培训教材热工自动控制系统单元机组协调控制系统.pptx

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1、培训教材热工自动控制系统单元机组协调培训教材热工自动控制系统单元机组协调控制系统控制系统2 22-12-1 概概 述述第1页/共142页3 3一、协调控制的基本概念一、协调控制的基本概念从大系统理论出发，协调控制是一种解决大系统控制问题的基本策略。从大系统理论出发，协调控制是一种解决大系统控制问题的基本策略。所谓大系统可理解为由若干相互关联子系统组成的复杂系统。应用大系统理论处理这类庞大而复杂系统控制问题的基本方法就是分解所谓大系统可理解为由若干相互关联子系统组成的复杂系统。应用大系统理论处理这类庞大而复杂系统控制问题的基本方法就是分解协调的方法。所谓分解就是把大系统化为若干子系统，以便进行分

2、块的处理与控制，求得各子系统的局部最优解；而协调则是从系统的全局出发，合理地调整各子系统之间的关系，求得各子系统之间的和谐与统一，进而得到整个大系统的最优解。协调的方法。所谓分解就是把大系统化为若干子系统，以便进行分块的处理与控制，求得各子系统的局部最优解；而协调则是从系统的全局出发，合理地调整各子系统之间的关系，求得各子系统之间的和谐与统一，进而得到整个大系统的最优解。第2页/共142页4大系统中包含的各子系统之间，相互关联的结构有多种多样的形式。其中最为普遍的形式是一种递阶的结构。在这种递阶的结构中，各子系统处于不同级别的层次中，并具有不同的职能。大系统中包含的各子系统之间，相互关联的结构

3、有多种多样的形式。其中最为普遍的形式是一种递阶的结构。在这种递阶的结构中，各子系统处于不同级别的层次中，并具有不同的职能。第3页/共142页5 协调控制级上的协调控制器要对下一级中的若干个控制器进行协调。协调的过程是一个多目标决策的过程，也是一个全局优化的过程。协调控制级上的协调控制器要对下一级中的若干个控制器进行协调。协调的过程是一个多目标决策的过程，也是一个全局优化的过程。第4页/共142页6二、单元机组协调控制系统二、单元机组协调控制系统 单元机组协调控制系统把锅炉和汽轮发电机组作为一个整体进行控制，采用了递阶控制系统结构，把自动调节、逻辑控制、联锁保护等功能有机地结合在一起，构成一种具

4、有多种控制功能，满足不同运行方式和不同工况下控制要求的综合控制系统。单元机组协调控制系统把锅炉和汽轮发电机组作为一个整体进行控制，采用了递阶控制系统结构，把自动调节、逻辑控制、联锁保护等功能有机地结合在一起，构成一种具有多种控制功能，满足不同运行方式和不同工况下控制要求的综合控制系统。单元机组协调控制系统的设计充分利用了机炉对象特性方面的特点，采用了前馈、补偿、多变量解耦等控制策略，使控制系统具有合理、可靠、易于维护调整等优点。建立在现代控制理论和方法基础上的单元机组协调控制系统也处于研究和发展之中。单元机组协调控制系统的设计充分利用了机炉对象特性方面的特点，采用了前馈、补偿、多变量解耦等控制

5、策略，使控制系统具有合理、可靠、易于维护调整等优点。建立在现代控制理论和方法基础上的单元机组协调控制系统也处于研究和发展之中。第5页/共142页7单元机组协调控制系统框图单元机组协调控制系统框图 第6页/共142页8 8 单元机组协调控制系统可认为是一种二级递阶控制系统。处于上位级的机炉协调级，也叫作单元机组主控系统，是整个系统的核心部分。处于局部控制级的子系统包括锅炉燃料控制系统，风量控制系统，汽轮机功率单元机组协调控制系统可认为是一种二级递阶控制系统。处于上位级的机炉协调级，也叫作单元机组主控系统，是整个系统的核心部分。处于局部控制级的子系统包括锅炉燃料控制系统，风量控制系统，汽轮机功率/

6、频率调节系统，以及直流锅炉的给水控制系统。频率调节系统，以及直流锅炉的给水控制系统。单元机组主控系统产生指挥机炉控制器动作的锅炉指令和汽机指令。局部控制级的控制器执行主控系统发出的指令，完成指定的控制任务。单元机组主控系统产生指挥机炉控制器动作的锅炉指令和汽机指令。局部控制级的控制器执行主控系统发出的指令，完成指定的控制任务。协调控制主控系统结构框图协调控制主控系统结构框图 第7页/共142页9 9负荷管理中心结构图负荷管理中心结构图 第8页/共142页1010单元机组协调控制系统简化框图单元机组协调控制系统简化框图 第9页/共142页1111三、主要特点三、主要特点 （1 1）系统结构先进。

7、采用了递阶控制结构，在局部控制级的基础上引入了机炉协调级，把锅炉、汽轮发电机组作为一个整体进行控制。控制器设计主要采用了前馈、反馈、补偿以及变结构控制等技术，并充分地利用了机炉动态特性方面的特点，克服系统内部耦合和非线性特性，获得优良的控制品质。同时，又保留了控制器结构简单，易于工程实现和参数整定，便于操作、维护等优点。并能直接接收电网自动调度系统指令，为实现电网级自动调度和协调控制奠定了基础。）系统结构先进。采用了递阶控制结构，在局部控制级的基础上引入了机炉协调级，把锅炉、汽轮发电机组作为一个整体进行控制。控制器设计主要采用了前馈、反馈、补偿以及变结构控制等技术，并充分地利用了机炉动态特性方

8、面的特点，克服系统内部耦合和非线性特性，获得优良的控制品质。同时，又保留了控制器结构简单，易于工程实现和参数整定，便于操作、维护等优点。并能直接接收电网自动调度系统指令，为实现电网级自动调度和协调控制奠定了基础。第10页/共142页1212 （2 2）系统功能完善。除了在正常工况下的连续调节功能之外，系统还设计有一整套逻辑控制系统。包括实际功率给定逻辑，局部故障处理逻辑，运行方式切换逻辑，以及显示报警、监督管理等功能。系统可根据实际需要和设备状况，选择不同的运行方式，比如机跟炉、炉跟机、机炉协调方式；定压运行或滑压运行方式；固定功率输出或可调功率方式；调频或非调频方式等。适应不同运行工况对控制

9、功能的要求。）系统功能完善。除了在正常工况下的连续调节功能之外，系统还设计有一整套逻辑控制系统。包括实际功率给定逻辑，局部故障处理逻辑，运行方式切换逻辑，以及显示报警、监督管理等功能。系统可根据实际需要和设备状况，选择不同的运行方式，比如机跟炉、炉跟机、机炉协调方式；定压运行或滑压运行方式；固定功率输出或可调功率方式；调频或非调频方式等。适应不同运行工况对控制功能的要求。（3 3）系统可靠性高。通过设置安全保护系统和采取一系列可靠性措施，可获得很高的系统可靠性。比如，当主机或辅机设备故障时，可自动改变控制方式，对实际功率指令的幅值和变化速率进行改变，并通过相应的联锁保护，报警显示等措施，保证机

10、组在安全范围内运行，并维持最佳的工况。）系统可靠性高。通过设置安全保护系统和采取一系列可靠性措施，可获得很高的系统可靠性。比如，当主机或辅机设备故障时，可自动改变控制方式，对实际功率指令的幅值和变化速率进行改变，并通过相应的联锁保护，报警显示等措施，保证机组在安全范围内运行，并维持最佳的工况。第11页/共142页13132-22-2 单元机组动态特性单元机组动态特性第12页/共142页1414一、单元机组的运行方式一、单元机组的运行方式 单元机组的运行方式有定压运行和滑压运行两种。定压运行是指无论机组负荷怎样变动，始终维持主蒸汽压力以及主蒸汽温度为额定值，通过改变汽轮机调节汽门的开度，改变机组

11、的输出功率。单元机组的运行方式有定压运行和滑压运行两种。定压运行是指无论机组负荷怎样变动，始终维持主蒸汽压力以及主蒸汽温度为额定值，通过改变汽轮机调节汽门的开度，改变机组的输出功率。滑压运行则是始终保持汽轮机调节汽门全开，在维持主蒸汽温度恒定的同时，通过改变主蒸汽压力改变机组的输出功率。滑压运行则是始终保持汽轮机调节汽门全开，在维持主蒸汽温度恒定的同时，通过改变主蒸汽压力改变机组的输出功率。第13页/共142页15151 1、滑压运行方式、滑压运行方式单元机组在滑压运行方式下，保持主汽门和调节汽门全开。外界负荷需求变化时，通过调节锅炉的燃料、风量、给水以及相应的输入量，改变锅炉的蒸发量，进而改

12、变汽轮机的进汽压力，在维持汽温为额定值的前提下，使进入汽轮机蒸汽的能量改变，使汽轮发电机组的输出功率适应外界负荷的需求。单元机组在滑压运行方式下，保持主汽门和调节汽门全开。外界负荷需求变化时，通过调节锅炉的燃料、风量、给水以及相应的输入量，改变锅炉的蒸发量，进而改变汽轮机的进汽压力，在维持汽温为额定值的前提下，使进入汽轮机蒸汽的能量改变，使汽轮发电机组的输出功率适应外界负荷的需求。采取的办法是不使汽轮机调节汽门处于全开的位置，而是留出一定的调节余地。当外界负荷需求变更时，首先通过调整汽轮机调节汽门的开度，改变进汽量，利用锅炉内部的蓄热能量，较快地适应外界负荷的需求。与此同时，调整进入锅炉的输入

13、量，使燃烧率改变，与外界负荷需求达到新的平衡。调节汽门的调节余地也为机组参与电网一次调频创造了条件。采取的办法是不使汽轮机调节汽门处于全开的位置，而是留出一定的调节余地。当外界负荷需求变更时，首先通过调整汽轮机调节汽门的开度，改变进汽量，利用锅炉内部的蓄热能量，较快地适应外界负荷的需求。与此同时，调整进入锅炉的输入量，使燃烧率改变，与外界负荷需求达到新的平衡。调节汽门的调节余地也为机组参与电网一次调频创造了条件。第14页/共142页1616滑压运行方式具有以下主要特点滑压运行方式具有以下主要特点:（1 1）汽轮机调节汽门保持近似全开将会使进汽节流损失降低。负荷越低，节流损失的降低越明显。另外，

14、汽轮机的级效率也要比定压运行时高。例如某机组在）汽轮机调节汽门保持近似全开将会使进汽节流损失降低。负荷越低，节流损失的降低越明显。另外，汽轮机的级效率也要比定压运行时高。例如某机组在50%50%负荷下，滑压运行级效率比定压运行时要高出负荷下，滑压运行级效率比定压运行时要高出15%15%左右。左右。（2 2）在部分负荷下，主蒸汽和再热蒸汽的压力降低，容易保持蒸汽温度不变。可获得较高的循环效率。）在部分负荷下，主蒸汽和再热蒸汽的压力降低，容易保持蒸汽温度不变。可获得较高的循环效率。（3 3）部分负荷下给水泵的功耗比定压运行时减小。因为滑压运行时给水压力与机组负荷成正比，在相同的机组部分负荷条件下，

15、给水泵出口压力比定压运行时要低得多。例如，某机组在）部分负荷下给水泵的功耗比定压运行时减小。因为滑压运行时给水压力与机组负荷成正比，在相同的机组部分负荷条件下，给水泵出口压力比定压运行时要低得多。例如，某机组在50%50%负荷下，滑压运行时给水泵的功耗仅相当于定压运行时的负荷下，滑压运行时给水泵的功耗仅相当于定压运行时的55%55%。第15页/共142页1717 （4 4）调峰停机后再启动快，降低了启动损耗。因为在低负荷下汽轮机的金属温度基本不变，若在机组最低负荷下打闸停机，可以在较高的金属温度下停机热备用，如重新热态启动，将大大缩短再启动时间，使启动损耗相应地降低。例如，一台）调峰停机后再启

16、动快，降低了启动损耗。因为在低负荷下汽轮机的金属温度基本不变，若在机组最低负荷下打闸停机，可以在较高的金属温度下停机热备用，如重新热态启动，将大大缩短再启动时间，使启动损耗相应地降低。例如，一台600MW600MW机组滑压停机机组滑压停机8 8小时以后再启动，从锅炉点火到带额定负荷仅需小时以后再启动，从锅炉点火到带额定负荷仅需3535分钟。使机组的灵活调度能力大为增强。分钟。使机组的灵活调度能力大为增强。（5 5）负荷越低，滑压运行的经济性越显著。其主要原因是在低负荷下滑压运行的调节阀节流损失比定压运行低得多。而在额定负荷下滑压运行的经济效益则不明显。因此，大容量单元机组参加电网调峰运行时，采

17、用滑压运行方式是极为有利的。）负荷越低，滑压运行的经济性越显著。其主要原因是在低负荷下滑压运行的调节阀节流损失比定压运行低得多。而在额定负荷下滑压运行的经济效益则不明显。因此，大容量单元机组参加电网调峰运行时，采用滑压运行方式是极为有利的。第16页/共142页181822、定压运行方式、定压运行方式定压运行方式的基本特征是机组负荷在任何稳定工况下，均保持主蒸汽压力和温度为额定值。定压运行机组的运行方式有机跟炉、炉跟机和机炉协调三种方式。需要强调的是，使汽轮机调节汽门具有一定调节余量的滑压运行方式已不是单纯的滑压运行，也可分为机跟炉、炉跟机和机炉协调方式。定压运行方式的基本特征是机组负荷在任何稳

18、定工况下，均保持主蒸汽压力和温度为额定值。定压运行机组的运行方式有机跟炉、炉跟机和机炉协调三种方式。需要强调的是，使汽轮机调节汽门具有一定调节余量的滑压运行方式已不是单纯的滑压运行，也可分为机跟炉、炉跟机和机炉协调方式。（1 1）机跟炉方式）机跟炉方式外界负荷需求变化时，首先改变锅炉负荷。当主蒸汽压力产生额定值偏差时，调整汽轮机调节汽门开度，维持汽轮机机前压力恒定。这种方式简单地称为锅炉保持负荷、汽机保持压力的方式，也称为锅炉基本、汽机跟随方式。该运行方式下，机组对外界负荷响应较慢，但主蒸汽压力稳定性好。外界负荷需求变化时，首先改变锅炉负荷。当主蒸汽压力产生额定值偏差时，调整汽轮机调节汽门开度

19、，维持汽轮机机前压力恒定。这种方式简单地称为锅炉保持负荷、汽机保持压力的方式，也称为锅炉基本、汽机跟随方式。该运行方式下，机组对外界负荷响应较慢，但主蒸汽压力稳定性好。第17页/共142页1919（2 2）炉跟机方式）炉跟机方式外界负荷需求变化时，首先改变汽轮机调节汽门的开度，改变进汽量，使机组输出功率与外界负荷需求相适应。此时势必造成机前压力偏离额定值。锅炉依据机前压力偏差调整燃烧率和给水流量，消除主蒸汽压力偏差，达到新的能量平衡。这种方式称为汽机保持负荷、锅炉保持压力方式。也称为汽机基本、锅炉跟随方式。这种运行方式的特点是机组响应外界负荷的速度快，但机前压力的波动性大。外界负荷需求变化时，

20、首先改变汽轮机调节汽门的开度，改变进汽量，使机组输出功率与外界负荷需求相适应。此时势必造成机前压力偏离额定值。锅炉依据机前压力偏差调整燃烧率和给水流量，消除主蒸汽压力偏差，达到新的能量平衡。这种方式称为汽机保持负荷、锅炉保持压力方式。也称为汽机基本、锅炉跟随方式。这种运行方式的特点是机组响应外界负荷的速度快，但机前压力的波动性大。（3 3）机炉协调方式）机炉协调方式当外界负荷需求变化时，同时改变机炉的负荷。既考虑到机组响应外界负荷的快速性，又不致造成机前压力的过分波动，使机炉之间出现的能量不平衡程度尽可能小，时间尽可能短，这样的运行方式则称之为机炉协调运行方式。当外界负荷需求变化时，同时改变机

21、炉的负荷。既考虑到机组响应外界负荷的快速性，又不致造成机前压力的过分波动，使机炉之间出现的能量不平衡程度尽可能小，时间尽可能短，这样的运行方式则称之为机炉协调运行方式。第18页/共142页202033、联合运行方式、联合运行方式综合以上滑压和定压两种运行方式的特点，不难发现在低负荷时滑压运行有利，在高负荷时定压运行方式具有其优越性。比如，可有效地利用锅炉蓄热，提高对外界负荷需求的响应速度。如果根据机组的不同负荷水平，在低负荷下采用滑压运行方式，在高负荷下采用定压运行方式，就构成联合运行方式。综合以上滑压和定压两种运行方式的特点，不难发现在低负荷时滑压运行有利，在高负荷时定压运行方式具有其优越性

22、。比如，可有效地利用锅炉蓄热，提高对外界负荷需求的响应速度。如果根据机组的不同负荷水平，在低负荷下采用滑压运行方式，在高负荷下采用定压运行方式，就构成联合运行方式。4 4、调频运行方式、调频运行方式电网规模的扩大和对供电质量的更高要求，对大机组参加电网调频的要求愈来愈迫切。单元机组参加电网调频的方式分为一次调频和二次调频。一次调频是指汽轮机电液调速系统根据电网频率的变化，自动地改变一部分负荷，以减小电网频率的波动。电网规模的扩大和对供电质量的更高要求，对大机组参加电网调频的要求愈来愈迫切。单元机组参加电网调频的方式分为一次调频和二次调频。一次调频是指汽轮机电液调速系统根据电网频率的变化，自动地

23、改变一部分负荷，以减小电网频率的波动。第19页/共142页2121一次调频特性示意图一次调频特性示意图 第20页/共142页2222二、直流锅炉的结构特点二、直流锅炉的结构特点 随着锅炉朝着大容量高参数的方向发展，直流锅炉由于其自身的许多优点，而被日益广泛地采用。随着锅炉朝着大容量高参数的方向发展，直流锅炉由于其自身的许多优点，而被日益广泛地采用。由于直流锅炉与汽包锅炉相比，存在着结构上的差异，使得在运行特性和控制特性上都有其自身的特点。由于直流锅炉与汽包锅炉相比，存在着结构上的差异，使得在运行特性和控制特性上都有其自身的特点。1.1.锅炉按水循环方式分类锅炉按水循环方式分类(1)(1)水循环

24、过程水循环过程锅炉的受热面，包括加热水的省煤器、使水汽化的蒸发受热面和加热蒸汽的过热器，一侧由烟气侧吸收热量，另一侧把热量传给给水或蒸汽。锅炉的受热面，包括加热水的省煤器、使水汽化的蒸发受热面和加热蒸汽的过热器，一侧由烟气侧吸收热量，另一侧把热量传给给水或蒸汽。第21页/共142页2323不论哪种受热面，都应能随时把热量带走以保证受热面金属的正常工作，所以内部工质应不断流动。水在省煤器中和蒸汽在过热器中均为单相工质，只是一次通过受热面。给水流经省煤器的阻力要由给水泵的压头来克服，故省煤器进口的压力高于蒸发面中的压力。过热器中蒸汽的流动阻力是由压力降来克服的，即在过热器进口和出口之间也有压力差。

25、流经蒸发受热面的工质为水和汽的混合物。不论哪种受热面，都应能随时把热量带走以保证受热面金属的正常工作，所以内部工质应不断流动。水在省煤器中和蒸汽在过热器中均为单相工质，只是一次通过受热面。给水流经省煤器的阻力要由给水泵的压头来克服，故省煤器进口的压力高于蒸发面中的压力。过热器中蒸汽的流动阻力是由压力降来克服的，即在过热器进口和出口之间也有压力差。流经蒸发受热面的工质为水和汽的混合物。(2)(2)锅炉分类锅炉分类汽水混合物可能一次或多次流经蒸发受热面，对于结构不同的锅炉，推动汽水混合物流动的方式也不一样，按此可把锅炉分为几种类型：汽水混合物可能一次或多次流经蒸发受热面，对于结构不同的锅炉，推动汽

26、水混合物流动的方式也不一样，按此可把锅炉分为几种类型：自然循环锅炉自然循环锅炉、强制循环锅炉强制循环锅炉和和直流锅炉直流锅炉。第22页/共142页2424图图.蒸汽锅炉蒸发部分的几种类型蒸汽锅炉蒸发部分的几种类型（a a）自然循环；（）自然循环；（b b）多次强制循环；（）多次强制循环；（c c）直流式）直流式11给水泵；给水泵；22省煤器；省煤器；33汽包；汽包；44下降管；下降管；55联箱；联箱；66蒸发管；蒸发管；77过热器；过热器；88强制循环泵强制循环泵第23页/共142页251 1）自然循环锅炉和多次强制循环锅炉）自然循环锅炉和多次强制循环锅炉共同特点是都有汽包。汽包将省煤器、蒸发

27、部分和过热器分隔开，并使蒸发部分形成密闭的循环回路。汽包内的大容积能保证汽和水的良好分离。但是汽包锅炉只适用于临界压力以下的工作压力。共同特点是都有汽包。汽包将省煤器、蒸发部分和过热器分隔开，并使蒸发部分形成密闭的循环回路。汽包内的大容积能保证汽和水的良好分离。但是汽包锅炉只适用于临界压力以下的工作压力。2 2）直流锅炉）直流锅炉如图（如图（CC），直流锅炉没有汽包，工质一次通过蒸发部分，即循环倍率等于），直流锅炉没有汽包，工质一次通过蒸发部分，即循环倍率等于1 1。直流锅炉的另一特点是：在省煤器、蒸发部分和过热器之间没有固定不变的分界点，水在受热蒸发面中全部转变为蒸汽，沿工质整个行程的流动阻

28、力均由给水泵来克服。直流锅炉既可用于临界压力以下，也可设计为超临界压力。直流锅炉的另一特点是：在省煤器、蒸发部分和过热器之间没有固定不变的分界点，水在受热蒸发面中全部转变为蒸汽，沿工质整个行程的流动阻力均由给水泵来克服。直流锅炉既可用于临界压力以下，也可设计为超临界压力。第24页/共142页262633）复合循环锅炉）复合循环锅炉在自然循环和多次强制循环锅炉中，水要多次流经蒸发部分才能完全转变为蒸汽；在直流锅炉中，水只一次通过蒸发部分就全部汽化。所谓复合循环锅炉是在一台锅炉上具有这两种循环方式的锅炉。在自然循环和多次强制循环锅炉中，水要多次流经蒸发部分才能完全转变为蒸汽；在直流锅炉中，水只一次

29、通过蒸发部分就全部汽化。所谓复合循环锅炉是在一台锅炉上具有这两种循环方式的锅炉。图图.复合循环系统复合循环系统l-8l-8一同图一同图5-15-1；9 9一混合器；一混合器；1010一止回阀；一止回阀；1111一汽水分离器；一汽水分离器；1212一调节一调节阀阀第25页/共142页27图（图（a a）为亚临界压力低负荷再循环系统，锅炉在低负荷时由蒸发部分流入分离器的为湿蒸汽，经分离后蒸汽流入过热器，而水则由循环泵送回到省煤器进口，这时流经蒸发部分的工质流量超过流出的蒸汽量，即循环倍率大于）为亚临界压力低负荷再循环系统，锅炉在低负荷时由蒸发部分流入分离器的为湿蒸汽，经分离后蒸汽流入过热器，而水则

30、由循环泵送回到省煤器进口，这时流经蒸发部分的工质流量超过流出的蒸汽量，即循环倍率大于1 1。高负荷时由蒸发部分出来的是微过热蒸汽，这时循环泵停用，锅炉按纯直流方式工作。高负荷时由蒸发部分出来的是微过热蒸汽，这时循环泵停用，锅炉按纯直流方式工作。图（图（b b）示出超临界压力下的复合循环系统，它不用汽水分离器，只是在低负荷时开启调节阀）示出超临界压力下的复合循环系统，它不用汽水分离器，只是在低负荷时开启调节阀1212使较多的工质流经蒸发部分；但在高负荷时关闭调节阀，锅炉按纯直流方式工作。不论在低负荷或高负荷时再循环泵均在工作。使较多的工质流经蒸发部分；但在高负荷时关闭调节阀，锅炉按纯直流方式工作

31、。不论在低负荷或高负荷时再循环泵均在工作。第26页/共142页28282.2.直流炉的结构直流炉的结构左图为直流锅炉汽水流程布置图。一次工质在给水泵压力作用下，经省煤器加热后，进入左图为直流锅炉汽水流程布置图。一次工质在给水泵压力作用下，经省煤器加热后，进入下辐射区下辐射区蒸发为湿蒸汽，再经蒸发为湿蒸汽，再经对流过渡区对流过渡区、上辐射区上辐射区和和对流过热区对流过热区加热成过热蒸汽，送至汽轮机。可见，直流锅炉是由各受热面及连接这些受热面的的管道组成。其汽水流程中没有汽包和锅内小循环回路。加热成过热蒸汽，送至汽轮机。可见，直流锅炉是由各受热面及连接这些受热面的的管道组成。其汽水流程中没有汽包和

32、锅内小循环回路。图图.直流锅炉简图直流锅炉简图ll省煤器；省煤器；22下辐射区；下辐射区；33对流过对流过渡区；渡区；44上辐射区；上辐射区；55对流过热区；对流过热区；66空气预热器空气预热器第27页/共142页2929直流锅炉没有汽包，整个锅炉是由许多管子并联，然后用联箱连接串联而成。在给水泵的压头作用下，工质顺序一次通过直流锅炉没有汽包，整个锅炉是由许多管子并联，然后用联箱连接串联而成。在给水泵的压头作用下，工质顺序一次通过加热加热、蒸发蒸发和和过热受热面过热受热面。进口工质为水，出口工质为过热蒸汽。由于没有汽包，所以在加热和蒸发受热面之间，以及在蒸发和过热受热面之间都没有固定的分界线。

33、进口工质为水，出口工质为过热蒸汽。由于没有汽包，所以在加热和蒸发受热面之间，以及在蒸发和过热受热面之间都没有固定的分界线。图图.直流锅炉工作原理直流锅炉工作原理焓；焓；压力；压力；比容；比容；温度；温度；第28页/共142页3030 3.3.结构特点结构特点 上图示出沿直流锅炉管子工质的状态和参数的变化：加热区和过热区中的参数变化同自然循环锅炉相同；在蒸发区中由于流动阻力，压力有所降低，相应的饱和温度也有所下降。上图示出沿直流锅炉管子工质的状态和参数的变化：加热区和过热区中的参数变化同自然循环锅炉相同；在蒸发区中由于流动阻力，压力有所降低，相应的饱和温度也有所下降。（1 1）应有高品质的给水应

34、有高品质的给水：进入锅炉的给水全部变为蒸汽，给水所含的盐分除少量溶于蒸汽而被带出外，其余杂质均将沉积在受热管内壁上。：进入锅炉的给水全部变为蒸汽，给水所含的盐分除少量溶于蒸汽而被带出外，其余杂质均将沉积在受热管内壁上。（2 2）节约钢材节约钢材：采用小管径而且不用汽包，就可大量节约钢材。一般直流锅炉大约可节约：采用小管径而且不用汽包，就可大量节约钢材。一般直流锅炉大约可节约20203030的钢材。的钢材。（3 3）因强制工质流动，蒸发部分的管子允许有多种布置方式不必象自然循环锅炉那样要用立置的蒸发管。但）因强制工质流动，蒸发部分的管子允许有多种布置方式不必象自然循环锅炉那样要用立置的蒸发管。但

35、蒸发段的最后部分受热面应安置在热负荷较为温和的地区蒸发段的最后部分受热面应安置在热负荷较为温和的地区。第29页/共142页31（4 4）直流锅炉不受工作压力的限制，而且更）直流锅炉不受工作压力的限制，而且更适于超高压力和超临界压力适于超高压力和超临界压力，因为随压力的提高以及水和汽的比容差的减小，工质的流动更为稳定。，因为随压力的提高以及水和汽的比容差的减小，工质的流动更为稳定。（5 5）锅炉储存的热量少。锅炉储存的热量少。当外界负荷变化较快而燃烧和给水调整赶不上时，汽压和汽温的波动较大。但是正因为储热少，对调节的反映也快，如配有灵敏的调节设备，可适应外界负荷变动。当外界负荷变化较快而燃烧和给

36、水调整赶不上时，汽压和汽温的波动较大。但是正因为储热少，对调节的反映也快，如配有灵敏的调节设备，可适应外界负荷变动。（6 6）直流锅炉的）直流锅炉的起动和停炉的时间较短起动和停炉的时间较短，一般不超过，一般不超过1 1小时。汽包锅炉由于汽包壁很厚，为减少由于汽包壁内外和上下温差而引起的热应力，在起动和停炉时常需缓慢进行，要用小时。汽包锅炉由于汽包壁很厚，为减少由于汽包壁内外和上下温差而引起的热应力，在起动和停炉时常需缓慢进行，要用3 31010小时之久。小时之久。第30页/共142页3232从控制特性角度来看，直流锅炉与汽包锅炉的主要从控制特性角度来看，直流锅炉与汽包锅炉的主要不同点表现在燃水

37、比例的变化，引起锅炉内工质储量的变化，从而改变各受热面积比例不同点表现在燃水比例的变化，引起锅炉内工质储量的变化，从而改变各受热面积比例。影响锅炉内工质储量的因素很多，主要有影响锅炉内工质储量的因素很多，主要有外界负荷外界负荷、燃料流量燃料流量和和给水流量给水流量。对于不同压力等级的直流锅炉，各段受热面积比例不同。压力越高，蒸发段的吸热量比例越小，而加热段与过热段吸热量比例越大。因而，不同压力等级直流锅炉的动态特性通常存在一定差异。对于不同压力等级的直流锅炉，各段受热面积比例不同。压力越高，蒸发段的吸热量比例越小，而加热段与过热段吸热量比例越大。因而，不同压力等级直流锅炉的动态特性通常存在一定

38、差异。下图为直流锅炉动态特性曲线：下图为直流锅炉动态特性曲线：三、单元机组动态特性分析三、单元机组动态特性分析 第31页/共142页3333图图.直流锅炉动态特性曲线直流锅炉动态特性曲线(a)(a)调节汽门开度扰动；（调节汽门开度扰动；（b b）燃料量扰动；）燃料量扰动；(c)(c)给水量扰动给水量扰动 实线实线一般一般直流锅炉；直流锅炉；虚线虚线带分带分离器的苏尔离器的苏尔寿直流锅炉寿直流锅炉 第32页/共142页34341.1.外部负荷扰动下直流锅炉动态特性外部负荷扰动下直流锅炉动态特性上图上图(a)(a)所示为外部负荷扰动下直流锅炉有关参数响应曲线。假定汽机耗汽量正比于调节阀开度所示为外

39、部负荷扰动下直流锅炉有关参数响应曲线。假定汽机耗汽量正比于调节阀开度 与蒸汽压力与蒸汽压力的乘积，在的乘积，在阶跃增加的情况下，蒸汽流量阶跃增加，使得蒸汽压力开始时以一定速度下降。由于给水流量和燃料流量没有变，蒸汽流量逐渐回落至与给水流量相应的值，蒸汽压力则逐渐稳定。汽机功率的变化与蒸汽流量成比例，其增加的总能量来自锅炉金属和工质所释放的蓄热量。过热蒸汽温度在蒸汽流量增加之后，先以一定速度下降，随着蒸汽流量降至原来的值而回升至原来的值。这反映锅炉燃水比例没有改变。即总蒸发量与各受热面吸热量比例没有改变。阶跃增加的情况下，蒸汽流量阶跃增加，使得蒸汽压力开始时以一定速度下降。由于给水流量和燃料流量

40、没有变，蒸汽流量逐渐回落至与给水流量相应的值，蒸汽压力则逐渐稳定。汽机功率的变化与蒸汽流量成比例，其增加的总能量来自锅炉金属和工质所释放的蓄热量。过热蒸汽温度在蒸汽流量增加之后，先以一定速度下降，随着蒸汽流量降至原来的值而回升至原来的值。这反映锅炉燃水比例没有改变。即总蒸发量与各受热面吸热量比例没有改变。第33页/共142页35352.2.燃料量扰动下直流锅炉动态特性燃料量扰动下直流锅炉动态特性图图(b)(b)所示为燃料量扰动所示为燃料量扰动下直流锅炉有关参数响应曲线。在燃料量阶跃增加的情况下，经过短暂迟延后，各受热面吸热量迅速增加，使蒸汽流量迅速增加（通常称之为附加蒸发量）。对过热段受热面来

41、说，吸热量与蒸汽流量同时增加，使得开始时过热汽温基本不变。由于给水流量没有改变，附加蒸发量使锅炉内工质储量减少，加热与蒸发受热面积减少，蒸汽流量经过一个峰值后逐渐减少，直至与给水流量相等。同时，过热段受热面的增加及炉膛发热量增加，过热蒸汽温度经过一端时间迟延后迅速上升，最后的明显偏差反映了燃水比例的变化。下直流锅炉有关参数响应曲线。在燃料量阶跃增加的情况下，经过短暂迟延后，各受热面吸热量迅速增加，使蒸汽流量迅速增加（通常称之为附加蒸发量）。对过热段受热面来说，吸热量与蒸汽流量同时增加，使得开始时过热汽温基本不变。由于给水流量没有改变，附加蒸发量使锅炉内工质储量减少，加热与蒸发受热面积减少，蒸汽

42、流量经过一个峰值后逐渐减少，直至与给水流量相等。同时，过热段受热面的增加及炉膛发热量增加，过热蒸汽温度经过一端时间迟延后迅速上升，最后的明显偏差反映了燃水比例的变化。第34页/共142页3636蒸汽压力首先是随着蒸汽流量增加而上升，随后虽然蒸汽流量逐步下降，但蒸汽温度升高而造成蒸汽容积流量的增大、沿程压力降的增加而使蒸汽压力保持较大的偏差。与此相似，机组功率的增加是蒸汽流量的暂时增加与蒸汽温度的升高的综合效果，其根本原因还在于燃料量增加后，工质总吸热量的增加。蒸汽压力首先是随着蒸汽流量增加而上升，随后虽然蒸汽流量逐步下降，但蒸汽温度升高而造成蒸汽容积流量的增大、沿程压力降的增加而使蒸汽压力保持

43、较大的偏差。与此相似，机组功率的增加是蒸汽流量的暂时增加与蒸汽温度的升高的综合效果，其根本原因还在于燃料量增加后，工质总吸热量的增加。第35页/共142页37373.3.给水流量扰动下直流锅炉动态特性给水流量扰动下直流锅炉动态特性给水流量扰动给水流量扰动下直流锅炉动态特性如图下直流锅炉动态特性如图(c)(c)所示。由于水是不可压缩的，所以给水流量的变化瞬间即可影响到加热段各受热面内工质流量。但蒸汽是可压缩的，给水流量扰动对蒸发段和过热段蒸汽流量的直接影响是有迟延的。给水流量增加，使之大于蒸发量会造成蒸发段长度的改变而产生附加蒸发量，这个过程同样具有一定惯性迟延。因此，在给水流量阶跃增加的情况下

44、，蒸汽流量的增加有一定的迟延和惯性；而过热汽温的变化与燃料量扰动下相似，在较大的迟延。所示。由于水是不可压缩的，所以给水流量的变化瞬间即可影响到加热段各受热面内工质流量。但蒸汽是可压缩的，给水流量扰动对蒸发段和过热段蒸汽流量的直接影响是有迟延的。给水流量增加，使之大于蒸发量会造成蒸发段长度的改变而产生附加蒸发量，这个过程同样具有一定惯性迟延。因此，在给水流量阶跃增加的情况下，蒸汽流量的增加有一定的迟延和惯性；而过热汽温的变化与燃料量扰动下相似，在较大的迟延。第36页/共142页3838给水流量扰动最终改变各受热面积比例，过热汽温呈现的较大稳态偏差反映燃水比例的改变。蒸汽流量的增加，造成蒸汽压力

45、随着上升，之后由于温度下降而下降，最终由于工质总吸热量不变，而蒸汽流量增加造成排汽损失增加从而使蒸汽压力略低于扰动前的值。给水流量扰动最终改变各受热面积比例，过热汽温呈现的较大稳态偏差反映燃水比例的改变。蒸汽流量的增加，造成蒸汽压力随着上升，之后由于温度下降而下降，最终由于工质总吸热量不变，而蒸汽流量增加造成排汽损失增加从而使蒸汽压力略低于扰动前的值。第37页/共142页3939四、直流炉与汽包炉机组动态特性区别四、直流炉与汽包炉机组动态特性区别 直流锅炉单元机组的汽水流程如下图所示。在直流锅炉中，锅炉给水转变为蒸汽的过程是一次性完成的。锅炉的蒸发量除了受燃烧率影响外，与给水流量直接有关。当给

46、水流量和燃烧率的比例改变时，锅炉汽水流程中各个段的界面就发生移动。比如，给水流量减小，将使蒸发段向给水侧移动，汽水流程中各点的工质焓值将有所提高，汽温会随之上升。因此，在直流锅炉单元机组中，还应当把给水流量直流锅炉单元机组的汽水流程如下图所示。在直流锅炉中，锅炉给水转变为蒸汽的过程是一次性完成的。锅炉的蒸发量除了受燃烧率影响外，与给水流量直接有关。当给水流量和燃烧率的比例改变时，锅炉汽水流程中各个段的界面就发生移动。比如，给水流量减小，将使蒸发段向给水侧移动，汽水流程中各点的工质焓值将有所提高，汽温会随之上升。因此，在直流锅炉单元机组中，还应当把给水流量WW和主蒸汽温度或中间点温度和主蒸汽温度

47、或中间点温度T T也做为控制量和被控量。也做为控制量和被控量。第38页/共142页4040直流锅炉汽水流程示意图直流锅炉汽水流程示意图直流锅炉汽水流程示意图直流锅炉汽水流程示意图 直流锅炉单元受控对象模型直流锅炉单元受控对象模型直流锅炉单元受控对象模型直流锅炉单元受控对象模型 如果能做到燃水比恒定，就可由燃料量如果能做到燃水比恒定，就可由燃料量B B代表给水量，相应地可保持汽水流程中各点温度的稳定。这样，就可以把直流锅炉单元机组受控对象简化为与汽包锅炉机组相类似的双输入、双输出模型。代表给水量，相应地可保持汽水流程中各点温度的稳定。这样，就可以把直流锅炉单元机组受控对象简化为与汽包锅炉机组相类

48、似的双输入、双输出模型。第39页/共142页4141图图.汽包锅炉与直流锅炉单元机组动态响应曲线比较汽包锅炉与直流锅炉单元机组动态响应曲线比较1 1汽包锅炉响应曲线；汽包锅炉响应曲线；2 2直流锅炉响应曲线直流锅炉响应曲线第40页/共142页4242直流锅炉机组在汽机调节门开度扰动下，主蒸汽压力的变化很快，比汽包锅炉的幅度要大。这反映出其蓄热能力比汽包锅炉小得多。直流锅炉机组在汽机调节门开度扰动下，主蒸汽压力的变化很快，比汽包锅炉的幅度要大。这反映出其蓄热能力比汽包锅炉小得多。燃料量扰动时，送风量、引风量以及直流锅炉的给水量相应地变化。此时，直流锅炉机组汽压和功率的变化较快、幅度要高。一方面反

49、映出直流锅炉的热惯性较小，同时，给水流量的增加直接使锅炉的能量输入有所增加。需要指出，对于直流锅炉机组来说，保证燃料量与给水量按适当比例变化，是机组正常运行与控制的前提。燃料量扰动时，送风量、引风量以及直流锅炉的给水量相应地变化。此时，直流锅炉机组汽压和功率的变化较快、幅度要高。一方面反映出直流锅炉的热惯性较小，同时，给水流量的增加直接使锅炉的能量输入有所增加。需要指出，对于直流锅炉机组来说，保证燃料量与给水量按适当比例变化，是机组正常运行与控制的前提。第41页/共142页43432-32-3 间接能量平衡系统间接能量平衡系统（IEB）第42页/共142页4444一、炉跟机控制系统一、炉跟机控

50、制系统基本点：汽轮机为基础，锅炉跟随的负荷控制方式，简称炉跟机方式；基本点：汽轮机为基础，锅炉跟随的负荷控制方式，简称炉跟机方式；机接受负荷指令，负责调节功率，具有较好的负荷响应能力；炉负责调节汽压，维持汽压的稳定，由于锅炉动态响应慢，动态过程中汽压波动大；因机炉间的相互影响，燃料扰动（如增加）时压力、功率都有变动（上升），而为保持原有功率，汽轮机调节汽门要动作（关小），更使压力有所波动（增加）。机接受负荷指令，负责调节功率，具有较好的负荷响应能力；炉负责调节汽压，维持汽压的稳定，由于锅炉动态响应慢，动态过程中汽压波动大；因机炉间的相互影响，燃料扰动（如增加）时压力、功率都有变动（上升），而为