專利名稱：熱電廠鍋爐母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及熱電廠燃煤鍋爐控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種采用母管制運行方式的熱電廠鍋爐母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在我國石油、化工、冶金、造紙、煤炭、制藥等行業(yè)的自備熱電廠(兼顧發(fā)電、 生產(chǎn)供熱)及集中供熱等行業(yè)，廣泛采用多臺鍋爐并列運行，同時向同一蒸汽母管供汽，以滿足發(fā)電和熱網(wǎng)負(fù)荷需求的母管制運行方式。發(fā)電機組采用母管制運行方案時，鍋爐和汽輪機以及外供減溫減壓器熱網(wǎng)系統(tǒng)都直接與蒸汽母管相連，對于并行運行的鍋爐設(shè)備，所有鍋爐產(chǎn)生的蒸汽都進入主蒸汽母管，與此同時，汽輪機進汽及其它外供熱負(fù)荷也都來自主蒸汽母管。因此，母管制運行方式下鍋爐負(fù)荷的控制，其實質(zhì)是通過對每一臺鍋爐燃料量的調(diào)節(jié)，控制本爐負(fù)荷即進入主蒸汽母管的鍋爐蒸發(fā)量，以最終穩(wěn)定主蒸汽母管壓力。傳統(tǒng)的燃煤鍋爐母管壓力一給粉調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案的設(shè)計為以母管壓力為校正調(diào)節(jié)器，與各調(diào)壓爐的燃料量即熱負(fù)荷調(diào)節(jié)器構(gòu)成負(fù)荷定值分配-串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，母管壓力校正器根據(jù)母管壓力的偏差值，將熱負(fù)荷要求分配給各調(diào)壓爐，母管壓力校正器及各調(diào)壓爐的熱負(fù)荷調(diào)節(jié)器均采用常規(guī)PID控制器，但由于一是母管壓力信號時滯大并列運行的鍋爐越多，母管壓力信號時滯越大，且并列運行的鍋爐壓力耦合現(xiàn)象嚴(yán)重，不能快速跟蹤負(fù)荷的變化；二是鍋爐的熱量信號難以準(zhǔn)確整定由于進入每臺鍋爐爐膛的煤粉量缺乏很好的計量手段，通常以熱量信號作為煤粉量的間接反映，但蓄熱系數(shù)在實際應(yīng)用中難以整定，導(dǎo)致在調(diào)試中控制系統(tǒng)不能正確區(qū)別內(nèi)外擾動，因此，上述現(xiàn)有方案很難取得良好效果。另一方面，對于母管制運行機組，在發(fā)生大負(fù)荷擾動時，無法實現(xiàn)單元機組所采用的“機爐協(xié)調(diào)控制”，而現(xiàn)場的實際運行卻要求鍋爐的負(fù)荷快速跟蹤汽輪機組負(fù)荷或外網(wǎng)負(fù)荷的突變，比如汽機因故障等原因快速甩負(fù)荷及外網(wǎng)用熱裝置事故停車等引起外負(fù)荷突變等情況，而現(xiàn)有技術(shù)的控制方案其調(diào)節(jié)速度難以跟上大幅度的外部擾動，最終引起主蒸汽母管壓力參數(shù)的大幅度波動，造成大范圍在網(wǎng)發(fā)電機組的經(jīng)濟運行性能的下降。為解決上述難題，本控制系統(tǒng)針對常規(guī)燃煤鍋爐母管壓力/給粉調(diào)節(jié)系統(tǒng)方案中的不足，研制提出了給粉機快速投切+前饋+反饋負(fù)荷控制協(xié)調(diào)策略，一方面利用母管壓力變化來校正各爐主蒸汽壓力控制器定值，從而實現(xiàn)母管制運行方式鍋爐根據(jù)母管壓力變化自動調(diào)整協(xié)調(diào)每臺鍋爐負(fù)荷；同時，利用前饋控制環(huán)節(jié)少、速度快的特點，實現(xiàn)在汽輪機組快速甩負(fù)荷、外網(wǎng)負(fù)荷突然下降時，快速調(diào)節(jié)鍋爐給粉機，迅速減少燃料量，控制主汽壓力上升的速度，從而實現(xiàn)母管壓力的穩(wěn)定或減少其波動幅度。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是克服母管制并列運行鍋爐之間的負(fù)荷相互干擾，母管壓力信號時滯大，每臺鍋爐不能快速跟蹤負(fù)荷變化的特點，提供一種可快速跟蹤負(fù)荷變化，根據(jù)內(nèi)部擾動或是外部擾動啟動不同控制策略同時在外部擾動突然發(fā)生時能夠快
3速反應(yīng)的鍋爐母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種熱電廠鍋爐母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括主蒸汽壓力主控回路和燃料量副控回路，其中所述主蒸汽壓力主控回路包括主蒸汽壓力信號獲取模塊和主蒸汽壓力控制器，所述燃料量副控回路包括主蒸汽流量信號獲取模塊和燃料量控制器，所述主蒸汽壓力信號獲取模塊的輸出和主蒸汽壓力控制器的輸入連接，所述主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出和燃料量控制器的輸入連接，所述主蒸汽壓力控制器的輸出和燃料量控制器的定值輸入連接，所述燃料量控制器的輸出和鍋爐給粉系統(tǒng)連接；此外，還包括一個汽包壓力前饋控制回路和一個主蒸汽流量前饋控制回路，其中所述汽包壓力前饋控制回路包括汽包壓力信號獲取模塊和汽包壓力前饋信號運算模塊，所述汽包壓力信號獲取模塊的輸出和汽包壓力前饋信號運算模塊的輸入連接，汽包壓力前饋信號運算模塊的輸出和燃料量控制器的輸入連接；所述主蒸汽流量前饋控制回路包括主蒸汽流量信號獲取模塊和主蒸汽流量前饋信號運算模塊，所述主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出和主蒸汽流量前饋信號運算模塊的輸入連接，主蒸汽流量前饋信號運算模塊的輸出和燃料量控制器的輸入連接；進一步地，還包括一個母管壓力協(xié)調(diào)控制回路，其特征在于所述母管壓力協(xié)調(diào)控制回路包括母管壓力信號獲取模塊和一個母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器，所述母管壓力信號獲取模塊以及前述主蒸汽壓力信號獲取模塊、主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出同時接入該母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器，所述母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器的其中一個輸出與主蒸汽壓力控制器的定值輸入連接，另一個輸出同燃料量控制器的切換端連接；所述燃料量控制器包含內(nèi)部控制器Cl、內(nèi)部控制器C2、內(nèi)部控制器C3和內(nèi)部控制器C4，其中所述主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出同時與內(nèi)部控制器C1、C2、C3和C4輸入連接，汽包壓力前饋信號運算模塊的輸出與內(nèi)部控制器C2輸入連接，主蒸汽流量前饋信號運算模塊的輸出和燃料量控制器的內(nèi)部控制器C3輸入連接。優(yōu)選地，所述熱電廠鍋爐母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中所述燃料量控制器中的內(nèi)部控制器Cl選用邏輯判斷模塊，C2選用帶前饋的大阻尼PI控制模塊，C3選用帶前饋的快速PI 控制模塊，C4選用不帶前饋的快速PI控制模塊。本實用新型的有益效果是1、通過在控制回路中引入主汽流量前饋控制，實現(xiàn)了給粉機系統(tǒng)能夠快速跟蹤鍋爐負(fù)荷的變化。2、通過引入汽包壓力前饋控制，可避免鍋爐給粉系統(tǒng)給粉機轉(zhuǎn)速的大范圍波動。3、控制過程通過區(qū)分燃燒系統(tǒng)所處的狀態(tài)-穩(wěn)態(tài)或動態(tài)，對內(nèi)部擾動和外部擾動引起的動態(tài)過程分別選用不同的控制器，保證了鍋爐給粉控制回路在穩(wěn)態(tài)、動態(tài)情況下均能達到良好的控制指標(biāo)。4、當(dāng)發(fā)電機組快速甩負(fù)荷時，采用具有給粉機自動投切功能的控制器Cl，根據(jù)主汽壓力上升的速度，急停1-2臺給粉機，使燃料量迅速下降，具備快速穩(wěn)定主汽壓力的能力，從而實現(xiàn)母管壓力的穩(wěn)定或減少其波動幅度。
以下附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，僅僅為了更清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員亦可不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可根據(jù)這些附圖得到其他相似的附圖。圖1是本實用新型實施例1的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實用新型實施例1的工作流程圖。
具體實施方式
為使本實用新型實施例所要解決技術(shù)問題及其特征和效果能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型實施例作進一步詳細(xì)的說明。本實施方式利用在蒸汽母管制運行方式鍋爐DCS的內(nèi)部，調(diào)用其內(nèi)部控制模塊進行編程組態(tài)實現(xiàn)多爐協(xié)調(diào)控制負(fù)荷分配及協(xié)調(diào)策略控制功能，控制鍋爐給粉系統(tǒng)的給粉機變頻器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低。參考圖1，實現(xiàn)本實用新型實施例1所提供的熱電廠鍋爐母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)， 包括主蒸汽壓力主控回路和燃料量副控回路，其中所述主蒸汽壓力主控回路包括主蒸汽壓力信號獲取模塊和主蒸汽壓力控制器，所述燃料量副控回路包括主蒸汽流量信號獲取模塊和燃料量控制器，所述主蒸汽壓力信號獲取模塊的輸出和主蒸汽壓力控制器的輸入連接，所述主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出和燃料量控制器的輸入連接，所述主蒸汽壓力控制器的輸出和燃料量控制器的定值輸入連接，所述燃料量控制器的輸出和鍋爐給粉系統(tǒng)連接；此外，還包括一個汽包壓力前饋控制回路和一個主蒸汽流量前饋控制回路，其中所述汽包壓力前饋控制回路包括汽包壓力信號獲取模塊和汽包壓力前饋信號運算模塊，所述汽包壓力信號獲取模塊的輸出和汽包壓力前饋信號運算模塊的輸入連接，汽包壓力前饋信號運算模塊的輸出和燃料量控制器的輸入連接；所述主蒸汽流量前饋控制回路包括主蒸汽流量信號獲取模塊和主蒸汽流量前饋信號運算模塊，所述主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出和主蒸汽流量前饋信號運算模塊的輸入連接，主蒸汽流量前饋信號運算模塊的輸出和燃料量控制器的輸入連接；進一步地，還包括一個母管壓力協(xié)調(diào)控制回路，包括母管壓力信號獲取模塊和一個母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器，所述母管壓力信號獲取模塊以及前述主蒸汽壓力信號獲取模塊、主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出同時接入該協(xié)調(diào)及策略控制器，所述母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器的其中一個輸出與主蒸汽壓力控制器的定值輸入連接，另一個輸出同燃料量控制器的切換端連接；所述燃料量控制器包含內(nèi)部控制器Cl、內(nèi)部控制器C2、內(nèi)部控制器C3和內(nèi)部控制器C4，其中所述主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出同時與內(nèi)部控制器C1、C2、C3和C4輸入連接，汽包壓力前饋信號運算模塊的輸出與內(nèi)部控制器C2輸入連接，主蒸汽流量前饋信號運算模塊的輸出和燃料量控制器的內(nèi)部控制器C3輸入連接。系統(tǒng)中所述的信號獲取可采用通用壓力或流量變送器，信號獲取模塊可采用DCS系統(tǒng)的輸入I/O卡件，所述的協(xié)調(diào)及策略控制器、燃料量控制器采用DCS控制系統(tǒng)內(nèi)置邏輯運算模塊及PID調(diào)節(jié)模塊，所述的主蒸汽壓力控制器采用DCS控制系統(tǒng)內(nèi)置PID調(diào)節(jié)模塊。具體地，所述熱電廠鍋爐母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中所述燃料量控制器中的內(nèi)部控制器Cl選用邏輯判斷模塊，C2選用帶前饋的大阻尼PI控制模塊，C3選用帶前饋的快速PI 控制模塊，C4選用不帶前饋的快速PI控制模塊。所述的控制運算采用DCS控制系統(tǒng)內(nèi)置PID運算，根據(jù)控制對象工藝控制要求對工藝測量值與設(shè)定值之間的差值進行比例積分微分PID運算，確定正向或反向調(diào)節(jié)；所述的前饋運算采用DCS控制系統(tǒng)內(nèi)置微分運算。本實用新型的母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器通過對所輸入母管壓力信號與主蒸汽壓力信號的偏差進行PID運算后乘上對于每臺鍋爐的最合理負(fù)荷分配系數(shù)，對每臺鍋爐的負(fù)荷分配進行設(shè)定并送至主蒸汽壓力的定值端。同時，母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器通過對所輸入主蒸汽流量信號進行判斷，并對母管壓力信號與主蒸汽壓力信號的偏差進行比較和邏輯判斷后，輸出送至燃料量控制器的切換端，實現(xiàn)根據(jù)設(shè)備運行工況自動區(qū)分內(nèi)外擾動類型及擾動強弱判斷燃燒穩(wěn)定狀態(tài)，分別選用并切換燃料量控制器中不同的內(nèi)部控制器 Cl、C2、C3或C4，進行多種控制手段的控制并執(zhí)行相應(yīng)的控制策略。對于每臺鍋爐的最合理負(fù)荷分配系數(shù)的設(shè)定是通過對每臺鍋爐進行燃燒控制性能及設(shè)備帶負(fù)荷能力試驗，同時參考司爐等運行人員的長期操作經(jīng)驗綜合來確定，司爐根據(jù)燃煤煤質(zhì)及工況變化情況亦可合理優(yōu)化修改，通過DCS系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控畫面進行鍵盤設(shè)定。參考圖2，實現(xiàn)本實用新型實施例1的工作流程包括以下步驟步驟10 獲取母管壓力信號、主蒸汽壓力信號、主蒸汽流量信號和汽包壓力信號；步驟20 將母管壓力信號、主蒸汽壓力信號和主蒸汽流量信號送入母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器；步驟21 在母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器中調(diào)用邏輯判斷模塊進行邏輯運算后輸出至燃料控制器的切換端。其中燃料量控制器中不同的內(nèi)部控制器Cl、C2、C3、C4的選取規(guī)則如下Cl 若汽輪機快速甩負(fù)荷，其主蒸汽流量信號發(fā)生突變，則切換調(diào)用具有給粉機自動投切功能的控制器Cl ；即當(dāng)汽機快速甩負(fù)荷、外網(wǎng)負(fù)荷突然下降時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷變化的大小、主汽壓力上升的速度，急停1-2臺給粉機，使燃料量迅速下降，穩(wěn)定了其它給粉機的轉(zhuǎn)速，不致因所有給粉機轉(zhuǎn)速快速下降而造成滅火。給粉機的投切邏輯在控制程序中自動完成。C2 若母管壓力/主汽壓力偏差小于預(yù)先設(shè)定的門檻值，則采用具有較大阻尼和汽包壓力前饋的PID控制器C2 ；因此時系統(tǒng)狀態(tài)接近穩(wěn)態(tài)，此時主要關(guān)心調(diào)節(jié)精度問題，故采用較大阻尼的控制器同時為了降低接近穩(wěn)態(tài)時給粉機轉(zhuǎn)速的大范圍波動，故引入汽包壓力前饋；C3 若母管壓力/主汽壓力偏差大于預(yù)先設(shè)定的門檻值，且采樣兩時刻之間的負(fù)荷增量與給粉機轉(zhuǎn)速增量同號即變化方向同向，則采用具有主蒸汽流量前饋的快速PID控制器C3 ；因為此時系統(tǒng)狀態(tài)處于暫態(tài)過程中，且系統(tǒng)受到的干擾為外擾動(如負(fù)荷變化)， 故采用快速PI控制，同時為了抵消外擾動的影響引入了主氣流量前饋控制；[0042]C4 若母管壓力/主汽壓力偏差大于預(yù)先設(shè)定的門檻值，且采樣兩時刻之間的負(fù)荷增量與給粉機轉(zhuǎn)速增量異號即變化方向相反，則采用無前饋的快速PI(比例積分)控制器C4 ；因為此時系統(tǒng)狀態(tài)處于暫態(tài)過程中，且系統(tǒng)受到的干擾為內(nèi)擾動(如煤質(zhì)變化)，故采用快速PI控制，且內(nèi)擾動情況下不需加入前饋控制。步驟22 設(shè)定母管壓力控制定值，對母管壓力信號和母管壓力控制定值的差值進行母管壓力調(diào)節(jié)控制運算并乘以預(yù)置的鍋爐負(fù)荷分配系數(shù)后輸出至主蒸汽壓力控制器作為鍋爐主蒸汽壓力控制的定值；步驟30 將主蒸汽壓力信號送入主蒸汽壓力控制器，對主蒸汽壓力信號和主蒸汽壓力控制定值的差值進行主蒸汽壓力控制運算后輸出至燃料量控制器作為燃料量控制的定值；步驟40 將汽包壓力信號送入汽包壓力前饋信號運算模塊，進行汽包壓力前饋運算后輸出至燃料量控制器的內(nèi)部控制器C2 ；步驟50 將主蒸汽流量信號送入主蒸汽流量信號前饋運算模塊，進行主蒸汽流量信號前饋運算后輸出至燃料量控制器的內(nèi)部控制器C3 ；步驟60 將主蒸汽流量信號送入燃料量控制器，根據(jù)母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器在燃料量控制器切換端的輸入值，調(diào)用不同的內(nèi)部控制器C1、C2、C3或C4，對主蒸汽流量信號和燃料量控制定值的差值進行燃料量調(diào)節(jié)控制運算后輸出至鍋爐給粉系統(tǒng)作為燃燒控制信號。本實用新型的熱電廠鍋爐母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)蒸汽母管壓力即外界負(fù)荷的變化，協(xié)調(diào)分配各臺鍋爐共同參與調(diào)壓，通過對各臺鍋爐負(fù)荷分配系數(shù)的合理設(shè)定， 來確定每臺鍋爐的負(fù)荷給定值，從而實現(xiàn)共同參與、合理分配，以消除各臺鍋爐之間的負(fù)荷相互擾動，快速、平穩(wěn)控制母管壓力，同時給粉機自動投切程序的設(shè)計，能夠使鍋爐負(fù)荷在較大范圍內(nèi)快速波動時，燃燒自動控制系統(tǒng)具備快速穩(wěn)定主蒸汽壓力的能力，從而實現(xiàn)母管壓力的穩(wěn)定或減少其波動幅度，最終實現(xiàn)整個母管制鍋爐系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。
權(quán)利要求1.熱電廠鍋爐母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括主蒸汽壓力主控回路和燃料量副控回路，其中所述主蒸汽壓力主控回路包括主蒸汽壓力信號獲取模塊和主蒸汽壓力控制器，所述燃料量副控回路包括主蒸汽流量信號獲取模塊和燃料量控制器，所述主蒸汽壓力信號獲取模塊的輸出和主蒸汽壓力控制器的輸入連接， 所述主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出和燃料量控制器的輸入連接，所述主蒸汽壓力控制器的輸出和燃料量控制器的定值輸入連接，所述燃料量控制器的輸出和鍋爐給粉系統(tǒng)連接；此外，還包括一個汽包壓力前饋控制回路和一個主蒸汽流量前饋控制回路，其中所述汽包壓力前饋控制回路包括汽包壓力信號獲取模塊和汽包壓力前饋信號運算模塊，所述汽包壓力信號獲取模塊的輸出和汽包壓力前饋信號運算模塊的輸入連接，汽包壓力前饋信號運算模塊的輸出和燃料量控制器的輸入連接；所述主蒸汽流量前饋控制回路包括主蒸汽流量信號獲取模塊和主蒸汽流量前饋信號運算模塊，所述主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出和主蒸汽流量前饋信號運算模塊的輸入連接，主蒸汽流量前饋信號運算模塊的輸出和燃料量控制器的輸入連接；進一步地，還包括一個母管壓力協(xié)調(diào)控制回路，其特征在于所述母管壓力協(xié)調(diào)控制回路包括母管壓力信號獲取模塊和一個母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器，所述母管壓力信號獲取模塊以及前述主蒸汽壓力信號獲取模塊、主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出同時接入該母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器，所述母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器的其中一個輸出與主蒸汽壓力控制器的定值輸入連接，另一個輸出同燃料量控制器的切換端連接；所述燃料量控制器包含內(nèi)部控制器Cl、內(nèi)部控制器C2、內(nèi)部控制器C3和內(nèi)部控制器 C4，其中所述主蒸汽流量信號獲取模塊的輸出同時與內(nèi)部控制器Cl、C2、C3和C4輸入連接， 汽包壓力前饋信號運算模塊的輸出與內(nèi)部控制器C2輸入連接，主蒸汽流量前饋信號運算模塊的輸出和燃料量控制器的內(nèi)部控制器C3輸入連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電廠鍋爐母管壓力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料量控制器中的內(nèi)部控制器Cl選用邏輯判斷模塊，C2選用帶前饋的大阻尼PI控制模塊，C3 選用帶前饋的快速PI控制模塊，C4選用不帶前饋的快速PI控制模塊。
專利摘要本實用新型包括主蒸汽壓力控制器、燃料量控制器、汽包壓力前饋控制回路和主蒸汽流量前饋控制回路；其特征在于，還包括一個母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器，其輸出分別與主蒸汽壓力控制器的定值輸入端和燃料量控制器的切換端連接；所述燃料量控制器包含內(nèi)部控制器C1、C2、C3和C4，根據(jù)母管壓力協(xié)調(diào)及策略控制器在燃料量控制器切換端的輸入值，調(diào)用燃料量控制器內(nèi)部不同的控制器進行燃料量調(diào)節(jié)控制運算后輸出至鍋爐給粉系統(tǒng)作為燃燒控制信號。本實用新型實現(xiàn)了蒸汽母管制并列運行鍋爐負(fù)荷的分配調(diào)整和協(xié)調(diào)控制以及大負(fù)荷擾動下的全自動控制，可適用于已采用DCS控制的母管制煤粉鍋爐系統(tǒng)。
文檔編號F23N1/00GK202032549SQ201120095570
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者翟國明 申請人:中國石油化工股份有限公司