【正文】 一代自動控制系統(tǒng)具有高性能、高可靠性的特征，為實現(xiàn)先進(jìn)的單元機(jī)組自動控制系統(tǒng)提供了物質(zhì)保證。超臨界及超超臨界機(jī)組以高效率和低能耗而著稱。 單元機(jī)組的運(yùn)行方式有定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行兩種。 1 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 題 目： 超臨界直流鍋爐控制系統(tǒng)方案的設(shè)計研究 并列英文題目 : The designing and studying of control system about supercritical direct current boiler 系 部 專業(yè) 生產(chǎn)過程自動化技術(shù) 姓 名 班級 指導(dǎo)教師 超臨界直流鍋爐控制系統(tǒng)方案的設(shè)計研究 2 摘 要 我國引進(jìn)并開發(fā)了超臨界機(jī)組 ,所以積極探索和研究超臨界直流鍋爐的控制技術(shù) ,為自主研發(fā)、設(shè)計和運(yùn)行超臨界直流鍋爐控制系統(tǒng)打必要基礎(chǔ) .本文力主于超臨界直流鍋爐控制技術(shù)研究的需要 ,在一定的前提下 ,對超臨界直流鍋爐和汽包鍋爐在給水控制系統(tǒng)、燃料控制系統(tǒng)和氣溫控制系統(tǒng)進(jìn)行簡要的分析比較 .著重對超臨界直流爐的協(xié)調(diào)控制方面進(jìn)行了分析研究 ,并提出了具體的控制策略并由分散控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。單元制機(jī)組是指由一臺鍋爐和一臺汽輪發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的電力生產(chǎn)設(shè)備整體，與其它單元之間無任何蒸汽管道相連。 當(dāng)前國際上火電機(jī)組的發(fā)展趨勢是向新蒸汽參數(shù)更高的方向發(fā)展。特別是近十幾年以來，取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。本文在老師的指導(dǎo)下完成，同時，在完成的過程中得 到了同學(xué)們的熱情幫助，在此一并表示感謝。采用一次再熱，單爐膛Π型，旋流燃燒器前后墻對沖燃燒方式，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架的全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，露天布置。目前運(yùn)行的超臨界機(jī)組運(yùn)行壓力均為 24Mpa～ 25Mpa。因此超臨界壓力下水變成蒸汽不再存在汽水兩相區(qū)，由此可知，超臨界壓力直流鍋爐由水變成過熱蒸汽經(jīng)歷了兩個階段即加熱和過熱，而工質(zhì)狀態(tài)由水逐漸變成過熱蒸汽。另外，為了達(dá)到較高的質(zhì)量流速，必須采用小管徑水冷壁，較相同容量的自然循環(huán)鍋爐超臨界直流鍋爐本體金屬耗量最少，鍋爐重量輕，但由于蒸汽參數(shù)高，要求的金屬等級高，其成本高于自然循環(huán)鍋爐。 第三節(jié) 超臨界直流鍋爐的動態(tài)特性 直流鍋爐的主要特點(diǎn)是汽水流程中不設(shè)置汽包，給水泵強(qiáng)制一定流量的給水進(jìn)入爐內(nèi)，一次性地通過省煤器、水冷壁、過熱器。 三段受熱面沒有固定的分界線， 隨著給水流量、燃燒率的變化前、后移動， 使三段受熱面的吸熱量分配比例及與之有關(guān)的三段受熱面面積的比例卻發(fā)生了變化。所以當(dāng)燃水比失調(diào)后，三段受熱面吸熱量比例發(fā)生變化，對出口汽溫影響很大，對蒸汽壓力和流量的影響方式也較為復(fù)雜。當(dāng)負(fù) 8 荷擾動時，過熱汽溫 T2 近似不變，這是由于給水流量和燃燒率保持不變，過熱汽溫就基本保持不變。 給水和燃料復(fù)合擾動時的動態(tài)特性是兩者單獨(dú)擾動時的動態(tài)特性之和，由圖 13 可知，當(dāng)給水和燃料按比例變化時，蒸發(fā)量 D立即變化，然后穩(wěn)定在新的數(shù)值上，過熱汽溫則保持在原來的數(shù)值上（額定汽溫）。（ 2）保持過熱蒸 汽和再熱蒸汽的參數(shù)（溫度、壓力）穩(wěn)定。主汽壓力變化不僅會引起機(jī)組功率變化，而且會引起給水流量變化，從而進(jìn)十步影響機(jī)組負(fù)荷和蒸汽溫度。 (3)直流鍋爐儲熱能力小，運(yùn)行參數(shù)變化速度比汽包爐要快得多，克服外擾的能力比汽包爐要差，故直流鍋爐對自動控制設(shè)備及系統(tǒng)在可靠性、靈 敏性及穩(wěn)定性等方面的要求比汽包爐高。其中包括：負(fù)荷指令管理中心 和 機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) ，以及 相應(yīng)的邏輯系統(tǒng) 。 目標(biāo)負(fù)荷與機(jī)組的最大可能出力信號仍然按取小值的原則運(yùn)算，得到機(jī)組的實際負(fù)荷指令，再與機(jī)組的最小負(fù)荷給定值和最大負(fù)荷給定值比較，使機(jī)組的負(fù)荷指令限定在最小、最大值給定值之間。在此情況下，通過邏輯回路，給出迫升 /迫降或甩負(fù)荷的負(fù)荷變化速率。 負(fù)荷限制回路的作用是根據(jù)機(jī)組實際運(yùn)行工況限制負(fù)荷指令。 經(jīng)過負(fù)荷限制回路的限制之后，最后得出機(jī)組的實際負(fù)荷指令Nsp，作為機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功率給定值信號。 13 鍋爐跟隨方式：當(dāng)機(jī)組在協(xié)調(diào)控制方式下運(yùn)行時，若汽機(jī)輔機(jī)故障，汽機(jī)主控切手動，鍋爐主控在自動，此時協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)處于鍋爐跟隨方式。當(dāng)外界負(fù)荷或主汽壓力變化時，汽機(jī)主控通過調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽閥門的開度來快速適應(yīng)負(fù)荷變化，同時又不至于使壓力變化過大；鍋爐主控通過改變?nèi)剂狭縼碚{(diào)節(jié)主汽壓力穩(wěn)定在規(guī)定范圍。 DCS 控制系統(tǒng)將自動調(diào)節(jié)、邏輯控制、連鎖保護(hù)有機(jī)結(jié)合，并考慮機(jī)爐控制對象的不同特性和滿足不同運(yùn)行方式、不同工況下的控制要求，充分利用前饋、補(bǔ)償、校正等手段，構(gòu)成了前所未有的復(fù)雜控制系統(tǒng)。 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在某些工況下，能夠在基礎(chǔ)方式（ BASE）、汽機(jī)跟隨方式（ TF）、鍋爐跟隨方式（ BF）、協(xié)調(diào)控制方式（ CCS）四種控制方式之間實現(xiàn)無擾切換，為控制系統(tǒng)提供了最大的靈活性。 （２）系統(tǒng)具有比較完善的連鎖保護(hù)功能，當(dāng)機(jī)組發(fā)生局部故障時（如主要輔機(jī)跳閘、執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀等），能使機(jī)組在限定的負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行，而不至因局 部故障造成整個機(jī)組停運(yùn)的情況發(fā)生。 第四節(jié) 鍋爐協(xié)調(diào)控制回路 一、 鍋爐主控制器回路 當(dāng)機(jī)組切 換到協(xié)調(diào)方式下運(yùn)行，機(jī)組的主蒸汽壓力和負(fù)荷由鍋 15 爐和汽輪機(jī)協(xié)調(diào)控制。 當(dāng)機(jī)組不在協(xié)調(diào)方式時，指令運(yùn)算將切換為跟蹤方式。系統(tǒng)中強(qiáng)化鍋爐燃燒率的作用，增大機(jī)前壓力的波動幅度以充分利用機(jī)組的蓄能，降低機(jī)組對負(fù)荷指令 16 的響應(yīng)速度等方法是改變控制效果的基本策略。下面詳細(xì)分析鍋爐主控在自動狀態(tài)時的控制策略。 （ 2）、當(dāng)運(yùn)行人員手動設(shè)定機(jī)組負(fù)荷值后，點(diǎn)取“負(fù)荷進(jìn)行”開關(guān)時，設(shè)定的負(fù)荷目標(biāo)值與實際的功率偏差值是鍋爐主控的前饋，其前饋時間的長短，由“負(fù)荷進(jìn)行”開始瞬間的設(shè)定負(fù)荷目 17 標(biāo)值與 LDC 的輸出偏差大小決定。當(dāng) LDC 輸出與設(shè)定負(fù)荷目標(biāo)值之間的偏差接近時，也要根據(jù)設(shè)定負(fù)荷目標(biāo)值與 LDC 輸出的偏差狀況提前增加或減小鍋爐主控的輸出，時間由設(shè)定負(fù)荷目標(biāo)值與 LDC 輸出的偏差決定，可以避免過調(diào)。 目的是保證機(jī)組在穩(wěn)態(tài)工況時，主汽壓力實際值接近主汽壓力設(shè)定值。在直流鍋爐中，給水變?yōu)檫^熱蒸汽是一次完成的。 超臨界機(jī)組中的給水流量控制回路是控制鍋爐出口主蒸汽溫度的一個最基本的手段。因此，給水流量調(diào)節(jié)回路起到了控制鍋爐總能力平衡（保持適當(dāng)?shù)拿核龋┎⒕S持汽水分離器出口蒸汽溫度在 一定范圍內(nèi)變化的作用。 給水流量串級控制的主調(diào)節(jié)器控制水冷壁出口聯(lián)箱給水溫度在其設(shè)定值上，副調(diào)節(jié)器則根據(jù)鍋爐總給水量的測量值和測量設(shè)定值的偏差輸出給水泵控制指令，分別調(diào)節(jié)三臺給水泵的轉(zhuǎn)速來滿足機(jī)組負(fù)荷變化的需求。一般應(yīng)限制給水流量波動范圍在額定給水流量的 5％ 10％以內(nèi)。過熱器采用的是耐高壓的合金鋼材料，過熱器正常運(yùn)行時的溫度已接近材料所允許的最高溫度。 正常情況下，給水溫度一般不會有大的變動；但當(dāng)高壓加熱器因故障退出運(yùn)行時，給水溫度就會降低。前者發(fā)生時，調(diào)整燃水比就可；后者發(fā)生時，不可隨便調(diào)整燃水比，必須在保證水冷壁溫度不超限的前提下調(diào)整燃水比。若要保持主汽溫不變，則需要重新調(diào)整燃水比。 若要保持中間點(diǎn)溫度不變，在給水流量不變的前提下必須增加燃料量，這將使得過熱段的吸熱量增加，使過熱汽溫升高。 所以在給水控制系統(tǒng)正常投入的情況下，直流鍋爐可以像汽包鍋爐那樣 ，用噴水減溫來微調(diào)過熱汽溫。因此，再熱蒸汽 21 溫度控制大都采用改變煙氣流量作為主要控制手段，只有在煙氣側(cè)調(diào)溫已達(dá)極限時，才輔之以噴水。對其他參數(shù)的影響、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)等技術(shù)指標(biāo)而言，改變煙氣擋板位置和調(diào)整燃燒器傾角來控制再熱汽溫的方法優(yōu)于其他方法。當(dāng)再熱汽溫偏 高，用調(diào)節(jié)煙氣擋板或燃燒器傾角的方式還無法控制時，可以利用微量噴水或事故噴水減溫方法來避免再熱蒸汽繼續(xù)超溫。對給定出水溫度的情況，則需要調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與給煤量的比例，使鍋爐運(yùn)行在最佳燃燒狀態(tài)。送風(fēng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置指令又作為爐膛壓力控制的前饋信號，實現(xiàn)送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的協(xié)調(diào)動作，以減小爐膛壓力波動。因為直流爐沒有汽包，“燃水比”對直流 爐很重要，通過控制“燃水比”可以調(diào)節(jié)鍋爐的氣溫和爐膛壓力。直流鍋爐的另一特點(diǎn)是在省煤器 、 蒸發(fā)部分和過熱器之間沒有固定不變的分界點(diǎn)，水在受熱蒸發(fā)面中全部轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝毓べ|(zhì)整個行程的流動阻力均由給水泵來克服 ?；镜目刂浦笜?biāo)有兩個，一個是控制風(fēng)煤比以保持氧量 。所以，風(fēng)煤比控制在無論在穩(wěn)定工況還是 動態(tài)工況都可以保持穩(wěn)定。同時，直流鍋爐蓄熱較小，無法得到類似方法在實際應(yīng)用中往往造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 第一，被調(diào)量相互影響，相互關(guān)聯(lián)。因此給水、燃燒、蒸汽溫度控制系統(tǒng)是可以相對獨(dú)立的。因此給水、汽溫，燃燒控制系統(tǒng)是密切相關(guān)，不能獨(dú)立的，某一控制系統(tǒng)投入與否將影響另一控制系統(tǒng)的性能，這給控制系統(tǒng)的設(shè)計和整定增加了復(fù)雜性。風(fēng)的動態(tài)特性快于燃料而且要求動態(tài)過程中風(fēng)量大于煤量，因此只要燃 料和風(fēng)量測量準(zhǔn)確，按照靜態(tài)平衡比例就可以保證一定過量空氣，所以風(fēng)煤比無論在動態(tài)還是穩(wěn)態(tài)都可以保持穩(wěn)定，但是燃水比控制就比較復(fù)雜， 第二、過熱汽溫控制必須以保持適當(dāng)燃水比為前提 對于汽包鍋爐，在鍋爐結(jié)構(gòu)確定后，加熱段、蒸發(fā)段和過熱段受熱面是固定的。所以，通過鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計，調(diào)整蒸發(fā)受熱面和過熱受熱面之間的吸熱比例，可以把過熱蒸汽溫度的變化限制在一定范圍內(nèi)。 超臨界鍋爐則不同，它沒有固定的過熱受熱面，進(jìn)入過熱受熱面的工質(zhì)溫度也是隨燃水比等因素變化的，過熱蒸汽溫度主要決定于燃料量與給水流量之比率。對于直流鍋爐來說，燃水比改變后，汽水流程中各點(diǎn)工質(zhì)焓值都隨之改變，離鍋爐過熱器出口越近，變化越大，同時 25 遲延也越大。但此分界點(diǎn)是虛擬的， 第三、旁路控制系統(tǒng)在機(jī)組啟動過程中的地位更加重要 直流鍋爐啟動的特點(diǎn)是在鍋爐點(diǎn)火前就必須不間斷地向鍋爐進(jìn)水，建立起足夠的啟動流量，以保證給水連續(xù)不斷地強(qiáng)制流經(jīng)水冷壁受熱面，使其得到冷卻。所以，直流鍋爐就需要設(shè)置專門的啟動旁路系統(tǒng)來排除這些不合格的工質(zhì)。但從另一方面講，汽包鍋爐在外界 負(fù)荷擾動引起壓力下降過快時，會造成蒸發(fā)系統(tǒng)下降管中工質(zhì)汽化而破壞水循環(huán)，因此汽包鍋爐對壓力變化速度有嚴(yán)格的要求。Symphony 系統(tǒng)功能由以下四個方面組成 :(1)區(qū)域管理和控制。（ 3）人系統(tǒng)接口。為完成以上四個方面的功能，Symphony 系統(tǒng)由過程控制級、控制管理級、企業(yè)管理級和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)四個層次組成。 Symphony 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分為企業(yè)管理數(shù)據(jù)、過程管理數(shù)據(jù)、過程控制數(shù)據(jù)和過程 I/O 數(shù)據(jù)。它規(guī)定了通信中數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式，需要發(fā)出的控制信息和完成的動作，應(yīng)作出的應(yīng)答，以及通信相關(guān)事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。 Symphony 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用的技術(shù) 為了防止通信通道的堵塞，保證通信傳輸?shù)耐〞?，提高網(wǎng)絡(luò)的通信效率，最有效的利用信息傳輸中的每一個字節(jié)，在Symphony 通信系統(tǒng)中，使用了三種有效的通信技術(shù)：例外報告技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和確認(rèn)重發(fā)技術(shù)。其在現(xiàn)場的配置原則為：選擇的設(shè)備要滿足現(xiàn)場要求，選擇的方案要滿足安全要求，選擇的容量要滿足擴(kuò)展要求。 過程控制單元的主要結(jié)構(gòu)： （ 1）機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)：機(jī)柜、模件安裝單元、現(xiàn)場端子盤（ 2）數(shù)據(jù)通訊結(jié)構(gòu)：控制通道、 I/O 擴(kuò)展總線； (3)過程控制結(jié)構(gòu)： 通訊模件、控制器、 I/O 子模件； (4)現(xiàn)場連接結(jié)構(gòu)：端子單元、預(yù)制電纜；（ 5）模件電源系統(tǒng)：模件電源系統(tǒng) MPSIII 四、 Symphony 人系統(tǒng)接口 PGP PGP（ Power Generation Portal，以前稱為 Tenore）為Industrial IT Symphony 系統(tǒng)的人系統(tǒng)接口（即操作員站）之一。 PGP 操作員站的結(jié)構(gòu) PGP 是一種靈活、開放的客戶機(jī) —— 服務(wù)器結(jié)構(gòu)。 五、功能碼組態(tài) Symphony 為用戶提供了 200 多種完成不同功能的軟件模塊的功能碼，它們按照一定的順序存儲在各主模件的 ROM 中，用戶可應(yīng)用這些功能碼進(jìn)行各種控制方案的組態(tài)。同一種功能碼在控制方案中可以形成多個不同功能塊。數(shù)據(jù)類型：布爾數(shù)（ Bool）、整型數(shù)（ Integer）和實型數(shù)（ Real）。 功能碼組態(tài)的具體步驟：①按控制方案的系統(tǒng)圖選擇適當(dāng)?shù)墓δ艽a，指定功能塊號。 第二節(jié) 鍋爐主控的控制組態(tài) 一、離線外部操作 在啟動組態(tài)軟件之前，必需先啟動 Symphony軟件 Compose，在Composer窗口的菜單欄中有項目（ project）、編輯（ dit）、查看（ View）、瀏覽（ Browser）、運(yùn)行時（ Run Time）、工具（ Tools）、 31 窗口（ Windows）和幫助（ Help）菜單項。 （ 1）打開該控制邏輯文件，此時將自動打開 Automation Architect 窗口。（ 5）編譯控制器，將控制器的控制邏輯文件編譯成