1.1 概述

      DCS 系統(tǒng)可以按不同控制策略設(shè)計(jì)適合不同型式火電機(jī)組的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。用直接能量平衡 (DIRECT ENERGY BALANCE 或 D-E-B) 概念去設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) (CCS) 將有很大的益處。

協(xié)調(diào)系統(tǒng)提供如下的控制 :

a ．通過(guò)一個(gè)反應(yīng)快速的閉環(huán)發(fā)電量控制使發(fā)電量與負(fù)荷指令相匹配；

b ．在任何工況下通過(guò)一個(gè)鍋爐需求自校準(zhǔn)算法使鍋爐的出力與汽機(jī)的能量要求相匹配；

c ．以安全方式協(xié)調(diào)鍋爐的幾個(gè)輸入量。

下面的控制環(huán)路和過(guò)程變量由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制：

a ．發(fā)電量 ( 總兆瓦數(shù) ) ；

b ．燃料流量 ( 給煤 ( 粉 ) 機(jī)轉(zhuǎn)速或磨煤機(jī)入口一次風(fēng)擋板 ( 雙進(jìn)雙出球磨 ) 和燃油流量 ) ；

c ．二次風(fēng)量 ( 送風(fēng)機(jī)葉片傾角 ) ；

d ．一次風(fēng)量 ( 磨煤機(jī)風(fēng)量，溫度及一次風(fēng)道壓力 ) ；

e ．爐膛壓力 ( 引風(fēng)機(jī)葉片傾角 ) ；

f ．給水流量和汽包水位 ( 給水泵轉(zhuǎn)速，閥門(mén)位置及再循環(huán)控制 ) ；

g ．凝結(jié)水流量，除氧器水位和凝汽器水位；

h ．蒸汽溫度 ( 減溫器噴水閥，檔板和再熱器噴水閥 ) 。

1.2 用直接能量平衡策略的協(xié)調(diào)控制

      鍋爐與汽機(jī)間協(xié)調(diào)控制的發(fā)展是建造現(xiàn)代大型蒸汽發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)之一，經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展歷程，目前在實(shí)際工程應(yīng)用中取得了卓有成效的進(jìn)展。世界上許多機(jī)構(gòu)和公司都為其做出了不朽的貢獻(xiàn)。

      協(xié)調(diào)控制，顧名思義，也即是協(xié)同操作鍋爐的輸入燃料、風(fēng)、給水和汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組來(lái)滿足電廠的首要任務(wù)—使發(fā)電量與負(fù)荷指令匹配。根據(jù)這個(gè)定義，對(duì)機(jī)組的負(fù)荷指令將同時(shí)作為對(duì)鍋爐輸入量和機(jī)組發(fā)電量的要求信號(hào)。這即是著名的直接能量平衡 (DEB) 概念的基礎(chǔ)。

      傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略，對(duì)鍋爐和汽機(jī)施加了一個(gè)共同的機(jī)組指令信號(hào)。該信號(hào)用于鍋爐控制時(shí)，首先產(chǎn)生動(dòng)態(tài)微分調(diào)節(jié)作用，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，按速率增強(qiáng)燃燒（過(guò)燃），當(dāng)負(fù)荷將下降時(shí)，按速率減弱燃燒（欠燃）。這種微分操作除按負(fù)荷大小比例調(diào)節(jié)燃燒強(qiáng)度外，還補(bǔ)償鍋爐固有的存貯能量。圖 2-1 是這種傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的簡(jiǎn)化框圖。

      機(jī)組負(fù)荷指令信號(hào)經(jīng)壓力偏差積分控制器修正后，送到燃料和風(fēng)量控制器以糾正壓力偏差，這是假定沒(méi)有其它的修正、閉鎖或超馳時(shí)的情況。

      目前使用的 DEB 除了能夠維持鍋爐和汽機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)的平衡外，還可以在緊急情況或設(shè)計(jì)要求下，單獨(dú)改變汽機(jī)的運(yùn)行工況同時(shí)繼續(xù)維持鍋爐汽機(jī)間的平衡。

      在 DEB 中，發(fā)電量控制和鍋爐需求兩者間不是直接相關(guān)的。鍋爐需求信號(hào)是基于汽機(jī)對(duì)能量的要求計(jì)算出來(lái)的，這個(gè)能量要求稱為“能量平衡信號(hào) " ，它代表了在任何工況下汽機(jī)對(duì)蒸汽的需求量。 " 能量平衡信號(hào) " 隨著汽機(jī)閥門(mén)的開(kāi)度變化而變化，即使在故障情況下或手動(dòng)調(diào)節(jié)汽機(jī)閥門(mén)時(shí)，上述計(jì)算也能得出正確結(jié)果。此外 DEB 的鍋爐需求還盡量減小對(duì)前饋微分的采納和影響，并對(duì)負(fù)荷變化起到更加穩(wěn)定的控制。圖 2-2 表明了 DEB 的控制策略。

圖 2-1 傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的簡(jiǎn)化框圖

圖 2-2 DEB 的控制策略

1.3 發(fā)電量控制

      當(dāng)汽機(jī)的控制處在 " 遠(yuǎn)方自動(dòng) " 方式時(shí)，發(fā)電量控制由一快速響應(yīng)的閉合環(huán)路來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng) " 遠(yuǎn)方自動(dòng) " 方式建立起來(lái)時(shí)，從汽機(jī)控制送出一個(gè)閉合接點(diǎn)信號(hào)通知 CCS 系統(tǒng)，同時(shí)汽機(jī)控制屏蔽第一級(jí)壓力反饋信號(hào)而接受來(lái)自 CCS 系統(tǒng)的 4-20MA 指令信號(hào)。與此同時(shí) CCS 系統(tǒng)也送出一閉合接點(diǎn)信號(hào)到汽機(jī)控制系統(tǒng)，以表明鍋爐在自動(dòng)壓力控制方式之下。

      負(fù)荷指令信號(hào)可以由操作員來(lái)設(shè)置（以汽機(jī)為基礎(chǔ)的方式）或是來(lái)自自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)（ ADS 方式），有一個(gè)畫(huà)面專門(mén)用來(lái)選擇操作方式和人為設(shè)定負(fù)荷目標(biāo)值。

      當(dāng)負(fù)荷指令為自動(dòng)控制方式（ ADS 方式）時(shí)， ADS 系統(tǒng)將送出脈沖作為增減發(fā)電量的信號(hào)，這些信號(hào)被積分后形成了對(duì)機(jī)組的負(fù)荷指令信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的變化速率是受到限制的，該限制值由操作員設(shè)定。由于汽機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)包含有一個(gè)頻率控制回路，該控制系統(tǒng)必須也有一個(gè)相似但反相的偏置，因而在兩系統(tǒng)間沒(méi)有交互作用。

      實(shí)際的負(fù)荷控制是一個(gè)串級(jí)的回路，主回路中利用發(fā)電量信號(hào) ( 總兆瓦數(shù) ) 作為外部較慢的控制變量，而以第一級(jí)壓力作為內(nèi)環(huán)的快速響應(yīng)控制變量。

      調(diào)速器的開(kāi)大可以被主汽壓力偏差及燃料或風(fēng)量的偏差所閉鎖，這些偏差會(huì)導(dǎo)致鍋爐需求下降，如果這些變量的偏差超過(guò)允許值，則也將關(guān)小汽機(jī)調(diào)門(mén)。

      串級(jí)控制的主要好處是使調(diào)速汽門(mén)的響應(yīng)線性化。非線性產(chǎn)生的原因是由于閥門(mén)開(kāi)度非線性，摩擦及遲滯等因素造成的。運(yùn)用該系統(tǒng)后，指令的變化將總能夠產(chǎn)生一個(gè)發(fā)電量呈線性變化的結(jié)果，圖 3-2 。

      當(dāng)鍋爐需求控制處在手動(dòng)操作狀態(tài)或在鍋爐基本負(fù)荷方式時(shí)，調(diào)門(mén)也能以自動(dòng)方式來(lái)控制，在這種方式下（汽機(jī)跟隨），調(diào)門(mén)處于自動(dòng)控制，以維持主汽壓力于設(shè)定值。

圖 3-1

圖 3-2

1.4 汽機(jī)對(duì)鍋爐的需求（簡(jiǎn)稱鍋爐需求）

      能量平衡信號(hào)也就是汽機(jī)對(duì)鍋爐的需求信號(hào)，該信號(hào)代表了實(shí)際汽機(jī)閥門(mén)的開(kāi)度，即汽機(jī)對(duì)輸入能量的需求。

      能量平衡信號(hào)是汽機(jī)第一級(jí)壓力與主汽壓力（主汽門(mén)前壓力）之比 (P1/PT) ，它之所以有用是因?yàn)樗€性地代表了汽機(jī)閥門(mén)的有效位置，因此可用來(lái)作為調(diào)節(jié)鍋爐輸入的基準(zhǔn)。另外，該信號(hào)不象其它信號(hào)那樣會(huì)受到鍋爐工況的擾動(dòng)（例如燃料質(zhì)地的變化）。所謂其它信號(hào)指的是通常采用的蒸汽負(fù)荷信號(hào)，如蒸汽流量或第一級(jí)壓力等，這些信號(hào)在鍋爐擾動(dòng)發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生再生作用（正反饋）。

僅僅采用蒸汽壓力和蒸汽流量前饋信號(hào)有兩個(gè)基本問(wèn)題 :

a ．蒸汽壓力控制器僅在偏差發(fā)生時(shí)才起反應(yīng)，也就是說(shuō)在控制系統(tǒng)采取措施以前壓力偏差必須首先產(chǎn)生。在這種情況下控制系統(tǒng)將肯定產(chǎn)生一個(gè)壓力過(guò)調(diào)量。壓力偏差將被控制算法所積分。并當(dāng)壓力再次越過(guò)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，又向相反方向積分。這個(gè)問(wèn)題的解決方法是在指令和反饋中采取比例和微分的調(diào)節(jié)方式。

b ．蒸汽流量是一個(gè)再生前饋信號(hào)，當(dāng)燃料的發(fā)熱值變化時(shí)，該信號(hào)將激發(fā)更進(jìn)一步的控制作用，與正確校正的蒸汽壓力和流量的作用方向相反。

      如有燃料發(fā)熱量增加的擾動(dòng)時(shí)，將會(huì)使鍋爐輸入過(guò)多，使蒸汽流量增大，汽機(jī)把它當(dāng)作需求，前饋給鍋爐，則鍋爐要增加燃料量，使流量進(jìn)一步增大。

      但能量平衡信號(hào)對(duì)于這種現(xiàn)象的反應(yīng)是不敏感的，當(dāng)由于燃料質(zhì)量發(fā)生變化而導(dǎo)致鍋爐輸出變化時(shí)，主汽壓力和第一級(jí)壓力將以相同的百分比變化，因而兩者之比將不受影響。

      更進(jìn)一步，能量平衡信號(hào)能補(bǔ)償任何壓力的變化，它是汽輪機(jī)所需要的蒸汽流量的真實(shí)反映，因而也是鍋爐輸入量的真實(shí)反映，因?yàn)樗潜恢髌麎毫υO(shè)定值 (PS) 相乘的結(jié)果 :

鍋爐能量需求值＝ P1/PT × PS

      在手動(dòng)或自動(dòng)控制負(fù)荷、頻率變化或故障超馳情況下，能量平衡信號(hào)都向鍋爐的輸入量（燃料和空氣）精確地反映了汽機(jī)的需求量值。

      能量平衡信號(hào)是一個(gè)自校準(zhǔn)的信號(hào)，由于反饋給汽機(jī)控制的信號(hào)通常是 P1 ，因而控制將把閥門(mén)置于能滿足發(fā)電量需求的位置上。 P1 與輸入至汽機(jī)的能量有著直接的比例關(guān)系，因而與機(jī)組輸出的兆瓦數(shù)成比例。由于鍋爐的儲(chǔ)能和汽機(jī)閥門(mén)的快速響應(yīng)，對(duì)于機(jī)組出力的要求將很快地予以滿足，當(dāng)然在一定時(shí)間內(nèi)還會(huì)影響主汽壓力，這主要由燃料輸送系統(tǒng)和鍋爐內(nèi)熱量傳遞造成的時(shí)間滯后引起的。當(dāng) PT 下降后，能量平衡信號(hào)將增加，以適量地加強(qiáng)鍋爐的燃燒，補(bǔ)償鍋爐儲(chǔ)能的流失。隨著主汽壓力逐漸趨近其定值，此時(shí)輸入給鍋爐的能量與鍋爐的出力持平。

      大多數(shù)情況下，傳統(tǒng)系統(tǒng)將一公共指令信號(hào)加到汽機(jī)調(diào)節(jié)器和鍋爐輸入端，把一個(gè)任意的動(dòng)態(tài)導(dǎo)前信號(hào)加到鍋爐需求信號(hào)上，而該信號(hào)未必能進(jìn)行過(guò)程自校正，在整個(gè)負(fù)荷變化期間它保持恒定，它只根據(jù)需求信號(hào)的變化率進(jìn)行校正。

1.5 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

      簡(jiǎn)單地維持鍋爐輸入與能量平衡信號(hào)相適應(yīng)，終究不能保持爐機(jī)間的平衡。汽機(jī)調(diào)節(jié)閥門(mén)變化而引起的鍋爐儲(chǔ)能的變化在能量平衡信號(hào)的自校正過(guò)程中反應(yīng)出來(lái)。

      然而，鍋爐儲(chǔ)能和鍋爐負(fù)荷之間是一個(gè)非線性的關(guān)系，因而鍋爐需求信號(hào)要求有一個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，補(bǔ)償量將有一定的過(guò)調(diào)。這個(gè)暫時(shí)的過(guò)調(diào)量使機(jī)爐之間的不平衡減至最小，并改善壓力的控制。每臺(tái)鍋爐控制系統(tǒng)都有其自已的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的整定值。請(qǐng)注意在圖 5-1 和圖 .6-1 中動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)奈恢谩?/p>

圖 5-1 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

1.6 變壓運(yùn)行

      變壓或定壓運(yùn)行方式將通過(guò) CRT 畫(huà)面來(lái)設(shè)置，主汽壓力的設(shè)定值用鍵盤(pán)來(lái)調(diào)整。

      在變壓方式下，把一基于機(jī)組而設(shè)計(jì)的程序投入運(yùn)行，該程序把機(jī)組發(fā)電量做為獨(dú)立的變量，在低負(fù)荷和高負(fù)荷工況分別建立兩個(gè)定壓區(qū)；而中間區(qū)域則是變壓區(qū)，定壓區(qū)與變壓區(qū)的連接點(diǎn)和變壓區(qū)的曲線斜率是通過(guò) CRT 來(lái)確定。圖 .6-1 顯示了這種變壓控制。

圖 6-1 變壓控制

      必須注意的非常重要的一點(diǎn)是在變壓運(yùn)行方式下，允許操作汽機(jī) 閥門(mén)瞬時(shí)改變出力（小于 10% ）。但當(dāng)壓力達(dá)到新的設(shè)定值后閥門(mén)又返回到固定位置。

      舉個(gè)例子，當(dāng)接到增負(fù)荷指令以后，調(diào)節(jié)閥快速開(kāi)大，以得到出力的突然增加而壓力不增加，這是一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。而后隨著壓力設(shè)定值的上升，鍋爐開(kāi)始響應(yīng)，閥門(mén)又回到了正確的穩(wěn)定位置上。

圖 6.1 中顯示有一條典型的壓力設(shè)定值曲線。

      負(fù)荷壓力曲線還有兩個(gè)重要的方面在變壓控制方式中需要考慮。一是儲(chǔ)能問(wèn)題；另一個(gè)是蒸汽溫度控制問(wèn)題。儲(chǔ)能與汽包壓力有關(guān)。

      在定壓方式下，負(fù)荷變化百分之一將引起汽包壓力變化大約 0.02Mp ；在變壓方式下，負(fù)荷變化百分之一將引起汽包壓力變化 0.27Mp 。

      一個(gè)特有的前饋信號(hào)用來(lái)處理儲(chǔ)能的變化。主汽壓力設(shè)定值的變化速率被加到鍋爐需求中。

      蒸汽溫度表現(xiàn)出一種用常用的反饋控制難以控制的樣式。首先在過(guò)燃燒時(shí)溫度升高，隨著越來(lái)越多的蒸汽產(chǎn)生，溫度開(kāi)始下降。

      送到蒸汽溫度控制去的有一組前饋信號(hào)，其中包括用來(lái)打開(kāi)噴水閥 r 主汽壓力變化率信號(hào)，以及用以關(guān)閉噴水閥的汽包壓力反信號(hào)（ -P D ）。這些信號(hào)在 DEB 系統(tǒng)中被綜合起來(lái)，然后形成一個(gè)單一前饋信號(hào)。

1.7 放熱量

      對(duì)所有燃燒控制系統(tǒng)的一個(gè)最基本的要求是當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)或燃料的發(fā)熱值不是恒定值的時(shí)候，該系統(tǒng)能夠精確地測(cè)量輸給鍋爐的燃料量或者熱量。這個(gè)測(cè)量有任何誤差都能夠?qū)е虏涣嫉娜剂稀諝饪刂票壤?，從而造成蒸汽溫度、汽包水位和?fù)荷的擾動(dòng)，因而引發(fā)控制回路之間的相互作用。如果這個(gè)測(cè)量誤差不能減至最小，負(fù)荷的變化幅度和變化率都會(huì)受到限制。

      傳統(tǒng)上，燃燒控制系統(tǒng)采取兩種基本方法來(lái)解決燃料測(cè)量問(wèn)題，每一種都有其局限性。

      燃料直接測(cè)量是一個(gè)廣泛采用的方法，該方法在燃?xì)忮仩t中的應(yīng)用非常成功，但在煤粉鍋爐中的應(yīng)用卻非常不適宜。

      第二種傳統(tǒng)測(cè)量方法是一個(gè)以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的辦法，就是測(cè)量鍋爐的輸出量，也就是蒸汽流量或汽機(jī)的第一級(jí)壓力。該方法的主要局限性是：僅在穩(wěn)定狀態(tài)下，鍋爐的輸出方與能量的輸入成比例。

      鍋爐輸入與輸出更精確的關(guān)系應(yīng)包括鍋爐的儲(chǔ)能變化。鍋爐的輸出加上或減去鍋爐的儲(chǔ)能變化在穩(wěn)定或動(dòng)態(tài)情況下都與鍋爐的輸入保持比例關(guān)系。

      在汽包型鍋爐中，大多數(shù)工作介質(zhì)（水和蒸汽）都在飽和溫度和壓力下，當(dāng)汽包壓力變化時(shí)，溫度和焓也發(fā)生變化，事實(shí)表明大部分的儲(chǔ)能都存在于流體中。

      由于汽包壓力與流體熱焓基本上呈線性關(guān)系，因而汽包壓力是一個(gè)很好的儲(chǔ)能指標(biāo)。

      儲(chǔ)能的實(shí)際水平無(wú)需關(guān)心，因?yàn)樗c燃料輸入量無(wú)關(guān)。但儲(chǔ)能的變化卻具有非常大的重要性，因?yàn)樗侨紵首兓蛉剂系臒嶂底兓慕Y(jié)果

鍋爐中能量轉(zhuǎn)換的基本等式如下式：

鍋爐吸收的燃料放熱＝鍋爐輸出熱量＋儲(chǔ)能的變化量

該式可以寫(xiě)成：

鍋爐吸收的燃料放熱＝ KP1 ＋ K1dP D /dt

P1 ＝汽機(jī)第一級(jí)壓力或鍋爐蒸汽流量

P D ＝汽包壓力

      在鍋爐吸收的燃料放熱量概念中，同主汽壓力偏差代表著鍋爐—汽機(jī)間平衡一樣，汽包壓力的變化速率 (dP D /dt) 標(biāo)志著鍋爐輸入輸出的平衡。當(dāng)汽包壓力不變時(shí)（ dP D /dt=0 ），鍋爐所吸收的燃料放熱等于鍋爐的熱量輸出。

1.8 使用被吸收的燃料放熱量信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)

a. 獨(dú)立于燃料供給系統(tǒng)

      燃料輸入的變化與到達(dá)爐內(nèi)燃料的實(shí)際變化之間的延遲，對(duì)熱量計(jì)算而言無(wú)關(guān)緊要。

b. 匯總所有來(lái)源的燃料。

      熱量信號(hào)代表了熱值輸入，它計(jì)入來(lái)自所有來(lái)源的燃料，無(wú)論這些燃料是否被測(cè)量到。

c. 實(shí)時(shí)計(jì)算

      被吸收的燃料放熱量信號(hào)（簡(jiǎn)稱熱量信號(hào)）的計(jì)算不依賴于諸如蒸汽溫度，煙氣溫度等大時(shí)間常數(shù)的變量來(lái)，從而確保該信號(hào)代表著在每一時(shí)刻的精確燃料流量。

d. 分辨燃料質(zhì)地的變化

      由于熱量信號(hào)能夠識(shí)別熱量輸入的任何變化，因此它可以相應(yīng)地修正燃料的輸入量，無(wú)需改變?nèi)剂狭恐噶?，如改變?nèi)剂狭恐噶顒t會(huì)給空氣流量造成擾動(dòng)。

e. 在負(fù)荷變化時(shí)維持燃料空氣配比。

      在動(dòng)態(tài)情況下的燃料精確測(cè)量，使人們可采用一個(gè)公共的指令信號(hào)來(lái)控制燃料和空氣，二者將以相同的量發(fā)生變化。

1.9 需求限制調(diào)節(jié)器（ DLR ）

      直接能量平衡系統(tǒng)可以確保鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因?yàn)樗辉试S鍋爐所輸入的燃料和空氣間有任何顯著的不平衡，正如當(dāng)鍋爐的某一輸入受到限制后，它將減小汽機(jī)的需求一樣，它也要減少鍋爐的指令以與被限制的輸入相匹配，這種因果關(guān)系的控制鏈?zhǔn)亲钭罹o密的。 D — E — B 考慮到了這一點(diǎn)，并采取了一定的措施，使得系統(tǒng)的負(fù)荷不會(huì)超出最小能力的鍋爐輸入的產(chǎn)出能力。

      需求限制調(diào)節(jié)器監(jiān)測(cè)著燃料、空氣和給水控制系統(tǒng)各自的流量偏差，一旦發(fā)現(xiàn)這些偏差之中任一個(gè)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值，鍋爐指令信號(hào)的變化就會(huì)閉鎖，如果偏差超出了預(yù)定值，鍋爐指令信號(hào)將以與偏差值成正比的速率減少，直至平衡重新建立。

      同樣，如果在需求限制調(diào)節(jié)器兩端有一個(gè)大于設(shè)定值的偏差，則輸入至汽機(jī)的某一方向脈沖調(diào)節(jié)信號(hào)將被閉鎖，以防止擴(kuò)大機(jī)爐之間的不平衡。

      如果上述偏差超過(guò)了允許的范圍，則汽機(jī)將向縮小這個(gè)偏差的方向調(diào)節(jié)。

      需求限制調(diào)節(jié)器的特性是按減小燃料、空氣控制系統(tǒng)中流量信號(hào)偏差的要求，以一定的速率和數(shù)量去改變?nèi)剂匣蚩諝獾牧髁?。如果燃料或空氣的流量比相?yīng)的需求信號(hào)高且超出正常范圍，則鍋爐的需求將增加，相反，一個(gè)超常的低流量將減小鍋爐的需求。

      鍋爐需求的增加或減少將以與偏差的幅值成正比的速率發(fā)生，也就是當(dāng)偏差小時(shí)增減速率慢，偏差大時(shí)速率快。同時(shí)還將對(duì)汽機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)以保持機(jī)爐在限制條件下的平衡。

      該系統(tǒng)將保證在任何情況下使燃料和空氣流量與負(fù)荷的變化相匹配而不受交叉限制的局限。

1.10 輔機(jī)故障降負(fù)荷 (AUXILIARY LOSS RUNBACKS)

      除了需求限制調(diào)節(jié)器以外，電廠輔機(jī)的故障也能引發(fā)機(jī)組的降負(fù)荷（ RUN BACK ）。當(dāng)輔機(jī)故障發(fā)生時(shí)，切換系統(tǒng)控制到基本模式（ BASE MODE ）來(lái)操作鍋爐的運(yùn)行，鍋爐需求信號(hào)以一預(yù)置的速率（如 100% ／ min ）下降至一預(yù)置的限值，即到達(dá)一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，它等于系統(tǒng)中剩余輔機(jī)能提供的機(jī)組負(fù)荷量。系統(tǒng)中可以有多個(gè)快速降負(fù)荷回路，圖 10-1 所示即是快速降負(fù)荷回路。

圖 10-1

1.11 爐機(jī)平衡

      對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的一個(gè)主要要求是能按照要求調(diào)節(jié)燃燒率維持爐機(jī)間的平衡。維持爐機(jī)平衡的判據(jù)是主汽壓力 PT 。當(dāng) PT 保持在設(shè)定值時(shí)即是爐機(jī)間達(dá)到了靜態(tài)平衡狀態(tài)。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)通過(guò)利用主汽壓力控制器的輸出信號(hào)來(lái)修正鍋爐需求信號(hào)的方式來(lái)滿足上述要求。主汽壓力控制器通過(guò) PID 算法對(duì)壓力偏差進(jìn)行修正。

      這種壓力控制器的積分過(guò)程可以稱之為“校正積分”，對(duì)于傳統(tǒng)的系統(tǒng)將主汽壓力恢復(fù)至設(shè)定值來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)基本組成部分。

      然而，使用這種校正積分有其缺點(diǎn)。首先對(duì)于燃用多種燃料的機(jī)組，在穩(wěn)態(tài)工況下，會(huì)因燃料質(zhì)地變化而產(chǎn)生小擾動(dòng)，如果這種擾動(dòng)發(fā)生時(shí)，壓力控制器積分作用可能與燃料輸入作用不協(xié)調(diào)，造成不穩(wěn)定的結(jié)果。其次，在負(fù)荷變動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，由于被控過(guò)程的遲滯作用，壓力的偏差有可能始終不消失。

      在負(fù)荷變動(dòng)結(jié)束時(shí)，隨著系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，燃燒過(guò)調(diào)必須去除。但由于積分作用在負(fù)荷變動(dòng)期間對(duì)燃料輸入量的過(guò)調(diào)終將導(dǎo)致負(fù)荷變動(dòng)結(jié)束時(shí)的壓力過(guò)調(diào)，這種情況之所以發(fā)生是因?yàn)閭鹘y(tǒng)控制系統(tǒng)唯一能夠去除過(guò)調(diào)的方法是改變積分作用的代數(shù)符號(hào)。負(fù)荷變動(dòng)斜率越陡峭，燃料輸入的過(guò)校正越劇烈，則在變動(dòng)結(jié)束時(shí)壓力超調(diào)值越高。在負(fù)荷變動(dòng)終結(jié)后，系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定所需的時(shí)間將由于壓力偏差的存在而延長(zhǎng)，而該壓力偏差又是為去掉壓力控制器中的積分累計(jì)所必需的。這些問(wèn)題在以煤為燃料調(diào)節(jié)能量的鍋爐運(yùn)行中顯得十分突出。

      DEB 解決上述問(wèn)題的方法是取消對(duì)該控制器的依賴。系統(tǒng)在燃料控制器中采用了一個(gè)獨(dú)特的前饋與反饋相結(jié)合的控制方案，該方案在燃料控制器中采用能量平衡信號(hào)（也即是能量需求 ) 作為前饋，以燃料實(shí)際發(fā)出能量值（熱量）的一個(gè)計(jì)算結(jié)果作為反饋信號(hào)。兩個(gè)信號(hào)量均不是任意值，而是通過(guò)被控過(guò)程校正的：

前饋＝能量平衡信號(hào)＝ P1/PT*PS

反饋＝鍋爐釋放的被汽機(jī)吸收的燃料熱＝ P1 ＋ dpD/dt

      燃料控制器調(diào)節(jié)燃料的輸入以維持前饋（設(shè)定值）與反饋（熱量信號(hào)）相等，這樣，燃料偏差（ EF ）可以寫(xiě)成下式：

eF ＝ P1/PT ＊ PS- （ P1 ＋ dpD/dt ）

在穩(wěn)態(tài)， eF 和 dpD/dt 等于零；故而

0 ＝ P1/PT ＊ PS — P1

兩端被 P1 同除得： 0 ＝ PS/PT — 1

或： PT ＝ PS

      這樣，燃料控制器將調(diào)整燃料使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，屆時(shí)主汽壓力 PT 等于壓力設(shè)定值而不受汽壓偏差積分的不良影響。

      針對(duì)上述各部分的相互關(guān)系，如果你注意到由于燃燒品質(zhì)變化的燃料而帶來(lái)的“穩(wěn)定狀態(tài)”下的擾動(dòng)問(wèn)題（燃料品質(zhì)變化，導(dǎo)致系統(tǒng)的效率變化），就會(huì)發(fā)現(xiàn)， DEB 系統(tǒng)通過(guò)直接重新調(diào)整燃料輸入和重新建立原有的熱量值，修正了任何熱量值的變化。熱量信號(hào)的修正將自然地使壓力返回設(shè)定值，并改善機(jī)組的穩(wěn)定性。

      在負(fù)荷變動(dòng)期間，前饋與代表實(shí)際燃燒狀態(tài)的熱量相匹配。為了保持熱量值在期望的定值上，在變動(dòng)負(fù)荷時(shí)燃料輸入將適當(dāng)?shù)剡^(guò)調(diào)，該過(guò)調(diào)量根據(jù)汽包壓力變化率來(lái)決定。更重要的是當(dāng)汽包壓力穩(wěn)定下來(lái)后過(guò)調(diào)即除去，不象通常那種為達(dá)到相同功能而采用壓力積分方式的系統(tǒng)那樣要求主汽壓力過(guò)調(diào)。

      我們提供的系統(tǒng)在負(fù)荷變動(dòng)結(jié)束時(shí)要比通常的系統(tǒng)穩(wěn)定得多，因?yàn)槿剂系恼{(diào)節(jié)是與前饋信號(hào)數(shù)值及變化率成比例進(jìn)行的，該信號(hào)能夠精確計(jì)算需求量而不必采用在功能上為克服偏差而沿用的積分算法。這樣作的好處在于在負(fù)荷變化期間改善了系統(tǒng)的響應(yīng)，并在負(fù)荷達(dá)到希望值以后加速使運(yùn)行進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。

1.12 燃料控制

      通過(guò)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和主汽壓力修正等調(diào)整后的能量平衡信號(hào)就變成了燃燒率需求信號(hào)，將該信號(hào)與燃料輸入信號(hào)測(cè)量值相比較后得到的偏差信號(hào)送至燃料流量控制器。這個(gè)控制器提供常規(guī)比例積分調(diào)節(jié)。此外，它接收來(lái)自需求信號(hào)及需求速率信號(hào)的前饋?zhàn)饔?。這一前饋?zhàn)饔檬谷剂狭髁靠刂茖?duì)需求的變化快速響應(yīng)，過(guò)程偏差很小。因而燃料流量控制系統(tǒng)對(duì)于需求的響應(yīng)就不依賴于控制器的積分參數(shù)的調(diào)整了。

      燃料輸入信號(hào)是由熱量計(jì)算模塊算出來(lái)的，該算法塊以蒸汽流量作為能量輸出的測(cè)量值，以汽包壓力作為儲(chǔ)能測(cè)量值。

      它以這樣的原理運(yùn)行：鍋爐的能量輸入等于能量輸出加上儲(chǔ)能的變化。

      雖然熱量信號(hào)被用來(lái)作為控制器的反饋信號(hào)。但為保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，所有燃料量還經(jīng)過(guò)計(jì)量，計(jì)量值再與熱量信號(hào)值進(jìn)行比較，其偏差量如超過(guò)正常值將使控制切換成手動(dòng)控制方式。這樣安排是為了防止當(dāng)燃料反饋信號(hào)喪失時(shí)導(dǎo)致燃料輸入量過(guò)度增加。

      系統(tǒng)將根據(jù)投運(yùn)的磨煤機(jī)臺(tái)數(shù)來(lái)維持燃料的總需求，隨著磨煤機(jī)逐臺(tái)退出運(yùn)行或針對(duì)某臺(tái)特定磨煤機(jī)的燃料需求被減小時(shí)，其它磨煤機(jī)的輸出將自動(dòng)增加而不會(huì)改變過(guò)程變量。

圖 12-2 采用熱量信號(hào)和燃料控制

      磨煤機(jī)都配有一個(gè)手動(dòng)控制站，通過(guò)燃料輸入站可以對(duì)燃料輸入量置入偏置量，這個(gè)偏置量是相對(duì)于總需求來(lái)調(diào)整的。

      對(duì)不同的制粉系統(tǒng)，燃料控制通過(guò)改變不同的變量如給煤機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、給粉機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)或磨一次風(fēng)量等來(lái)實(shí)現(xiàn)。燃料控制器的整定參數(shù)則根據(jù)投入自動(dòng)的磨煤機(jī)臺(tái)數(shù)或給粉機(jī)臺(tái)數(shù)，通過(guò)適應(yīng)整定算法使其改變。

1.13 二次風(fēng)控制

      用于燃料控制的鍋爐需求信號(hào)也同樣用于風(fēng)量的控制。該信號(hào)首先被過(guò)剩風(fēng)量修正。

圖 .13-1 空氣量控制和前饋

      兩個(gè)氧量信號(hào)的平均值與一個(gè)程序產(chǎn)生的設(shè)定值進(jìn)行比較，該定值控制程序是一個(gè)有關(guān)負(fù)荷（ P1 ）和燃料量的函數(shù)，當(dāng)?shù)拓?fù)荷時(shí)，該函數(shù)輸出高值；函數(shù)輸出隨負(fù)荷的升高而下降。對(duì)于每種燃料，該函數(shù)的最大值、最小值和斜坡變化率等均可通過(guò) CRT 來(lái)選擇。為操作員提供了一幅氧量控制畫(huà)面，在同組畫(huà)面還包含了燃料／空氣比主控制器。

      風(fēng)量控制系統(tǒng)先產(chǎn)生了對(duì)二臺(tái)送風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)向葉片的總需求量。然后將該需求量分配到兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)分別控制。當(dāng)其中一臺(tái)處于手動(dòng)控制，并通過(guò)手動(dòng)／自動(dòng)控制站操作時(shí)，處于自動(dòng)控制下的送風(fēng)機(jī)導(dǎo)向葉片將自動(dòng)朝相反方向調(diào)節(jié)以使輸入鍋爐的總風(fēng)量保持不變。

1.14 爐膛壓力控制

      爐膛壓力控制是靠調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)葉片傾角或出口擋板開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)符合美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)（ NFPA ）的規(guī)范。系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)三個(gè)壓力變送器用于壓力控制。如果壓力變送器監(jiān)測(cè)到爐膛壓力過(guò)高過(guò)低，引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)將在某一方向?qū)嵭虚]鎖，以防止壓力向更加過(guò)量的方向調(diào)節(jié)。

      壓力系統(tǒng)采用了變送器信號(hào)的中值，如果在兩個(gè)變送器之間出現(xiàn)壓力偏差，系統(tǒng)將報(bào)警，如果所有變送器間出現(xiàn)了不允許的差值，控制回路將切換成手動(dòng)控制。

      系統(tǒng)中還有一個(gè)采自送風(fēng)機(jī)導(dǎo)向葉片或出口擋板位置的前饋信號(hào)，送風(fēng)機(jī)葉片或出口擋板位置的改變將引起引風(fēng)機(jī)葉片或出口擋板位置的改變，即使在送風(fēng)機(jī)處在手動(dòng)操作方式下也如此。

      當(dāng)主燃料跳閘（ MFT ）發(fā)生時(shí)，引風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉或出口擋板首先被從原位置以一定百分比關(guān)小，經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后返回到比初始位置低一些的位置上。

1.15 給水控制

      給水控制系統(tǒng)中是一個(gè)采用蒸汽流量，給水流量和壓力補(bǔ)償水位的三沖量控制系統(tǒng)。蒸汽流量被適當(dāng)?shù)販笠匝a(bǔ)償水位膨脹和收縮，它用于對(duì)給水流量的設(shè)定。水位信號(hào)是經(jīng)過(guò)壓力補(bǔ)償?shù)牟⑴c設(shè)定值比較。控制器根據(jù)該水位偏差量，于給水流量和蒸汽流量之間產(chǎn)生一個(gè)偏置量或稱修正信號(hào)以水位維持在希望值上。給水量偏差通過(guò)控制器的作用產(chǎn)生一個(gè)適當(dāng)?shù)慕o水流量改變量。

      主蒸汽流量可通過(guò)主蒸汽溫度和汽機(jī)第一級(jí)壓力計(jì)算出來(lái)的或測(cè)取流量信號(hào)修正后使用。過(guò)熱器噴水流量從主蒸汽流量中減去以后得到的是實(shí)際上流出汽包的蒸汽流量。這還取決于管路狀況和在哪里取得噴水流量。當(dāng)然，汽機(jī)旁路流量也必須加進(jìn)去。

      主給水流量要經(jīng)過(guò)計(jì)算和密度補(bǔ)償，該信號(hào)也送至除氧器水位控制器。

      在非常低的負(fù)荷工況下，投入單沖量控制系統(tǒng)運(yùn)行。操作員可通過(guò) CRT 來(lái)選擇該系統(tǒng)投入與否。

      無(wú)論在單沖量還是三沖量模式下，系統(tǒng)都可同時(shí)控制兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵和一臺(tái)電動(dòng)給水泵?？刂葡到y(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)給水總流量需求信號(hào)，并將該信號(hào)根據(jù)投運(yùn)泵臺(tái)數(shù)和單臺(tái)容量分配給不同的泵。這個(gè)工作首先通過(guò)兩個(gè)參與算法將需求量分別分配給汽動(dòng)泵和電動(dòng)泵，然后每個(gè)汽動(dòng)泵又有其自己的參與算法，再考慮在手控站或 CRT 上設(shè)定的對(duì)泵的偏置量，將汽動(dòng)泵需求量分配給不同的汽動(dòng)泵。

      除氧器控制也是三沖量的，它們是冷凝水流量，給水流量和除氧器水位。在低負(fù)荷工況時(shí)也是采用一個(gè)單沖量控制系統(tǒng)，并可在 CRT 上選擇使用。

      每個(gè)給水泵有其再循環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)每個(gè)泵的最小流量指令則根據(jù)泵的差壓來(lái)決定，并使用調(diào)節(jié)控制。

1.16 一次風(fēng)控制

      通入磨煤機(jī)的一次風(fēng)是由一組獨(dú)立的一次風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的，一次風(fēng)道壓力通過(guò)調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)入口葉片來(lái)維持。

      在負(fù)荷變化范圍內(nèi)，通過(guò)磨煤機(jī)的一次風(fēng)量由向相同方向改變冷熱風(fēng)擋板來(lái)改變。一次風(fēng)量在球磨煤機(jī)進(jìn)口處測(cè)得，并根據(jù)風(fēng)溫進(jìn)行補(bǔ)償，這樣，在由于煤的水份含量改變而造成風(fēng)溫變化的情況下，能確保風(fēng)的重量流量為恒定。

      球磨機(jī)出口的風(fēng)煤混合物的溫度由溫度控制器來(lái)調(diào)節(jié)，溫度采樣取自球磨機(jī)出口。該溫度保持恒定，不因給煤率和煤中的水份含量而改變。用來(lái)干燥煤的熱量是由一次風(fēng)預(yù)熱器出口的熱風(fēng)提供的。磨出口溫度與設(shè)定值如有偏差，溫度控制器就控制兩個(gè)擋板（指冷風(fēng)擋板和熱風(fēng)擋板）使其向相反方向動(dòng)作，這樣不會(huì)影響磨煤機(jī)的總風(fēng)量。

1.17 汽溫控制

      過(guò)熱汽溫的控制是通過(guò)控制兩個(gè)相串聯(lián)的過(guò)熱器段的噴水而實(shí)現(xiàn)的。這就是中間汽溫控制和末級(jí)汽溫控制。提供兩套系統(tǒng)，每一側(cè)過(guò)熱器有一套。

      在末級(jí)過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)中，末級(jí)過(guò)熱汽溫與一手動(dòng)設(shè)定值相比較，結(jié)果形成的控制信號(hào)又與末級(jí)過(guò)熱器入口汽溫相比較，最后去控制噴水閥。

      中間過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)將中間過(guò)熱器出口汽溫與一手動(dòng)設(shè)定值比較，結(jié)果形成的控制信號(hào)又與中間過(guò)熱器入口汽溫進(jìn)行比較，然后去調(diào)節(jié)噴水閥。

      對(duì)四個(gè)噴水閥都提供了自動(dòng)／手動(dòng)站。這些站上有閥位指示和溫度偏差指示。此外，每個(gè)站都有一個(gè)溫度定值，兩個(gè)是中間過(guò)熱器出口汽溫的定值，兩個(gè)是末級(jí)過(guò)熱器出口汽溫的定值。這種安排使得運(yùn)行員能對(duì)過(guò)熱器兩側(cè)的溫度進(jìn)行偏置。

      另有一個(gè)前饋信號(hào)用來(lái)處理蒸汽潛熱的變化，這種變化是伴隨著變壓運(yùn)行而來(lái)的。在壓力實(shí)行滑動(dòng)時(shí)， 5 分鐘后，未經(jīng)控制的汽溫就會(huì)增高近 11 ℃ 。以后在下一個(gè) 15 分鐘，又要下降近 28 ℃ 。用一般的反饋控制技術(shù)難以對(duì)付這種情況。

      系統(tǒng)中采用的前饋信號(hào)由兩個(gè)成份組成，一是主汽壓力定值變化速率，它用來(lái)在一開(kāi)始就打開(kāi)噴水閥去阻止汽溫的自然升高；另一個(gè)成份是負(fù)的汽包壓力信號(hào)，其作用是在汽溫開(kāi)始下降前去關(guān)噴水閥。

      系統(tǒng)也提供了對(duì)噴水調(diào)節(jié)閥前的截止閥的控制。對(duì)于噴水的第一個(gè)要求就是先輸出一閉接點(diǎn)，打開(kāi)截止閥，這一接點(diǎn)要保持閉合，以使該截止閥能打開(kāi)。等到系統(tǒng)測(cè)得表示截止閥全開(kāi)狀態(tài)的接點(diǎn)已閉合，噴水閥才打開(kāi)。當(dāng)兩個(gè)噴水閥都已全關(guān)，該截止閥才關(guān)閉。

      系統(tǒng)還提供有超馳作用。當(dāng)主燃料跳閘（ MFT ）或負(fù)荷低于 30% 時(shí)，關(guān)閉噴水閥和截止閥。

      再熱器出口汽溫是通過(guò)控制擺動(dòng)噴燃器的位置或煙氣擋板位置和再熱器減溫噴水閥來(lái)維持的。在再熱汽溫控制中采用同樣的前饋信號(hào)。

      當(dāng)溫度高時(shí)，噴燃器位置要調(diào)低。如溫度仍然高，就要求打開(kāi)噴水閥。兩個(gè)噴水閥上游的一個(gè)截止閥首先打開(kāi)。如果噴燃器到達(dá)最低極限位置之前，汽溫達(dá)到不容許的值，則噴水閥將打開(kāi)。當(dāng)溫度下降，則過(guò)程向反向進(jìn)行。

      每個(gè)噴水閥都有一個(gè)自動(dòng)／手動(dòng)站。還有一個(gè)自動(dòng)／手動(dòng)站是為擺動(dòng)噴燃器提供的。