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过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制10-1 大型单元机组的生产过程及其对控制的要求大型单元机组的生产过程及其对控制的要求10-2 单元机组负荷控制系统单元机组负荷控制系统10-3 燃烧过程的控制系统燃烧过程的控制系统10-4 锅炉给水控制系统锅炉给水控制系统10-5 蒸汽温度控制系统蒸汽温度控制系统过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制10-1 大型单元机组的生产过程及其对控制的要求大型单元机组的生产过程及其对控制的要求 大型单元发电机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设大型单元发电机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。锅炉的产热、汽机的做功及发备组成的庞大的设备群。锅炉的产热、汽机的做功及发电机的发电协调配合完成发电生产。由于其工艺流程复电机的发电协调配合完成发电生产。由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操作或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性操作或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，大型机组的自动化水平受到特别的重和经济性，因此，大型机组的自动化水平受到特别的重视。视。过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制单元制机组单元制机组热力发电过程热力发电过程NTPTH过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制最重要的控制系统最重要的控制系统1.单元机组负荷控制系统单元机组负荷控制系统2.燃烧控制系统燃烧控制系统3.汽包水位控制系统汽包水位控制系统4.汽温控制系统汽温控制系统过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制10-2 单元机组负荷控制系统单元机组负荷控制系统一、一、负荷控制系统的控制任务：负荷控制系统的控制任务：在保持主汽压力在保持主汽压力PT稳定的前提下，紧密跟踪电网稳定的前提下，紧密跟踪电网对机组负荷的要求。对机组负荷的要求。NpTBVsNpTB负荷对象特性：负荷对象特性：过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制GpB(s)Gp(s)GNB(s)GN(s)NpTBNpTB多变量对象多变量对象特点：特点：有自衡能力，机快炉慢；有自衡能力，机快炉慢；炉侧燃料量的扰动频发。炉侧燃料量的扰动频发。过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制控制方案：控制方案：GpB(s)Gp(s)GNB(s)GN(s)NpTBPIDPID1.锅炉跟踪方式（炉跟机）锅炉跟踪方式（炉跟机）特点：系统响应速度快，但机组稳定性差。特点：系统响应速度快，但机组稳定性差。锅炉锅炉汽机汽机机调机调炉调炉调PTNB过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制2.汽机跟踪方式（机跟炉）汽机跟踪方式（机跟炉）GNB(s)GN(s)GpB(s)Gp(s)pTNBPIDPID特点：机组稳定性好，特点：机组稳定性好，但系统响应速度慢。但系统响应速度慢。锅炉锅炉汽机汽机机调机调炉调炉调PTNB过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制3.机炉协调方式机炉协调方式锅炉锅炉汽机汽机机调机调炉调炉调PTNBPSN0GpB(s)Gp(s)GNB(s)GN(s)NpTBPIDPID以炉跟机为基础的双以炉跟机为基础的双向补偿协调控制系统向补偿协调控制系统过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制以炉跟机为基础的单向解耦协调控制系统以炉跟机为基础的单向解耦协调控制系统+BTPT_+_NE+N0锅炉控制器锅炉控制器P0汽机控制器汽机控制器锅炉锅炉P0-PT汽机汽机_(a)过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制以炉跟机为基础的单向解耦协调控制系统以炉跟机为基础的单向解耦协调控制系统+BTPT_+_NE+N0锅炉控制器锅炉控制器P0汽机控制器汽机控制器锅炉锅炉P0-PT汽机汽机_PD(b)过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制以机跟炉为基础的单向解耦协调控制系统以机跟炉为基础的单向解耦协调控制系统_+BTPT_NE+N0P0汽机控制器汽机控制器锅炉锅炉汽汽机机(a)锅炉控制器锅炉控制器PN0-NE过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制以机跟炉为基础的单向解耦协调控制系统以机跟炉为基础的单向解耦协调控制系统+PD(b)_+BTPT_NE+N0P0汽机控制器汽机控制器锅炉锅炉汽机汽机锅炉控制器锅炉控制器PN0-NE过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制直接平衡协调控制系统直接平衡协调控制系统DPP0DPIN0NE锅炉锅炉+P1PT_BIIT_+汽机汽机过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制10-3 燃烧过程的控制系统燃烧过程的控制系统一、燃烧控制的基本任务一、燃烧控制的基本任务（1）维持蒸汽压力稳定；）维持蒸汽压力稳定；燃料控制燃料控制（2）保证燃烧过程的经济性；）保证燃烧过程的经济性；送风控制送风控制（3）维持炉膛压力稳定；）维持炉膛压力稳定；引风控制引风控制 燃烧控制系统由三个子系统构成：燃烧控制系统由三个子系统构成：燃料控制、送风控制、引风控制。燃料控制、送风控制、引风控制。过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制二、二、汽压调节对象的动态特性汽压调节对象的动态特性 pbDpT B BpbDpTpTBVs自衡对象自衡对象过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制1.燃料控制系统燃料控制系统 PIPIGp(s)GD(s)P0PTDBB控制系统原理图控制系统原理图控制系统结构图控制系统结构图串级控制串级控制二、控制系统结构分析二、控制系统结构分析过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制控制系统结构图控制系统结构图控制系统原理图控制系统原理图 PIPIGp(s)GD(s)P0PTDBd/dtBPb燃烧燃烧品种品种n1ni过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制TPTPIGp(s)GD(s)P0DBd/dtd/dtPb控制系统原理图控制系统原理图控制系统结构图控制系统结构图过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制2.送风控制系统送风控制系统 PIKGp(s)VBVV控制系统原理图控制系统原理图控制系统结构图控制系统结构图比值控制比值控制过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制控制系统原理图控制系统原理图控制系统结构图控制系统结构图V PIGp(s)VBVKD燃料品种燃料品种过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 最佳含氧量以燃烧原料的不同而有所不同，同一种最佳含氧量以燃烧原料的不同而有所不同，同一种燃烧原料，在不同的工况下过氧量也不同。燃烧原料，在不同的工况下过氧量也不同。负荷 30%50%75%100%5%4%3%2%300MW 燃煤机组燃煤机组燃料 煤天然气 油生物质过氧量1.9%0.9%1.1%5%过剩空气10%5%6%过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制B控制系统原理图控制系统原理图控制系统结构图控制系统结构图 PIO2Gp2(s)DGp1(s)V PIf(x)f(x)B过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制3.引风控制系统引风控制系统 PI f(x)AFpv0pv+-+GGp(s)AF PIpvF(x)pv0控制系统原理图控制系统原理图控制系统结构图控制系统结构图前馈前馈反馈控制反馈控制过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制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PIddtf(x)PIf1(x)PIf2(x)PIPI_+QrPTDDPbQ2PfV VGVB变比例带变比例带PTsPf0+_过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制PPOPIPrIPIf(x)PI/nf(x)PIAPIPIKPIPIPP1_速度级压力速度级压力n给煤机转速给煤机转速Vm1磨一次风量磨一次风量送风量送风量O2%P1_+IBPfPfo一次风温一次风温Qm1Vm1磨煤机温度磨煤机温度n0m0Pv1mPv10n燃油量燃油量_一次风压一次风压B0VGVm1VrV1V2给煤量给煤量送风量送风量引风量引风量磨一次磨一次风量风量热风量热风量一次一次风量风量层燃料层燃料风量风量给煤机转数为反馈信号的燃烧控制系统给煤机转数为反馈信号的燃烧控制系统V给煤机转速指令给煤机转速指令过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制10-4 锅炉给水控制系统锅炉给水控制系统一、一、汽包炉给水控制的任务汽包炉给水控制的任务 使锅炉的给水量适应锅炉的使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内。具体要求：的范围内。具体要求：（1）维持汽包水位在规定的范围内。）维持汽包水位在规定的范围内。正常：正常：H3050mm；异常：；异常：H200mm故障：故障：HKD（3）若若KWKD特点：特点：具有单冲量和双冲量控制的优点，但对比值参具有单冲量和双冲量控制的优点，但对比值参数要求严格。数要求严格。DHHr过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制4.串级三冲量控制串级三冲量控制HWDGc1(s)KvGp(s)-rHDw+Gd(s)Gff(s)Gc2(s)特点：特点：具有单冲量和双冲量控制的优点，比值参数的具有单冲量和双冲量控制的优点，比值参数的误差可通过主调节器校正。误差可通过主调节器校正。过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制 PI PIWDHH0控制系统结构图控制系统结构图Gc1(s)KvGp(s)-rHDw+Gd(s)Gff(s)Gc2(s)控制系统原理图控制系统原理图过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制5.300MW单元机组给水控制系统实例单元机组给水控制系统实例过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制10-5 蒸汽温度控制系统蒸汽温度控制系统一、过热汽温控制的任务一、过热汽温控制的任务 维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。过热汽温的上限一般不应超过额定值过热汽温的上限一般不应超过额定值5。下限一。下限一般不低于额定值般不低于额定值10。过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制二二.动态特性动态特性wD、Q1.主要扰动对汽温的影响主要扰动对汽温的影响自衡的对象自衡的对象D D、Q Q扰动，扰动，/T/T较小较小,约有约有15s15s左右，左右，T 50sT 50s100s 100s。W W扰动，扰动，/T/T较大，较大，约有约有60s60s左右，左右，T150s T150s200s200s。2.调节量选择：调节量选择：减温水喷水流量减温水喷水流量过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制DW12w12Gp2(s)Gp1(s)GD(s)GQ(s)DQ12减温器减温器过热器过热器被控对象被控对象过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制（1）串级控制）串级控制 PI PI21sPID2PID1r21Gp2(s)Gp1(s)有效克服调节量的扰动有效克服调节量的扰动改善对象的动态特性改善对象的动态特性提高调节品质提高调节品质控制原理图控制原理图控制结构图控制结构图三、基本控制系统结构分析三、基本控制系统结构分析过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制（2）导前微分控制）导前微分控制 PI 21s d/dtPI减温器减温器过热器过热器r21本质上还是串级控制本质上还是串级控制等效副调节器为等效副调节器为KDPI等效主调节器为等效主调节器为1/GD（s)控制原理图控制原理图控制结构图控制结构图过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制（3）前馈）前馈反馈控制反馈控制控制结构图控制结构图 PI21s PI KD为什么没有考虑烟气扰为什么没有考虑烟气扰动的前馈补偿控制？动的前馈补偿控制？wD、Q过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制过热器系统流程图过热器系统流程图四、工程实例四、工程实例1过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制DK过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制工程实例工程实例2：300MW单元机组过热系统单元机组过热系统过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制过程控制过程控制 第十章第十章 火力发电厂大型单元机组的自动控制火力发电厂大型单元机组的自动控制