（热能工程专业论文）大机组dcs中燃烧系统控制规律的综合研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 大机组d c s 中燃烧系统控制规律的综合研究 摘要 随着电网调度实时控制系统的控制策略不断完善，电力市场实 行竞价上网，以及电网对投入自动发电控制( a g c ) 机组实行奖励制 度，使得投入a g c 的机组正在逐步增加。作为发电企业如何进一步加 快机组响应速度，完善调节品质，增力n a g c 的投入率变得越来越重要。 机组实现a g c 的关键是通过大幅度提高燃烧控制系统的品质， 以满足中调调度对负荷跟踪快速性和稳定性的要求。在机组运行过程 中，锅炉和汽机的动态特性差别很大，锅炉是热惯性较大的调节对象， 相对汽机而言，它的调节过程是相当迟缓；在燃烧控制系统中，送风、 引风等控制系统都是惯性、迟延小的调节系统，而锅炉主蒸汽压力调 节系统的惯性延迟较大，惰性较强，是实现机组负荷快速跟踪的瓶颈； 在实际生产过程中，投入a g c 运行方式就是要满足中调调度的负荷 变化率要求，这就使机组协调控制系统不仅对负荷响应要快，而且同 时还要满足主蒸汽压力控制的要求。 本文通过调研山西省内主要热力发电厂，首先分析得出机组负荷 控制系统和燃烧控制系统的共性规律；其次在调研大同第二发电厂 2 0 0 m w 机组的h i a c s 一5 0 0 0 m 系统、河津发电厂3 5 0 m w 机组的 d i a s y s u p v 系统、阳城国际发电公司3 5 0 m w 机组的t e l e p e r m x p 系统、西山煤电集团古交电厂3 0 0 m w 机组的o v a t i o n 系统中， 太原理工大学硕士研究生学位论文 分析了各系统的负荷控制系统和燃烧控制系统逻辑图，总结出各机组 的负荷控制系统和燃烧控制系统的主要内容，并比较了在负荷控制系 统和燃烧控制系统上的相同和不同点；文章最后部分进行了总结和建 议，得出机组负荷控制系统和燃烧控制系统( 包括主蒸汽压力控制， 燃料量控制、风量控制、炉膛负压控制) 在实际运行和调试过程中存 在的问题，以及各系统的优点；并为机组在今后运行过程中提出一些 技术改造建议。 总之，本文试图通过分析各控制系统的逻辑结构，得到了各系统 设计意图，力求为各厂在机组负荷控制系统和燃烧控制系统方面的改 造提供一些参考，使得机组在燃烧调节方面能够更加稳定，为机组长 期稳定、经济运行提供一些借鉴。 关键词：自动发电控制，负荷控制，燃烧系统，瓶颈 太原理工大学硕士研究生学位论文 r e s e a r c ho nt h ec o n t r o lr u l e o fc o m b u s t i o ns y s t e m i nt n ed c so ft h el a r g eu n i t a b s t r a c t w i t ht h et a c t i c si m p r o v e m e n to fe l e c t r i cn e t w o r kd i s p a t c hr e a lt i m e c o n t r o ls y s t e m ，t h ei m p l e m e n to ft h eo p e ne l e c t r i cp o w e rm a r k e ta n dt h e c o n t e s tp r i c e ，t h ea w a r di n s t i t u t i o no ft h ee l e c t r i cn e t w o r ki nu s i n ga g c u n i t ，t h e r ei sa ni n c r e a s ei nu s i n ga g cu n i t a sa l le l e c t r i c i t ye n t e r p r i s e ， h o wt oa c c e l e r a t et h es p e e do fr e s p o n s ea n di m p r o v et h eq u a l i t yo f r e g u l m i o n b e c o m e sm o r ea n dm o r e i m p o r t a n t t oi n c r e a s ea g c i n v e s t m e n tr a t e t h ek e yi nr e a l i z i n ga u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l ( a g c ) i st o i m p r o v et h ec o m b u s t i o ns y s t e m i cq u a l i t yw h i c h c a nm e e tt h en e e d so f t h e h i g h s p e e d a n d s t a b i l i t y i nl o a dt r a n s f o r m a t i o n t h ed y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c si nb o i l e ra n dt u r b i n ea r eq u i t ed i f f e r e n ti nt h ep r o c e s so f u n i t s t h eb o i l e ri st h et h e r m a li n e r t i am a j o rc o n t r o l l e dm e m b e r c o m p a r e d w i t ht h e t u r b i n e ，t h ep r o c e s s o f a d j u s t m e n t i sm o r e d i l a t o f i n e s s ；i nt h ec o m b u s t i o ns y s t e m ，f e e d i n ga i ra n di n d u c e da i ri s s m a l li n e r t i aa n dl a gs m a l lg o v e r n i n gs y s t e m h o w e v e r ，m a i ns t e a m p r e s s u r er e g u l a t i o ns y s t e mo f b o i l e ri sm o r ei n e r t i aa n dm o r el i n g e r i n g i t i st h el i m i t a t i o ni nr e a l i z i n gt h eu n i tl o a da d j u s t m e n t i nt h er e a lo p e r a t i o n ， i 工i 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h er e q u i r e m e n to ft h el o a dt r a n s f o r m a t i o nr a t em u s tb ef u l f i l l e d ，s oi t d e m a n d st h a tt h ec o o r d i n a t e dc o n t r o ls y s t e mc h a n g e sq u i c k l yi nt h el o a d r e s p o n s e f u r t h e r m o r et h er e q u i r e m e n to fm a i ns t e a mp r e s s u r em u s tb e f u l f i l l e d a f t e ri n v e s t i n gt h em o s t l yn e wb u i l dp o w e rp l a n t so fs h a nx i p r o v i n c e ，t h i sp a p e rf i r s t l yd e s c r i b e st h ec o m m o nr u l eo ft h ec o m b u s t i o n c o n t r o ls y s t e m t h e r ea l el o a dc o n t r o ls y s t e ma n dc o m b u s t i o nc o n t r o l s y s t e m t h i sp a p e rs e c o n d l ya n a l y z e sh i a c s 一5 0 0 0 ms y s t e mo f2 0 0m w u n i to fd at o n gs e c o n dp o w e rp l a n t d i a s y s - u p vs y s t e mo f3 5 0 m wu n i to fh ej i np o w e rp l a n t t e l e p e r m - - x ps y s t e mo f3 5 0m w u n i to fy a n gc h e n g p o w e rp l a n t o v a t i o ns y s t e mo f3 0 0m w u n i t o fg uj i a op o w e rp l a n t a f t e ra n a l y z i n gs y s t e ml o g i c a lf i g u r eo ft h e s e p o w e rp l a n t s ，t h ec o n t e n t so fl o a dc o n t r o ls y s t e ma n dc o m b u s t i o nc o n t r o l s y s t e ma l ec o n c l u d e d ，a n dt h ed i f f e r e n c ea n ds a m e n e s so fl o a dc o n t r o l s y s t e ma n dc o m b u s t i o nc o n t r o ls y s t e ma l ec o m p a r e df u l l y a tt h ee n do f t h i sp a p e r ，t h eq u e s t i o n st h a tt h eu n i to p e r a t e sa n dd e b u g si np r e s e n tu n i t l o a dc o n t r o ls y s t e ma n dc o m b u s t i o nc o n t r o ls y s t e ma r ec o n c l u d e d t h i s p a r ta l s oc o n t a i n st h ee x c e l l e n c eo fl o a dc o n t r o ls y s t e ma n dc o m b u s t i o n c o n t r o ls y s t e m ，a n dt h e i rd i f f e r e n tf e a t u r e si ne v e r ys y s t e m i n c l u d i n g m a i ns t e a mp r e s s u r ec o n t r o l ，f u e lq u a n t i t yc o n t r o l ，f e e d i n ga i ra d j u s t m e n t c o n t r o la n df u m a c ep r e s s u r ec o n t r 0 1 s o m e s u g g e s t i o n so ft e c h n i c a l i m p r o v e m e n t sa r ep u tf o r w a r d f o rt h eo p e r a t i o ni nf u t u r e i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 i nas h o r t a f t e ra n a l y z i n gt h el o g i c a ls t r u c t u r eo fe a c hc o n t r o l s y s t e m s ，t h et h o u 曲to fd e s i g na n dt h ec h a r a c t e r i s t i c a r eg o tf u l l y k n o w n ，s o m es u g g e s t i o n si nl o a dc o n t r o ls y s t e ma n dc o m b u s t i o nc o n t r o l s y s t e mf o re v e r yp o w e rp l a n ta r ep u tf o r w a r d i nd o i n gs 0 ，t h es t a b i l i t y i n c o m b u s t i o na d j u s t m e n ti ss t r e n g t h e n e d i nt h el o n gp r o c e s so ft h eu n i t ，i t c a nb em o r es t a b l ea n de c o n o m i c a l k e y w o r d s ：a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l ，l o a dc o n t r o l ，c o m b u s t i o n s y s t e m ，l i m i t a t i o n v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下。 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：型l 童垒日期： 妒7 了2 厂 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o 签名：望 童垒日期： 导师签名：檀吏尿 导师签名：! j ：望釜丛 卿5 - 移 太原理工大学硕士研究生学位论文 绪论 0 1 山西省内机组a g c 的投运状况 自动发电控f n ( a g c ) 是电力系统负荷频率控制的重要手段，它的作用是使发 电机组自动跟踪负荷变化，响应负荷或发电的随机变化，维持系统频率为规定值； 在区域内分配系统发电功率，维持区域间交换功率为计划值；监视、调整备用容 量，使其满足安全要求。 a g c 机组的出力是随电网负荷波动的，具有随机性，参与a g c 艮务机组将 调整出力以跟踪电网负荷变化，保证负荷平衡，控制系统频率，满足中调调度对 其负荷跟踪快速性和稳定性的要求。 近年来在我省的火电机组中，已广泛采用分散控制系统( d c s ) ，但运行的 各机组并没有完全实现a c - c ，其中主要原因是不能满足中调调度对负荷跟踪快速 性和稳定性的要求。 0 。2 课题研究选择的意义和目的 火力发电机组在我国电力生产中承担着主要任务，火电厂的安全、稳定和高 效运行是电力生产中需要研究解决的重要课题。其中电网安全依靠维持系统频率 为规定值，a g c 是电力系统负荷频率控制的重要手段，而机组实现a g c 的关键 是通过大幅度提高燃烧控制系统的品质。 现代的火力发电机组越来越向着大容量、高参数发展，单机功率的增大和蒸 汽初始参数的提高，必然导致汽机、锅炉的自动调节及控制系统进一步复杂化， 要求系统具有更高的可靠性和自动化水平，这样就使得热工自动控制在大型火电 机组中的地位也越来越显得重要，成为大机组安全、稳定和经济运行的可靠保证。 然而由于大型火电机组生产过程的复杂性，以及对安全可靠性的独特要求和d c s 自身的相对封闭性，使得先进控制技术在电厂控制中的实际应用仍是不普遍的， 进展也比较缓慢。 目前我国引进或自行研制的各种d c s 产品中，一些重要的热工自动控制系 太原理工大学硕士研究生学位论文 统，如燃烧控制、汽温控制、机炉协调控制( c c s ) 、机组远程调度控制等，在 许多情况下仍无法做到长期、稳定地投入正常运行。这样，先进的d c s 硬件设 备在热工控制中没能充分发挥其潜能，也使d c s 的性能投资比大为降低。因 此，由先进的智能化控制策略取代传统的常规控制己成为火电厂d c s 发展的必 然趋势。 本题采用调研省内主要电厂的火电机组，紧密结合电厂控制的实际应用情 况，从燃烧系统控制的角度出发，研究机组在运行过程中燃烧系统的控制规律， 为运行中的机组实现a g c ，进行部分探索工作。 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章机组负荷与燃烧系统控制回路的规律 我省电厂机组的分散控制系统主要集中在1 ：1 本、美国、欧洲产品，本人从 2 0 0 6 年5 月至2 0 0 7 年3 月问，先后调研了大同二电厂、河津电厂、吉交电厂、 阳城电厂的d c s 产品，在此调研过程中，分别了解了现场一次设备，并和现场 热工人员进行了交流和探讨，详细分析了负荷控制系统和燃烧控制系统的逻辑控 制图，总结了大机组燃烧控制系统的控制规律。 单元机组在运行过程中，锅炉与汽机的生产过程各有其特点，他们的动态特 性有很大的差别，锅炉是热惯性较大的调节对象，即从燃烧率改变到汽压( 蒸汽量) 变化有较大的滞后和时间常数，汽机相对而言，它的调节过程是相当的快；锅炉 在适应负荷调节的同时，也要保证主蒸汽温度、压力、给水流量、炉膛负压等参 数满足要求；汽轮机在适应负荷要求的同时，也有它自身的一些参数值需要满足 要求：从中可以得到，在单元机组内部存在两个相对独立的对象，它们之间既有相 互独立的一面，但也有相互关联的地方。因此机炉采取协调控制方式。 机组协调控制系统由机组负荷产生指令回路、锅炉主控制器、汽轮机主控制 器三部分组成；协调控制锅炉及其辅机与汽轮机的运行，以快速、准确、稳定地 响应a g c 或电厂运行人员的负荷指令，进行有效的生产；同时系统还具备辅机故 障或设备异常等运行限制条件，以高度适应的方式，使负荷性能达到最佳状态，满 足连续、稳定、安全的要求；各个子系统功能如下： 1 1机组负荷控制系统 单元机组负荷控制的任务有三项：( 1 ) 保证机组输出功率迅速满足电网的要 求；( 2 ) 迅速协调锅炉、汽轮机之间的能量供求平衡关系，使输入机组的热量尽 快与机组的输出功率相适应；( 3 ) 在各种运行工况下，均能保证机组安全运行。 1 1 1 机组负荷指令回路 机组负荷指令处理回路根据机组运行状态选择各种负荷指令，并且将其转化 为机组可以接受的形式。 1 1 1 1 负荷指令的产生 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 当自动时，以自动调度指令( a d s ) 方式请求信号作用与r s 触发器，使其 输出置位，此时负荷控制站投入自动方式，则向电网负荷调度中心发送信号，由 电力管理系统( e m s ) 发出的光电信号，通过光纤传输线路到达远方转换单元 ( r 1 u ) ，并转换为4 2 0 m a 电流信号，接入d c s 系统的接口，生成需要的a d s 。 当机组在自动设定方式时，发生a d s 测量信号故障，使发电机组负荷强迫 为手动设定方式；由运行人员干预使负荷控制站切为手动设定方式；此时负荷控 制站输出首先被保持在切手动之前的数值上，然后随着运行人员的手动增减操 作指令而变化。 当发生炉膛无火焰或锅炉主控在手动方式、汽机主控在手动方式时，或机组 发生r b ( r u nb a c k ) ，负荷控制站工作在跟随方式；此时负荷控制站的输出 跟随机组实际功率变化。 1 1 1 2 调频控制 当操作员选择“转速控制方式”时，控制汽轮机转速以维持系统的频率。这 时机组负荷指令自动跟踪汽机实发功率以避免出现扰动，在调频瞬间过去后，系 统返回a g c 控制时无扰动 1 1 1 3 高低值限幅 高低值负荷限制器可调，当机组负荷指令经过高限或低限时，被阻止进一步 增加或减少，并报警当经过限幅处理后的负荷指令设定信号，将继续通过速率限 制回路。 1 1 1 4 负荷指令的变化速率 为了避免负荷指令信号的突变给机组运行带来的冲击，机组负荷指令处理回 路利用速率限制功能，将阶跃变化的负荷指令信号转变为以给定速率变化的斜坡 信号。而且在不同工况下，可以手动设定不同的速率变化值。 正常工作时，机组负荷指令受最大变化率的控制，上限值通过操作员调整， 通常预设定值如下：( 1 ) 正常负荷变化率，变压运行时为2 5 0 d m i n ，定压运行时 为3 m i n ；( 2 ) 最大负荷变化率，变压运行时为3 m i n ，定压运行时为5 m i n ； 当机组负荷指令已受到升、降速率限制时，有相应的确保安全措施并报警。 1 1 1 5 辅机故障减负荷( r b ) 当两台送风机中突然有一台跳闸，仅一台维持运行时；当两台引风机中突然 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 有一台跳闸，仅一台维持运行时；当两台一次风机中突然有一台跳闸，仅一台维 持运行时；当两台汽泵中突然有一台跳闸，仅一台维持运行时；当两台凝结水泵 中突然有一台跳闸，仅一台维持运行时；当三台磨煤机中突然有一台跳闸，仅一 台维持运行时；还有其它可能辅机运行，出现以上情况；而此时机组负荷指令又 大于单引风机所能承受的负荷时，发生r b 。当r b 产生时，机组可能将机炉协 调控制方式转换到机跟炉方式，同时切除若干锅炉燃烧器；也可能继续保持协调 控制方式。 1 1 1 6 设备能力对机组负荷指令的限制 在下列情况下闭锁增加负荷：( 1 ) 汽轮机调门位置最大；( 2 ) 杌组指令比实 发功率大一定值；( 3 ) 机前压力比设定值低一定值；( 4 ) 炉膛压力比设定值低一 定值；( 5 ) 炉膛压力比设定值高一定值；( 6 ) 机组指令被上限幅。 在下列情况下闭锁减少负荷：( 1 ) 机前压力比设定值高一定值；( 2 ) 实发功 率比机组指令高一定值；( 3 ) 给水流量比设定值高一定值：( 4 ) 炉膛压力比设定 值低一定值：( 5 ) 炉膛压力比设定值高一定值；( 6 ) 机组负荷指令被低限幅；( 7 ) 汽机调门开度在最低点。 1 1 2 锅炉主控 协调方式下，此时炉主控投入自动，根据机组采用制粉系统的特点，在协调 控制方案的选择上可以采用以炉跟机为基础的协调控制，即锅炉主控调节主汽压 力，汽机主控控制功率( 发电机负荷) ；在炉主控回路中，主汽压力给定值由主 汽压设定逻辑根据负荷指令信号自动计算获得，锅炉的输入指令为炉主控指令， 在此方式下燃料控制，风量、氧量控制均处于自动方式；同时为了补偿汽包锅炉 出力调整时的较大的滞后，在炉主控指令生成回路上叠加了负荷指令信号作为前 馈，实现提前调整锅炉出力，以保证锅炉的输入能量与能量需求基本一致。 锅炉跟踪方式下，在炉主控回路中，主汽压力给定值由运行人员手动进行设 定，在此方式下燃料控制，风量、氧量控制均处于自动方式；同时为了补偿汽包 锅炉出力调整时的较大的滞后，在炉主控指令生成回路上叠加了负荷指令信号作 为前馈，实现提前调整锅炉出力；汽机主控在手动，具体负荷在操作员站上通过 c r t 设定。然后进入数字电液调节系统( d e h ) ，此时负荷指令跟踪实际负荷。 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 3 汽机主控 在协调方式下，机主控投入自动，汽机主控制器根据功率偏差进行p i d 控制 运算，输出汽轮机调节汽仃开度指令信号；改变汽轮机调节阀门开度，调整机组 出力；在机主控回路中，同时为避免负荷调整在整个过程中汽压发生较大的波动， 在汽机主控回路中叠加了汽压偏差信号。防止汽机进汽量变化太快，引起机前压 力大幅度波动。 汽机跟踪方式下，锅炉主控在手动，汽机主控在自动，该运行方式下，汽机 主控用来控制机前压力，通过改变汽轮机调节汽门的开度，稳定机前压力。用机 前压力偏差的比例积分作用实现，锅炉负荷指令作为前馈的调节信号，此时机组 指令跟踪实发功率。 1 2 燃烧控制系统回路 1 2 1 机前压力的调节 汽压本身也是一种能量，这种能量的获得通过锅炉燃料的燃烧，而它的释放 是通过汽轮机的对外做功，汽压的维持正是通过锅炉的不断燃烧释放能量，汽轮 机连续的对外做功实现的，只能通过调节锅炉侧的燃料量，使得锅炉燃烧释放能 量和汽轮机对外做功的能量动态平衡，而且还要使得这个动态平衡必须维持一定 的汽压值；从而整个调节系统就是调节能量平衡的一个调节系统。 1 2 1 1 机前压力设定值的确定 在基本方式下，跟踪实测机前压力；机前压力设定值由操作员在操作员站 上用模拟量设定器给定，当操作员选择变压运行方式时，通过模拟量给定器跟踪 负荷指令对应f 。x ，函数，函数关系由厂家提供的汽机热力系统平衡图的变化率 限制，从模拟量给定器送出的信号经高低限幅和限速后作为最终的机前压力设定 值；在协调控制方式时，机前压力由负荷指令信号经过函数环节，得到给定的压 力值。 1 2 1 2 主汽压力测量回路 主汽压力的测量采用三个测点，测点分别为由c c s 机柜d c 2 4 v 供电，输出 直流4 2 0 m a 信号，对应主汽压力0 2 5 m p ，运行人员可以选择其中一点作 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 为测量值，也可选择三者的中值作为测量值。 1 2 1 3 主汽压力的调整。 定压滑压的切换，定压滑压主汽压力设定方式的条件：( 1 ) m f t 未发生 时，运行人员可以从c r t 上切换定滑压运行方式，( 2 ) 一般情况下，锅炉复位 后，机组为滑压方式。( 3 ) 当机组负荷达到一定值时，机组自动切换为定压运行。 ( 4 ) 当机组负荷低至一定值时，机组自动切换为定压运行。( 5 ) 当机组负荷 在某一负荷段时，机组自动切换为滑压运行。 在锅炉跟踪方式或协调方式下运行时，锅炉主控进行调压。在汽机跟踪方 式时，差压值a p 经过负荷的修正后，进入汽机主控进行调压。 1 2 2 燃烧系统的调节 在锅炉侧最主要的子控制系统就是燃烧控制系统，单元机组的能量输入是靠 燃料的及时提供和在锅炉炉膛内的良好燃烧来保证的。 燃烧控制系统的任务是：( 1 ) 保证锅炉能够提供给汽轮机合格的蒸汽，即要求 蒸汽的初参数汽温、主汽压达到规定的蒸汽品质；( 2 ) 保证炉膛中燃料的经济燃 烧。保持炉膛出口合理的过量空气系数；( 3 ) 维持炉膛负压，保持锅炉的平衡通风； 整台锅炉的三项基本调节任务是彼此相关、不可分开的，但三者之间又有相对的 独立性，可以用三个子系统来完成各自的调节任务。 燃料调节系统的调节变量是燃料量，相对应的被调量是锅炉出口汽压或机前 压力；送风调节系统的调节变量是送风量，相对应的被调量为炉内过量空气系数； 引风调节系统的调节变量为引风量，相对应的被调量为炉膛压力，在实际过程中 三者的协调配合是相当重要的。其中燃烧控制系统主要包括：( 1 ) 燃料控制系统； ( 2 ) 二次风量控制系统；( 3 ) 炉膛负压控制系统；( 4 ) 磨煤机煤位控制系统； ( 5 ) 磨煤机一次风量和出1 ：3 温度控制系统；( 6 ) 一次风压控制系统( 7 ) 辅助风 挡板控制系统；( 8 ) 燃油压力流量控制系统。本文仅对于直吹式的制粉系统， 分析了燃料控制系统，送风控制系统，炉膛负压控制系统，其调节过程如下： 1 2 2 1 燃料量的调节 将制粉系统与燃烧系统紧密地联系在一起，作为一个整体来考虑，负荷变化 时，首先调节进入磨煤机的一次风量，以利用磨煤机中的蓄粉快速改变热负荷， 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 提高负荷响应的速度。 要想很好的输送煤粉，必须保持一次风的速度，但考虑到使燃烧器出口具有 满意的火焰形态和比较稳定的炉膛火焰中心位置，还需限制一次风压的调节范 围。采用了两种控制手段相结合的控制方式；通过改变一次风挡板开度控制进入 磨煤机的一次风量，通过改变一次风机入口导叶的开度控制一次风压大小。 在运行过程中，应始终保持磨煤机的煤位恒定。为了随时适应负荷的变化， 磨煤机中必须有一定的煤粉储备量，通过控制给煤机转速；来调节进入磨煤机的 原煤量以保证磨中的煤位一定；在磨煤机运行工况变化时，燃烧控制系统应视各 磨煤机的具体情况发出不同的负荷指令； 燃油控制系统也作为燃料量控制系统的一个重要组成部分。 1 2 2 2 送风量的调节 送风量根据入炉燃料量的多少来进行调节，通过调整送风机( 轴流风机) 的 可调动叶来实现，送风量的控制是锅炉燃烧控制系统的重要组成部分，对保证炉 内燃烧过程安全，稳定，经济地运行有决定性的作用。送风量控制回路仍由给定 回路，测量回路，控制计算及输出等几部分组成。 在燃料量改变后，要配有合理的风量，才能保持燃烧过程的经济性；送入炉 膛的风量为一次风和二次风的总和，一次风的大小由制粉系统和燃料量控制系统 确定，所以燃烧过程的经济性只有靠控制二次风量的大小来完成，采用氧量信号 校正总燃料量值得到准确的风量指令信号的方法，通过调整两台送风机入口动叶 的开度，达到控制二次风量的目的，保证锅炉烟气中的含氧量为最佳值。 1 2 2 3 炉膛负压控制 炉膛负压控制是锅炉燃烧控制系统的一个重要组成部分，维持正常的炉膛负 压，对燃烧过程的顺利进行有着重要的意义，同时平衡通风微负压燃烧的锅炉又 要求在某些异常情况下能保护炉膛不受损坏，这就要求负压控制回路还要有保护 的功能。炉膛负压控制包括控制回路的给定值，实际值测量，控制量的计算和输 出。 引风量的控制是为了保证运行中炉膛负压为设定值，该机组通过调整两台引 风机入口动叶的角度改变烟气量来维持炉膛负压稳定。为了在变负荷过程中，避 免炉膛压力的大幅度波动，引入了送风量的微分作为前馈信号。 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章日本d c s 产品中燃烧控制系统的逻辑分析 2 1h i a c s 5 0 0 0 m 燃烧系统的控制规律 2 1 1h i a c s 5 0 0 0 m 系统概述 大同第二发电厂2 0 0 m w 机组采用了日本日立公司的h i a c s 5 0 0 0 m 系统， 本人于2 0 0 6 年9 月初到2 0 0 6 年1 0 月中旬对该厂进行调研，该厂的逻辑控制图 经过汉化。现对该厂的调研分析如下： 2 1 1 1h i a c s 5 0 0 0 m 系统介绍 h i a c s 5 0 0 0 m 系统是日立公司总结几十年的发电机组控制系统设计、生产 和应用经验而开发的具有国际先进水平的数字式分散型控制系统，该系统可完成 大型锅炉的数据采集系统( d a s ) 、模拟调节控制系统( m c s ) 、燃烧器管理系统 ( b m s ) 、顺序控制系统( s c s ) 、汽轮机数字电液控制系统( d e l l ) 等等，通过 数字通讯网络连成一体化，实现了各子系统之间的协调与通讯。 2 1 1 2h i a c s 5 0 0 0 m 系统的主要特点 h i a c s 5 0 0 0 m 系统主要特点为：( 1 ) 自治分散控制系统；( 2 ) 系统结构配 置灵活，扩展能力强；( 3 ) 采取冗余设计，支持多种双重化选择；( 4 ) 强大的数 据传输功能；( 5 ) 分散的供电方式；( 6 ) 完善的故障监视手段；( 7 ) 维护、使用 方便；( 8 ) 具有g p s 对时系统；( 9 ) 远程通讯功能。系统总体结构图2 - 1 所示： 以太罔 图2 1 网络拓扑 f i z 2 1t o p o l o g y o f n e t 、z 【，o r k 9 太原理工大学硕十研究生学位论文 英文缩写说明：e w s ( e n g i n e e rw o r ks t a t i o n ) 工程师站，p o c ( p r o c e s s o p e r a t o rc o n s o l e ) 操作员站，h d s ( h i s t o r i c a ld a t as t a t i o n ) 历史数据站， m i s ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 管理信息系统 2 1 1 3r 6 0 0 c 控制器介绍 r 6 0 0 c 控制器是专门设计的、快速、高可靠性控制器；r 6 0 0 c 控制器的功能 为：( 1 ) 将各种现象发生的过程量进行数字化。( 2 ) 将控制器采集到的实时数据 通过网络送到操作员站，工程师站以及其他现场i o 控制站，以便实现全系统范 围内的监视和控制。( 3 ) 实现功能组自动控制，完成回路控制策略运算、执行闭 环控制和顺序控制等。 2 1 ，1 4 操作员站功能介绍 操作员站主要功能就是为系统的运行人员提供人机界面，使操作员可以通过 操作员站及时了解现场运行状态，各种运行参数的当前值，是否有异常情况发生 等，并可通过输出设备对工艺过程进行控制调节。 2 1 1 5 历史站功能介绍 历史站完成历史数据的定义、收集、存储、显示、查询和导出各项功能，最 终将历史数据存储在硬盘上，并能方便地转储到其他存储介质。历史站软件提供 了友好的人机界面和丰富的显示功能，满足电厂发生事故时的调查分析以及机组 运行状况的记录。 2 1 1 6 工程师站的功能介绍 对r 6 0 0 c 控制器进行控制策略应用软件的离线组态，包括控制周期设定、控 制回路组态等，组态完成后下装到r 6 0 0 c 控制器中，最终生成r 6 0 0 c 控制器所 需的实时运行程序。从工程师站实现在线监视、参数整定和趋势显示等。完成 d c s 系统的维护功能。如控制器程序的加载、备份、比较、修改控制参数及程序。 2 1 1 1 网络功能介绍 ! a n e t w o r k - 1 0 0 采用了f d d i 光纤分布式数据接口网络技术，f d d i 是目 前成熟的l a n ( 局域网) 技术中传输速率最高的一种，高达1 0 0 m b p s ，所依据 的标准是a n s i x 3 t 9 5 ，具有定时令牌协议特性，支持多种拓扑结构，传输媒体 为光纤。 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 2 机组负荷控制系统 大同二电厂2 0 0 m w 机组提供了五种运行控制模式( 汽机跟随协调控制，锅 炉跟随协调控制，锅炉跟随，汽机跟随和锅炉手动) ，通过这五种模式来维持机 组j 下常运行。 2 1 ，2 1 目标负荷指令的产生 目标负荷指令的来源可以分为三种：( 一) 自动调度指令( a d s ) ：( 二) 操 作员站上的a u t 模式目标负荷指令；( 三) 跟踪实际负荷指令。如图2 2 所示： a ds 指令 a lr 目标负荷指令 实发功翠 图2 - 2 指令来源 f i g 2 - 2o r i g i no f i n j t m , c t i o n 2 1 2 2 协调控制 在c c 模式下，首先目标负荷经过进入高、低值负荷限制器环节，接着经过 负荷变化率限制器。如图2 3 所示： 目标负荷负 下限 图2 - 3 指令限制 f i g 2 - 3l i m i t a t i o no f i n j u n c t i o n 巴难差 太原理工大学硕士研究生学位论文 此时机、炉主控制器投入自动，由于该机组采用中间仓储式制粉系统，在协 调控制方案的选择上采用了以炉跟机和机跟炉为基础的协调控制；炉跟机即锅炉 主控调节主汽压力，汽机主控控制功率( 发电机负荷) ；机跟炉即锅炉主控调节 功率( 发电机负荷) ，汽机主控控制主汽压力。 机前压力偏差1 实发功率偏差 机前压力偏差2 令 令 图2 - 5 锅炉跟随协调 f i g 2 - 5b o i l e rf o l l o wc o o r d i n a t i o n 炉跟机协调控制方案下，在炉主控回路中，主汽压力给定值可由设定逻辑根 据实际负荷指令信号自动计算获得，在此模式下燃料控制，风量、氧量控制均处 于自动方式；为了补偿汽包锅炉出力调整时的较大的滞后，在炉主控的指令生成 回路上，叠加了实际负荷指令信号作为前馈，实现提前调整锅炉出力。在机主控 回路中，为避免负荷调整中汽压发生较大的波动。在汽机主控回路中叠加汽压偏 差信号，防止汽机进汽量变化太快，引起机前压力大幅度波动，如图2 - 5 所示。 机跟炉协调控制方案下，在炉主控回路中，实发功率偏差进入炉主控，在此 方式下燃料控制，风量、氧量控制均处于自动方式；为了补偿汽包锅炉出力调整 时的较大的滞后，在炉主控制器的指令生成回路上叠加了实际负荷指令，作为前 馈，实现提前调整锅炉出力。在机主控回路中，为避免负荷调整整个过程中汽压 发生较大的波动。在汽机主控制器回路中叠加了实发功率偏差信号，防止汽机进 汽量变化太快，引起机前压力大幅度波动，如图2 - 6 所示。 实发功率偏差 机前压力偏 实发功率偏差 令 图2 - 6 汽机跟随协调 f i g 2 - 6t u r b i n ef o l l o wc o o r d i n a t i o n 1 2 令 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 2 3 锅炉跟踪( b f ) 当汽机主控切回手动，而炉主控投入自动时，系统自动选择锅炉跟踪运行模 式，锅炉转入压力控制方式，压力给定值由运行人员在c r t 上手动给定。 此时实际负荷指令跟踪实际功率信号，同理为了补偿汽包锅炉出力调整时的 较大的滞后，在炉主控指令生成回路上叠加了经过设定压力校正的速度级压力作 为前馈，实现提前调整锅炉出力，锅炉输入指令仍为炉主控指令，如图2 7 所示。 汽机主控手动，具体负荷由运行人员通过操作员站在c r t 上设定。 机前压力设定 测 机前压力偏差1 图2 7 压力偏差 f i g 2 - 7w i n d a g eo f p r e s s u r e 2 1 2 4 汽机跟踪( t f ) 炉主控切回手动，此时机主控可投入自动，则自动选择汽机跟踪模式( t f ) 为机组运行方式。在汽机跟踪模式下，汽机调整机前主蒸汽压力，机组负荷可由 运行人员通过锅炉主控设定来手动改变，但某些特殊工况下，如在l i b 动作后， 若系统未恢复，则不能增加负荷。该模式下，负荷指令仍自动跟踪实际负荷指令， 锅炉输入指令根据机组工况，可以是炉主控设定指令，或者是r b 指令。主汽压 力给定值由手动设定得出，然后进入数字电液调节系统( d e h ) ，如图2 书所示。 速度级压力炉主控前馈 机前压力设定 2 1 2 5 手动( b h ) 小去唧 图2 - 8 压力偏差 f i g 2 - 8w i n d a g eo f p r e s s u r e 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 机、炉主控都为手动方式时，对主汽压及机组负荷都不再进行自动调节。汽 机主控跟踪机前压力信号。此时燃烧控制处于手动，则炉主控跟踪燃料流量信号。 2 1 3 燃烧控制系统 2 1 3 1 蒸汽压力控制 2 1 3 1 1 主汽压力的设定值 主汽压设定值有三个来源：( 1 ) 手动( b h ) 方式时，主汽压力设定器跟踪 实际汽压。( 2 ) c t r 上进行机前压力设定，锅炉跟随( b f ) 时，可手动给定主 汽压设定值；汽机跟踪( t f ) 时，也可手动给定主汽压设定值，如图2 - 9 所示。 图2 - 9 压力设定 f i g 2 - 9p r e s s u r ee n a c t m e n t ( 3 ) 协调( c c ) 时，在定压运行和滑压运行下对应着不同的函数。由实际负荷 指令经过函数运算得出相应主汽压设定值，如图2 1 0 所示。 图2 - 1 0 协调压力设定 f i g 2 - 1 0c o o r d i n a t i o np r e s s u r ee n a c t m e n t 2 1 3 ，1 2 主汽压力测量回路 主汽压力测量回路通过测量机前压力来得出压力测量值。主汽压力的测量采 用两个测点，运行人员可以选择其中一点作为测量值，如图2 一1 1 所示。 图2 一儿主汽压测量 f i g 2 - 11m a i ns t e a mp t x $ 1 1 1 r cm e a s u r e 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 1 3 1 3 主汽压力的调整 定压滑压的切换，定压滑压主汽压力设定方式的条件：( 1 ) m f t 未发生 时，运行人员可以从c r t 上切换定滑压运行方式，( 2 ) 一般情况下，锅炉复位 后，机组为滑压方式。( 3 ) 当机组负荷达到一定时，机组自动切换为定压运行。 ( 4 ) 当机组负荷低至一定时，机组自动切换为定压运行。( 5 ) 当机组负荷在 某一负荷段机组自动切换为滑压运行。 为了适应多种工作状况下对象不同的动态特性，以求获得较好的调节品质， 根据不同负荷选择和各种工作状况选择合适的带先行信号的比例积分环节，以便 能够获得稳定的调节。 2 1 3 1 4 主汽压力的计算输出 ( 1 ) 当以汽机跟随模式和机跟炉协调模式运行时，经过p l 调节器运算结果 直接进入数字电液调节系统( d e h ) 。然后通过调节阀对主蒸汽压力进行调节。 ( 2 ) 当锅炉跟踪模式或炉跟机协调模式时，输出指令直接控制燃料量的调整， 正常运行时应使锅炉主控与实际负荷的偏差在一定范围以内。调整燃煤热值时应 缓慢进行，避免压力波动较大。 ( 3 ) 当发生r b 运行时应按照以下设定逻辑，通过锅炉主控对负荷进