第10章电厂锅炉的过程控制

第十章 电厂锅炉的过程控制 （2）汽包水位的控制方案 ）
考虑到锅炉汽包存在虚假水位现象(p194)。 。 考虑到锅炉汽包存在虚假水位现象
所谓“虚假水位” 即在燃料量不变的情况下，当蒸汽用量( 所谓“虚假水位”，即在燃料量不变的情况下，当蒸汽用量(即负 荷)突然增加时，会使汽包内的压力突然降低，水的沸腾加剧，加速汽 突然增加时，会使汽包内的压力突然降低，水的沸腾加剧， 化，汽泡量也突然增加，由于汽泡的体积比水的体积大很多倍，结果形 汽泡量也突然增加，由于汽泡的体积比水的体积大很多倍， 汽包内水位升高的假象。 成了汽包内水位升高的假象 反之，当蒸汽用量突然减少时， 成了汽包内水位升高的假象。反之，当蒸汽用量突然减少时，汽包内蒸 汽压力急剧上升，水的沸腾暂时停止，结果造成水位瞬时下降的假象。 汽压力急剧上升，水的沸腾暂时停止，结果造成水位瞬时下降的假象。 水位瞬时下降的假象 一种可行的控制方案是以汽包水位为主 被控参数、给水流量为副被控参数、 被控参数、给水流量为副被控参数、蒸汽流量 为前馈信号的三冲量前馈-串级控制系统。 为前馈信号的三冲量前馈 串级控制系统。采 串级控制系统 用这种控制方案的理由分析如下。 用这种控制方案的理由分析如下。 1）单冲量水位控制方案 ） 以汽包水位为被控参数、 以汽包水位为被控参数、给水流量为控制 参数构成的单回路控制系统称为单冲量控制系 统（见右图）。 见右图）。
第十章 电厂锅炉的过程控制
Pb H 3 17 29 5 20 Wj 18 Wji 21 D 过热蒸汽 19 1 22 2 6 P0(MW)
给水
W V 16 12 27 15 14 31 26 30 图 单元机组生产流程示意图
至 烟 囱
23 B
28 24 25
4
空气
8
7 10 9
燃料
13
11
1—汽轮机高压缸；2--汽轮机中、低压缸；3—汽包；4—炉膛；5—烟道；6—发电机；7—冷凝器； 汽轮机高压缸； --汽轮机中、低压缸； 汽包； 炉膛； 烟道； 发电机； 冷凝器； 汽轮机中 --补充水 补充水； 冷凝水泵；10--循环水泵；11--低压加热器；12—除氧器；13--给水泵；14—高压加热器； --循环水泵 --低压加热器 --给水泵 8--补充水；9—冷凝水泵；10--循环水泵；11--低压加热器；12—除氧器；13--给水泵；14—高压加热器； 15--给水调节机构；16—省煤器；17—过热器；18—过热器喷水减温器；19—汽机高压调汽阀；20—再热器； --给水调节机构 15--给水调节机构；16—省煤器；17—过热器；18—过热器喷水减温器；19—汽机高压调汽阀；20—再热器； 21--再热器喷水减温器；22—汽机中压调气阀；23--煤粉仓；24--燃料量控制机构；25—喷燃器；26—送风机； --再热器喷水减温器 --煤粉仓 --燃料量控制机构 21--再热器喷水减温器；22—汽机中压调气阀；23--煤粉仓；24--燃料量控制机构；25—喷燃器；26—送风机； 27--空气预热器；28--调风门；29--水冷壁管；30--引风机；31---空气预热器 --调风门 --水冷壁管 --引风机 --烟道挡板 27--空气预热器；28--调风门；29--水冷壁管；30--引风机；31--烟道挡板
第十章 电厂锅炉的过程控制
系统优点：结构简单、设计方便。 系统优点：结构简单、设计方便。 缺点：克服给水自发性干扰和负荷干扰的能力差。 缺点：克服给水自发性干扰和负荷干扰的能力差。尤其是当 大中型锅炉存在负荷干扰时， 大中型锅炉存在负荷干扰时，严重的虚假水位将导致给水调节阀 产生误动作，使汽包水位产生激烈波动， 产生误动作，使汽包水位产生激烈波动，从而影响设备寿命和安 全。 所以，单冲量的控制方案不宜采用。 所以，单冲量的控制方案不宜采用。
第十章 电厂锅炉的过程控制 1、燃烧系统的任务: 、燃烧系统的任务
1）将燃料B由燃料控制机构 经喷燃器 送入炉膛燃烧。 ）将燃料 由燃料控制机构24经喷燃器25送入炉膛燃烧 送入炉膛燃烧。 2）将助燃的空气V由送风机 经空气预热器 预热后再经调风门 ）将助燃的空气 由送风机26经空气预热器27预热后再经调风门28 预热后再经调风门 按一定比例送入炉膛。 按一定比例送入炉膛。 空气和燃料在炉膛内燃烧，产生大量热量传给蒸发受热面（水 空气和燃料在炉膛内燃烧，产生大量热量传给蒸发受热面（ 冷壁） 中的水 燃烧后的高温烟气经II型烟道 中的水。 型烟道， 冷壁）29中的水。燃烧后的高温烟气经 型烟道，不断将热量传给 过热器17、再热器 、省煤器16和空气预热器27， 过热器 、再热器20、省煤器 和空气预热器 ，每经过一个设备 烟气温度便会降低一次，最后低温烟气由引风机30吸出 烟气温度便会降低一次，最后低温烟气由引风机 吸出，经烟囱排 引风机 吸出， 入大气中。 入大气中。
第十章 电厂锅炉的过程控制
该系统的主要优点： 该系统的主要优点： 当负荷（即蒸汽流量）变化时， 当负荷（即蒸汽流量）变化时，它 早于水位偏差进行前馈控制， 早于水位偏差进行前馈控制，能及时地 调节调节阀的给水流量， 调节调节阀的给水流量，以跟踪蒸汽流 量的变化，维持进出汽包的物料平衡， 量的变化，维持进出汽包的物料平衡， 从而有效地克服虚假水位的影响， 从而有效地克服虚假水位的影响，抑制 水位的动态偏差； 水位的动态偏差； 当蒸汽流量不变时， 当蒸汽流量不变时，由给水流量为 副被控量构成的副回路， 副被控量构成的副回路，可及时消除给 水流量的自身干扰（ 水流量的自身干扰（主要由给水压力的 波动引起）。 波动引起）。 汽包水位是主被控量， 汽包水位是主被控量，主调节器采 调节规律。 用PI调节规律。动态过程中，它根据水 调节规律 动态过程中， 位偏差调节给水流量的设定值；稳态时， 位偏差调节给水流量的设定值；稳态时， 它可使汽包水位等于设定值。 它可使汽包水位等于设定值。
第十章 电厂锅炉的过程控制
是双冲量控制系统的流程图及框图， 图10-1是双冲量控制系统的流程图及框图，这实际上是一个前馈 反 是双冲量控制系统的流程图及框图 这实际上是一个前馈-反 馈复合控制系统。 馈复合控制系统。
a) 图10-1 双冲量控制系统流程图及框图 a) 流程图 b)框图 框图 显而易见，该控制方案与单冲量水位控制相比， 显而易见，该控制方案与单冲量水位控制相比，控制质量已有明显改 但它对于给水系统的干扰仍不能有效克服， 善，但它对于给水系统的干扰仍不能有效克服，需要再引入给水流量信号 构成三冲量串级控制系统。 构成三冲量串级控制系统。
第十章 电厂锅炉的过程控制
为了提高热效率，需要把这部分蒸汽送回锅炉， 再热器 中 为了提高热效率，需要把这部分蒸汽送回锅炉，在再热器20中 再次加热，然后再进入汽轮机中 低压缸 做功 做功， 再次加热，然后再进入汽轮机中、低压缸2做功，最后成为乏汽从 汽轮机低压缸尾部排入冷凝器7冷凝为凝结水。凝结水与补充水8一 汽轮机低压缸尾部排入冷凝器 冷凝为凝结水。凝结水与补充水 一 冷凝为凝结水 补充水 起经凝结水泵 先打到 先打到低压加热器 ，然后进入除氧器 ， 起经凝结水泵 9先打到低压加热器 11，然后进入除氧器 12，除氧后 进入给水泵，从而形成汽水系统的循环。 进入给水泵，从而形成汽水系统的循环。高压加热器 14和低压加热 和低压加热 11是利用汽轮机的中间抽汽来加热给水和凝结水 是利用汽轮机的中间抽汽来加热给水和凝结水， 器 11是利用汽轮机的中间抽汽来加热给水和凝结水，以提高电厂的 热效率的设备。 热效率的设备。 在汽水系统中还有两个喷水减温器 和 ， 在汽水系统中还有两个喷水减温器18和21，它们是用来保护 喷水减温器 过热器管壁和控制蒸汽温度的。 过热器管壁和控制蒸汽温度的。
第十章 电厂锅炉的过程控制
第十章 电厂锅炉的过程控制
自动化081－3、自升 －2 － 、自升101－ 自动化
第十章 电厂锅炉的过程控制
§10 电厂锅炉的过程控制
在火力发电厂，最基本的工艺过程是用锅炉生产蒸汽， 在火力发电厂，最基本的工艺过程是用锅炉生产蒸汽，使汽轮机 运转，进而带动发电机发电。 运转，进而带动发电机发电。 锅炉控制是火力发电生产过程自动化的重要组成部分。 锅炉控制是火力发电生产过程自动化的重要组成部分。
第十章 电厂锅炉的过程控制 3)三冲量串级控制方案 三冲量串级控制方案
三冲量串级控制方案的结构框图如图10-2所示。 三冲量串级控制方案的结构框图如图 所示。 所示 该控制系统由主、 该控制系统由主、副 两个调节器和三个冲量(汽包水位、 两个调节器和三个冲量 汽包水位、 汽包水位 蒸汽流量、给水流量 构成 构成。 蒸汽流量、给水流量)构成。 其中： 其中： 主调节器：水位调节器； 主调节器：水位调节器； 副调节器：给水流量调节器； 副调节器：给水流量调节器； 前馈信号：蒸汽流量。 前馈信号：蒸汽流量。 准确地说， 准确地说，该系统应称为三冲 量前馈-串级复合控制系统。 量前馈 串级复合控制系统。 串级复合控制系统
第十章 电厂锅炉的过程控制 2、汽水系统： 汽水系统：
锅炉的给水w 给水泵13打出，先经过高压加热器14， 锅炉的给水w由给水泵13打出，先经过高压加热器14，再经过 13打出 高压加热器14 省煤器16吸收一部分烟气中的余热后进入汽包3 省煤器16吸收一部分烟气中的余热后进入汽包3。汽包中的水在水冷 16吸收一部分烟气中的余热后进入汽包 壁中进行自然或强制循环，不断吸收炉膛辐射热量， 壁中进行自然或强制循环，不断吸收炉膛辐射热量，由此产生的饱 和蒸汽由汽包顶部流出，再经过多级（ 过热器17进一步加 17 和蒸汽由汽包顶部流出，再经过多级（3～4级）过热器17进一步加 热成过热蒸汽D 热成过热蒸汽D。这个具有一定压力和温度的过热蒸汽就是锅炉的产 过热蒸汽 品。蒸汽的高温和高压是为了提高单元机组的热效率。 蒸汽的高温和高压是为了提高单元机组的热效率。 汽轮机高压缸 接受从锅炉供给的过热蒸汽 汽轮机高压缸1接受从锅炉供给的过热蒸汽，其转子被蒸汽推 高压缸 接受从锅炉供给的过热蒸汽， 动，带动发电机转动而产生电能Pe(MW)。从高压缸汽轮机 做功后 带动发电机转动而产生电能 。从高压缸汽轮机1做功后 的蒸汽，其温度、压力都降低了。 的蒸汽，其温度、压力都降低了。
第十章 电厂锅炉的过程控制
二、锅炉设备是一个多输入、多输出且相互关联 锅炉设备是一个多输入、 的控制对象。 的控制对象。
目前工程处理上作了一些假设后， 目前工程处理上作了一些假设后，将锅炉设备控 制： 1. 锅炉汽包水位的控制系统
过热蒸汽
给水 燃料
第十章 电厂锅炉的过程控制
（1）汽包水位控制的重要性 ）
将锅炉的汽包水位控制在一个允许范围内， 将锅炉的汽包水位控制在一个允许范围内，是锅炉运行的主要 指标，也是锅炉能提供符合质量要求的蒸汽负荷的必要条件。 指标，也是锅炉能提供符合质量要求的蒸汽负荷的必要条件。 如果汽包水位过低，则汽包内的水量较少，当蒸汽负荷很大时， 如果汽包水位过低，则汽包内的水量较少，当蒸汽负荷很大时， 水的汽化速度和水量变化速度都很快，如不及时控制， 水的汽化速度和水量变化速度都很快，如不及时控制，可能会使汽 包内的水全部汽化，导致锅炉燃烧或爆炸；相反， 包内的水全部汽化，导致锅炉燃烧或爆炸；相反，当水位过高则会 影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液现象， 影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液现象，使过热器管壁结垢而损 同时还会使过热蒸汽温度下降损坏汽轮机叶片， 坏，同时还会使过热蒸汽温度下降损坏汽轮机叶片，影响运行的安 全性与经济性。 全性与经济性。 总之，汽包水位过高或过低所产生的后果极为严重， 总之，汽包水位过高或过低所产生的后果极为严重，必须严格 加以控制。 加以控制。
2）双冲量水位控制方案 ）
在汽包水位的控制中，最主要的干扰是蒸汽负荷的变化。 在汽包水位的控制中，最主要的干扰是蒸汽负荷的变化。 如果根据蒸汽流量的变化来校正虚假水位的误动作， 如果根据蒸汽流量的变化来校正虚假水位的误动作，就能使调 节阀动作准确及时，减少水位的波动，改善控制质量。 节阀动作准确及时，减少水位的波动，改善控制质量。也就是 若将蒸汽流量作为前馈信号，就构成了双冲量控制系统。 说，若将蒸汽流量作为前馈信号，就构成了双冲量控制系统。
电厂中锅炉的主要任务: 电厂中锅炉的主要任务
根据负荷设备(汽轮机或蒸汽用户 的需要，供应一定规格 压力、温 压力、 根据负荷设备 汽轮机或蒸汽用户)的需要 供应一定规格(压力 汽轮机或蒸汽用户 的需要， 度和纯度)的蒸汽。 度和纯度 的蒸汽。 的蒸汽
一、常见锅炉设备主要工艺流程图
根据生产流程可以把锅炉分成燃烧系统和汽水系统。 根据生产流程可以把锅炉分成燃烧系统和汽水系统。