單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p><b>　　引 言</b></p><p>　　單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是大型火力發(fā)電機組的主要控制系統(tǒng)之一，是實現(xiàn)整個電網(wǎng)調(diào)度自動化的基礎(chǔ)條件。由于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個典型的多輸入多輸出系統(tǒng)，為了消除耦合作用對整個系統(tǒng)控制效果的影響，根據(jù)多變量過程控制系統(tǒng)解耦理論，首先要對控制系統(tǒng)進行解耦。因此采用解耦理論對單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行分析和設(shè)計是一個很重要的方向。【3】<

2、/p><p>　　由于高參數(shù)，大容量機組的迅速發(fā)展，裝機容量也日益增多，因此對機組的自動化需求也日益提高。與其他工業(yè)生產(chǎn)過程相比，電力生產(chǎn)過程更加要求保持生產(chǎn)的連續(xù)性，高度的安全性和經(jīng)濟性。單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)已成為大型單元機組普遍采用的一種控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)把自動調(diào)節(jié)、邏輯控制、安全保護、監(jiān)督管理融為一體，具有功能完善、技術(shù)先進、可靠性高等特點。在工程應(yīng)用中，單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在常規(guī)機爐局部控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來

3、的新型控制系統(tǒng)。單元機組在處理負荷要求并同時維持機組主要運行參數(shù)的穩(wěn)定這兩個問題時，是將機爐作為一個整體來看待的，必須要考慮協(xié)調(diào)控制，共同響應(yīng)外界負荷的需求。它是一個復(fù)雜的多變量強耦合控制對象，存在著大滯后、多擾動、時變等特性。目前新投產(chǎn)項目中國產(chǎn)機組所占比例越來越高，研究國產(chǎn)燃煤單元機組的生產(chǎn)特性，對于實現(xiàn)機組的協(xié)調(diào)控制，以及機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行意義重大。</p><p>　　第一章 火電廠燃煤機組簡介&

4、lt;/p><p>　　1.1 火電廠鍋爐【10】</p><p>　　鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能，把水加熱成為熱水或蒸汽的機械設(shè)備。鍋爐包括鍋和爐兩大部分，鍋的原義是指在火上加熱的盛水容器，爐是指燃燒燃料的場所。</p><p>　　鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為生產(chǎn)和生活提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉(zhuǎn)換為機械能，或再通過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能。提供

5、熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產(chǎn)中也有少量應(yīng)用。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，又叫蒸汽發(fā)生器，常簡稱為鍋爐，是蒸汽動力裝置的重要組成部分，多用于火電站、船舶、機車和工礦企業(yè)。</p><p>　　1.1.1 鍋爐概述</p><p>　　18世紀上半葉，英國煤礦使用的蒸汽機，最早的蒸汽鍋爐是一個盛水的大直徑圓筒形立式鍋殼，后來改用臥式鍋殼，在鍋殼下方磚砌爐體中燒火。隨著鍋爐越

6、做越大，為了增加受熱面積，在鍋殼中加裝火筒，在火筒前端燒火，煙氣從火筒后面出來，通過磚砌的煙道排向煙囪并對鍋殼的外部加熱，稱為火筒鍋爐。1830年左右，在掌握了優(yōu)質(zhì)鋼管的生產(chǎn)和脹管技術(shù)之后出現(xiàn)了火管鍋爐。19世紀中葉，出現(xiàn)了水管鍋爐，這種鍋爐中的圓筒形鍋殼遂改名為鍋筒，或稱為汽包。初期的水管鍋爐只用直水管，直水管鍋爐的壓力和容量都受到限制。</p><p>　　二十世紀初期，汽輪機開始發(fā)展，它要求配以容量和蒸汽參

7、數(shù)較高的鍋爐。直水管鍋爐已不能滿足要求。隨著制造工藝和水處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了彎水管式鍋爐。開始是采用多鍋筒式。隨著水冷壁、過熱器和省煤器的應(yīng)用，以及鍋筒內(nèi)部汽、水分離元件的改進，鍋筒數(shù)目逐漸減少，既節(jié)約了金屬，又有利于提高鍋爐的壓力、溫度、容量和效率。</p><p>　　以前的火筒鍋爐、火管鍋爐和水管鍋爐都屬于自然循環(huán)鍋爐，水汽在上升、下降管路中因受熱情況不同，造成密度差而產(chǎn)生自然流動。在發(fā)展自然循環(huán)鍋爐的同

8、時，從30年代開始應(yīng)用直流鍋爐，40年代開始應(yīng)用輔助循環(huán)鍋爐。輔助循環(huán)鍋爐又稱強制循環(huán)鍋爐，它是在自然循環(huán)鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在下降管系統(tǒng)內(nèi)加裝循環(huán)泵，以加強蒸發(fā)受熱面的水循環(huán)。直流鍋爐中沒有鍋筒，給水由給水泵送入省煤器，經(jīng)水冷壁和過熱器等蒸發(fā)受熱面，變成過熱蒸汽送往汽輪機，各部分流動阻力全由給水泵來克服。</p><p>　　第二次世界大戰(zhàn)以后，這兩種型式的鍋爐得到較快發(fā)展，因為當時發(fā)電機組要求高溫高壓和大

9、容量。發(fā)展這兩種鍋爐的目的是縮小或不用鍋筒，可以采用小直徑管子作受熱面，可以比較自由地布置受熱面。隨著自動控制和水處理技術(shù)的進步，它們漸趨成熟。在超臨界壓力時，直流鍋爐是唯一可以采用的一種鍋爐，70年代最大的單臺容量是27兆帕壓力配1300兆瓦發(fā)電機組。后來又發(fā)展了由輔助循環(huán)鍋爐和直流鍋爐復(fù)合而成的復(fù)合循環(huán)鍋爐。</p><p>　　在鍋爐的發(fā)展過程中，燃料種類對爐膛和燃燒設(shè)備有很大的影響。因此，不但要求發(fā)展各種

10、爐型來適應(yīng)不同燃料的燃燒特點，而且還要提高燃燒效率以節(jié)約能源。此外，爐膛和燃燒設(shè)備的技術(shù)改進還要求盡量減少鍋爐排煙中的污染物(硫氧化物和氮氧化物)。</p><p>　　早年的鍋殼鍋爐采用固定爐排，多燃用優(yōu)質(zhì)煤和木柴，加煤和除渣均用手工操作。直水管鍋爐出現(xiàn)后開始采用機械化爐排，其中鏈條爐排得到了廣泛的應(yīng)用。爐排下送風從不分段的“統(tǒng)倉風”發(fā)展成分段送風。早期爐膛低矮，燃燒效率低。后來人們認識到爐膛容積和結(jié)構(gòu)在燃燒中

11、的作用，將爐膛造高，并采用爐拱和二次風，從而提高了燃燒效率。</p><p>　　發(fā)電機組功率超過6兆瓦時，以上這些層燃爐的爐排尺寸太大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易布置，所以20年代開始使用室燃爐，室燃爐燃燒煤粉和油。煤由磨煤機磨成煤粉后用燃燒器噴入爐膛燃燒，發(fā)電機組的容量遂不再受燃燒設(shè)備的限制。自第二次世界大戰(zhàn)初起，電站鍋爐幾乎全部采用室燃爐。</p><p>　　早年制造的煤粉爐采用了U形火焰。燃

12、燒器噴出的煤粉氣流在爐膛中先下降，再轉(zhuǎn)彎上升。后來又出現(xiàn)了前墻布置的旋流式燃燒器，火焰在爐膛中形成L形火炬。隨著鍋爐容量增大，旋流式燃燒器的數(shù)目也開始增加，可以布置在兩側(cè)墻，也可以布置在前后墻。1930年左右出現(xiàn)了布置在爐膛四角且大多成切圓燃燒方式的直流燃燒器。</p><p>　　第二次世界大戰(zhàn)后，石油價廉，許多國家開始廣泛采用燃油鍋爐。燃油鍋爐的自動化程度容易提高。70年代石油提價后，許多國家又重新轉(zhuǎn)向利用煤

13、炭資源。這時電站鍋爐的容量也越來越大，要求燃燒設(shè)備不僅能燃燒完全，著火穩(wěn)定，運行可靠，低負荷性能好，還必須減少排煙中的污染物質(zhì)。在燃煤(特別是燃褐煤)的電站鍋爐中采用分級燃燒或低溫燃燒技術(shù)，即延遲煤粉與空氣的混合或在空氣中摻煙氣以減慢燃燒，或把燃燒器分散開來抑制爐溫，不但可抑制氮氧化物生成，還能減少結(jié)渣。沸騰燃燒方式屬于一種低溫燃燒，除可燃用灰分十分高的固體燃料外，還可在沸騰床中摻入石灰石用以脫硫。</p><p&g

14、t;　　1.1.2 鍋爐的工作原理</p><p>　　鍋爐把從外部送進來的給水在加熱器中加熱到一定溫度后，經(jīng)給水管道進入省煤器，進一步加熱以后送入鍋筒，與鍋水混合后沿下降管下行至水冷壁進口集箱。水在水冷壁管內(nèi)吸收爐膛輻射熱形成汽水混合物經(jīng)上升管到達鍋筒中，由汽水分離裝置使水、汽分離。分離出來的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過熱器，繼續(xù)吸熱成為450℃的過熱蒸汽，然后送往汽輪機。</p><p>

15、;　　在燃燒和煙風系統(tǒng)方面，送風機將空氣送入空氣預(yù)熱器加熱到一定溫度。煤粉在磨煤機中被磨成一定細度的煤粉，由來自空氣預(yù)熱器的一部分熱空氣攜帶經(jīng)燃燒器噴入爐膛。燃燒器噴出的煤粉與空氣混合物在爐膛中與其余的熱空氣混合燃燒，放出大量熱量。燃燒后的熱煙氣順序流經(jīng)爐膛、凝渣管束、過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器后，再經(jīng)過除塵裝置，除去其中的飛灰，最后由引風機送往煙囪排向大氣。</p><p>　　1.1.3 鍋爐的結(jié)構(gòu)<

16、/p><p>　　鍋爐整體的結(jié)構(gòu)包括鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒器、水冷壁過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、構(gòu)架和爐墻等主要部件構(gòu)成生產(chǎn)蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個最主要的部件是爐膛和鍋筒。</p><p>　　爐膛又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。將固體燃料放在爐排上，進行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐，又稱火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料，噴入火室燃燒的爐

17、膛稱為室燃爐，又稱火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態(tài)燃燒，并適于燃燒劣質(zhì)燃料的爐膛稱為沸騰爐，又稱流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉(zhuǎn)，并強烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風爐。</p><p>　　爐膛的橫截面一般為正方形或矩形。燃料在爐膛內(nèi)燃燒形成火焰和高溫煙氣，所以爐膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構(gòu)成。在爐墻的內(nèi)表面上常敷設(shè)水冷壁管，它既保護爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫煙氣的大量輻射熱。</p>

18、<p>　　鍋筒是自然循環(huán)和多次強制循環(huán)鍋爐中，接受省煤器來的給水、聯(lián)接循環(huán)回路，并向過熱器輸送飽和蒸汽的圓筒形容器。鍋筒簡體由優(yōu)質(zhì)厚鋼板制成，是鍋爐中最重的部件之一。</p><p>　　鍋筒的主要功能是儲水，進行汽水分離，在運行中排除鍋水中的鹽水和泥渣，避免含有高濃度鹽分和雜質(zhì)的鍋水隨蒸汽進入過熱器和汽輪機中。</p><p>　　鍋筒內(nèi)部裝置包括汽水分離和蒸汽清洗裝置、給

19、水分配管、排污和加藥設(shè)備等。其中汽水分離裝置的作用是將從水冷壁來的飽和蒸汽與水分離開，并盡量減少蒸汽中攜帶的細小水滴。中、低壓鍋爐常用擋板和縫隙擋板作為粗分離元件；中壓以上的鍋爐除廣泛采用多種型式的旋風分離器進行粗分離外，還用百頁窗、鋼絲網(wǎng)或均汽板等進行進一步分離。鍋筒上還裝有水位表、安全閥等監(jiān)測和保護設(shè)施。</p><p>　　鍋爐未來的發(fā)展將進一步提高鍋爐和電站熱效率，降低鍋爐和電站的單位功率的設(shè)備造價，提高

20、鍋爐機組的運行靈活性和自動化水平，發(fā)展更多鍋爐品種以適應(yīng)不同的燃料，提高鍋爐機組及其輔助設(shè)備的運行可靠性，減少對環(huán)境的污染。</p><p>　　1.2 國內(nèi)鍋爐的發(fā)展</p><p>　　據(jù)了解，國產(chǎn)300MW發(fā)電機組所配置鍋爐主要有三種基本形式：UP型直流爐、自然循環(huán)汽包爐和控制循環(huán)鍋爐。主要制造廠有上海鍋爐廠、東方鍋爐廠、哈爾濱鍋爐廠和北京鍋爐廠等。</p><

21、;p>　　20世紀70年代初，上海鍋爐廠自行設(shè)計和制造了國內(nèi)第一臺1000T/H雙爐膛亞臨界壓力UP型直流爐。第一代1000T/H直流爐共生產(chǎn)10臺，相繼在河南平頂山姚孟電廠、華東望亭電廠、江蘇諫壁電廠、安徽洛河電廠等安裝投運。到80年代中期，上海鍋爐廠針對1000T/H鍋爐雙爐膛容積熱負荷高、膨脹不均勻、爐墻振動、受熱面磨損、水平煙道結(jié)灰以及排煙溫度過高等問題，在原設(shè)計、制造、運行等積累的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，借鑒了美國CE燃燒工程公司引

22、進的鍋爐專利技術(shù)，設(shè)計制造了第二代國產(chǎn)改進型1025T/H單爐膛亞臨界壓力UP型直流爐。</p><p>　　東方鍋爐廠從80年代初率先開始設(shè)計亞臨界壓力自然循環(huán)汽包爐，1985年首臺在山東鄒縣電廠投入運行，目前已成為國產(chǎn)300MW機組配套的主要爐型之一。</p><p>　　按美國GE公司引進技術(shù)制造的國產(chǎn)控制循環(huán)鍋爐，第一臺由上海鍋爐廠制造，于1987年在山東石橫電廠投入生產(chǎn)。由于這種

23、機組相當于國際80年代初的先進水平，因此在逐步提高其國產(chǎn)化率的基礎(chǔ)上，已成為我國發(fā)展300MW發(fā)電機組的另一種主要爐型。目前，上海、東方、哈爾濱等制造廠均已具備了制造該型機組的能力，并進一步進行了優(yōu)化設(shè)計，鍋爐的熱效率可達到90%以上，在國際上也有一定的競爭力。</p><p>　　1.3 火電廠汽輪機【11】</p><p>　　1.3.1 汽輪機概述</p><

24、p>　　薩弗里制成的世界上第一臺實用的蒸汽提水機，在1698年取得標名為“礦工之友”的英國專利。薩弗里的提水機依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超過六米。為了從幾十米深的礦井汲水，須將提水機裝在礦井深處，用較高的蒸汽壓力才能將水壓到地面上，這在當時無疑是困難而又危險的。 紐科門及其助手卡利在1705年發(fā)明了大氣式蒸汽機，用以驅(qū)動獨立的提水泵，被稱為紐科門大氣式蒸汽機。紐科門大氣式蒸汽機的熱效率很低，這主要是由于蒸汽進入汽缸

25、時，在剛被水冷卻過的汽缸壁上冷凝而損失掉大量熱量，只在煤價低廉的產(chǎn)煤區(qū)才得到推廣。 1764年，英國的儀器修理工瓦特為格拉斯哥大學(xué)修理紐科門蒸汽機模型時，注意到了這一缺點，于1765年發(fā)明了設(shè)有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，并于1769年取得了英國的專利。</p><p>　　1782年前后，瓦特將機器進一步改進，完成了兩項重要發(fā)明：在活塞工作行程的中途，關(guān)閉進汽閥，使蒸汽膨脹作功以提高熱效率。使蒸汽在活

26、塞兩面都作功(雙作用式)，以提高輸出功率。這時的活塞既要向下拉動杠桿又要向上推動杠桿，扇形平衡杠桿和拉鏈已不再適用，瓦特又發(fā)明了平行四邊形機構(gòu)。瓦特還于18世紀末將曲柄連桿機構(gòu)用在蒸汽機上。 瓦特的創(chuàng)造性工作使蒸汽機迅速地發(fā)展，他使原來只能提水的機械，成為了可以普遍應(yīng)用的蒸汽機，并使蒸汽機的熱效率成倍提高，煤耗大大下降。因此瓦特是蒸汽機最主要的發(fā)明人。 19世紀末，隨著電力應(yīng)用的興起，蒸汽機曾一度作為電站中的主要動力機

27、械。1900年，美國紐約曾有單機功率達五兆瓦的蒸汽機電站。蒸汽機的發(fā)展在20世紀初達到了頂峰。它具有恒扭矩、可變速、可逆轉(zhuǎn)、運行可靠、制造和維修方便等優(yōu)點，因此曾被廣泛用于電站、工廠、機車和船舶等各個領(lǐng)域中，特別在軍艦上成了當時唯一的原動機。</p><p>　　蒸汽機按蒸汽在活塞一側(cè)或兩側(cè)工作，可分為單作用和雙作用式；按汽缸布置方式，可分為立和臥式；按蒸汽是在一個汽缸中膨脹或依次連續(xù)在多個汽缸中膨脹，可分為單脹

28、式和多脹式；按蒸汽在汽缸中的流向，可分為回流式和單流式；按排汽方式和排汽壓力可分為凝汽式、大氣式和背壓式。</p><p>　　1.3.2 汽輪機本體</p><p>　　汽輪機本體（Steam Turbine Proper）是完成蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機械能的汽輪機組的基本部分，即汽輪機本身。它與回熱加熱系統(tǒng)、調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)、油系統(tǒng)、凝汽系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備共同組成汽輪機組。汽輪機本體由固定部分

29、（靜子）和轉(zhuǎn)動部分（轉(zhuǎn)子）組成。固定部分包括汽缸、隔板、噴嘴、汽封、緊固件和軸承等。轉(zhuǎn)動部分包括主軸、葉輪或輪鼓、葉片和聯(lián)軸器等。固定部分的噴嘴、隔板與轉(zhuǎn)動部分的葉輪、葉片組成蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機械能的通流部分。汽缸是約束高壓蒸汽不得外泄的外殼。汽輪機本體還設(shè)有汽封系統(tǒng)。 </p><p>　　1.3.3 汽輪機的工作原理</p><p>　　蒸汽在汽輪中先把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械

30、能。由于動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的方式不同，便有不同工作原理的汽輪機。</p><p>　　由力學(xué)可知，當一運動物體碰到另一靜止的或運動速度較低的物體時，就會受到阻礙而改變其速度，同時給阻礙它的物體一個作用力，這個作用力稱為沖動力。根據(jù)沖量定律，沖動力的大小取決于運動物體的質(zhì)量和速度變化，質(zhì)量越大，沖動力越大；速度變化越大，沖動力也越大。若阻礙運動的物體在此力作用下產(chǎn)生了速度變化，則運動物體就做了機械功。</p&g

31、t;<p>　　汽輪機中，蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹，壓力降低，速度增加，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽堋８咚倨髁鹘?jīng)動葉片3時，由于汽流方向改變，產(chǎn)生了對葉片的沖動力，推動葉輪2旋轉(zhuǎn)作功，將蒸汽的動能變成軸旋轉(zhuǎn)的機械能。這種利用沖動力作功的原理，稱為沖動作用原理。 </p><p>　　圖1-1 單級沖動式汽輪機工作原理圖</p><p>　　圖1-1所示為單級沖動式汽輪機工作原理圖。

32、蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹，壓力由P0降至P1，流速從C0增至C1，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。蒸汽進入動葉柵后，改變流動方向，產(chǎn)生了沖動作用力使葉輪旋轉(zhuǎn)作功，將蒸汽動能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子的機械能。蒸汽離開動葉柵的速度降至C2。由于蒸汽在動葉柵中不膨脹，所以動葉柵前后壓力相等，即P1= P2 。 　　單級沖動式汽輪機工作原理圖如圖1-2所示。 </p><p>　　在單級汽輪機中，當噴嘴中比焓降較大時，噴嘴出口的蒸汽速

33、度很高，從而使蒸汽離開動葉柵的速度C2也很大，這將產(chǎn)生很大的損失，降低了汽輪機的經(jīng)濟性。為了減小這部分損失，可如圖1-2那樣，在第一列動葉柵后安裝一列導(dǎo)向葉柵7，使蒸汽在導(dǎo)向葉柵內(nèi)改變流動方向后再進入裝在同一葉輪上的第二列動葉柵6中繼續(xù)作功。這樣，從第一列動葉柵流出的汽流所具有的動能又在第二列動葉柵中加以利用，使動能損失減小。如果流出第二列動葉的汽流還具有較大的動能，還可以再裝第二列導(dǎo)向葉柵和第三列動葉柵。這種將蒸汽在噴嘴中膨脹產(chǎn)生的動

34、能分幾次在動葉柵中利用的級，稱為速度級。通常把蒸汽動能在兩列動葉柵中加以利用的級稱為二列速度級，在三列動葉柵中加以利用的級稱為三列速度級。速度級（兩列）汽輪機工作原理如圖1-2所示。</p><p>　　圖1-2 速度級（兩列）汽輪機工作原理</p><p>　　圖1-2還表示出蒸汽在速度級中壓力和速度的變化規(guī)律。蒸汽在動葉柵中和導(dǎo)向葉柵中都不發(fā)生膨脹，因而第二列動葉柵后的壓力等于噴嘴后的

35、壓力。  由若干個沖動級依次疊置而成的多級汽輪機，稱為多級沖動式汽輪機。隨著汽輪機向高參數(shù)、大功率和高效率方向發(fā)展，單級汽輪機便不能適應(yīng)需要，從而產(chǎn)生了多級汽輪機。</p><p>　　具有三個沖動級的多級沖動式汽輪機，整個汽輪機的比焓降分別由三個沖動級加以利用。蒸汽進入汽缸后，在第一級噴嘴2中發(fā)生膨脹，壓力由P0降至P1，汽流速度由C0增至C1，然后進入第一級動葉柵3中作功，作功后流出動葉柵的汽

36、流速度降至C2，由于蒸汽在動葉柵中不發(fā)生膨脹，動葉柵后的壓力（即第一級后壓力）即等于噴嘴后的壓力P1，從第一級流出的蒸汽，再依次進入其后的兩級并重復(fù)上述作功過程，最后從排汽管中排出。由于流經(jīng)各級后的蒸汽壓力逐漸降低，比容逐漸增大，因而蒸汽的體積流量也逐漸增大。為了使蒸汽順利流過，汽輪機的通流面積逐漸增加，所以噴嘴和動葉的高度以及級的直徑都逐漸增大。多級汽輪機的功率是各級功率之和，因此多級汽輪機的功率可以按需要做得很大。</p>

37、;<p>　　1.4 火電廠燃煤機組熱力工作過程</p><p>　　本節(jié)以配SO—400—140型直流鍋爐的機組為例，介紹火力發(fā)電廠的熱力工作過程。這套機組是我國自行設(shè)計、制造和安裝的大型火電機組，采用了超高壓中間再熱式直流鍋爐與雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機相配合的單元制系統(tǒng)(也稱單元機組)，功率為三十萬千瓦。簡稱300機組。 300機組每小時能發(fā)出30萬度電。度就是功率(千瓦)與時間(小時)的乘積?！?/p>

38、瓦就是1000瓦，瓦是電壓(伏特)與電流(安培)的乘積，它是指單位時間內(nèi)所作的功，叫做功率。</p><p>　　圖1-3 燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程</p><p>　　火力發(fā)電廠是把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿墓S，它的能量轉(zhuǎn)換過程如圖1-3所示。燃料送入鍋爐中燃燒，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，并為鍋爐中水所吸收，成為蒸汽的熱能。蒸汽送入汽輪機，沖動汽輪機轉(zhuǎn)子，把熱能轉(zhuǎn)化為機械能。汽輪機帶動發(fā)電機

39、，把機械能轉(zhuǎn)化為電能。這就是火電機組的能量轉(zhuǎn)換過程。但是要實現(xiàn)這個轉(zhuǎn)換，除了鍋爐、汽輪機和發(fā)電機三大主機外，還需要一系列輔助機械及設(shè)備，組成電廠的熱力循環(huán)系統(tǒng)。圖1-4是300MW機組的熱力系統(tǒng)示意圖。</p><p>　　它的工作過程是這樣的，燃料(油或煤)在鍋爐爐膛中燃燒，生成很高溫度的煙氣，煙氣帶著熱量從鍋爐的水管外面穿過，把大部分熱量傳給了管內(nèi)的水，使之變成蒸汽，繼而又過熱成為過熱蒸汽。鍋爐出來的過熱蒸汽

40、具有很高的壓力和溫度，通過主蒸汽管道后，蒸汽的參數(shù)降為絕對大氣壓送進汽輪機中去。在汽輪機內(nèi)有噴嘴，蒸汽流過噴嘴時壓力和溫度都下降，流動速度就增加，即具有了很大的沖擊力量。高速蒸汽流沖擊到汽輪機轉(zhuǎn)子的葉片上，就使汽輪機轉(zhuǎn)動。蒸汽在汽輪機里一級一級地把熱能變成機械能，它本身的壓力和溫度就降低下來，在離開汽輪機時壓力比大氣壓力還要低，溫度也只有30℃左右了，然后排入汽輪機下面的凝汽器中去。</p><p>　　圖1-4

41、 300MW直流燃煤機組的熱力系統(tǒng)示意圖</p><p>　　由上可見，蒸汽在汽輪機內(nèi)的工作過程是一個膨脹做功的過程。為了提高發(fā)電廠熱效率及降低排汽濕度(水分)，采用了中間再熱。汽輪機分高、中、低壓缸，蒸汽進入高壓缸，從第1級做功至第9級，這時蒸汽壓力從136絕對大氣壓降到26．5絕對大氣壓，蒸汽溫度己從550℃降至335℃。把第9級抽出來的蒸汽送回到鍋爐的再熱器里再加熱，再度提高到555℃通過再熱蒸汽管道后，蒸

42、汽參數(shù)為550℃、24.3絕對大氣壓送入汽輪機高壓缸，從第10級做功至低壓缸最末一級。最末一級出來的蒸汽即為真空度500毫米汞柱、30℃左右的排汽，并排入凝汽器。</p><p>　　在凝汽器內(nèi)，蒸汽遇到其中密布的銅管。被銅管里的冷卻循環(huán)水吸收掉大部分熱量，蒸汽就凝結(jié)成水。冷卻用的循環(huán)水是用循環(huán)水泵從機力通風塔的底部水池抽出，送進凝汽器的銅管內(nèi)。它吸收排汽中的熱量后，再回到機力通風塔內(nèi)冷卻到需要的溫度。機力通風冷

43、卻塔的工作原理是依賴水和空氣的強行接觸而引起熱量的轉(zhuǎn)換。循環(huán)水由塔兩側(cè)6.05米標高處分兩路進入塔內(nèi)，經(jīng)過噴頭在四層濺水碟上濺成水花，再經(jīng)紙蜂窩淋水裝置冷卻后流入下部的水池。在塔上方的風筒內(nèi)裝有風扇，作強行通風冷卻，因而在夏季空氣溫度高時，循環(huán)水基本上是出于水的蒸發(fā)而得到冷卻，冬季則由冷空氣與循環(huán)水的對流接觸而冷卻。這種冷卻設(shè)備工作較穩(wěn)定，占地面積小。</p><p>　　從凝汽器中凝結(jié)的水，用凝結(jié)水泵抽出來，經(jīng)

44、過除鹽裝置、低壓加熱器(由汽輪機的抽汽來加熱)和除氧器，使凝結(jié)水得到除鹽、加熱和除氧。由除氧器出來的水，用給水泵抽出，送到高壓加熱器(由汽輪機的抽汽來加熱)進一步提高水溫到240℃，然后進往鍋爐。</p><p>　　將整個工作過程歸納起來，水和蒸汽在鍋爐中吸收燃料放出的熱能，在汽輪機中將熱能變成機械能，蒸汽在汽輪機中膨脹功之后在凝汽器中凝結(jié)成水，在加熱器中加熱后再送回到鍋爐，形成一個循環(huán)的汽水系統(tǒng)，這就是300

45、MW機組的熱力循環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　　第二章 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡介【3】</p><p>　　2.1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)</p><p>　　2.1.1 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的任務(wù)</p><p>　　單元機組的輸出電功率與負荷要求是否一致反映了機組與外部電網(wǎng)之間能量供求的平衡關(guān)系；主蒸汽壓力反映了機組內(nèi)部鍋爐和汽輪機發(fā)電機之間能量供求的

46、平衡關(guān)系。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)就是為了完成這兩種平衡關(guān)系而設(shè)置的。使機組對外保證主要運行參數(shù)（主蒸汽壓力）穩(wěn)定的系統(tǒng)稱為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（Cordinated Control system─CCS）是將單元機組的鍋爐和汽輪機作為一個整體來進行控制的系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的任務(wù)是協(xié)調(diào)地控制鍋爐燃料量、送風量、給水量等，以及汽輪機調(diào)節(jié)閥門開度，使機組既能適應(yīng)電網(wǎng)負荷指令的要求，又能保持單元機組在額定參數(shù)下安全、經(jīng)濟的運行。</p>

47、<p>　　2.1.2 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用的現(xiàn)狀</p><p>　　隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)中大容量的單元機組的數(shù)量增加，國內(nèi)外對整個單元機組的自動控制系統(tǒng)的研究也達到了一個新的階段。</p><p>　　以下從幾個方面來探討目前協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀。</p><p>　　一、直接能量平衡的廣泛應(yīng)用</p><p

48、>　　火力發(fā)電廠通過鍋爐的燃燒把儲存在煤或油中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成蒸汽的熱力勢能，汽輪機將蒸汽的熱力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機械能，汽輪機帶動發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換成電能，最后將電能通過電網(wǎng)輸送給用戶。整個電能的生產(chǎn)過程是一系列的能量轉(zhuǎn)換與平衡的過程，電網(wǎng)中所有機組的發(fā)電量要與電網(wǎng)上的負荷隨時保持平衡，由于電站無法儲存它所發(fā)出的電能，因此單元機組也應(yīng)該滿足輸出能量與輸入能量以及中間蓄能的動態(tài)平衡關(guān)系。</p><p>　　通

49、常情況下，汽輪發(fā)電機通過汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制進入汽輪機的蒸汽量以達到蒸汽量與輸出的電能相平衡。當平衡量影響到主汽壓力的參數(shù)后，鍋爐調(diào)壓系統(tǒng)為了維持壓力參數(shù)的穩(wěn)定，通過調(diào)整燃燒率指令改變輸入的燃料量以維持輸入的熱量與汽輪機消耗的蒸汽能量相平衡。這種通過單獨控制方式實現(xiàn)能量平衡的方式，可稱為間接能量平衡(IEB—Indirect Energy Balance)。顯然該平衡過程的動態(tài)響應(yīng)較慢，而且與鍋爐慣性和制粉系統(tǒng)的遲延有很大的關(guān)系，是一種

50、被動適應(yīng)的平衡方式。與間接能量平衡的方法不同，直接能量平衡(DEB—Direct Energy Balance)的方法是基于物理意義上的一種協(xié)調(diào)控制方法，它巧妙的解決了鍋爐主汽壓的穩(wěn)定性和負荷適應(yīng)性之間的矛盾。</p><p>　　二、指令信號間接平衡的日趨應(yīng)用</p><p>　　與間接能量平衡不同，指令信號間接平衡的系統(tǒng)并非等到負荷的調(diào)整影響到主汽壓力的參數(shù)后才進行鍋爐燃燒率的調(diào)整，而

51、是用功率信號間接平衡機、爐之間的能量關(guān)系。當電網(wǎng)要求機組出力增加，先增大功率設(shè)定值No，它與發(fā)電機實際功率Ne的偏差信號N，一方面經(jīng)汽機主控系統(tǒng)，增大汽機調(diào)門開度，使汽輪機出力增加，另一方面通過前饋，作用到鍋爐主控系統(tǒng)，使燃料量增加，以增大鍋爐出力。由于鍋爐的熱慣性與遲延，其出力增加的速度要比汽輪發(fā)電機慢的多，因此主汽壓力Pt下降，與其設(shè)定值Po之間出現(xiàn)偏差△P，一方面通過鍋爐主控系統(tǒng)進一步加大燃料量，促使主汽壓力回升，另一方面又經(jīng)汽機

52、主控系統(tǒng)關(guān)小調(diào)汽門，限制主汽壓力下降。當鍋爐本身出現(xiàn)擾動，如燃燒率自發(fā)增加時，主汽壓力Pt將會上升，一方面通過鍋爐主控系統(tǒng)減小燃料量；另一方面又經(jīng)前饋到汽機主控系統(tǒng)開大調(diào)門，以減小主汽壓力的波動。在這個過程中機組出力會暫時增加，但最終會穩(wěn)定到設(shè)定值。由于這種控制方式具有機、爐兼顧，互相協(xié)調(diào)的特點，在大型單元機組中得到普遍應(yīng)用。</p><p>　　2.2 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的概述</p><

53、;p>　　2.2.1 協(xié)調(diào)控制的基本概念</p><p>　　從大系統(tǒng)理論出發(fā)，協(xié)調(diào)控制是一種解決大系統(tǒng)控制問題的基本策略。而大系統(tǒng)是指由若干相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)組成的復(fù)雜系統(tǒng)。應(yīng)用大系統(tǒng)理論解決控制問題的基本方法就是分解-協(xié)調(diào)的方法。所謂分解是把大系統(tǒng)化為若干子系統(tǒng)，以便進行分塊處理與控制，求得各子系統(tǒng)的局部最優(yōu)解；而協(xié)調(diào)則是從系統(tǒng)的全局出發(fā)，合理地調(diào)整各子系統(tǒng)之間的和諧與統(tǒng)一，進而得到整個大系統(tǒng)的最優(yōu)解。

54、</p><p>　　大系統(tǒng)中包含的各子系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)有多種多樣的形式。其中最為普遍的形式是遞階結(jié)構(gòu)。在這種遞階的結(jié)構(gòu)中，各子系統(tǒng)處于不同級別的層次中，并具有不同的功能。電力、冶金、化工等復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程都屬于這種遞階結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。很多社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、管理系統(tǒng)，也是這種遞階控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也稱之為多級控制系統(tǒng)。</p><p>　　一種典型的遞階控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖中

55、給出一個三級遞階系統(tǒng)。處于不同級別上的子系統(tǒng)分別為局部控制級、協(xié)調(diào)控制級和上位協(xié)調(diào)控制器職能，處于上位協(xié)調(diào)的協(xié)調(diào)控制器職能，就如同總公司的董事長，在其下協(xié)調(diào)級的控制器就相當于各子公司的總裁，處于局部控制級的控制器則相當于各部門的經(jīng)理。</p><p>　　圖2-1 遞階控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　常規(guī)的自動控制系統(tǒng)是汽輪機和鍋爐分別控制。汽輪機調(diào)節(jié)機組負荷和轉(zhuǎn)速，機組負荷的變化必

56、然會反映到機前主蒸汽壓力的變化，即機前主蒸汽壓力反映了機爐之間的能量平衡。主蒸汽壓力的控制由鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)來完成，燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般又分為主蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、送風氧量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、爐膛負壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)等子系統(tǒng)。隨著單元機組容量的不斷增大、電網(wǎng)容量的增加和電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰要求的提高以及自身穩(wěn)定（參數(shù)）運行要求的提高，常規(guī)的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)已很難滿足單元機組既參加電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰又穩(wěn)定機組自身運行參數(shù)這兩個方面的要求，因此必須將汽輪機和鍋爐視為一個統(tǒng)一的控

57、制對象進行協(xié)調(diào)控制。所謂協(xié)調(diào)控制，是指通過控制回路協(xié)調(diào)汽輪機和鍋爐的工作狀態(tài)，同時給鍋爐自動控制系統(tǒng)和汽輪機自動控制系統(tǒng)發(fā)出指令，以達到快速響應(yīng)負荷的目的，盡最大可能發(fā)揮機組的調(diào)頻、調(diào)峰能力，穩(wěn)定運行參數(shù)。</p><p>　　單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在常規(guī)機爐局部控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制系統(tǒng)。單元機組在處理負荷要求并同時維持機組主要運行參數(shù)的穩(wěn)定這兩個問題時，是將機爐作為一個整體來看待的。然而汽機、鍋爐又

58、是相對獨立的，它們通過各自的調(diào)節(jié)手段，如汽輪機調(diào)節(jié)閥開度、鍋爐燃燒率，滿足電網(wǎng)負荷的要求及主參數(shù)的穩(wěn)定，但它們的能力不盡相同，主要表現(xiàn)在鍋爐調(diào)節(jié)的相對滯后，如果在設(shè)計控制系統(tǒng)時能充分考慮它們的差異，采取某些措施（如引入某些前饋信號、協(xié)調(diào)信號），讓機爐同時按照電網(wǎng)負荷的要求變化，接收外部負荷的指令，根據(jù)主要參數(shù)的偏差，協(xié)調(diào)地進行控制，這樣的控制系統(tǒng)稱為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是由負荷指令處理回路、機爐主控制回路、主壓力設(shè)定回路

59、三部分組成。負荷指令處理回路接收中調(diào)指令、操作員指令和頻率偏差指令，通過選擇和計算，再根據(jù)機組主輔機運行情況，發(fā)出機組實際負荷指令，送給機爐主控制回路，改變調(diào)節(jié)閥的開度和鍋爐燃燒率。機前壓力設(shè)定回路，由運行人員選擇定壓/滑壓運行方式，經(jīng)幅值和變化率處理后形成合適的機前壓力設(shè)定點，保證機組處于穩(wěn)定、經(jīng)濟的運行工況。</p><p>　　2.2.2 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本概念</p><p&

60、gt;　　單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在常規(guī)機爐局部控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制系統(tǒng)。常規(guī)的機爐控制系統(tǒng)由一系列相對獨立的局部控制回路組成，結(jié)構(gòu)比較簡單，功能比較單一，適應(yīng)機組不同運行方式和工況的能力也比較差。單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)把鍋爐和汽輪發(fā)電機作為一個整體進行控制，采用了遞階控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，把自動調(diào)節(jié)、邏輯控制、連鎖保護等功能有機地結(jié)合在一起，構(gòu)成一種具有多種控制功能，滿足不同運行方式和不同工況下控制要求的綜合控制系統(tǒng)。單元機組協(xié)調(diào)控制

61、系統(tǒng)的設(shè)計充分利用了機爐對象特性方面的特點，采用了前饋、補償、多變量解耦等控制策略，使控制系統(tǒng)具有合理、可靠、易于維護調(diào)整等優(yōu)點。建立在現(xiàn)代控制理論和方法基礎(chǔ)上的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)也處于研究和發(fā)展之中。</p><p>　　單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖2-2中只給出了單元

62、機組鍋爐和汽輪發(fā)電機組最重要的控制系統(tǒng)部分。還有一系列相對獨立的控制系統(tǒng)，比如汽溫控制系統(tǒng)、汽包鍋爐的給水控制系統(tǒng)以及許多輔機控制系統(tǒng)。</p><p>　　單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可認為是一種二階遞階控制系統(tǒng)。處于上位級的機爐協(xié)調(diào)級，也叫作單元機組主控系統(tǒng)，設(shè)整個系統(tǒng)的核心部分。處于局部控制級的子系統(tǒng)包括鍋爐燃料控制系統(tǒng)、風量控制系統(tǒng)，汽輪機功率／頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)。單元機組主控系統(tǒng)產(chǎn)生指揮機

63、爐控制器動作的鍋爐指令和汽機指令。局部控制級的控制器執(zhí)行主控系統(tǒng)發(fā)出的指令，完成指定的控制任務(wù)。</p><p>　　2.2.3 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本要求</p><p>　　1．機組并網(wǎng)運行時，應(yīng)使機組滿足電網(wǎng)對機組負荷的要求，并具有較高的負荷適應(yīng)能力。在調(diào)節(jié)過程中，各調(diào)節(jié)機構(gòu)的動作不應(yīng)過分頻繁，不致出現(xiàn)過分超調(diào)。</p><p>　　2．保證機組運行安全

64、。當主機或主要輔機設(shè)備故障時，應(yīng)自動采取相應(yīng)的措施，把故障限制在最小的范圍內(nèi)，保證設(shè)備安全的前提下，不致使機組全停。負荷變更時，變更幅度和速度必須限制在安全允許的范圍內(nèi)。</p><p>　　3．對于允許滑壓運行的單元機組，其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)應(yīng)能滿足定壓和滑壓不同運行方式的需要。</p><p>　　4．具有機爐間協(xié)調(diào)與能量平衡，實時監(jiān)視主機、輔機的運行能力。</p><p

65、>　　5．系統(tǒng)要方便于運行人員的干預(yù)，保證任何一臺執(zhí)行器手動、自動切換的自平衡、無擾動。</p><p>　　2.2.4 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功能與任務(wù)</p><p>　　為了保證實現(xiàn)對機組負荷的有效控制，對大型單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功能一般有以下幾個方面的要求：</p><p>　?。?）建立電網(wǎng)調(diào)度中心與機組鍋爐控制和汽機控制系統(tǒng)之間的通信聯(lián)系，實施

66、機組負荷控制，參與電網(wǎng)調(diào)頻。</p><p>　?。?）在異常情況下，對單元機組及其鍋爐和汽機負荷需求指令進行限制。</p><p>　　（3）改善機組對外界負荷擾動的向應(yīng)能力，及其克服各種擾動影響，提高機組對負荷變化的適應(yīng)能力。</p><p>　　（4）使機組具有較高的運行效率。</p><p>　?。?）減小鍋爐和汽機的熱應(yīng)力。<

67、/p><p>　?。?）減輕運行人員的勞動強度，確保機組的安全運行。</p><p>　　為了達到上述幾方面的功能要求，大型單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)必須完成下列主要任務(wù)：</p><p>　?。?）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能協(xié)調(diào)機、爐的控制，在—定的負荷范圍內(nèi)響應(yīng)來自電網(wǎng)調(diào)度的負荷指令或機組運行人員就地設(shè)定的負荷指令，對機組進行負荷控制，并參與電網(wǎng)調(diào)頻，同時保證機組的穩(wěn)定運行，維持運行

68、參數(shù)不超出允許的變化范圍。</p><p>　?。?）對某些需要在整個負荷變化范圍內(nèi)進行控制的過程變量，采用全程控制、以盡可能減少運行人員的勞動強度。</p><p>　?。?）在機組設(shè)備異?；蚴鹿是闆r下，CCS越過保護、連鎖等邏輯控制回路，確保機組安全地繼續(xù)遠行，或使生產(chǎn)設(shè)備處于安全狀態(tài)而不致造成損害。</p><p>　　（4）當機組主要輔機，如送風機、引風機、

69、磨煤機、給水泵、爐水循環(huán)泵、一次風機等發(fā)生故障而不能滿足機組出力要求時，CCS的負荷指令處理回路能產(chǎn)生負荷快速返回信號，使機組實際負荷指令降至機組的最大可能出力值，以確保機組的安全運行。</p><p>　?。?）對設(shè)計有足夠容量的汽輪機旁路系統(tǒng)的機組，當汽輪機或電氣故障致使汽輪機快速甩負荷時，鍋爐有必要維持最低的燃燒率繼續(xù)穩(wěn)定運行，使機組帶廠用電遠行或停機不停爐，以便故障消除后能快速帶上負荷。</p>

70、;<p>　?。?）當機組運行參數(shù)，如燃料量、空氣量、給水量等，其實際值與給定位的偏差超出規(guī)定的允許值范圍，或執(zhí)行機構(gòu)位置達到預(yù)先設(shè)定的最大或最小限值時，CCS的負荷指令處理回路能產(chǎn)生負荷增／減閉鎖信號，根據(jù)偏差的方向，對機組實際負荷指令的增加或減小加以閉鎖，以防止物料或能量的不平衡進一步擴大和引發(fā)事故，直至異常消除，偏差回到限位內(nèi)才解除閉鎖。</p><p>　?。?）對于機組設(shè)備工作異常的一類故

71、障，CCS除了采用負荷增／減閉鎖措施外，還應(yīng)進—步采取機組負荷迫升／迫降措施。</p><p>　?。?）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對機組的一些重要過程變量的信號進行在線監(jiān)控，一旦偏離正常狀態(tài)，就自動采取措施、或切換至冗余部分(即備用設(shè)備)?；?qū)⒖刂葡到y(tǒng)切為手動方式，同的發(fā)出報警信號。</p><p>　?。?）對于重要參數(shù)的測量采用三變送器或雙變選器。</p><p>　?。?

72、0）重要凹路的執(zhí)行機構(gòu)監(jiān)控具有閥位指今與實際閥位的偏差監(jiān)控、方向閉鎖、超池開／關(guān)、后備直接手操、失電、斷氣或斷信號保護等功能。</p><p>　　（11）為了使機組能穩(wěn)定運行，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)X、f所有控制回路的自動／手動切換均具有無擾切換的功能，即當某控制回路切換到手動方式時。</p><p>　?。?2）有比較完備的防運行人員的誤操作連鎖保護措施。</p><p>

73、;　　（13）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還配備有必須的邏輯控制功能，它們能根據(jù)規(guī)定的邏輯條件自動地判斷并執(zhí)行系統(tǒng)的切換、操作、跟蹤、保護、連鎖、閉鎖、監(jiān)控、報警等等功能，如主燃料跳間處理、防爐膛內(nèi)爆控制、風／煤交叉連鎖、汽輪機防進水保護等。</p><p>　　2.2.5 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的特點</p><p>　　單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是在常規(guī)機爐控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。特別是隨著新型自動化儀表

74、系統(tǒng)和設(shè)備的應(yīng)用，使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)得到不斷的改進與完善。其主要特點包括以下幾個方面：</p><p>　　（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進。采用了遞階控制結(jié)構(gòu)，在局部控制級的基礎(chǔ)上引入了機爐協(xié)調(diào)級，把鍋爐，汽輪發(fā)電機組作為一個整體進行控制。機爐協(xié)調(diào)控制器是一個多變量控制器。采用了前饋、反饋、補償以及變結(jié)構(gòu)控制等技術(shù)，充分利用了機爐動態(tài)特性的特點，并充分地利用了機爐動態(tài)特性方面的特點，克服系統(tǒng)內(nèi)部耦合和非線性特性。獲得優(yōu)良的控制品

75、質(zhì)。同時，又保留了控制器結(jié)構(gòu)簡單，易于工程實現(xiàn)和參數(shù)整定，便于操作、維護等優(yōu)點。并能直接接收電網(wǎng)自動調(diào)度系統(tǒng)指令，為實現(xiàn)電網(wǎng)級自動調(diào)度和協(xié)調(diào)控制奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　（2）系統(tǒng)功能完善。除了正常工況下的連續(xù)調(diào)節(jié)之外，系統(tǒng)還設(shè)計了一整套邏輯控制系統(tǒng)。包括實際功率給定邏輯，局部故障處理，運行方式切換邏輯，以及顯示報警等，系統(tǒng)可根據(jù)實際需要和設(shè)備狀況，選擇不同的運行方式，比如機跟爐，爐跟機，機爐協(xié)調(diào)方式；定

76、壓運行或滑壓運行方式；固定功率輸出或可調(diào)功率方式。</p><p>　?。?）系統(tǒng)可靠性高。通過設(shè)置安全保護系統(tǒng)和采取一系列可靠性措施，可獲得很高的系統(tǒng)可靠性。比如，在主機或輔機設(shè)備故障時，可自動改變控制方式，對實際功率指令的幅值和變化速率進行改變，并通過相應(yīng)的連鎖保護，報警顯示等信息，保證機組在安全范圍內(nèi)運行，并維持最佳工況。</p><p>　　2.2.6 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的組成

77、</p><p>　　單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖中只給出了單元機組鍋爐和汽輪發(fā)電機組最主要的控制系統(tǒng)部分。單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)可認為是一種二級遞階控制系統(tǒng)。處于上位級的機爐協(xié)調(diào)級，也叫做單元機組主控系統(tǒng)，是整個系統(tǒng)的核心部分。處于局部控制級的子系統(tǒng)包括鍋爐燃料控制系統(tǒng)、風量控制系統(tǒng)、汽輪機功率、頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及直流鍋爐的給水控制系統(tǒng)。單元機組主控系統(tǒng)產(chǎn)生指揮機爐控制器動作的鍋爐指令和汽機指令。局

78、部控制級的控制器執(zhí)行主控系統(tǒng)發(fā)出的指令，完成指定的控制任務(wù)。 </p><p>　　單元機組協(xié)調(diào)控制主控系統(tǒng)可分為兩大部分，如圖2-3所示。　</p><p>　　圖2-3 單元機組協(xié)調(diào)控制主控系統(tǒng)</p><p>　　其中，負荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示。在常規(guī)機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡化框圖如圖2-5所示。</p>

79、<p>　　圖2-4 負荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2-5 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)簡化框圖</p><p>　　在圖2-3中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是由負荷指令處理回路和機爐主控制回路兩部分組成。負荷指令處理回路接受中央調(diào)度所指令、值班員指令，通過選擇和運算，再根據(jù)機組的主輔機實際的運行情況，發(fā)出負荷指令。機爐主控制回路除接受負荷指令信號外，還接受主蒸汽壓力信號，根據(jù)這兩

80、個信號的偏差，改變汽輪機調(diào)節(jié)閥的開度和鍋爐的燃燒率。</p><p>　　在不同的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，負荷指令管理中心的結(jié)構(gòu)和處理方式是不同的，但其基本出發(fā)點是考慮對機組輸出功率要求和機組實際可能出力兩方面因素，而且二者只能取小值。同時又考慮負荷變化速率的限制。還可能存在不明確的因素影響到機組功率的輸出，這些因素可以間接的通過燃燒率偏差等參數(shù)反映出來。最后還要限定其最小和最大負荷的范圍，形成實際負荷指令Nsp（實際輸

81、出功率給定值）。</p><p>　　機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)接收負荷指令管理中心給出的實際負荷指令Nsp，按規(guī)定的控制規(guī)律進行運算，發(fā)出鍋爐負荷指令B（燃燒率指令）和汽機負荷指令μ（主蒸汽閥門開度），送給鍋爐和汽機局部控制回路執(zhí)行。</p><p>　　從圖2-3中可以看出，單元機組負荷的給定信號來自兩個方面，機組運行人員“手動負荷給定”和“中調(diào)指令”。中調(diào)指令的介入與退出可由運行人員通過切換器

82、進行選擇。切換器的輸出與手動負荷給定信號經(jīng)加法器疊加后，形成機組的目標負荷指令。目標負荷指令與機組可能出力信號作為小值選擇器的兩個輸入。二者取小值作為機組的負荷指令，送至負荷指令中心的下一部分繼續(xù)進行處理。</p><p>　　2.2.7 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方式</p><p>　　單元機組的運行方式有定壓運行和滑壓運行兩種。定壓運行是指無論機組負荷怎樣變動，始終維持主蒸汽壓力以

83、及主蒸汽溫度為額定值，通過改變汽輪機調(diào)節(jié)氣門的開度，改變機組的輸出功率?；瑝哼\行則是始終保持汽輪機調(diào)節(jié)汽門全開，在維持主蒸汽溫度恒定的同時，通過改變主蒸汽壓力改變機組的輸出功率。</p><p><b>　　一、滑壓運行方式</b></p><p>　　采用滑壓運行方式和滑壓參數(shù)啟停是單元機組具有的特點之一。母管制連接的機組只能采用額定蒸汽參數(shù)下的定壓運行方式，單元機

84、組在滑壓運行方式下保持主汽門和調(diào)節(jié)汽門全開。外界負荷變化時，通過調(diào)節(jié)鍋爐的燃料、風量、給水以及相應(yīng)的輸入量，改變鍋爐的輸入量，改變鍋爐的蒸發(fā)量，進而改變汽輪機的進氣壓力，在維持氣溫為額定值的前提下，使進入汽輪機蒸汽能量改變，使汽輪發(fā)電機組的輸出功率適應(yīng)外界負荷的需求。</p><p>　　由于鍋爐設(shè)備內(nèi)部具有很大的蓄熱能力，熱慣性也很大。當外界負荷需求變化時，雖然變了鍋爐的能量輸入，但直到鍋爐輸出蒸汽能量的變化，

85、還要經(jīng)過滯后時間和慣性過程，這就會使得滑壓運行方式下，機組難以快速地響應(yīng)外界負荷的需求。另外，如果使汽輪機調(diào)節(jié)門總是處于全開位置，當電網(wǎng)頻率波動時，機組就不可能通過調(diào)節(jié)進汽量，參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻。為了彌補滑壓運行存在的上述缺點，采取的辦法是不使汽輪機調(diào)節(jié)汽門處于全開的位置，而是留出一定的調(diào)節(jié)余地。當外界負荷需求變換時，首先通過調(diào)整汽輪機調(diào)節(jié)門的開度，變換進汽量，利用鍋爐內(nèi)部的蓄熱能量，較快地適應(yīng)外界負荷的需求。</p>&

86、lt;p>　　滑壓運行方式的主要特點：</p><p>　　1．汽輪機調(diào)節(jié)汽門保持近似全開將會使進汽節(jié)流損失降低。</p><p>　　2．在部分負荷下,主蒸汽和再熱蒸汽的壓力降低,容易保持蒸汽溫度不變.可獲得較高的循環(huán)效率。</p><p>　　3．部分負荷下給水泵的功耗比定壓運行時減小。</p><p>　　4．調(diào)峰停機后再啟動快，

87、降低了損耗。</p><p>　　5．負荷越低，滑壓運行的經(jīng)濟性越好。</p><p><b>　　二、定壓運行</b></p><p>　　定壓運行方式的基本特征是機組負荷在任何穩(wěn)定工況下，均保持主蒸汽壓力和溫度為額定值。定壓運行機組的運行方式鍋爐跟隨、汽機跟隨、機爐協(xié)調(diào)控制方式3種。</p><p><b>

88、;　　汽機跟隨鍋爐方式</b></p><p>　　圖2-6 汽機跟隨方式</p><p>　　當機組負荷發(fā)生變化時，通過鍋爐調(diào)節(jié)器控制燃料量。機前壓力改變后，按機前壓力與給定值的偏差，通過汽機調(diào)節(jié)器改變汽輪機調(diào)節(jié)閥開度，從而改變機組功率。如圖2-6所示。</p><p>　　(2)鍋爐跟隨汽機方式</p><p>　　汽機控制手

89、動，汽機調(diào)節(jié)器接受功率給定值與實發(fā)功率反饋信號，根據(jù)它們之間的偏差，調(diào)節(jié)汽門開度，從而改變進汽量，使發(fā)電機輸出功率迅速滿足負荷要求。鍋爐主控制器自動，鍋爐調(diào)節(jié)器接受機前壓力定值的機前壓力反饋信號，根據(jù)偏差，調(diào)整燃料量，從而保證主汽壓力穩(wěn)定。如圖2-7所示。</p><p>　　圖2-7 鍋爐跟隨方式</p><p><b>　　(3)協(xié)調(diào)控制方式</b></p&

90、gt;<p>　　鍋爐和汽機同時接受負荷指令，并按一定的策略去協(xié)調(diào)鍋爐和汽機之間的控制。鍋爐主控制器自動，保證主汽壓，同時接受負荷指令的前饋信號；汽機主控制器自動，保證機組功率。負荷指令作為機組功率設(shè)定值。對于單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的評價，主要根據(jù)以下兩方面進行：其一是能否盡快地響應(yīng)電網(wǎng)對機組的負荷要求；其二是在內(nèi)、外擾作用下，機爐控制回路能否協(xié)調(diào)工作和能否使汽壓偏差和功率偏差盡可能減小。如圖2-8所示。</p

91、><p>　　圖2-8 協(xié)調(diào)控制方式</p><p>　　綜合以上滑壓和定壓兩種運行方式的特點，不難發(fā)現(xiàn)在低負荷時滑壓運行有利，在高負荷時定壓運行具有優(yōu)越性，可有效地利用鍋爐蓄熱，提高對外界負荷需求的響應(yīng)速度。如果根據(jù)機組的不同負荷水平，在低負荷下采用滑壓運行方式，在高負荷下采用定壓運行方式，就構(gòu)成稱為聯(lián)合運行的方式。如圖2-9所示。</p><p>　　圖2-9 聯(lián)合

92、運行方式特性曲線</p><p><b>　　四、調(diào)頻運行方式</b></p><p>　　電網(wǎng)規(guī)模的擴大和對供電質(zhì)量的更高要求，對大機組參加電網(wǎng)調(diào)頻的要求愈來愈迫切。單元機組參加電網(wǎng)調(diào)頻的方式分為一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。一次調(diào)頻是指汽輪機調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化，自動地改變一部分負荷，以減小電網(wǎng)頻率的波動。汽輪機一次調(diào)頻特性如圖2-10所示。</p>&

93、lt;p>　　圖2-10 汽輪機一次調(diào)頻特性示意圖</p><p>　　2.2.8 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)各部分功能介紹</p><p>　　協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包括機組主控、鍋爐主控和汽輪機主控，下面作具體介紹。</p><p><b>　　一、機組主控</b></p><p><b>　　1．負荷信號<

94、/b></p><p>　　（1）在協(xié)調(diào)和汽輪機跟隨運行方式時，負荷信號由運行人員在“手動負荷設(shè)定器”上人工設(shè)置。當機組切換到自動發(fā)電控制時，機組接受電網(wǎng)的自動調(diào)度信號。機組上的上述負荷需求信號要受到負荷限值（最大/最小負荷限值及發(fā)生RUN BACK、RUN UP/RUN DOWN等）對負荷需求設(shè)定值的限制，負荷指令的變化亦要受到人工設(shè)定速率或汽輪機熱應(yīng)力的限制。當機組參加電網(wǎng)一次調(diào)頻，還要迭加上頻差部分的

95、負荷指令，這時機組主控輸出為機組負荷需求指令，同時送往鍋爐和汽輪機主控。</p><p>　?。?）鍋爐跟隨方式時，機組負荷指令由汽輪機主控器設(shè)置。</p><p><b>　　2．負荷定值控制</b></p><p>　　當機組能力和負荷需求不相適應(yīng)時，應(yīng)根據(jù)機組實際能力對負荷定值做一定限制。</p><p>　?。?

96、）與機組負荷相關(guān)的主要運行參數(shù)而引起強迫增（RUN UP）、強迫減（RUN DOWN）；機組負荷超出了主、輔機的安全運行，這種迫降負荷既稱RUN DOWN；當上述各值超出各自運行的下限值時，則要發(fā)生迫升負荷，既RUN UP。</p><p>　　（2）輔機故障負荷RUN BACK是指機組的主要輔機發(fā)生故障時，自動將負荷減到和主要輔機負載能力相適應(yīng)的負荷水平。主要輔機故障指：部分風機（送風機、引風機、一次風機）故障

97、、給水泵故障、磨煤機故障、鍋水循環(huán)泵故障等。發(fā)生主軸開關(guān)跳閘所引起的大幅度甩負荷，為維持汽輪機電廠用電或空負荷運行而導(dǎo)致的RUN BACK稱FCB。</p><p>　　3．機組主控進行操作的內(nèi)容</p><p>　?。?）選擇機組運行方式；</p><p>　?。?）設(shè)置機組需求負荷；</p><p>　?。?）設(shè)置負荷變動率；</p

98、><p>　?。?）設(shè)置機組負荷最大/最小值；</p><p>　?。?）電網(wǎng)調(diào)度信號的切換；</p><p>　　（6）電網(wǎng)頻率信號的切換。</p><p><b>　　二、鍋爐主控</b></p><p>　　鍋爐定值通過鍋爐主控器設(shè)定，鍋爐主控器可根據(jù)不同的運行方式可以自動或手動。</p&

99、gt;<p>　　1．當所有依賴鍋爐主控器的控制回路都在自動時，它可以手動；反之，鍋爐控制都在手動時，它不能手操，而只跟蹤燃料量。</p><p>　　2．在汽輪機跟隨方式時，鍋爐主控器可以手操也可以自動，由運行員選擇。當在自動時，運行員通過手動負荷設(shè)定器改變負荷定值。</p><p>　　3．鍋爐跟隨方式，鍋爐主控器只能自動運行，它的輸入信號是壓力定值與汽輪機閥位開度的乘積

100、所代表的直接能量平衡信號。</p><p>　　4．在協(xié)調(diào)控制方式運行時，鍋爐主控器也只能自動運行，它的輸出就是燃料量和風量調(diào)節(jié)的定值。</p><p>　　三、汽輪機入口壓力定值</p><p>　　根據(jù)機組負荷情況，可選擇定壓或滑壓運行，汽輪機入口壓力（或主氣壓力）的定值一般是負荷的函數(shù)，如圖2-12所示。</p><p>　　圖2-11

101、 主氣壓力定值與負荷指令的關(guān)系曲線</p><p><b>　　四、汽輪機主控</b></p><p>　　當DEH裝置在遠方控制方式時，汽輪機主控才能通過DEH起調(diào)節(jié)作用。</p><p>　　1．當選擇協(xié)調(diào)運行方式時，電功率（需求負荷）為設(shè)定值，實測電功率和需求負荷相比較，其偏差經(jīng)汽壓偏差修正，然后經(jīng)PI處理去改變汽輪機調(diào)節(jié)汽門開度，達到消

102、除功率偏差的目的。</p><p>　　2．當選擇了汽輪機跟隨方式，汽輪機進汽壓力在設(shè)定值，實測進汽壓力與設(shè)定值相比較，其偏差經(jīng)汽輪機壓力控制器去改變汽輪機調(diào)節(jié)汽門開度，達到消除壓力偏差的目的。</p><p>　　3．當選擇了鍋爐跟隨和手動方式時，運行員直接在汽輪機主控器上操作來增加負荷，得到所需要的電功率。汽輪機調(diào)節(jié)汽門需求位置與實際開度的偏差送到DEH系統(tǒng)去修正閥位，最后達到平衡。&

103、lt;/p><p>　　第三章 單元機組動態(tài)數(shù)學(xué)模型分析【3】</p><p>　　單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一個多變量控制系統(tǒng)。是在單獨的鍋爐控制系統(tǒng)和汽輪機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。系統(tǒng)的設(shè)計是從機爐整體能量平衡的目標出發(fā)，通過選取合理的控制信號，采用前饋，反饋，動態(tài)補償?shù)瓤刂撇呗?，實現(xiàn)機組協(xié)調(diào)控制目標。</p><p>　　直接按照多變量控制系統(tǒng)分析和設(shè)計理論進行

104、單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計，目前還處于研究之中，雖然在多變量時域和頻域的控制理論已建立了一系列分析與設(shè)計，并可以借助于計算機進行輔助分析與設(shè)計，但是，在工程實際應(yīng)用中，這些理論和方法還有著許多困難，因而使得這些理論方法還難以達到普遍應(yīng)用研究的水平。</p><p>　　多變量控制解耦理論與方法是一種有效的解決多變量控制問題的技術(shù)。針對多變量系統(tǒng)受控對象各輸入與輸出之間存在著關(guān)聯(lián)與耦合這一基本特征，通過設(shè)計補償網(wǎng)絡(luò)