1. 設計依據
根據《越南錦普1x300mw燃煤機組——兩爐一機執行方式及控制邏輯討論會紀要》,結合兩爐一機cfb機組特定情況,提出以下設計原則:
1)採用類似單元機組直接能量平衡機理,用總蒸發量除以母管壓力,再乘以母管壓力設定值組成直接能量訊號,來協調機爐能量需求。
2)用機組指令按比例前饋於機、爐主控,作用兩爐主控前饋量有各自的負荷係數。
注:按常規母管壓力控制(尤其是cfb機組),變負荷能力差。
3)根據兩爐一機執行方式建議,正常工況採用鍋爐調壓、汽機調功;允許承擔能力有差異;也能夠一台帶固定熱負荷(維持蒸發量)、另一台調壓(即變熱負荷);異常工況(rb、bmft)汽機調壓(維持定壓,快速降負荷),正常鍋爐帶固定熱負荷、故障鍋爐帶安全熱負荷。
2.負荷管理系統
控制系統設計原則是,將機、爐作為整體考慮。在能量平衡控制策略基礎上,通過前饋/反饋、連續/斷續、非線性、方向控制等控制機理的有機結合,來協調控制機、爐供需能量平衡,協調處理熱負荷要求與實際能力的平衡。在保證機側具備快速負荷響應能力的同時,維持機組主要執行引數的穩定。
機組採用母管制執行方式,與單元機組控制上的區別在於機爐之間無一一對應關係,但維持機爐之間的能量平衡是一致的。對母管制執行機組來講,維持母管壓力的穩定,即維持了機爐間能量平衡。
2.1 機組指令處理迴路
機組指令處理迴路是機組控制的前置部分,它接受操作員指令、agc指令、一次調頻指令和機組執行狀態。根據機組執行狀態和調節任務,對負荷指令進行處理使之與執行狀態和負荷能力相適應。
2.1.1 agc指令
agc指令由省調遠方給定,4~20ma對應150mw~300mw。當機組發生runup、rundown、runback時,退出agc控制。
2.1.2一次調頻指令
一次調頻指令由deh通過網路(或硬接線)給定。頻率調節死區範圍為±0.033hz,即deh一次調頻調節死區範圍為3000±2r/min。
頻率調節範圍確定為50±0.2 hz,即49.8~50.
2 hz(對應於汽輪機轉速控制範圍為3000±12r/min)。12r/min對應±20mw。當機組發生run up/run down、runback退出一次調頻控制。
2.1.3負荷指令的實際能力識別限幅功能
2.1.3.1機組指令的實際能力識別限幅功能
機組指令的實際能力識別限幅是根據機組執行引數的偏差、輔機執行狀況,識別機組的實時能力,使機組在其輔機或子控制迴路區域性故障或受限制情況下的機組實際負荷指令與機組穩態、動態調節能力相符合。保持機組/電網,鍋爐/汽機和機組各子控制迴路間需要/可能的協調,及輸入/輸出的能量平衡。
機組指令的實際能力識別限幅功能,反映了協調控制系統一種重要設計思想——控制系統自適應能力:
1)正常工況——「按需要控制」,實際負荷指令跟蹤(等於)目標指令;
2)異常工況——「按可能控制」,目標指令跟蹤實際負荷指令。
2.1.3.1.1方向閉鎖功能
方向閉鎖技術作為ccs的安全保護,具有下例功能:
1)防止引數偏差繼續擴大的可能;
2)防止鍋爐各子控制迴路間及鍋爐、汽機間的配合失調有繼續擴大的可能。
2.1.3.1.1.1機組指令增閉鎖
1)機側增閉鎖;
2)任一爐側增閉鎖;
2.1.3.1.1.2機組指令減閉鎖
1)機側減閉鎖;
2)任一爐側減閉鎖;
2.1.3.2熱負荷指令的實際能力識別限幅功能
熱負荷指令的實際能力識別限幅是根據鍋爐執行引數的偏差、輔機執行狀況,識別爐側的實時能力,使爐側在其輔機或子控制迴路區域性故障或受限制情況下的爐側實際負荷指令與爐側穩態、動態調節能力相符合。保持機側/爐側,鍋爐各子控制迴路間需要/可能的協調,及輸入/輸出的能量平衡。
熱負荷指令的實時能力識別限幅功能主要有:
1)方向性閉鎖
2)迫公升/迫降(run up/run down)
3)輔機故障快速減負荷(runback)
所有機組實時能力識別限幅功能,均設計有超馳優先順序秩序,並具備明了的crt顯示。
2.1.3.2.1方向閉鎖功能
方向閉鎖作為爐側控制的安全措施,具有下例功能:
(1)防止引數偏差繼續擴大的可能;
(2)防止鍋爐各子控制迴路之間及鍋爐、熱負荷之間的配合失調有繼續擴大的可能。
2.1.3.2.1.1鍋爐指令增閉鎖
下例條件任一發生:
1) 鍋爐出口壓力在上限;
2) 燃料指令在上限;
3) 引風指令增閉鎖;
4) 送風指令增閉鎖;
5) 風量小於燃料量;
6) 一次風機指令達上限;
7) 高壓流化風機指令達上限;
8) 床溫偏高。
2.1.3.2.1.2鍋爐指令減閉鎖
下例條件任一發生:
1) 鍋爐出口壓力在下限;
2) 燃料指令在下限;
3) 引風指令減閉鎖;
4) 送風指令減閉鎖;
5) 風量大於燃料量;
6) 一次風機指令達下限;
7) 高壓流化風機指令達下限;
8) 床溫偏低。
2.1.3.2.2迫公升/迫降功能
迫公升/迫降作為爐側mcs控制的一種安全保護,具備按實際可能自動修正本鍋爐熱負荷指令功能。迫公升/迫降主要作用是對有關執行引數(燃料量、送風量、母管壓力等)的偏差大小和方向進行監視,如果它們超越限值,而且相應的指令已達極限位置,不再有調節餘地,則根據偏差方向,對實際熱負荷指令實施迫公升/迫降,迫使偏差回到允許範圍內,從而達到縮小故障危害的目的。
2.1.3.2.2.1熱負荷指令迫公升
減閉鎖條件成立,下例條件任一發生:
1) 熱負荷偏差低;
2) 風量指令偏差低;
3) 一次風壓高於定值1kpa;
4) 給水指令小於給水流量。
2.1.3.2.2.2熱負荷指令迫降
增閉鎖條件成立,下例條件任一發生:
1) 熱負荷偏差高;
2) 風量指令偏差高;
3) 一次風壓小於定值1kpa;
4) 給水指令大於給水量。
2.1.3.2.3快速減負荷(runback)功能
機組主要輔機在執行中跳閘是突發事件,此時若僅靠執行人員操作,由於操作量大、人為因素多,不能確保機組安全執行。因此rb功能是否完善是衡量mcs系統設計重要指標。本公司推出的rb控制策略《以靜制動、綜合協調》。
以靜制動——指發生rb工況時,bms按要求切除給煤機、投油,mcs根據rb目標值計算出所需的燃料量後,鍋爐主控處於靜止狀態。
綜合協調——指發生rb工況時,協調各子系統以確保執行工況的平衡過渡。在快速減負荷的同時要對某一輔機跳閘引起的執行工況擾動進行抑制,即採用適當的前饋量,以減小rb工況初期影響機組執行穩定的不利因素。對外協調bms、scs控制系統快速、平穩地把負荷降低到機組出力允許範圍內。
2.1.3.2.3.1根據母管制、迴圈流化床鍋爐(cfb)性質,我們建議設計以下rb功能:
1) 一台送風機執行中跳閘
2) 一台引風機執行中跳閘
3) 一台一次風機執行中跳閘
4) 一台高壓流化風機執行中跳閘
5) 一台冷渣機執行中跳閘
2.1.3.2.3.2母管制cfb鍋爐rb功能特點
1)本系統採用兩爐一機形式,70%液動旁路。當一台鍋爐輔機故障,該爐只能帶安全允許出力;當一台爐發生bmft ,該鍋爐隔離(過熱、再熱隔離門關閉);正常鍋爐保持原熱負荷。
2)rb工況鍋爐主控保持靜止狀態(正常鍋爐維持原熱負荷,故障鍋爐根據不同輔機rb目標值,以及當時實測單位熱耗,計算所需燃料量),汽機主控維持母管壓力(快速降負荷)。
3)當故障鍋爐熱負荷降到安全範圍內、或該爐蒸發量下降趨勢已經穩定,rb過程結束。rb完成後延遲60秒,汽機主控、鍋爐主控切為手動。
2.1.3.2.4小島執行(fcb)功能(待進一**)
1)二台鍋爐執行,發生fcb;立刻切除一台鍋爐(發mft,同時隔離該爐,並開啟該爐旁路),另一台爐,快速開啟旁路,減少燃料,迅速將負荷降到帶廠用電負荷。
2)一台鍋爐執行,發生fcb;快速開啟該旁路,減少燃料,迅速將負荷降到帶廠用電負荷。
注:二台鍋爐執行,fcb切爐選擇,1)自動按原則選,2)執行事先選擇。
任一鍋爐輔機故障或bmft、fcb時,機組指令跟蹤實發功率。
2.2熱負荷分配
2.1.1機爐作為整體考慮
母管制機組機、爐無一一對應關係,但是供、需之間應該是平衡的。基於上述考慮,仍然可以採用能量訊號(deb)。其表示式為:
d——母管制鍋爐總蒸汽流量; ——母管壓力;
ps——母管壓力設定值
用能量訊號作為熱負荷指令有利於機爐之間的能量平衡,同時直觀,方便熱負荷分配。
2.1.2機組指令前饋
改變機組負荷時,用機組指令同時前饋於機、爐主控,有助於提高機組負荷響應。用前饋量進行粗調,閉環迴路細調。採用此策略對提高爐側負荷響應很有效。
由於是兩爐一機,鍋爐帶負荷能力可能有差異(受輔機狀況),所以要乘上各自的熱負荷係數。
2.1.3熱負荷分配
用deb指令作為總熱負荷要求訊號,當#1、#2爐都投入熱負荷分配(#1、#2鍋爐主控已投入),熱負荷分配係數為投入前各自的分配係數。例如#1爐熱負荷係數為k1= (d1——該鍋爐蒸汽流量、d為總蒸發量)。當投入熱負荷控制,熱負荷係數保持不變;此時執行可以修改熱負荷係數(注:
為方便執行,對操作來講,採用工程量,增加#1爐負荷,同時減少#2爐相等負荷)。
當某台鍋爐帶固定負荷(熱負荷設定器手動),此時另一台爐承擔變熱負荷。
3.鍋爐主控簡介
鍋爐主控在正常工況分二種情況,1)帶固定負荷,即維持該鍋爐熱負荷(蒸汽流量); 2)帶變動負荷,即根據爐側熱負荷要求,結合本爐的熱負荷係數來承擔本爐的熱負荷。異常工況根據爐側rb性質、負荷能力計算rb目標值所對應的燃料量(即帶安全負荷),正常鍋爐帶固定負荷。
風/煤交叉採用該爐的熱負荷指令與該指令經慣性環節輸出相比較,取大值控制風量、取小值控制燃料量,可以避免實際訊號波動對控制帶來負面影響,方便地實現了加負荷先加風、後加煤;減負荷先減煤、後減風的「富風」策略。
3.1變動負荷控制
本鍋爐的熱負荷指令經實時能力識別處理後,與本爐的熱量訊號相比較作為主調的偏差輸入,其輸出作為副調的指令。經熱值修正的燃料訊號(用給煤量指令取代燃料訊號)作為副調的反饋輸入。
3.2固定負荷控制
所謂「固定負荷」即維持其鍋爐蒸發量,當鍋爐輔機故障,該爐主控轉為按能力(安全熱負荷)控制、另一正常鍋爐轉為固定負荷控制,汽機主控維持母管壓力(即rb工況)。本系統設計任何方式切換都是無擾的。
3.3混合控制方式
兩爐一機方式,可採用雙變負荷、單變負荷(一台固定負荷、另一台參於變動負荷調節)即混合控制。
注:在爐跟機方式下,兩爐一機應採用變負荷或混合控制方式。
4. 汽機主控
汽機主控採用綜合控制方式。機組指令按比例前饋進行粗調,同時與實發功率的偏差進一步細調。當母管壓力偏差超過限值,對機組指令進行修正;正常工況汽機控制功率,rb過程切到維持機前壓力(機跟爐方式——cctf)。
本系統具備方向閉鎖等各種功能。
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