给定值，即给煤量、二次风量等的作用明白了不少，通过对输入量的控制分析可以知道其是如何对磨煤机的出口温度的控制的。在指导老师的点拨以及同学们的建议下，我终于解决了遇到的问题。完成这次课设对我将来的学习和实践有很大的帮助。发现问题，面对问题，才有可能解决问题。书本上的知识是死的，只有通过实践的考验，真正的掌握了的知识才是自己的。在学习中一定要牢记，实践是检验真理的唯一标准。致谢课程设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行学习成果研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文，毕业论文以及工作打下良好的基础。感谢

23、老师和同学们在此次课程设计中给予我的指导和帮助。在设计过程中出现的问题老师能够及时的指正并告诉我应该如何进行修改，经过老师的指导，我较好的完善这次课程设计，纠正了很多设计时出现的问题。和组员的配合也让我觉得设计的难度减少了不少，他们能够在我不懂的时候耐心的帮我讲解，在空闲的时间和我一起翻阅了很多的参考资料，最终使我们都可以思路清晰的讲解我们各自的设计。本次设计让我学到了很多东西，我会好好珍惜每一次学校给我们提供的机会，让我自己真正的学有所用。首先要真挚的感谢我的指导老师马阳老师在学习上对我的悉心指导和谆谆教诲，非常荣幸自己可以在迟老师的带领下完成自己的课程设计论文，迟老师渊博的专业知识、严谨的学术思想、求实创新的治