CN202032549U - 热电厂锅炉母管压力协调控制*** - Google Patents

热电厂锅炉母管压力协调控制*** Download PDF

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Abstract

本实用新型包括主蒸汽压力控制器、燃料量控制器、汽包压力前馈控制回路和主蒸汽流量前馈控制回路；其特征在于，还包括一个母管压力协调及策略控制器，其输出分别与主蒸汽压力控制器的定值输入端和燃料量控制器的切换端连接；所述燃料量控制器包含内部控制器C1、C2、C3和C4，根据母管压力协调及策略控制器在燃料量控制器切换端的输入值，调用燃料量控制器内部不同的控制器进行燃料量调节控制运算后输出至锅炉给粉***作为燃烧控制信号。本实用新型实现了蒸汽母管制并列运行锅炉负荷的分配调整和协调控制以及大负荷扰动下的全自动控制，可适用于已采用DCS控制的母管制煤粉锅炉***。

Description

热电厂锅炉母管压力协调控制***
技术领域
本实用新型涉及热电厂燃煤锅炉控制***，尤其是涉及一种采用母管制运行方式的热电厂锅炉母管压力协调控制***。
背景技术
目前，在我国石油、化工、冶金、造纸、煤炭、制药等行业的自备热电厂(兼顾发电、生产供热)及集中供热等行业，广泛采用多台锅炉并列运行，同时向同一蒸汽母管供汽，以满足发电和热网负荷需求的母管制运行方式。发电机组采用母管制运行方案时，锅炉和汽轮机以及外供减温减压器热网***都直接与蒸汽母管相连，对于并行运行的锅炉设备，所有锅炉产生的蒸汽都进入主蒸汽母管，与此同时，汽轮机进汽及其它外供热负荷也都来自主蒸汽母管。因此，母管制运行方式下锅炉负荷的控制，其实质是通过对每一台锅炉燃料量的调节，控制本炉负荷即进入主蒸汽母管的锅炉蒸发量，以最终稳定主蒸汽母管压力。
传统的燃煤锅炉母管压力—给粉调节***方案的设计为以母管压力为校正调节器，与各调压炉的燃料量即热负荷调节器构成负荷定值分配-串级调节***，母管压力校正器根据母管压力的偏差值，将热负荷要求分配给各调压炉，母管压力校正器及各调压炉的热负荷调节器均采用常规PID控制器，但由于一是母管压力信号时滞大：并列运行的锅炉越多，母管压力信号时滞越大，且并列运行的锅炉压力耦合现象严重，不能快速跟踪负荷的变化；二是锅炉的热量信号难以准确整定：由于进入每台锅炉炉膛的煤粉量缺乏很好的计量手段，通常以热量信号作为煤粉量的间接反映，但蓄热系数在实际应用中难以整定，导致在调试中控制***不能正确区别内外扰动，因此，上述现有方案很难取得良好效果。
另一方面，对于母管制运行机组，在发生大负荷扰动时，无法实现单元机组所采用的“机炉协调控制”，而现场的实际运行却要求锅炉的负荷快速跟踪汽轮机组负荷或外网负荷的突变，比如汽机因故障等原因快速甩负荷及外网用热装置事故停车等引起外负荷突变等情况，而现有技术的控制方案其调节速度难以跟上大幅度的外部扰动，最终引起主蒸汽母管压力参数的大幅度波动，造成大范围在网发电机组的经济运行性能的下降。
为解决上述难题，本控制***针对常规燃煤锅炉母管压力/给粉调节***方案中的不足，研制提出了给粉机快速投切+前馈+反馈负荷控制协调策略，一方面利用母管压力变化来校正各炉主蒸汽压力控制器定值，从而实现母管制运行方式锅炉根据母管压力变化自动调整协调每台锅炉负荷；同时，利用前馈控制环节少、速度快的特点，实现在汽轮机组快速甩负荷、外网负荷突然下降时，快速调节锅炉给粉机，迅速减少燃料量，控制主汽压力上升的速度，从而实现母管压力的稳定或减少其波动幅度。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：克服母管制并列运行锅炉之间的负荷相互干扰，母管压力信号时滞大，每台锅炉不能快速跟踪负荷变化的特点，提供一种可快速跟踪负荷变化，根据内部扰动或是外部扰动启动不同控制策略同时在外部扰动突然发生时能够快速反应的锅炉母管压力协调控制***。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热电厂锅炉母管压力协调控制***，包括：
主蒸汽压力主控回路和燃料量副控回路，其中所述主蒸汽压力主控回路包括主蒸汽压力信号获取模块和主蒸汽压力控制器，所述燃料量副控回路包括主蒸汽流量信号获取模块和燃料量控制器，所述主蒸汽压力信号获取模块的输出和主蒸汽压力控制器的输入连接，所述主蒸汽流量信号获取模块的输出和燃料量控制器的输入连接，所述主蒸汽压力控制器的输出和燃料量控制器的定值输入连接，所述燃料量控制器的输出和锅炉给粉***连接；
此外，还包括一个汽包压力前馈控制回路和一个主蒸汽流量前馈控制回路，其中所述汽包压力前馈控制回路包括汽包压力信号获取模块和汽包压力前馈信号运算模块，所述汽包压力信号获取模块的输出和汽包压力前馈信号运算模块的输入连接，汽包压力前馈信号运算模块的输出和燃料量控制器的输入连接；所述主蒸汽流量前馈控制回路包括主蒸汽流量信号获取模块和主蒸汽流量前馈信号运算模块，所述主蒸汽流量信号获取模块的输出和主蒸汽流量前馈信号运算模块的输入连接，主蒸汽流量前馈信号运算模块的输出和燃料量控制器的输入连接；
进一步地，还包括一个母管压力协调控制回路，其特征在于：
所述母管压力协调控制回路包括母管压力信号获取模块和一个母管压力协调及策略控制器，所述母管压力信号获取模块以及前述主蒸汽压力信号获取模块、主蒸汽流量信号获取模块的输出同时接入该母管压力协调及策略控制器，所述母管压力协调及策略控制器的其中一个输出与主蒸汽压力控制器的定值输入连接，另一个输出同燃料量控制器的切换端连接；
所述燃料量控制器包含内部控制器C1、内部控制器C2、内部控制器C3和内部控制器C4，其中所述主蒸汽流量信号获取模块的输出同时与内部控制器C1、C2、C3和C4输入连接，汽包压力前馈信号运算模块的输出与内部控制器C2输入连接，主蒸汽流量前馈信号运算模块的输出和燃料量控制器的内部控制器C3输入连接。
优选地，所述热电厂锅炉母管压力协调控制***中所述燃料量控制器中的内部控制器C1选用逻辑判断模块，C2选用带前馈的大阻尼PI控制模块，C3选用带前馈的快速PI控制模块，C4选用不带前馈的快速PI控制模块。
本实用新型的有益效果是：
1、通过在控制回路中引入主汽流量前馈控制，实现了给粉机***能够快速跟踪锅炉负荷的变化。
2、通过引入汽包压力前馈控制，可避免锅炉给粉***给粉机转速的大范围波动。
3、控制过程通过区分燃烧***所处的状态-稳态或动态，对内部扰动和外部扰动引起的动态过程分别选用不同的控制器，保证了锅炉给粉控制回路在稳态、动态情况下均能达到良好的控制指标。
4、当发电机组快速甩负荷时，采用具有给粉机自动投切功能的控制器C1，根据主汽压力上升的速度，急停1-2台给粉机，使燃料量迅速下降，具备快速稳定主汽压力的能力，从而实现母管压力的稳定或减少其波动幅度。
附图说明
以下附图仅仅是本实用新型的一些实施例，仅仅为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，对于本领域普通技术人员亦可不需要付出创造性的劳动即可根据这些附图得到其他相似的附图。
图1是本实用新型实施例1的控制***结构框图；
图2是本实用新型实施例1的工作流程图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例所要解决技术问题及其特征和效果能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型实施例作进一步详细的说明。
本实施方式利用在蒸汽母管制运行方式锅炉DCS的内部，调用其内部控制模块进行编程组态实现多炉协调控制负荷分配及协调策略控制功能，控制锅炉给粉***的给粉机变频器，***结构简单，成本低。
参考图1，实现本实用新型实施例1所提供的热电厂锅炉母管压力协调控制***，包括：
主蒸汽压力主控回路和燃料量副控回路，其中所述主蒸汽压力主控回路包括主蒸汽压力信号获取模块和主蒸汽压力控制器，所述燃料量副控回路包括主蒸汽流量信号获取模块和燃料量控制器，所述主蒸汽压力信号获取模块的输出和主蒸汽压力控制器的输入连接，所述主蒸汽流量信号获取模块的输出和燃料量控制器的输入连接，所述主蒸汽压力控制器的输出和燃料量控制器的定值输入连接，所述燃料量控制器的输出和锅炉给粉***连接；
此外，还包括一个汽包压力前馈控制回路和一个主蒸汽流量前馈控制回路，其中所述汽包压力前馈控制回路包括汽包压力信号获取模块和汽包压力前馈信号运算模块，所述汽包压力信号获取模块的输出和汽包压力前馈信号运算模块的输入连接，汽包压力前馈信号运算模块的输出和燃料量控制器的输入连接；所述主蒸汽流量前馈控制回路包括主蒸汽流量信号获取模块和主蒸汽流量前馈信号运算模块，所述主蒸汽流量信号获取模块的输出和主蒸汽流量前馈信号运算模块的输入连接，主蒸汽流量前馈信号运算模块的输出和燃料量控制器的输入连接；
进一步地，还包括一个母管压力协调控制回路，包括：
母管压力信号获取模块和一个母管压力协调及策略控制器，所述母管压力信号获取模块以及前述主蒸汽压力信号获取模块、主蒸汽流量信号获取模块的输出同时接入该协调及策略控制器，所述母管压力协调及策略控制器的其中一个输出与主蒸汽压力控制器的定值输入连接，另一个输出同燃料量控制器的切换端连接；
所述燃料量控制器包含内部控制器C1、内部控制器C2、内部控制器C3和内部控制器C4，其中所述主蒸汽流量信号获取模块的输出同时与内部控制器C1、C2、C3和C4输入连接，汽包压力前馈信号运算模块的输出与内部控制器C2输入连接，主蒸汽流量前馈信号运算模块的输出和燃料量控制器的内部控制器C3输入连接。
***中所述的信号获取可采用通用压力或流量变送器，信号获取模块可采用DCS***的输入I/O卡件，所述的协调及策略控制器、燃料量控制器采用DCS控制***内置逻辑运算模块及PID调节模块，所述的主蒸汽压力控制器采用DCS控制***内置PID调节模块。
具体地，所述热电厂锅炉母管压力协调控制***中所述燃料量控制器中的内部控制器C1选用逻辑判断模块，C2选用带前馈的大阻尼PI控制模块，C3选用带前馈的快速PI控制模块，C4选用不带前馈的快速PI控制模块。
所述的控制运算采用DCS控制***内置PID运算，根据控制对象工艺控制要求对工艺测量值与设定值之间的差值进行比例积分微分PID运算，确定正向或反向调节；所述的前馈运算采用DCS控制***内置微分运算。
本实用新型的母管压力协调及策略控制器通过对所输入母管压力信号与主蒸汽压力信号的偏差进行PID运算后乘上对于每台锅炉的最合理负荷分配系数，对每台锅炉的负荷分配进行设定并送至主蒸汽压力的定值端。同时，母管压力协调及策略控制器通过对所输入主蒸汽流量信号进行判断，并对母管压力信号与主蒸汽压力信号的偏差进行比较和逻辑判断后，输出送至燃料量控制器的切换端，实现根据设备运行工况自动区分内外扰动类型及扰动强弱判断燃烧稳定状态，分别选用并切换燃料量控制器中不同的内部控制器C1、C2、C3或C4，进行多种控制手段的控制并执行相应的控制策略。
对于每台锅炉的最合理负荷分配系数的设定是通过对每台锅炉进行燃烧控制性能及设备带负荷能力试验，同时参考司炉等运行人员的长期操作经验综合来确定，司炉根据燃煤煤质及工况变化情况亦可合理优化修改，通过DCS***组态监控画面进行键盘设定。
参考图2，实现本实用新型实施例1的工作流程包括以下步骤：
步骤10：获取母管压力信号、主蒸汽压力信号、主蒸汽流量信号和汽包压力信号；
步骤20：将母管压力信号、主蒸汽压力信号和主蒸汽流量信号送入母管压力协调及策略控制器；
步骤21：在母管压力协调及策略控制器中调用逻辑判断模块进行逻辑运算后输出至燃料控制器的切换端。其中燃料量控制器中不同的内部控制器C1、C2、C3、C4的选取规则如下：
C1：若汽轮机快速甩负荷，其主蒸汽流量信号发生突变，则切换调用具有给粉机自动投切功能的控制器C1；即当汽机快速甩负荷、外网负荷突然下降时，调节***根据负荷变化的大小、主汽压力上升的速度，急停1-2台给粉机，使燃料量迅速下降，稳定了其它给粉机的转速，不致因所有给粉机转速快速下降而造成灭火。给粉机的投切逻辑在控制程序中自动完成。
C2：若母管压力/主汽压力偏差小于预先设定的门槛值，则采用具有较大阻尼和汽包压力前馈的PID控制器C2；因此时***状态接近稳态，此时主要关心调节精度问题，故采用较大阻尼的控制器同时为了降低接近稳态时给粉机转速的大范围波动，故引入汽包压力前馈；
C3：若母管压力/主汽压力偏差大于预先设定的门槛值，且采样两时刻之间的负荷增量与给粉机转速增量同号即变化方向同向，则采用具有主蒸汽流量前馈的快速PID控制器C3；因为此时***状态处于暂态过程中，且***受到的干扰为外扰动(如负荷变化)，故采用快速PI控制，同时为了抵消外扰动的影响引入了主气流量前馈控制；
C4：若母管压力/主汽压力偏差大于预先设定的门槛值，且采样两时刻之间的负荷增量与给粉机转速增量异号即变化方向相反，则采用无前馈的快速PI(比例积分)控制器C4；因为此时***状态处于暂态过程中，且***受到的干扰为内扰动(如煤质变化)，故采用快速PI控制，且内扰动情况下不需加入前馈控制。
步骤22：设定母管压力控制定值，对母管压力信号和母管压力控制定值的差值进行母管压力调节控制运算并乘以预置的锅炉负荷分配系数后输出至主蒸汽压力控制器作为锅炉主蒸汽压力控制的定值；
步骤30：将主蒸汽压力信号送入主蒸汽压力控制器，对主蒸汽压力信号和主蒸汽压力控制定值的差值进行主蒸汽压力控制运算后输出至燃料量控制器作为燃料量控制的定值；
步骤40：将汽包压力信号送入汽包压力前馈信号运算模块，进行汽包压力前馈运算后输出至燃料量控制器的内部控制器C2；
步骤50：将主蒸汽流量信号送入主蒸汽流量信号前馈运算模块，进行主蒸汽流量信号前馈运算后输出至燃料量控制器的内部控制器C3；
步骤60：将主蒸汽流量信号送入燃料量控制器，根据母管压力协调及策略控制器在燃料量控制器切换端的输入值，调用不同的内部控制器C1、C2、C3或C4，对主蒸汽流量信号和燃料量控制定值的差值进行燃料量调节控制运算后输出至锅炉给粉***作为燃烧控制信号。
本实用新型的热电厂锅炉母管压力协调控制***能够根据蒸汽母管压力即外界负荷的变化，协调分配各台锅炉共同参与调压，通过对各台锅炉负荷分配系数的合理设定，来确定每台锅炉的负荷给定值，从而实现共同参与、合理分配，以消除各台锅炉之间的负荷相互扰动，快速、平稳控制母管压力，同时给粉机自动投切程序的设计，能够使锅炉负荷在较大范围内快速波动时，燃烧自动控制***具备快速稳定主蒸汽压力的能力，从而实现母管压力的稳定或减少其波动幅度，最终实现整个母管制锅炉***的安全、稳定、经济运行。

Claims (2)

1.热电厂锅炉母管压力协调控制***，包括：
主蒸汽压力主控回路和燃料量副控回路，其中所述主蒸汽压力主控回路包括主蒸汽压力信号获取模块和主蒸汽压力控制器，所述燃料量副控回路包括主蒸汽流量信号获取模块和燃料量控制器，所述主蒸汽压力信号获取模块的输出和主蒸汽压力控制器的输入连接，所述主蒸汽流量信号获取模块的输出和燃料量控制器的输入连接，所述主蒸汽压力控制器的输出和燃料量控制器的定值输入连接，所述燃料量控制器的输出和锅炉给粉***连接；
此外，还包括一个汽包压力前馈控制回路和一个主蒸汽流量前馈控制回路，其中所述汽包压力前馈控制回路包括汽包压力信号获取模块和汽包压力前馈信号运算模块，所述汽包压力信号获取模块的输出和汽包压力前馈信号运算模块的输入连接，汽包压力前馈信号运算模块的输出和燃料量控制器的输入连接；所述主蒸汽流量前馈控制回路包括主蒸汽流量信号获取模块和主蒸汽流量前馈信号运算模块，所述主蒸汽流量信号获取模块的输出和主蒸汽流量前馈信号运算模块的输入连接，主蒸汽流量前馈信号运算模块的输出和燃料量控制器的输入连接；
进一步地，还包括一个母管压力协调控制回路，其特征在于：
所述母管压力协调控制回路包括母管压力信号获取模块和一个母管压力协调及策略控制器，所述母管压力信号获取模块以及前述主蒸汽压力信号获取模块、主蒸汽流量信号获取模块的输出同时接入该母管压力协调及策略控制器，所述母管压力协调及策略控制器的其中一个输出与主蒸汽压力控制器的定值输入连接，另一个输出同燃料量控制器的切换端连接；
所述燃料量控制器包含内部控制器C1、内部控制器C2、内部控制器C3和内部控制器C4，其中所述主蒸汽流量信号获取模块的输出同时与内部控制器C1、C2、C3和C4输入连接，汽包压力前馈信号运算模块的输出与内部控制器C2输入连接，主蒸汽流量前馈信号运算模块的输出和燃料量控制器的内部控制器C3输入连接。
2.根据权利要求1所述的热电厂锅炉母管压力协调控制***，其特征在于，所述燃料量控制器中的内部控制器C1选用逻辑判断模块，C2选用带前馈的大阻尼PI控制模块，C3选用带前馈的快速PI控制模块，C4选用不带前馈的快速PI控制模块。
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