火力发电厂主要控制工艺逻辑

#凝结后的疏水，疏水的水位（即高压加热器的水位）需要维持一个稳定值。如果高加水位过高，影响热交换效果，还有可能使疏水从抽汽管直接通过疏水阀排出，影响加热效果，还可能使疏水从抽汽管倒流入汽轮机，形成水冲击；如果水位过低，加热蒸汽可能直接通过疏水阀排出，影响加热效果和经济性，同时还影响环境。低压加热器是加热凝结水的装置，作用与高压加热器相同。二者的不同之处在于温度不同、抽汽位置不同。本文通过解析高压加热器的控制策略来说明高压加热器和低压加热器共通的控制原理，见图10。高压加热器水位控制由高加疏水调节阀和高加危急疏水调节阀两个装置完成。高加疏水调节阀在调节稳定高加水位的过程中起到主要作用。高加危急疏水调节阀在高加水位异常高的情况下加入调节高加水位的控制中，高加危急疏水调节阀动作比高加疏水调节阀更快，二者的设定值不同。首先，高加水位实测值与设定值比较，差值经过左侧PID计算得出调节阀需要增大或减小的开度，开度指令送到调节阀，调节阀根据指令值开大或者关小阀门，完成水位调控的一次循环。如果水位异常高，危急调节阀加入水位调节。高加水位实测值与危急调节阀设定值比较，差值经过右侧PID处理得出危急调节阀的开度指令，高加危急疏水调节阀根据开度指令迅速动作，完成高加水位的调节。图10高压加热器水位控制SAMA图2.2.8高压旁路减压调节阀控制高压旁路被控对象为减压阀、喷水隔离阀、喷水调节阀，高压旁路控制系统有启动、溢流和安全三个主要功能（即三用阀功能）。启动功能：改善机组的启动特性；提高锅炉在启动过程中的燃烧率；使蒸汽温度与汽轮机缸温得到最佳匹配；缩短机组启动的时间，减少寿命损耗。溢流功能：吸收机、炉之间的不平衡负荷；排泄机组在负荷瞬变过度过程中的剩余蒸汽；调整稳定争气压力；维持锅炉在不投油情况下的最低稳燃负荷。安全功能：取代锅炉安全阀的功能。机组旁路系统投入备用后，当机组的机前实际压力与机组高压旁路压力设定值差值大于旁路超压偏置设定值时，旁路系统将自动参与压力调节，维持主蒸汽压力等于设定值。在旁路控制中，关键控制是对高旁减压调节阀的控制，本闻就高旁减压调节阀的控制策略加以说明，见图11。图11高旁减压调节阀SAMA图首先，主汽压力实测值与一级PID输出比较，差值经过第二级PID处理得出阀位开度指令。减压调节阀根据指令动作，调整主汽压力。同时，阀位指令回到一级PID入口，指令与坡度处理后指令比较，差值经过一级PID处理得出下一次处理循环与主汽压力实测值的比较值。高旁减压阀的调节压力过程是动态调整的，这就保证了调整过程的平滑和有效。锅炉控制工艺2.3.1燃烧控制锅炉燃烧控制是机组控制的难点，合适的控制策略能够减少锅炉对负荷指令响应的延迟时间，提高机组的响应速度和运行的经济性。图12是能量输入信号图，能量输入必须与能量需求匹配。能量输入的计量如果采用给粉机转速或者容量风的风门开度来计算，易受制粉系统延迟或者煤质变化等因素的影响。本文采用Pl+dPd/dt（—级压力与汽包压力变化率之和）作为锅炉能量输入的信号反馈。一级压力和汽包压力都容易计量，这就提供了一个在稳态和动态工况下都比较稳定的能量输入测量方法。图12能量信号SAMA图13燃烧控制的滞后与延迟一直是火电机组控制不易解决的问题，新兴的控制策略如预测控制、矩阵控制等较好的改善了锅炉燃料输入延迟和滞后，基本策略都是在能量需求信号上加上比较大的前馈，以缩短响应时间，提高响应速度，见图13。由一级压力Pl和汽包压力变化值相加得出锅炉能量输入信号，能量输入信号需要经过实际燃料输入值的热值修正，修正的锅炉能量输入热值与锅炉指令（能量需求）相比较。差值经过一级PID运算得出第一个燃料需求值，第一个燃料需求值再经过实际燃料输入的校正，经过第二级PID计算得出燃料需求值，送给给煤机或容量风门，增加或者减少燃料输入。这种控制策略的优点在于：在增加和减少燃料的过程中，动态修正燃料指令，避免过于追求前馈控制而造成波动，使锅炉响应的可控制增强。图13燃烧控制SAMA图在当代，火力发电在电力供应中占有主要地位，提供着大部分社会生活生产用电。而锅炉是火力发电生产中的重要设备，其效能直接影响火力发电的效率和经济性。锅炉燃烧中用到的煤等又是重要的不可再生资源，因此锅炉的燃烧控制相当重要，控制水平的低下将造成资源浪费、效率不高和环境污染。近期，锅炉燃烧控制又出现了利用模糊综合评判，运用具体的实例，评价了锅炉燃烧控制系统，调整燃烧控制量等新的燃烧控制策略。模糊综合评判方法，对锅炉燃烧系统的控制量进行综合评判，通过改变燃料量、送风量、引风量，进而改变控制量，达到较好的燃烧效果。相信这些新策略和新技术的逐步成熟会带来燃烧控制水平的逐步提升。当前，社会经济快速发展，能源的供需矛盾日益突出。目前，煤炭在我国的能源消费结构中占主导地位。全国煤炭消耗总量中有60%以上直接用在电站锅炉中燃烧，要充分利用锅炉和锅炉燃烧中的煤炭资源，适当的改善燃烧的控制量因素使煤炭燃烧充分，以提供高效的热量，同时减少空气的污染1.3.2引风控制锅炉炉膛压力是锅炉运行需要监控的重要参数，引风控制就是维持锅炉炉膛的压力稳定，并使锅炉处于微负压运行状态的控制策略，见图14。引风控制的设备是两台引风机，控制目标是炉膛压力。自动控制状态下，引风控制的目标是维持锅炉压力始终跟踪设定值。当送风量发生变化时，送风指令作为前馈送到引风控制第一级PID，第一级PID得出第一个引风指令，第一个引风指令经过实际引风值的校正，在第二级PID计算出最终引风指令，即引风挡板开度指令或引风机转速指令。引风控制的最终目的就是维持炉膛压力稳定，避免锅炉运行正压或负压波动。图14引风控制SAMA图151.3.3送风控制送风机是锅炉风量与氧气供应的主要设备，锅炉风量由一次风（制粉风）和二次风（助

燃风）构成，风量的调控由送风机完成。锅炉通常运行在富氧状态，即锅炉内氧气的供应量要略大于燃料对氧气的需求量，这样可以保证燃料的充分燃烧，避免资源的浪费。而锅炉内氧气是否充足的依据是尾部烟道（一般在省煤器入口取样）烟气中的含氧量，烟气中含氧就表明锅炉供氧是充足的。但是，锅炉中的供氧量不宜过高，否则容易出现尾部烟道的二次燃烧。送风控制就是根据锅炉对氧气的需求为基础，以烟气氧量为控制目标，生成相应的风量指令，见图15指令，见图15。1踊*图15送风控制SAMA图送风控制策略比较复杂，烟气含氧量的控制目标要由风量调整来实现。首先，由一级压力换算得出锅炉燃料燃烧需要的氧气供应量与操作员输入的富氧水平相加，然后与烟气实际16含氧量比较得出差值，经过PI运算得出需要增加或减少的氧量指令。氧量指令还要经过能量需求BD、锅炉实际输入能量HR和一级压力P1综合计算值的修正，修正后得出锅炉对送风量的需求。送风量需求值与实际风量比较，得出差值，差值一级PID运算后得出需要增加或减少的送风量，一级PID得出的送风量再经过实际送风量指令的修正得出最后的风量指令。最后的送风量指令送到送风机或送风机挡板，通过送风机转速或挡板开度达到调整送风量的目的，而送风量的调整同时会完成锅炉烟气含氧量的调整。1.3.4一级减温控制锅炉过热蒸汽减温器是控制过热汽温度的重要装置，过热蒸汽一级减温器在控制过热汽温度过高的同时，也保护过热器管道不被烧毁。一级减温控制采用串级控制方式，以二级减温器前汽温为调节目标，通过控制一级减温器后温度实现，见图16。首先，二级减温器前实测汽温与二级减温器前汽温设定值比较，差值运算后得出一级减温器后汽温目标值。一级减温器后气温目标值与实测值比较，差值经过PID运算得出一级减温水调节阀应该增加或减小的开度。开度变化指令送到减温水调节阀，通过减温水调节阀开度的变化，增加或减少减温水投入量，达到调控温度的目的。图16—级减温控制SAMA图171.3.5二级减温控制二级减温控制是锅炉二级减温水调节阀控制策略，二级减温控制以主汽温度作为调控目标，通过调节二级减温器后汽温实现调控目标，见图17。二级减温控制的主要作用在于维持主汽温度的稳定。饱和蒸汽要经过多段过热器继续加热，生成高温高压且温度稳定过热汽去推动汽轮机工作。而且每一种锅炉与汽轮机组都有一个规定的运行温度。锅炉出口过热蒸汽温度是整个锅炉蒸汽通道中温度最高的地方，过热器材料虽然是耐高温、高压的合成材料，但在锅炉正常运行时过热器温度已接近材料容许的极限温度，为了设备的安全，必须严格控制过热器的温度。若过热蒸汽温度过高，会使过热器、汽轮机高压缸等设备过热变形而造成损坏，温度过低则会降低机组热效率，因此要求控制出口温度稳定可靠。减温控制的控制滞后与传输滞后都很大，要达到高精度高灵敏度的温度控制是很困难的。为此采用分段调节，其中最常见的是两段调节。这样，每段中的对象容积滞后与传输滞后时间均可减少一半。图17二级减温控制SAMA图一级减温控制前面已经有所阐述，二级减温同样采用串级控制的方式实现温度调控。首先，过热器出口温度实测值与操作员设定值比较，差值经过一级PID处理得出二级减温器后目标值。二级减温器后汽温目标值再与实测温度比较，差值经过二级PID处理得出二级18减温水调节阀需要增加或减小的开度。开度指令送到减温水调节阀，调节阀动作，增加或减少减温水投入量，汽温随之发生相应的变化，控制目的达成。1.3.6煤层二次风控制在锅炉燃烧过程中，二次风挡板的调节起重要作用。二次风挡板包括周界风挡板、二次风挡板、顶部燃尽风挡板和油枪层风门挡板。运行时二次风挡板的调整可使燃烧器保持适当的一、二次风配比，同时保持合适的一、二次风出口速度和风量，使风粉混合均匀，保证燃料正常着火与燃烧。煤质发生变化的二次风挡板在高负荷时应采用均等配风；低负荷时采用倒宝塔配风。可以通过细微调整部分二次风挡板来调节汽温、排烟温度。各二次风门可通过改变各自的偏置值来进行调整。下面就煤层二次风控制来说明二次风控制策略，见图18。1号二抚用门□号'二挟凤门图18煤二次风门控制SAMA图煤层二次风控制的作用是保持风、煤配比适度，使进入锅炉的煤粉充分燃烧。一般的锅炉在实际运行中对二次风的控制并不精细，通常选择小开度或者全开。二次风挡板随给粉量作相应调整在实际运行中并不经常使用，这就造成了二次风控制的粗糙性。本文的控制策略很好解决了二次风挡板粗糙控制的问题。首先，在只有煤粉燃料的情况下，二次风挡板选择煤粉对应挡板开度指令，指令送达二次风门电机，风门动作，二次风量调整完成；在只有燃油供应锅炉热量的情况下，二次风挡板开度指令切换到燃油供应热量状态，同样开度指令送达二次风门电机，完成风量调整；在煤粉投运，同时附近燃油也在供应的情况下，改由负荷指令换算二次风门开度指令，指令送达风门电机，完成调整。

1.3.7一次风压力控制在大型机组的风系统中，一次风是提供给制粉系统的制粉动力。一次风分为冷一次风和热一次风，冷一次风从一次风机出口直接送到磨煤机，而热一次风经过空气预热器后送到磨煤机。热一次风用于保证煤粉进入锅炉时即有一定的温度，提高能量利用率和制粉效率，冷一次风用于调节热一次风温，以保证磨煤机出口温度保持合适的水平。图19热一次风压控制SAMA图一次风在制粉过程中的作用主要是干燥原煤、粗粉与细粉分离、输送煤粉进入炉膛。首先，冷一次风和热一次风在磨煤机一次风入口汇合，混合成温度适中的一次温风。然后，一次风温风分成两路，一路称为旁路风，一路称为容量风。旁路风进入磨煤机燃料混合箱，干燥原煤斗来煤，然后进入磨煤机。容量风直接从磨煤机底部进入磨煤机，吹起磨煤机研磨而成的煤粉。旁路风和容量风在磨煤机内汇合，携带煤粉沿着送粉管道离开磨煤机，中间经过粗细粉分离器分离粗粉和细粉，细粉直接由一次风送入炉膛，粗粉则经回粉管回到磨煤机继续研磨。在制粉过程中，一次风的压力对保证足够的制粉动力有着重要作用。热一次风压力的控制就是保证制粉系统有充足制粉动力的控制策略，见图19。首