邹县电厂协调控制系统介绍.ppt

华电国际邹县发电厂1000MW机组协调控制系统介绍 刘晓亮2007 9 8 主要内容 一 设备及系统简介二 超临界机组特点三 协调控制系统介绍四 结束语 一 设备及系统简介 1 锅炉侧设备邹县电厂2X1000MW机组锅炉为高效超超临界参数变压直流炉 一次再热 平衡通风 运转层以上露天布置 固态排渣 全钢构架 全悬吊结构 型锅炉 锅炉出口蒸汽参数为26 25MPa a 605 603 对应汽机的入口参数25 0MPa a 600 600 锅炉采用前后墙对冲燃烧 燃烧器采用新型的HT NR3低NOx燃烧器 制粉系统采用正压直吹式 磨煤机为双进双出钢球磨 每台炉配置两台50 容量的动叶可调轴流送风机 两台50 容量的动叶可调轴流一次风机 两台50 容量的静叶可调轴流式吸风机 一 设备及系统简介 2 汽机侧设备超超临界 一次中间再热 四缸四排汽 单轴 双背压 凝汽式 八级回热抽汽机组配置2 50 B MCR调速汽动给水泵和一台30 B MCR容量的电动调速给水泵定一滑一定 滑压运行范围约在30 BMCR 90 THA负荷 方式运行15 BMCR启动旁路 一 设备及系统简介 3 热工设备DCS系统 艾默生Ovation 操作系统WINDOWSXPDEH系统 日立HIACS 5000METS系统 日立专用PLCFSSS系统 包含于DCS系统其它辅助系统 胶球清洗 空预器间隙与热点探测等 二 超 超 临界机组特点 超临界 超超临界机组定义水的临界压力 22 12MPa临界温度 374 15 常规的亚临界机组 16 7MPa 温度为538 538 超临界机组 一般主汽压力24MPa及以上 主汽和再热汽温度540 560 超超临界机组 一般主汽压力28MPa及以上或主汽和再热汽温度580 以上 二 超 超 临界机组特点 2 超 超 临界机组优点1 运行效率高 可靠性好 环保指标先进常规的亚临界机组发电效率为38 左右 常规超临界机组的效率为40 45 左右 超超临界机组的效率可以达到45 以上 甚至达到50 以上 2 可复合滑压或纯滑压运行 调峰性能好3 超 超 临界机组最佳适用条件 大容量 600MW燃料价格较高时 技术经济性能更佳 二 超 超 临界机组特点 部分超 超 临界机组经济性举例 二 超 超 临界机组特点 3 超 超 临界机组特点 1 超超临界直流炉没有汽包环节 给水经加热 蒸发和过热是一次性连续完成的 随着运行工况的不同 蒸发点会自发地在一个或多个加热区段内移动 因此 为了保持锅炉汽水行程中各点的温度及水汽各区段的位置为一规定的范围 要求燃水比 风燃比及减温水等的调节品质相当高 特别是 燃烧速率与给水之间的平衡关系 即通常所说的燃水比 燃烧速率与通风之间的平衡关系 这种平衡关系不仅是稳态下的平衡 而且应保持动态下的平衡 二 超 超 临界机组特点 2 超临界机组采用直流锅炉 因而不象汽包炉那样 由于汽包的存在解除了蒸汽管路与水管路及给水泵间的耦合 直流炉机组从给水泵到汽机 汽水直接关联 使得锅炉各参数间和汽机与锅炉间具有强烈的耦合特性 整个受控对象是一多输入多输出的多变量系统 三 协调控制系统介绍 1 协调控制系统概述 1 协调控制系统的任务负荷适应性机组运行的稳定性协调控制系统既要充分利用锅炉蓄能 满足机组负荷要求 又要动态超调锅炉的能量输入 补偿锅炉蓄能 要求既快又稳 现代大型单元机组是一个多变量控制对象 机 炉两侧的控制动作相互影响 且机 炉的动态特性差异较大 超临界机组中的锅炉都是直流锅炉 作功工质占汽 水循环总工质的比例增大 锅炉惯性相对于汽包炉大大降低 超临界机组工作介质刚性提高 动态过程加快 直流锅炉的蓄能降低 超临界直流炉大型机组的这些特点决定了其协调控制从本质上区别于传统汽包炉 它需要更快速的控制作用 更短的控制周期 以及锅炉给水 汽温 燃烧 通风等之间更强的协同配合 三 协调控制系统介绍 协调控制系统概述 2 汽包炉中 汽包把汽水流程分为加热段 蒸发段和过热段 三段受热面的位置和面积是固定不变的 在给水流量变化时 仅影响汽包水位 不影响蒸汽压力和温度 而燃烧量变化时仅改变蒸汽流量和蒸汽压力 对蒸汽温度影响不大 因此给水 燃烧 蒸汽温度控制系统是可以相对独立的 可以通过控制给水流量 燃烧率 喷水流量分别控制汽包水位 蒸汽流量和蒸汽压力 温度 而直流锅炉没有汽包 直流状态下又没有炉水小循环回路 给水是一次性流过加热段 蒸发段和过热段的 三段受热面没有固定的分界线 当给水流量及燃烧量发生变化时 三段受热面的吸热比率将发生变化 锅炉出口温度以及蒸汽流量和压力都将发生变化 因此给水 气温 燃烧系统是密切相关的 不能独立控制 应该作为整体进行控制 三 协调控制系统概述 3 直流炉启动过程为了保护水冷壁及维持水动力特性的要求 在低负荷时处于湿态运行 当负荷升高后转入干态运行 控制系统要适应锅炉运行方式的要求 保证过程参数的稳定 4 从控制系统输入输出的角度看 通常将协调控制系统作为输入包括给水 燃料 调门开度 输出包括压力 负荷 中间点温度的三输入 三输出系统 参数间有强耦合性 因此各控制子系统相互关联 综合考虑 保证调节过程中能量平衡与物料平衡 三 协调控制系统介绍 2 协调控制系统运行方式 1 协调控制方式 CCS 在协调方式下 锅炉和汽机并行操作 在这种方式下锅炉控制汽机入口蒸汽压力 汽机控制功率 两者相互影响 因此 负荷变化过程先于锅炉指令信号 同时压力变化过程修正调节阀位置 当锅炉主控和汽机主控A M站在自动时采用这种方式 2 锅炉跟随方式 BF 当汽机主控A M站在手动 锅炉主控A M站在自动时采用这种方式 在这种方式下 锅炉控制汽机入口蒸汽压力 同时汽机调门采用手动调节以获得期望的功率 在这种方式下 主蒸汽压力设定值 TPD 与汽机入口蒸汽压力进行比较 其偏差 TPD 经发电机输出信号前馈和修正后产生锅炉主控信号 BM 去风和燃料回路 操作员设定调节阀位置建立负荷指令 3 汽机跟随方式 TF 当汽机主控A M站在自动 锅炉主控A M站在手动时采用这种方式 在这种操作方式下 汽机控制汽机入口蒸汽压力 通过调节锅炉的燃烧率来获得期望的负荷 操作员在锅炉主控A M站上设定燃料和助燃风 BM 指令 燃料和助燃风的变化将引起锅炉能量水平的改变 从而改变蒸汽压力 4 手动方式 BASE 汽机主控A M站在手动和锅炉主控A M站在手动时采用这种操作方式 在这种方式下锅炉和汽机单独操作 由操作员负责控制负荷和压力 操作员在锅炉主控A M站上设定燃料和助燃风 BM 指令 三 协调控制系统介绍 2 协调控制系统运行方式 三 协调控制系统介绍 3 负荷指令 FrequencyBiastotheMWD Df Deadband 三 协调控制系统介绍 3 负荷指令 负荷指令的形成负荷指令增减闭锁负荷指令变化率限制最大 最小负荷限制一次调频RB 三 协调控制系统介绍 4 锅炉主控 Mainsteampressure T PI LAG Boilermaster F x LAG T v WetorRB M A T 0 MFT 0 三 协调控制系统介绍 4 锅炉主控锅炉跟随为基础的间接能量平衡方式用机组发电负荷指令 MWD 作为锅炉侧功率需求信号与前馈信号 加速锅炉主控的动作 提高动态响应特性 同时在回路中增加压力PI调节 以消除锅炉侧的内扰 干态情况下 当给水系统在手动且给水流量信号正常时 BID输出跟踪给水流量 三 协调控制系统介绍 5 汽机主控 TF 三 协调控制系统介绍 5 汽机主控TF方式下进行压力的调节 在进行负荷调节时 回路中加入压力限制回路 确保机组压力不出现较大程度的波动 保证机组的安全稳定运行 负荷调节回路中加入了负荷指令的负微分信号 当机组负荷指令变化时 增加汽机侧的延迟 降低了汽轮机动作的快速性 以适应锅炉的动态特性 保持压力的稳定 三 协调控制系统介绍 6 锅炉运行方式与压力控制1 湿态与干态 从启动到25 29 负荷时 水冷壁出口蒸汽仍然是湿态 饱和 水冷壁出口湿态蒸汽里的水流到分离器储水箱 当机组负荷达到29 水冷壁出口的蒸汽处于干态 过热 分离器储水箱液位为零 锅炉循环水泵停止 锅炉处于直流状态 转入干态运行 2 不同方式下的压力控制 小于15 负荷 汽机旁路阀 316阀 控制主蒸汽压力 蒸汽排到冷凝器 15 29 负荷 燃料来控制主蒸汽压力 与汽包炉相同 在15 负荷时 316阀逐渐关闭 当机组负荷达到25 水冷壁出口的蒸汽处于干态 过热 分离器储水箱液位为零 锅炉循环水泵停止 锅炉处于直流状态 主蒸汽压力的控制由燃料量控制转入锅炉输入 给水 燃料和助燃风 控制 TF方式下 汽轮机控制 三 协调控制系统介绍 7 并行前馈为了加快机组的动态响应过程 在控制系统中广泛使用前馈调节 以并行前馈调节为主 给锅炉各子系统一个随负荷变化的合理的稳态工作点及大致的物料平衡点 在此基础上再通PID反馈调节消除偏差 三 协调控制系统介绍 8 交叉限制为了保证水 燃料量的平衡 风 燃料量的平衡 在控制回路中普遍采用交叉限制的策略 以保证正常情况下与异常情况下的物料平衡 燃料 给水降低 防止主蒸汽温度下降 燃料 给水升高 防止主蒸汽温度上升 给水 燃料降低 防止主蒸汽温度上升 风 燃料降低 防止燃烧不稳定 过剩空气率降低产生黑烟 燃料 风升高 防止燃烧不稳定 过剩空气率降低产生黑烟 三 协调控制系统介绍 8 交叉限制给水交叉限制 干态方式下 没有RB 且燃料量信号正常时允许交叉限制 三 协调控制系统介绍 9 协调控制系统的分析能否尽快地响应电网对机组的负荷要求 在内 外扰作用下 机炉控制系统能否协调工作和能否使汽压偏差和功率偏差尽可能减小是对协调控制系统的基本要求 评价协调控制系统大都从快速性 稳定性 准确性三个方面考虑 下面从该三个方面再进行分析 1 快速性 为了提高锅炉动态响应 使锅炉与汽机的动态特性相匹配 控制系统采用并行前馈控制方式 并在锅炉主控增加动态输入前馈 大大提高了锅炉的响应速度 2 稳定性 为了锅炉与汽轮机动作匹配 在提高锅炉动态响应的同时 在汽机主控回路增加了惯性环节 同时为了保证压力控制的稳定在汽机主控中增加压力限制回路 当压力偏差超过规定范围时 汽机主控将由功率控制切到压力控制 在各回路中采用交叉限制保证物料平衡 在一定程度上提高了稳定性 锅炉主控中压力偏差信号的引入消除了锅炉内扰等 三 协调控制系统介绍 3 准确性 在回路中采用小偏差PID调节 保证被控参数的准确 四 结束语 1 超超临界机组协调控制系统如何在保证负荷响应的基础上维持汽压的稳定 以锅