热工自动化专题

1、 随着单机容量的增大，单元机组出现，紧密的机炉关系导致了采用集中控制方式。 而随着机组热力系统变得更加复杂，运行时需要监视及操作的点也随之增加。导致集控室内的台盘规模增大。这样运行人员配置的数量以及人员间的协调出现困难。 恰好计算机分散控制系统的出现，解决了上述的问题。 此后热工自动化的重要性开始体现，形成了若没有自动控制则机组就不能正常运行的态势。 下面以热工自动化的基本概念，热控系统的发展历程以及常规的热工控制解决方案，进行简单介绍，作为扩建工程的参考。工业生产过程工业生产过程 指原材料经过若干加工步骤转变成产品的历程指原材料经过若干加工步骤转变成产品的历程 工业生产过程可分为工业生产过程

2、可分为： 生产过程和生产过程和生产过程生产过程 热工热工： 含有热的传递、转化的工程技术含有热的传递、转化的工程技术 热工自动化在热工自动化在电厂涉及的电厂涉及的范围范围 从汽轮机向前到卸煤的自动控制从汽轮机向前到卸煤的自动控制H 0H 测量单元测量单元执行单元执行单元汽包锅炉水位自动控制示意图汽包锅炉水位自动控制示意图人工人工/自动自动DW给水给水蒸汽蒸汽H省煤器省煤器汽包汽包控制单元控制单元I0IH测量单元测量单元调节单元调节单元执行单元执行单元WDHI0IH2被控量被控量（被调量）（被调量）3给定值给定值给定值扰动给定值扰动6控制控制 机构机构基本扰动基本扰动5控制量控制量（调节量）（调

3、节量）7扰动扰动(外扰外扰)7扰动扰动(内扰内扰)9控制过程控制过程 （调节过程）（调节过程）8自动控制系统自动控制系统4.偏差偏差1 1被控对象被控对象（对象）（对象）将所有的量都转换成将所有的量都转换成“信号信号”系统中的环节画成系统中的环节画成“方框方框”，环节串联相当于相乘。，环节串联相当于相乘。信号的代数和运算用信号的代数和运算用“ ”规定信号的传递是单方向的，所以信号用有向线段表示规定信号的传递是单方向的，所以信号用有向线段表示自控原理框图方便了对系统的描述与分析。自控原理框图方便了对系统的描述与分析。自控装置主要有：自控装置主要有：1.测量测量2.控制控制3.执行执行4.人机接口

4、人机接口-r扰动通道调节通道调节器测量变送调节机构y对象通道：输入与输出信号间的关系通道：输入与输出信号间的关系 （1 1）闭环（反馈）控制系统）闭环（反馈）控制系统 （2 2）开环（前馈）控制系统）开环（前馈）控制系统 （3 3）复合（前馈反馈）控制系统）复合（前馈反馈）控制系统 （1 1）闭环（反馈）控制系统）闭环（反馈）控制系统-r扰动通道调节通道调节器测量变送调节机构y对象特点：按偏差进行控制，能克服各种扰动 的影响。 调节结束后使偏差不超过允许值。 调节不及时，总是在出现偏差后才控制。 （2 2）开环（前馈）控制系统）开环（前馈）控制系统扰动通道调节通道前馈调节器y对象0调节通道扰动

5、通道）（前馈调节器y调节通道扰动通道前馈调节器 （3 3）复合（前馈反馈）控制系统）复合（前馈反馈）控制系统-r扰动通道调节通道调节器测量变送调节机构y前馈调节器前馈减弱主要扰动的影响，反馈消除其余偏差。前馈减弱主要扰动的影响，反馈消除其余偏差。前馈控制为粗调，反馈控制为细调前馈控制为粗调，反馈控制为细调 。基地式仪表基地式仪表：将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里,从而形成一个整体,并且可就地安装的一类仪表。单元组合式仪表单元组合式仪表：组装式仪表组装式仪表：组装仪表特点：组件数量可按需要插装，几个控制系统可合装在一个机柜内，易于维修。 综合自动化阶段综合自动化阶段现场总线控制系统

6、现场总线控制系统(FCS)分散分散控制系统控制系统(DCS)计算机集成计算机集成处理处理系统系统(CIPS)远程工作远程工作供应商供应商企业内部网企业内部网国际互连网国际互连网 计算机引入控制领域，推动了控制理论的发展：现代控制理论的应用模糊控制专家系统神经网络小波分析这些控制理论及控制方法，这些控制理论及控制方法，或由于应用条件严格，或不或由于应用条件严格，或不够成熟，或缺少工程开发环够成熟，或缺少工程开发环境，或科研应用脱节，所以境，或科研应用脱节，所以在电厂的控制中应用还不普在电厂的控制中应用还不普遍。遍。控制器对象执行器变送器evrCVC PID 11( )(1)PIDdisWsT s

7、E sTs微分方程传递函数)()(1)(1)(0tdidtedTdtteTtetPIDe比例比例积分积分微分微分(PID)(PID)环节的特点环节的特点比例：动作及时，控制方向始终正确，是有差调节比例：动作及时，控制方向始终正确，是有差调节积分：动作滞后，有时方向错误，输入为积分：动作滞后，有时方向错误，输入为0时输出不变化，能消除静态误差时输出不变化，能消除静态误差微分：动作超前，方向正确，静态时输出为微分：动作超前，方向正确，静态时输出为0，不能消除静态误差。，不能消除静态误差。t协调控制级锅炉控制子系统锅炉控制子系统汽轮机控制子系统汽轮机控制子系统负荷指令处理部分外部负荷要求指令（就地、

8、外部负荷要求指令（就地、ADSADS、调频）、调频） 运行方式选择实际负荷指令实际负荷指令N0输出电功率输出电功率NE汽压给定值汽压给定值p0主汽压主汽压pT基础控制级单元机组汽压给定汽压给定协调运行的方式选择协调运行的方式选择 协 调（在机炉都投自动时） 炉跟机（锅炉自动） 机跟炉（汽机自动） 全手动 锅炉允许时，还可定压/滑压炉跟机B锅炉调节器汽机调节器TPt负荷指令负荷指令Ne协调锅炉调节器汽机调节器汽压给定汽压给定Pt负荷指令负荷指令NeBT锅炉主指令锅炉主指令汽机主指令汽机主指令锅炉主指令锅炉主指令汽机主指令汽机主指令喷水减温器喷水减温器1.系统的组成系统的组成 300MW单元机组过

9、热汽温控制系统实例过热蒸汽流程示意图过热蒸汽流程示意图一级喷水减温控制 烟气挡板控制再热汽温烟道布置示意图烟气挡板控制再热汽温烟道布置示意图 烟气再循环示意图烟气再循环示意图 再热汽温控制再热汽温控制系统系统汽汽交换器燃烧器倾角喷水减温再热蒸汽温度控制系统实例再热蒸汽温度控制系统实例 或中压缸排汽温度300MW机组给水热力系统简图机组给水热力系统简图 采用采用变速泵的给水控制系统变速泵的给水控制系统 变速泵的安全经济运行区与锅炉的压力变速泵的安全经济运行区与锅炉的压力负荷曲线负荷曲线 采用热量信号的燃烧控制系统采用热量信号的燃烧控制系统 送风控制系统送风控制系统辅助风和燃料风控制（二次风的分配

10、控制）辅助风和燃料风控制（二次风的分配控制）磨煤机风量风温控制磨煤机风量风温控制（直吹）（直吹）给煤机转速100%一次风量给定值100%图6-77给煤机转速与一次风量的函数关系一次风道压力控制系统一次风道压力控制系统炉膛压力控制系统炉膛压力控制系统（引风）（引风）死区 带有循环泵的直流锅炉汽水系统循环流量给水调节最小流量给水泵至一、二级喷水减温汽水分离器（4个）水平烟道和折焰角集箱储水箱高压加热器LT循环泵省煤器水冷壁至炉膛顶棚入口集箱溢流管道至启动扩容器过冷管循环泵暖管省煤器放气( )( )( )汽水分离器直流锅炉负荷调节的两种原则方案直流锅炉负荷调节的两种原则方案（a）方案一（b）方案二W

11、负荷指令给水调节器燃水比调节器BBWB负荷指令燃烧调节器燃水比调节器WWBPePe 机组负荷和主汽压的机组负荷和主汽压的响应响应平缓，机平缓，机组主要参数的稳定性大大提高，但因组主要参数的稳定性大大提高，但因燃料量至燃料量至中间点中间点汽温或焓值通道的迟汽温或焓值通道的迟延和惯性远远大于给水量，延和惯性远远大于给水量，会对温度会对温度有较大影响，有较大影响，通常通常考虑考虑若若微过热汽温微过热汽温出现大偏差时出现大偏差时，应在给水控制回路引应在给水控制回路引进校正量，强制拉回汽温偏差，保证进校正量，强制拉回汽温偏差，保证汽温和金属温度在规定的范围内。汽温和金属温度在规定的范围内。 可以使可以使

12、给水流量只对给水流量只对中间点中间点汽温或焓汽温或焓值值响应，响应，最终使机组负荷、主汽压稳定性最终使机组负荷、主汽压稳定性大大增加，大大增加，中间点中间点汽温或焓值调节质量明汽温或焓值调节质量明显提高。显提高。当燃料量发生扰动时，燃料和给当燃料量发生扰动时，燃料和给水调节器都将动作，从而使由燃料量内扰水调节器都将动作，从而使由燃料量内扰而引起的温度偏差也有给水流量变化来补而引起的温度偏差也有给水流量变化来补偿。这种方案适用于燃用劣质煤和给粉机偿。这种方案适用于燃用劣质煤和给粉机运行不稳定的锅炉，因为有给水控制系统运行不稳定的锅炉，因为有给水控制系统的配合动作，能够保证过热汽温的稳定。的配合动

13、作，能够保证过热汽温的稳定。负荷负荷给煤机给煤机煤水比煤水比喷喷 水水再热汽温再热汽温过热汽温过热汽温给水量给水量汽温汽温汽压汽压烟气烟气调节调节燃烧燃烧配风配风引风机引风机送风机送风机磨煤机磨煤机一次风一次风 旁路系统的结构和容量旁路系统的结构和容量（1）改善机组启动性能。）改善机组启动性能。（2）适应机组定压和滑压运行的要求。）适应机组定压和滑压运行的要求。（3）保护再热器。）保护再热器。（4）代替安全门。代替安全门。（5）实现机组快速切负荷功能。）实现机组快速切负荷功能。 注：SCO是引入了旁路蒸汽流量修正的特殊PI调节器苏尔寿（瑞士）高压旁路控制苏尔寿（瑞士）高压旁路控制喷水阀开度是旁

14、路阀开度、再热汽压力、温度的函数，由C计算产生。开环控制Steam turbine Digital electro-hydraulic control system ( DEH ) 特有问题：解决方法：（1）功率滞后 调节门动态过调协调控制（2）甩负荷时超速设置中压主汽门和中压调节门（3）低负荷时再热器的安全问题设置旁路汽轮机调节系统的发展MANVPCVPCVPCVPCVPCVPCVPCVPCVPCVPCSDPEMUDPUDPU#1#2电电源源分分配配箱箱VPCVPCSDP5V5V#2#124V 24V#2#1BCVPCVPCSDPBCBCVPCVPCBCBCVPCVPCVPCVPCAISDP

15、AIAIBCAIDIDOAIAIAIDIAIAIDODODPUDPU#1#2电电源源分分配配箱箱5V5V#2#124V 24V#2#1DIDIBCBCBCBCAIAIAIAIAIAIDODODO操作员站工程师站基本控制ATC控制数字式电液调节系统的功能冷启动、热启动、（中压缸启动）1.操作员自动、远方/协调、ATC（阀门切换、阀门管理）2.一级手动、二级手动、三级手动3.单级或串级4.定压、滑压（定压时可阀门管理）5.调频方式、基本负荷方式6.主汽压控制、甩负荷1.超速保护OPC（103、110）、中压门快关/快开2.危急遮断ETS3.机械超速保护、手动停机对机组和DEH装置进行监督、显示给定

16、OPATCCCSASBRMWISPIPI4IPIPI5GC1TS+1GCPI2PI31YN+REF1YN+MW调节器REF2+NYNNYNYFEDMIMP调节器TV调节器GV调节器NYTRCOMNYTV全开rpm+手动OPCAST手动OPC+TV伺服回路LTVTV阀门特性TV主汽压蒸汽流量阀门管理GV伺服回路GV阀门特性高缸压力蒸汽流量LGVGVGV全开调节级压力n 03000rpmICBRBPONBRPI6BPONIV全开手动OPCAST+IV伺服回路LIVIV阀门特性IV再热汽压蒸汽流量功率转速OP 操作员自动ATC 自动汽轮机控制CCS 协调控制AS 自动同步控制BR 油开关合闸SPI

17、一次调频投入REF1 功率指令MWI 功率回路投入REF2 调节级压力指令IPI 调节级压力回路投入GC 高压调节门控制FEDM 流量请求指令OPC 超速保护控制AST 机组跳闸L 油动机行程GV 高压调节门 TV 高压主汽门TRCOM TV与GV切换完成IC 中压调节门控制BPON 旁路投入VP 阀位指令REFCOM 给定值VP转速DEH调节系统原理图调节系统原理图HPBV-高压旁路阀；HPATV-高压旁路减温阀；HPATSV-高压旁路减温截止阀； CRCV-再热冷段逆止阀（高排逆止阀）； VV-通风阀；M1-电动旁路阀（倒暖阀）； MSV-高压主汽阀；CV-调节阀； LPBV-低压旁路阀；

18、 LPATV-低压旁路减温阀；CRV-中压联合阀（包括RSV-中压主汽阀,ICV中压截止调节阀）； IBV-截流预启阀；CSV-凝汽器喷水阀；RPRV-再热器压力排放阀支持中压缸启动的热力系统支持中压缸启动的热力系统汽轮机监视仪表（德国菲利浦）RMS700系列（300MW）供油系统供油系统液压执行部分 1、顺序控制系统 SCS 1、锅炉炉膛安全监视系统 FSSS 2、汽轮机紧急跳闸保护系统 ETS 3、报警系统 ANN开关量 控制保护系统 顺控系统 顺序控制顺序控制 1、功能： 按一定的条件和先后顺序对大型火电单元机组热力系统和辅机，包括电动机、阀门、挡板的启、停和开、关进行自动控制。也叫程序

19、控制系统。 2、意义： 随着机组容量的增大和参数的提高，辅机数量和热力系统的复杂程度大大增加，顺序控制系统涉及面很广，有大量的输入输出信号和逻辑判断功能。 3、作用： 1）减少了大量繁琐的操作，降低操作人员的劳动强度。 2）防止误操作，保证设备安全 4、顺序控制在电厂中的应用锅炉侧：给水泵、空预器、送风机、引风机、一次风机、制粉系统、脱硫等的启停汽机侧：凝结水泵、循环水泵、油泵等设备及系统的启停相对独立的程控系统：输煤、除灰、化学补给水处理、凝结水处理、锅炉吹灰、锅炉定期排污等系统。（一般用可编程序控制器PLC来实现） 水处理引风机启停的顺序控制1、启动控制2、停止控制引风机启停的顺序控制1、启动控制送风机启停的顺序控制2、停止控制送风机启停的顺序控制热工保护热工保护系统系统特点特点1.系统的可靠性极高，常采用独立的开关量传感器2.保护命令具有确定的优先级3.保护系统的投切可以独立控制4.保护系统具有在线试验功能5.保护动作是单方向的，动作后由运行人员复位6.保护动作是分级的，尽量保证安全、减少损失7.具有完善的人机接口，事故追忆功能 锅炉主汽压