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高炉煤气燃气锅炉及汽机DCS系统控制方案

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2009/6/4 16:51:08   

  所属频道:  火力发电    关键词:  高炉煤气 锅炉 DCS

对于燃烧高炉煤气的锅炉来说,要求是最大限度地利用放散的炼钢煤气等,因此整个母管制机组的锅炉可按最大出力运行,,维持母管压力的稳定可通过调整锅炉的出力和发电机组的发电负荷来共同实现。因此,锅炉燃烧控制系统的任务是:
• 维持稳定的燃烧;
• 全部烧完钢厂送来的高炉煤气。
1.1 模拟量控制系统(MCS)
1.1.2具体功能
1.1.2.1 母管压力控制
控制系统协调蒸汽锅炉与汽机能量需求之间的平衡,平衡的标志为母管压力控制在设计规定的范围内。对于并列运行的单个蒸汽锅炉,可设计为参与调控母管压力和只带基本负荷两种模式。当单个蒸汽锅炉不参与母管压力调节时,被调量为汽包压力,通过调节高炉煤气的进气阀来保证进入锅炉的燃料量。对于参与母管压力调节的蒸汽锅炉,被调量为母管压力,通过母管压力--汽包压力微分+主汽流量串级调节的方式调节高炉煤气的进气阀,在母管压力调节器的输出端加上负荷分配手操器,根据参与母管压力调节的蒸汽锅炉的数量修正负荷分配因子,从而改变对各个锅炉的出力指令。
母管制运行的机组方案如下。



负荷指令分配中心
──根据锅炉的运行状态,选择由那几台锅炉参与的负荷调节;
──限制负荷指令的变化率;
──由母管压力调节器输出相应的负荷指令;
──由负荷分配形成各台锅炉的控制指令;
负荷分配系数的确定:
根据的锅炉和汽机物理位置和运行情况,负荷分配系数的确定可分为几种情况
负荷分配系数确定的原则为:炉和机的距离最短,热负荷的损失最小。根据机炉的蒸汽管道的距离和蒸汽的损失量计算出负荷分配系数。因此,在炉与机距离最短时系数为1,即离得最近的锅炉蒸汽最大的供给最近的汽机。
当机组部分运行时,依然采用上述原则,判断运行机组的负荷分配系数。
锅炉控制系统(由两种情况组成)
①当锅炉参与母管压力调节时,采用锅炉发热量(主汽流量+汽包压力的微分)代表锅炉的出力能力与负荷指令分配中心来的指令信号比较后进入PI调节器,形成给气指令。
②当锅炉不参与母管压力调节时,采用主汽压力作为主要的被调量进入PI调节器,形成给气指令。设计中考虑到变负荷工况时主汽流量先变化,因此在锅炉不参与母管压力调节的情况下用它作为表征负荷的参量,与送风系统配合实现“增负荷时先增风后增气;减负荷时先减气后减风”的设计原则。
汽机控制系统
因母管制机组大多为用汽机组,因此对于汽机的控制一般分为“以热定电”或“以电定热”两种。在汽机采用DEH系统控制时,DEH系统将通过功率控制回路和压力控制回路给出汽机对蒸汽需求。
1.1.2.2 燃料控制系统
燃料控制系统是接受①的输出还是接受②的输出指令由运行人员来选择。
表征煤气量的参数主要有煤气的流量和煤气压力,这些参数与锅炉控制系统的输出指令,实现燃料量调节。燃料调节采用调节进气阀门挡板来实现;它可以实现手动、自动控制进气阀门来保证母管压力和汽包压力为给定值,并向送风控制回路发出联锁跟随指令。
在高炉煤气中,高炉煤气的流率比较稳定,而和流率变化较大,因此燃料量的控制主要通过调节高炉煤气的进气量,同时通过调节高炉煤气量来消除其它两种煤气的流量扰动。


1.1.2.3 汽包水位控制系统
汽包水位带汽包压力的校正补偿,主汽流量带主汽压力及温度的补偿,给水流量带给水温度的补偿。为分程调节方式,单冲量及三冲量切换运行。启动工况下,调节给水旁路调节门的开度来保证锅炉给水量,调节设备为给水旁路调节门。在正常运行时,调节锅炉主给水调节门的开度来保证锅炉给水量,调节设备为锅炉主给水调节门。
1.1.2.4送风量控制
根据要求,送风量的调节原理框图如下图MCS-GL-002。

图MCS-GL-002 送风MCS控制

图MCS-GL-002中所示为带氧量校正控制器的风量调节系统。氧量的设定值根据负荷在2~6%变化,人工设定的偏置为根据煤气发热量的不同由运行员根据经验对氧量设定值进行校正或有DCS自动对其进行修正。在氧量控制器的输出端加一个软手操AM1,当氧量信号失效时,运行员可将AM1切到手动状态(切除了氧量校正),人为改变对燃料量的校正。将燃料量指令、实际燃料量、为保证炉膛安全运行所需最小风量三者之间的最大值并经AM1校正后的输出作为总风量的设定值,与经温度补偿校正后总风量信号进行PID运算,从而形成送风指令。设计时还考虑了“增负荷时先增风,减负荷时先减煤” 的原则。此外,在炉膛负压出现高限报警时还闭锁送风指令的进一步增大;在炉膛负压出现低限报警时还闭锁送风指令的进一步减小。ZT1为送风机的转速反馈。
1.1.2.5 炉膛压力控制
系统提供平衡负压运行,通过控制引风机叶片,维持炉膛压力恒定在设定值。
比较炉膛压力三重冗余变送器的输出值,并取其中值作为炉膛负压控制系统的反馈信号。
系统将风量指令信号作为超前变化的前馈信号,使炉膛负压的波动最小。
在引风机控制中,有一个方向性闭锁作用。即在炉膛压力低,闭锁引风机入口叶片节距的进一步开大;在炉膛压力高时,闭锁引风机入口叶片节距的进一步关小。
控制系统还包括“火焰丧失”预处理回路,以便将较高的负压偏差减至最小。在发生MFT,且风量大于30%时,在压力控制系统中产生一个超驰控制信号,使引风机快速关小。该信号(MFT火焰丧失)随时间而衰减(时间可调),直至恢复正常的档板控制。不需要运行人员干预,并且对控制系统不产生扰动。
炉膛压力调节系统如图MCS-GL-003所示。

图MCS-GL-003 炉膛压力调节系统

1.1.2.6 过热汽温度控制
被控量为主汽温,调节对象为喷水减温阀。引入喷水减温后出口温度作为副回路构成串级调节方式。在发生MFT时联关喷水减温调节阀。


1.1.2.7除氧器压力和水位调节
通过调节除氧器水位来保持凝结水流量(减去凝结水再循环流量)与总给水量的平衡,除氧器水位控制由调整除氧器水位调节阀来实现。与汽包水位控制系统相类似,在除氧器水位控制系统中,启动和低负荷运行期间除氧器水位由单冲量控制系统来控制,正常负荷时除氧器水位由三冲量控制系统来控制。单冲量控制系统和三冲量控制系统之间可手动和自动无扰切换。
在水位达到高值时,除氧器水位控制阀关闭,凝结水再循环阀打开,直至除氧器水位低于高值。当汽机停运时,除氧器水位控制由除氧器补给水阀来实现。
在除氧器压力控制系统中,机组启动期间打开厂用蒸汽母管调节阀,维持除氧器压力在预先的设定值;汽机跳闸时产生一个随时间函数衰减的较高设定值,以防止启动给水泵时由于除氧器闪蒸引起的汽蚀;在正常运行工况,设定值跟踪除氧器压力。在除氧器压力控制系统中,除氧器压力测量值与给定值一起送入PID中进行运算,运算结果用来调整鼓泡除氧器压力调节阀,维持鼓泡除氧器压力在预先设定值。
除氧器压力控制系统如图所示。


1.1.2.8 凝汽器热井水位控制
在凝汽器热井水位控制系统中,水位测量值与给定常数进行PID运算,运算结果控制化学补充水调节阀开度,从而维持热井水位恒定。
在热井水位达到高值时全关调节阀,热井水位低于某值时,全开调节阀。
凝汽器热井水位控制系统如图所示。


1.1.2..9 汽机润滑油和EH油冷却控制
提供一个完整的汽机润滑油温控制系统,通过冷却器出口的冷却水管道上调节阀,控制冷却水流量,维持润滑油温在设定值。EH油温度控制与之相似。


1.1.2..10 高压加热器水位控制
提供一套完整的高压加热器水位控制系统。
a. 正常时由逐级疏水阀维持高加水位在设定值。
b. 当本级加热器水位高二值时,关闭上一级逐级疏水阀,打开上一级事故疏水阀,由其维持上一级加热器水位在设定值。

高压加热器水位控制


低压加热器水位控制

1.1.2..11 低压加热器水位控制
1.1.2..12 汽机轴封压力控制
1.1.2..13 汽机轴封温度控制
1.1.2..14 供热抽汽减温减压器压力、温度的控制
1.1.2..15 其它单冲量调节回路,包括连排扩容器水位调节、辅助蒸汽联箱压力调节、闭式循环冷却水温度调节、闭式循环冷却水箱水位调节等,


SCS顺序控制及联锁保护功能
概述:
所谓的SCS顺序控制功能,是指对于锅炉运行过程中,那些按照锅炉运行规程的要求,根据生产工艺的要求,有步序的对锅炉辅助设备只进行开关量操作,采用的逻辑程序运算的自动控制功能。
因而,在实际运行过程中,只要具备完善的信号测量、以及具备可远方电动操作的一系列相关设备的开、关状态控制和设备的启、停操作,以及各相关设备的联锁保护,都可以采用DCS系统进行逻辑运算,从而由软件程序来实现自动的顺序控制。
对于热电厂锅炉系统,其最主要且也是耗电最大的辅助设备是送风机、引风机、磨煤机、给煤机及相应的制粉系统各相关设备的自动启、停操作逻辑顺序控制和自动联锁保护。
因而其逻辑控制主要考虑上述设备的SCS控制功能。逻辑控制功能:
1)、送风机子组项
包括送风机、送风机出口风门挡板、送风机电机轴温、引风机启动、停止顺序控制及联锁保护功能。
2)、引风机子组项
包括引风机、引风机入口风门挡板、引风机电机轴温、送风机启动、停止顺序控制及联锁保护功能。
3)、锅炉电动阀子组项
包括电动主汽门、事故放水门、紧急排汽门的联锁与保护、以及煤气电动总阀的操作功能。
功能实现的控制逻辑举例如下:
例:送风机子组项顺序控制系统逻辑控制如图3.3.1 、图3.3.2 所示:

图 3.3.1 送风机启动顺序控制逻辑


图 3.3.2 送风机停止顺序控制逻辑

FSS炉膛安全监控功能:
严格按照国家电力行业1996年颁发的DCS技术规范以及锅炉安全运行规程的要求,再针对锅炉实际运行工况,锅炉炉膛安全监控FSSS系统应包括下列功能:
(1)、点火前和停炉后的清扫控制功能
(2)、锅炉点火及高炉煤气、顺序控制功能
(3)、给粉机及一次风门、二次风门顺序控制功能
(4)、锅炉炉膛火焰监控以及MFT紧急停炉控制功能
此次对锅炉系统FSS功能的要求,主要实现的是MFT主燃料跳闸功能。
锅炉MFT主燃料跳闸控制功能:

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