MCS闭环设计.docx
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MCS闭环设计
武乡电厂模拟量控制系统设计说明
1、概述
武乡电厂600MW机组锅炉是由武汉锅炉股份有限公司设计制造的WGZ2080/17.5-1型锅炉,型式为亚临界自然循环汽包炉,钢球磨中储式冷一次风机制粉系统,热风送粉,直流式百叶窗水平浓淡燃烧器,四角布置,切向燃烧方式,尾部双烟道布置,烟气挡板调节再热汽温,喷水减温控制过热汽温,容克式三分仓回转式空气预热器,刮板捞渣机连续固态出渣,锅炉一次再热,平衡通风,全钢构架,半露天岛式布置。
燃烧器正四角布置,在炉内形成双切圆燃烧;汽机采用哈尔滨汽轮机厂制造的亚临界,一次中间再热,单轴,两缸两排汽反动式汽轮机。
;热控设备采用ABB贝利控制有限公司生产的SYMPHONY分散控制系统,实现MCS、SCS、DEH、BPC、ETS、FSSS等控制功能。
2、模拟量控制系统内容
1
协调控制系统
2
磨煤机磨煤机风量控制系统
3
磨煤机出口温度控制系统
4
炉膛压力控制系统
5
一次风压力控制系统
6
燃料主控系统
7
氧量校正及二次风量控制系统
8
燃料风(周界风)控制系统和燃尽风控制系统
9
燃油压力控制系统
10
一级减温控制系统
11
主汽温度控制系统
12
再热器温度控制系统(烟气旁路挡板)
13
再热事故喷水减温控制系统
14
再热微量喷水减温控制
15
锅炉连排疏水水位
16
汽包连排流量控制
17
汽包水位控制
18
吹灰蒸汽压力控制系统
19
暖风器疏水箱水位控制系统
20
高旁压力、减温水温度控制系统
21
低旁压力、减温水温度控制系统
22
三级减温水温度控制系统
23
低压缸喷水控制系统
24
除氧器压力、水位控制系统
25
主汽至轴封压力控制系统
26
再热冷段至轴封压力控制系统
27
凝汽器水位控制系统
28
辅汽至轴封压力控制系统
29
轴封至排汽装置压力控制系统
30
轴封温度控制系统
31
汽轮机润滑油温度控制系统
32
定子冷却水温度控制系统
33
给水泵密封水差压控制系统
34
给水泵最小流量控制系统
35
高/低加水位控制
36
DEH转速/负荷控制系统
37
排汽装置水位控制系统
38
凝结水压力控制系统
39
背压控制系统
40
暖风器冷端温度控制
41
炉膛压力控制系统
42
低加水位控制
43
辅助蒸汽联箱压力控制
44
锅炉辅助用汽温度控制
45
采暖用汽压力、温度控制
3、系统说明
3.1协调控制系统(CCS)
3.1.1协调控制系统(CCS)构成的特点
CCS控制方案是以锅炉跟随为基础,负荷指令经幅值限制、速率限制等处理后同时作用于汽机主控、和压力定值形成回路,采用直接能量平衡信号P1/PT×PS作用于锅炉主控,使负荷变化时,机、炉协调动作;同时在系统中采用微分环节和多级惯性环节,保证机、炉动作从时间上匹配。
锅炉主控通过与锅炉热量信号比较作用于5台磨煤机改变锅炉负荷,保证机组的能量需求;汽机主控通过负荷指令NS与实际负荷×PS/PT相比较输出控制DEH里的阀门总参考信号,维持机组负荷;在协调控制方式,稳态时汽机维持负荷,锅炉维持压力,动态时汽机通过前馈瞬间响应负荷,锅炉根据能量信号响应汽机需求。
CCS主要由以下几部分组成:
①、单元机组负荷指令运算回路
机组负荷指令运算回路的主要任务是根据机、炉运行状态,选择机组可以接受的各种负荷指令,用之作为机、炉的功率给定值,分别送至压力形成回路和汽机主控。
该回路由负荷控制站、最大最小值限制回路、变化率限制回路等部分组成。
②、RB运算回路
当机组由于辅机故障发生RB时,其最大可能出力将根据不同种类型的辅机故障而受到不同的变化率限制。
主要运算回路包括:
引风机RB、送风机RB、给水泵RB、一次风机RB、空予器RB、磨煤机RB、炉水循环泵RB。
RB发生后,若有五层喷燃器运行,应切除最上两层全部喷燃器,留三层喷燃器运行。
RB项目及单台辅机最大负荷、负荷迫降速率
项目
单台辅机最大负荷(MW)
负荷迫降速率(MW/min)
送风机
360
900
引风机
360
900
一次风机
300
900
喷燃器
120
300
给水泵
300
900
空予器
300
100
炉水循环泵
300
900
③、频率校正回路
频率校正回路的功能是将频率信号转换成相应负荷偏差,然后经过处理后与负荷指令相加作为最终的负荷指令分别送至压力形成回路和汽机主控系统,使锅炉和汽机能够快速响应。
④、压力设定值形成回路
包括:
定压运行时的压力定值运算回路、滑压运行时的压力定值运算回路、定/滑压无扰切换回路。
⑤、锅炉主控
锅炉主控相当于单元机组能量需求信号与燃烧控制系统之间的接口,其功能是将机组能量需求指令信号传送到风量控制系统和燃烧控制系统,以协调锅炉出力与负荷之间的匹配关系,同时保证锅炉的安全、稳定运行。
⑥、汽机主控
提供了CCS与DEH之间的接口,同时将机组阀门总参考指令传送到DEH控制回路。
另外,CCS系统根据不同的运行工况,可运行在下列几种方式:
1)协调方式
2)炉跟随方式
3)机跟随方式
4)机炉均手动方式
3.2燃烧控制系统
3.2.1燃烧控制系统构成的特点
制粉系统采用钢球磨中间储仓式热风送粉系统;燃烧器四角布置,切圆燃烧,燃烧控制由5台磨煤机完成,4台一层,从下到上分A、B、C、D、E层排列,锅炉燃烧控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要,同时保证锅炉经济、安全运行。
燃烧控制系统由燃料控制子系统,送风控制子系统和炉膛负压控制子系统和一次风压子系统组成。
燃烧控制系统设计方案,具体设计介绍如下:
燃料主控采用串级PID控制,主调设定值为锅炉主控与其本身的惯性环节取小(标记为SP1)后,再经过一个惯性环节PT1,该环节用于匹配热量信号产生的迟延,通过试验求取,主调被调量为热量信号,实际热量信号为(P1+TdSPb)/(1+TiS),该信号系数在协调系统试验时求取,主调控制器输出与SP1乘以系数作为前馈相加为副调设定值,副调被调量为启动给粉机转速/16,副调可以有效地克服给粉机启停的扰动,副调控制器输出即为燃料主控的输出,它去控制5台层操,每台层操与燃料主控有一个偏置关系,当5台层操手动时,燃料主控跟踪5台层操的平均值,每个偏置为每个层操与燃料主控之差,任一层操投自动,燃料主控跟踪解除,相应的偏置锁定,燃料主控增减,层操相应增减,投入自动的层操,其偏置在画面上可由运行人员调整。
每台层操控制本层4个单操,单操均手动时,层操跟踪启动给粉机的平均值,任一单操投自动,层操跟踪解除,若此时另一单操投自动后,将以一定的时间变换到层操指令,这样可减小扰动。
2、送风及炉膛负压控制子系统
送风控制系统主要来完成锅炉的风煤配比控制,保证锅炉燃烧的经济性。
机组送风控制系统的主要特点是以二次风量信号作为被调量,并加以氧量校正;在送风量指令形成回路中,加以最小风量限制。
炉膛负压控制系统的目的是使引风量与送风量配合,以维持炉膛压力,保证锅炉的安全运行。
3、一次风压控制子系统
一次风压子系统是通过调节一次风机入口挡板来维持一次风压力,保证一次风送粉能力。
压力定值为燃料主控输出的函数。
3.3给水控制系统
3.3.1给水控制系统构成的特点
机组配备三台电泵,容量均为50%,正常工作时,两台工作,一台备用,给水母管上有上水小旁路,给水启动旁路和主管路。
给水控制方案采用一段式给水控制回路包括四个回路:
1)在30%负荷下,启动旁路阀调压力,泵单冲量调节水位;
2)在30%负荷以上,给水泵A勺管在三冲量调节水位;
3)在30%负荷以上,给水泵B勺管在三冲量调节水位;
4)在30%负荷以上,给水泵C勺管三冲量调节水位;
给水控制勺管三冲量调节水位根据先进的控制理论和多年的调试经验,控制方案将蒸汽流量和给水流量通过微分器引入调节器,而不像常规单级三冲量和串级三冲量系统那样将蒸汽流量和给水流量2个冲量信号直接引入调节器。
这种前馈加反馈的复合控制方案赋予控制系统诸多优点。
本控制方案可大大降低对给水流量和蒸汽流量测量精确性的要求。
众所周知,大流量测量的精确性及与此相关的一次元件校验问题一直是热工测量与标准检定领域的难点。
在常规三冲量控制方案中,给水流量和蒸汽流量之差直接作为调节器控制偏差的主要组成部分,这就不可避免地将测量的系统误差带到水位控制系统中,进而影响到汽包水位的控制品质。
而本控制方案中只是将2个冲量的某种变化趋势(取决于微分器的参数设置)引入调节器,显然,这可大大削弱测量误差的影响。
3.4汽温控制系统
3.4.1汽温控制系统构成的特点
机组汽温控制系统由以下回路组成:
1、一级过热器蒸汽温度自动控制:
包括左右两侧
2、二级过热器蒸汽温度自动控制:
包括左右两侧
3、再热蒸汽温度自动控制:
包括摆动燃烧器火嘴控制,微量喷水控制(左右两侧)和事故喷水控制(左右两侧)
过热器温度控制、微量喷水控制(左右两侧)和事故喷水控制(左右两侧)
均采用喷水减温控制,采用基于SMITH预估原理的单回路PID控制,被调量为过热器蒸汽温度,引入减温器后温度经过过热器模型来拟合过热器蒸汽温度。
引入锅炉指令的前馈来克服燃料扰动。
3.5除氧器压力控制
3.5.1除氧器压力调节阀控制
在机组启动初期,除氧器由辅汽系统供汽,由除氧器压力调节阀维持除氧器定压运行。
当机组负荷升高,切换为四抽供汽后,压力调节阀全关,除氧器滑压运行。
定压运行时,总是将除氧器压力定值固定为P。
如启动初期除氧器压力低于允许的最低压力P,则调节阀指令不允许超过设定的限值,保持一个较低的开度(10%~20%)进行暖除氧器。
当机组由辅汽供汽切换为四抽供汽后,随着除氧器压力的升高,压力定值跟随实际压力变化,并且总比实际压力低,调节阀逐渐关闭直至全关,除氧器转为滑压运行。
在机组正常运行过程中,发生机组跳闸情况时,除氧器压力急剧下降。
如压力下降的速率大于设定的速率时(0.05Mpa/min),因压力设定值的下降速率受到速率限制模块的限制,压力定值将逐渐大于实际压力,经PID运算后,逐渐打开压力调节阀,防止除氧器压力下降过快而发生“闪蒸”现象。
切手动条件:
●除氧器压力信号无效
●阀门指令与位置反馈偏差大
●阀门位置反馈品质坏
超驰控制:
●除氧器压力高高全关压力调节阀
3.6除氧器水位控制
通过调节除氧器水位调节阀的开度控制除氧器水位。
3.6.1控制变量
除氧器水位调节三冲量,即除氧器水位、给水流量及凝结水流量。
其中:
被调量——除氧器水位;
总给水流量=经温度修正后的给水流量(三取中);
凝结水流量=#5低加出口凝结水流量;
3.6.2控制逻辑
切手动条件:
●除氧器水位信号无效
●除氧器水位与设定值偏差大
●调节阀指令与位置反馈偏差大
●调节阀位置反馈品质坏
3.7凝结水箱水位控制
通过调节凝汽水补水阀控制凝结水箱水位。
单回路调节。
切手动条件:
●凝结水箱水位信号无效
●设定值与测量值偏差大
●调节阀指令与位置反馈偏差大
●调节阀位置反馈品质坏
3.8凝结水补充水箱水位控制
通过调节凝结水泵至补水箱调节阀和水处理补水至补充水箱调节阀控制凝结水补充水箱水位。
单回路调节。
两个调节阀有自己单独的调节器。
调节凝结水泵至补水箱调节阀切手动条件:
●凝结水补充水箱水位信号无效
●设定值与测量值偏差大
●调节阀指令与位置反馈偏差大
●调节阀位置反馈品质坏
水处理补水至补充水箱调节阀切手动条件:
●凝结水补充水箱水位信号无效
●设定值与测量值偏差大
●调节
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