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燃煤发电机组协调控制系统

  • 关键词:燃煤发电机组协调控制系统
  • 作者:华海

一. 燃煤发电厂简介
(一) 分散控制系统(DCS)
由于计算机技术的高速发展,DCS的可靠性、容量和速度等性能有了较大的提高,DCS在电厂过程控制中得到广泛应用。目前新建的大型燃煤发电机组一般都由DCS控制,而且机组的性能比较好,自动程度比较高,有比较好的调峰性能。一些早期投产的大机组,有相当部分已经完成了DCS改造,有些正在和将要进行DCS改造,并且有些机组的DCS改造与锅炉汽机的改造同步进行,这些经过改造后机组,经济性能、调峰能力和自动化水平有了较大的提高。另外,DCS控制的覆盖面越来越大,电厂的锅炉和汽机部分一般全部由DCS控制,有些新建和改造机组把部分电气控制也纳入DCS,集控水平越来越高。
DCS主要由过程控制单元和人机接口设备二大部分,并由冗余的网络连成一体,实现DCS的数据共享。过程控制单元的主要由冗余的控制器、冗余的电源和输入/输出模件组成,并把这些部件组装在机柜内,用于完成数据采集、逻辑控制和过程调节等功能。人机接口设备普遍采用通过的小型机、工作站、PC机,一台大型燃煤发电机组一般由4~6套人机接口,有些电厂还配大屏幕显示器,人机接口设备主要用于完成机组的显示、操作、报表、打印等功能。
燃煤发电厂DCS主要包括MCS(模拟调节系统)、FSSS(炉膛安全保护系统)、SCS(顺序控制系统)、ECS(电气控制系统)、DEH(数字式电液控制系统)、DAS(数据采集系统)等功能。这些功能都由控制软件完成,DCS控制软件广泛采用模块化、图形化设计,控制系统的功能设计、修改和调试方便直观。人机接口主要有以动态模拟图为基础的显示操作、实时和历史趋势、报警、操作记录、定期记录、事故追忆记录、事故顺序(SOE)记录、报警记录等。
发电厂使用的DCS主要有:ABB公司的N-90、INFI-90、SYMPHONY,FOXBORO公司的I/A,EMERSON(原WESTINGHOUSE)公司的WDPF和OVATION,SIEMENS公司的TETEPERM-XP,日立公司的5000M,L&N公司的MAX-1000等。国产主要有新华控制工程有限公司的XDPS,和利时的产品。

(二) 燃煤发电机组的调功装置(HGT-W)
时期电网开展AGC时,曾经使用过调功装置,为电网的AGC作出了一定贡献,目前水电厂和一些较小较老的火电厂仍有使用。它是一种以微型计算机为基础的多功能综合控制装置,主要用来完成水火电厂中发电机的有功成组或单机自动调节,负荷指令可以由当地设置,亦可由远方控制中心(如大区、省或地区中心调度所)控制。
它能接受电压互感器(PT)、电流互感器(CT)的交流输入信号、一般的4~20mA(0~6V)模拟量输入信号、开关量输入信号,输出用于驱动各种对象(调速器)的输出信号。各种控制功能由软件实现,具有参数自校正PID控制算法,使调节过程平稳,且当对象特征发生变化时,能自动监视调节品质,选择最佳参数以达最佳调节器持。除具备自动功率调节功能外,辅助功能有:

1. 可与上位机通讯,完成CRT的显示操作,具备全厂经济负荷计算分配、事故追忆记录及报警等软件;

(1) 系统或发电机频率、电压的采样;

(2) 机组开机并网前自动频率跟踪,加快准备期并网速度;

(3) 机组有功功率自动上、下限,负荷速度限制;

(4) 机组启动后按负荷上升曲线自动升负荷至给定值;

(5) 机组停机按负荷下降曲线自动减负荷至空载;

(6) 机组停机时功率到零发出允许停机的逻辑条件(开关量)信息;

(7) 故障时保护立即动作自动切断执行出口。

二. 燃煤发电厂主要调节系统
对于单元制的燃煤发电机组而言,锅炉侧的燃烧调节系统、给水调节系统是机组协调控制的基础,是直接接受机组协调指令的锅炉侧子系统,与协调控制汽机侧的子系统相配合,共同完成机组的负荷控制及维持主汽压力的稳定。 燃烧调节系统、给水调节系统调节品质的优劣直接影响协调控制系统的水平。

(一) 燃烧调节系统
1. 燃烧调节系统的任务
燃烧调节系统的任务是接受协调控制系统发出的锅炉主控指令,调整锅炉的燃料量、送风量,使锅炉产生的燃烧热能与对锅炉的蒸汽负荷需求相适应,保证锅炉燃烧过程安全经济地进行。 当单元机组采用机跟踪的方式时(即锅炉调负荷,汽机调汽压),锅炉主控对燃烧率的指令代表机组的负荷要求;当单元机组采用炉跟踪的方式时(即汽机调负荷,锅炉调汽压),锅炉主控对燃烧率的指令用于维持主汽压力的稳定。

2. 燃烧过程调节的特点
(1) 锅炉的燃烧过程是电厂一个复杂的调节对象,是典型的多输入多输出的多变量相关的调节对象,主要调节量有燃料量(如煤量、油量)、送风量、吸风量,主要被调量有负荷或汽压、氧量、炉膛负压,彼此间相互有影响。
(2)燃烧自动调节系统的方案与锅炉设备的类型、机组的运行方式、负荷调度方式等有密切的关系,设备和工艺条件不同,控制策略就有区别,比如中储式与直吹式的燃烧调节系统有很大的区别。

3. 典型的燃烧调节系统介绍
当锅炉的设备与工艺流程不同时,燃烧调节系统的最大的区别表现在燃料子回路的区别上。下面介绍两种典型的燃烧调节系统:

(1) 直吹式锅炉的燃烧调节控制
对于直吹式锅炉,磨煤机及制粉设备与锅炉紧密地联系在一起,制粉系统也成为燃烧过程自动调节的不可分割的一个组成部分了。在直吹式锅炉中,改变燃料调节机构(给煤机转速),还需经过磨煤制粉的过程,才能使进入炉膛的煤粉量发生变化,显然在适应负荷变化或消除燃料内扰方面的反映都较慢,易引起锅炉负荷的较大变化。
对于直吹式锅炉的燃烧调节控制,包括以下紧密相关的子回路:燃料主控回路、燃料(煤、油等)子回路、二次风量子回路、炉膛负压子回路、磨煤机一次风量子回路、磨煤机出口风温子回路。
图7-2-1、图7-2-2是典型的直吹式汽包炉的燃烧调节系统的框图,从框图可看出煤量子回路、风量子回路都接收锅炉主控的指令,送风导叶的开度作为吸风子回路的前馈,磨煤机的一次风量随煤量变化,所以说各子回路是密切配合、协调动作的,以使燃烧率适应负荷的变化。

(2) 中间储藏式锅炉的燃烧调节控制
对于中间储藏式的锅炉而言,可以认为制粉系统的运行与锅炉燃烧过程的调节无直接的关系,所以对磨煤机的控制是独立的。 对于中间储藏式锅炉的燃烧调节控制,主要包括以下三个紧密相关的子回路:燃料主控回路、燃料(煤、油等)子回路、二次风量子回路、炉膛负压子回路。 在直吹式锅炉中,一般用给煤机的转速代表进入炉膛的煤粉量,而在中储式锅炉中,由于送粉方式的不同,给粉机的转速信号不能准确代表煤粉量,常用热量信号来代表燃料量。热量信号是指燃料进入炉膛燃烧后,单位时间内产生的热量,表达如下:Q=CkdPb/dt+ D 从形式上看,热量信号是蒸汽流量信号和汽包压力微分信号之和,但从本质上讲,热量信号能较准确地反映锅炉燃烧率(燃料量)。

4. 提高燃烧调节品质的常用策略
(1)当有负荷变化的需求时,在燃烧调节系统中应采用负荷指令前馈作用,以实现燃料量、风量等的快速比例动作,这对于直吹式锅炉尤为重要。
(2) 用煤量信号的微分用做一次风量的前馈信号,使负荷需求变化时一次风量也快速变化,运行实践证明煤量的前馈信号对于消除直吹式中速磨的热惯性从而使负荷的快速响应较有利。

(二) 给水调节系统
1. 给水调节系统的任务
给水调节系统的主要任务是维持机组工质的平衡,保持给水量与锅炉的蒸发量(蒸汽流量)一致。对于直流锅炉和汽包锅炉,由于在汽水系统结构上的差异,对给水控制的要求和手段有很大的不同。汽包锅炉给水调节的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在规定的范围内;而直流锅炉的给水调节的任务是使给水流量与燃烧率相适应,始终保证合适的煤水比,维持汽水温度。

2. 汽包炉的给水调节系统
在汽包锅炉中,汽包是锅炉水汽的分离器和缓冲器,它把锅炉的受热面分成二个区域,区域一中,进入汽包前的省煤器和水冷壁等受热部分的内是水和饱和水;区域二中,流出汽包后的过热器和再热器等受热部分的内是饱和蒸汽和过热蒸汽,汽水分界点固定不变。锅炉的蒸发量决定于区域一中吸热量,而不直接决定于给水流量,汽包水位的稳定代表着给水流量和蒸汽流量间的物质平衡,也就是说给水量的调节保证物质平衡,它可以与锅炉的燃烧调节系统独立开,不直接接受锅炉主控的指令。
由于汽包的存在,汽包锅炉的水位调节可以认为是一个独立的子系统,与协调系统没有直接的关系。汽包水位调节一般采用单冲量水位控制与三冲量水位控制,在机组启停或负荷较低时,由于蒸汽流量信号的准确性较差,常采用单冲量水位控制,当机组大于一定负荷后,一般采用三冲量水位控制。

3. 直流炉的给水调节系统
与汽包锅炉不同,直流锅炉中给水变成过热蒸汽是一次完成的,正常情况下,锅炉的蒸发量(蒸汽流量)与给水量相同,在锅内压力不变的情况下,工质的温度和汽水分界点取决于炉内热负荷和给水量的配比,给水调节和燃烧率调节是密切相关的,为了保证蒸汽的温度,给水量必须与燃料同步变化,在变负荷时,给水调节和燃烧率调节必须随锅炉主控指令而同步动作。对于直流锅炉而言,整台锅炉就是一个作为多变量对象,而不能象汽包锅炉把给水调节与汽温调节独立开来。 保证合适的给水和燃烧率的比例(煤/水比)对直流炉是至关重要的,煤/水比是否合适,直接反映在过热汽温上,因此常用过热蒸汽汽温的偏差来校正给水流量与燃烧率的比例,一般采用能较快反映煤/水比的汽水过渡区出口的微过热汽温(分离器处的温度),一般称这一点温度为“中间点温度”,它作为直流炉给水调节重要的修正信号,在不同负荷(压<

发布时间:2008年2月28日 9:53  人气:  
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