CN201327015Y - 超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置，其特征是：由中间点温度设定值校正回路、给水流量校正回路、燃料流量校正回路和高压加热器投切控制回路IV组成；高压加热器投切控制回路的信号输出端之一通过加法器∑连接中间点温度设定值校正回路III的信号输入端；高压加热器投切控制回路的信号输出端之二、之三分别连接给水流量校正回路的高压加热器投入控制端、高压加热器切断控制端；给水流量校正回路、燃料流量校正回路的输出端连接中间点温度设定值校正回路的反馈信号输入端。本实用新型克服中间点温度单侧调节引起的主汽压力和机组负荷的额外扰动，加快了中间点温度的调节过程，收到良好的效果，适用范围范围广泛。

Description

超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置。属于电力系统的测控设备技术领域。

背景技术

高压加热器(以下简称“高加”)投、切是火电机组运行过程中的常见操作，高加跳闸是火电机组运行常有的故障。以上海锅炉厂生产的SG-1913/25.4-M960型超临界锅炉为例，机组维持满负荷600MW，过热器出口温度和再热器出口温度为额定温度571℃、569℃的前提下，高加投入时的THA工况和高加解列后的“高加全切”工况的设计参数比较，主蒸汽流量由1678t/h到1469t/h降低209t/h，主给水温度由274℃到183℃降低91℃，分离器出口温度由415℃到404℃降低11℃，燃煤流量由215.2t/h增加到219.3t/h增加4.1t/h。因此，高加的投退对机组的运行来说，是一个相当大的扰动，如操作不当，会引起机组负荷、主汽压力、过热汽温和再热器温大幅波动，甚至有时会引起机组的跳闸故障。

但是目前在国内、外的主流DCS组态中，均未发现高加切、投的控制装置。为实现机组的全过程自动，为600MW超临界机组中设计了高加切投自动控制装置，在该装置投运后，可有效提高机组的安全稳定运行能力和进一步的自动化水平。

实用新型内容

本实用新型的目的，是为了提供超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置。

本实用新型的目的可以通过采取如下措施达到：

超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置，其特征是：由高压加热器解列的中间点温度设定值校正回路、给水流量校正回路、燃料流量校正回路和锅炉、汽机主控的高压加热器投切控制回路组成；中间点温度设定值校正回路设有由主汽温度控制回路，给水流量校正回路设有给水侧中间点温度控制回路，燃料流量校正回路设有燃料侧中间点温度控制回路；高压加热器投切控制回路IV的信号输出端之一通过加法器连接主汽温度控制回路的信号输入端；高压加热器投切控制回路的信号输出端之二、之三分别连接给水流量校正回路的高压加热器投入控制端、高压加热器切断控制端；给水侧中间点温度控制回路和燃料侧中间点温度控制回路的输出端连接主汽温度控制回路的反馈信号输入端。

本实用新型的目的还可以通过采取如下措施达到：

本实用新型的一种实施方案是：主汽温度控制回路由主汽温度控制器、手动偏置、压力变送器、机组负荷设定端和机组温度变送器构成。

本实用新型的一种实施方案是：主汽温度控制回路包括主汽温度控制器及设置在主汽温度控制器输入端的手动偏置、压力变送器、机组负荷设定端和机组两侧温度变送器；给水侧中间点温度控制回路包括水侧中间点温度控制器及设置在水侧中间点温度控制器输入端的给水手动控制端、负荷控制端、燃料侧中间点温度控制回路包括燃料侧中间点温度控制器及设置在燃料侧中间点温度控制器输入端的燃料手动控制端、负荷控制端；水侧中间点温度控制器和燃料侧中间点温度控制器输出端连接主汽温度控制器的反馈信号输入端及分别外接给水校正指令连接端、燃料校正指令连接端。

本实用新型的一种实施方案是：在高压加热器投切控制回路中设置中间点温度设定值偏移校正回路，该偏移校正回路由函数模块和切换模块连接而成；所述函数模块的输出端连接主汽温度控制器的前馈输入端，切换模块的输出端连接给水侧温度控制回路的高压加热器投入控制端、高压加热器切断控制端。

本实用新型的一种实施方案是：

1)在压力变送器与主汽温度控制器之间、在机组负荷设定端与主汽温度控制器之间分别设有惯性模块和加法模块；惯性模块之一和加法模块之一串接在压力变送器与主汽温度控制器的连接处，惯性模块之二和加法模块之二串接机组负荷设定端与主汽温度控制器连接处；

2)在机组侧的两个温度变送器连接二重信号选择器之一的输入端，机组侧的两个温度变送器连接二重信号选择器之二的输入端，二重信号选择器之一和二重信号选择器之二的输出端连接二重信号选择器之三的输入端，二重信号选择器之三的输出端连接主汽温度控制器的输入端；

3)主汽温度控制器的一个输入端连接或门之一输出端，该或门的一个输入端连接与门之一输出端，该与门的两个输入端分别连接手动燃料校正控制端、手动给水校正端；机组负荷设定之二连接主汽温度控制器的一个输入端。

本实用新型的一种实施方案是：给水手动控制端、负荷控制端分别连接或门之二的一个输入端，该或门的输出端连接水侧中间点温度控制器的输入端；高压加热器投入控制端、高压加热器切断控制端分别连接或门之三的一个输入端，或门之三的输出端连接或门之二的一个输入端。

本实用新型的一种实施方案是：燃料手动控制端、负荷控制端分别连接或门之四的一个输入端，该或门的输出端连接燃料侧中间点温度控制器的输入端。

由于在主汽温度控制回路的输入端设置锅炉、汽机主控的高压加热器投切控制回路，锅炉、汽机主控的高压加热器投切控制回路的输出信号叠加输入至主汽温度控制回路的输入端，因此，可以利用水侧中间点温度控制回路的中间点温度控制器和燃料侧中间点温度控制回路的中间温度控制器分别跟踪燃料侧和给水侧的中间点温度，使高压加热切投切投完成且中间点温度过渡到新的稳定值后，对主汽温度和中间点温度进行自动校正。

在高压加热器切投控制回路中设置中间点温度设定值偏移校正回路，该偏移校正回路由函数模块和切换模块连接而成；当高加切除后，按照机组负荷设定值的大小，在函数模块中产生中间点温度偏移校正值，该校正值与分离器出口压力的函数的输出值叠加后送至主汽温控制器的前馈输入端修正中间点温度设定值。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型采用主汽温度控制回路结合高压加热器切投控制回路联合调节中间点温度和过热气温，即通过高压加热器切投控制回路修正主汽中间点温度和过热汽温；即在主汽温度控制回路的输入端设置高压加热器切投控制回路，高压加热器切投控制回路的输出信号叠加输入至主汽温度控制回路的输入端，利用水侧中间点温度控制回路的中间点温度控制器和燃料侧中间点温度控制回路的中间温度控制器分别跟踪燃料侧和给水侧的中间点温度，使高压加热器切投切投完成且中间点温度过渡到新的稳定值后，对主汽温度和中间点温度进行自动校正。

2、本实用新型为了克服中间点温度单侧调节引起的主汽压力和机组负荷的额外扰动，我们尝试采用中间点温度同时校正燃料和给水的双向校正策略，实际中取得了良好的效果。中间点温度同时校正燃料和给水，加快了中间点温度的调节过程，同时较好地克服了中间点温度校正对主汽压力和机组负荷的额外扰动过程。

附图说明

图1是本实用新型例1的结构框图。

图2是含高压加热器投/切控制的超临界机组给水控制电路框图。

图3是含高压加热器投/切控制的超临界机组燃料控制电路框图。

图4是含高压加热器投/切控制的超临界机组协调控制电路框图。

具体实施方式

具体实施例1：

参见图1、图2、图3和图4，本具体实施例由高压加热器解列的中间点温度设定值校正回路III、给水流量校正回路I、燃料流量校正回路II和锅炉、汽机主控的高压加热器投切控制回路IV组成；中间点温度设定值校正回路III设有由主汽温度控制回路1，给水流量校正回路I设有给水侧中间点温度控制回路2，燃料流量校正回路II设有燃料侧中间点温度控制回路3；高压加热器投切控制回路IV的信号输出端之一通过加法器∑连接主汽温度控制回路1的信号输入端；高压加热器投切控制回路IV的信号输出端之二、之三分别连接给水流量校正回路I的高压加热器投入控制端、高压加热器切断控制端；给水侧中间点温度控制回路2和燃料侧中间点温度控制回路3的输出端连接主汽温度控制回路1的反馈信号输入端。主汽温度控制回路1包括主汽温度控制器11及设置在主汽温度控制器11输入端的手动偏置10、压力变送器12、机组负荷设定端13和机组(A，B)两侧温度变送器(14，15)；给水侧中间点温度控制回路2包括水侧中间点温度控制器21及设置在水侧中间点温度控制器21输入端的给水手动控制端22、负荷控制端23、高压加热器投入控制端24、高压加热器切除控制端25；燃料侧中间点温度控制回路3包括燃料侧中间点温度控制器31及设置在燃料侧中间点温度控制器31输入端的燃料手动控制端32、负荷控制端33；水侧中间点温度控制器21和燃料侧中间点温度控制器31输出端连接主汽温度控制器11的反馈信号输入端及分别外接给水指令连接端路、给燃料指令连接端。通过给水

指令连接端路、给燃料指令连接端对外连接给水回路和给燃料回路控制端。在主汽温度控制器11输入端设置一高压加热器投切回路4，高压加热器投切回路4的信号输出端与压力变送器12的输出端叠加后连接主汽温度控制器11的信号输入端。

下面结合图1对本实施例的专用装置作详细说明：

图1、图2、图3和图4中所用部件全部为常规部件，具体说明如下：PT-压力变送器，TE-温度变送器，LAG-惯性模块，2SEL-二重信号选择器，T-信号切换器，∑--加法模块，A---运行人员手动给定偏置，OR-或门，AND-与门，脉冲模块，PID-主汽温度控制器，PID1-水侧中间点温度控制器，PID2-燃料侧中间点温度控制器，FF-控制器前馈输入端，TR-控制器跟踪开关量输入，KP-控制器比例增益，TI-控制器积分时间，UD-机组负荷设定值，TCO-控制器输出指令，B-页内信号过渡连接，C-页内信号过渡连接，BD-锅炉主控输出，NT-机组负荷，FT-F磨给煤量，GF-给煤机转速指令，TC0-燃料侧分离器出口温度校正输出，TE-主汽温，FW-给水量，SPD-泵转速输出，PS-主汽压力设定。

虚线框III为主汽温度控制回路1，包括主汽温设定、主汽温测量选择和中间点温度前馈回路部分。

主汽温度设定值回路包括四个模块：一个惯性模块、一个函数模块、一个加法模块和一个手动偏置设置模块，机组负荷设定经惯性作用后送到函数发生器F7(X)，形成自动的主汽温度设定值，自动温度设定值手动偏置值相加，形成最终的主汽温度设定值。

主汽温度测量值回路包括三个二重信号选择模块：A侧二个主汽温和B侧二个主汽温分别经二重选择后再进行二重选择，选出最终的主汽温度测量值信号。该选择值可通过人工选择或自动选择，有高选、低选、平均值、A侧、B侧五个选择类型。

中间点温度前馈回路包括一个惯性模块、1个函数模块和1个加法模块。分离器出口压力经一阶惯性后送至函数F1(X)模块，产生自动的中间点温度前馈信号，F1(X)模块的输出值是对应压力的饱和温度加一定的过热度偏置值，此外中间点温度前馈信号还叠加一个高压加热器切断(解列)后的中间点温度偏移校正值。

过热器出口温度选择值与过热器出口温度设定值的偏差在温度主控制器PID中运算，加上主汽温度前馈控制器的输入叠加，产生可保

中间点温度前馈回路包括一个惯性模块、1个函数模块和1个加法模块。分离器出口压力经一阶惯性后送至函数F1(X)模块，产生自动的中间点温度前馈信号，F1(X)模块的输出值是对应压力的饱和温度加一定的过热度偏置值，此外中间点温度前馈信号还叠加一个高压加热器切断(解列)后的中间点温度偏移校正值。

过热器出口温度选择值与过热器出口温度设定值的偏差在温度主控制器PID中运算，加上主汽温度前馈控制器的输入叠加，产生可保证主汽温度的动态范围的中间点温度设定值，该设定值加上一手动偏置，形成最终的中间点温度设定值。中间点温度设定值分别送至给水侧中间点温度校正回路和燃料侧中间点温度校正回路。

中间点温度可同时通过给水流量和总燃料量进行双向校正，条件是给水流量主控和燃料流量主控均投入自动，且机组负荷大于30％。如仅有给水流量主控投自动，则给水侧中间点温度可单独投自动；如仅有总燃料量主控投自动，则燃料侧中间点温度可单独投自动。

虚线框I部分包括给水侧中间点温度控制回路2，共有七个模块：一个PID模块、二个脉冲模块、二个或门和二个函数模块。中间点温度设定值和中间点温度测量值分别送至PID1的SP端和PV端。PID1的比例带和积分时间分别为负荷设定的函数值，通过F2(X)和F3(X)，可保证各个负荷段内中间点温度的控制均有较好的调节品质。PID1的跟踪切换条件包括给水主控手动、机组负荷低于30％、高压加热器刚投入的十分钟内或者高压加热器刚切断(解列)的十分钟内，四个条件任一出现，PID1均处于跟踪状态。

虚线框II部分包括燃料侧中间点温度控制回路3，共有四个模块：一个PID模块、一个或门和二个函数模块。中间点温度设定值和中间点温度测量值分别送至PID2的SP端和PV端。PID2的比例带和积分时间分别为负荷设定的函数值，通过F4(X)和F5(X)，可保证各个负荷段内中间点温度的控制均有较好的调节品质。PID2的跟踪切换条件包括燃料主控手动、机组负荷低于30％、高压加热器刚投入的十分钟内或者高压加热器刚切断(解列)的十分钟内，四个条件任一出现，PID2均处于跟踪状态。

虚线框IV为锅炉、汽机主控的高压加热器投切控制回，包括一个函数模块和一个切换模块。当高压加热器切断后，按照机组负荷设定值的大小，在函数模块F6(X)中产生中间点温度偏移校正值，该校正值与分离器出口压力的函数F1(X)的输出值叠加后送至主汽温控制器PID的前馈输入端修正中间点温度设定值。

参照图1、图2、图3和图4，当高压加热器切断(解列)后，可以快速稳定锅炉的燃料量和给水量，确保机组的安全运行：

1)在高压加热器切断(解列)的5～10分钟内，通过变比例和变积分作用，将锅炉压力控制器的比例作用和积分作用减弱或取消，以保证锅炉主控输出稳定；将汽机功率控制器的比例作用和积分作用减弱或取消，以避免汽机调门大幅波动对给水流量和主汽压力的影响；

2)在总给水流量指令中叠加一高压加热器切断后的给水流量负偏置，平稳地降低给水流量至高压加热器切断后的对应值；在总燃料指令中叠加一高压加热器切断后的燃料量偏置，平稳地增加燃料流量至高压加热器切断后的对应值；

3)在中间点温度前馈指令中叠加一高压加热器切断后的中间点温度负偏置，将中间点温度指令的设定值切换至高压加热器切断后的对应值；

4)在高压加热器切断(解列)的5～10分钟内，将中间点温度校正回路中的汽温主调节器、燃料校正调节器、给水校正调节器切至跟踪状态，避免高压加热器切断(解列)后中间点温度校正回路对燃料、给水造成额外的波动；待给水、燃料基本稳定后，中间点温度校正回路再重新开始起作用。

高压加热器切断刚投入或刚切除的一段时间内，由于中间点温度有一个突变过程，为了防止中间点温度的突变对给水或对燃料产生额外的影响，特别地让两个中间点温度控制器跟踪实际的中间点温度，使高压加热器切断/投入完成后且中间点温度过渡到新的稳定值后，在对主汽温度和中间点温度进行自动校正。

参照图1，本实用新型由于设置了主汽温度控制回路1，其主汽温度调节器根据左右侧主汽温度测量值与设定值的偏差，产生中间点温度设定值，中间点温度调节器输出同时作用到给水量和燃料量控制回路。燃料侧和给水侧中间点温度校正可同时起作用，也可单独起作用。煤、水侧中间点温度校正同时起作用时，不仅加快了中间点温度的调节过程，同时也降低了由于中间点温度校正过程中对机组负荷和主汽压力的额外扰动作用。本实用新型为了防止中间点温度的突变对给水或对燃料产生额外的影响，让两个中间点温度控制器跟踪实际的中间点温度，使高压加热器切投完成并且中间点温度过渡到新的稳定值后，在对主汽温度和中间点温度进行自动校正。

本实用新型采用主汽温度控制回路结合给水侧中间点温度控制回路、燃料侧中间点温度控制回路联合调节中间点温度和过热气温，即通过给水侧、燃料侧双方向修正主汽中间点温度和过热汽温；在主汽温度控制回路的输入端设置高压加热器切投控制回路，高压加热器切投控制回路的输出信号叠加输入至主汽温度控制回路的输入端，利用水侧中间点温度控制回路的中间点温度控制器和燃料侧中间点温度控制回路的中间温度控制器分别跟踪燃料侧和给水侧的中间点温度，使高压加热器切投切投完成且中间点温度过渡到新的稳定值后，对主汽温度和中间点温度进行自动校正。

在生产实践中，高压加热器跳闸或切断是火电机组运行常有的故障。以上海锅炉厂生产的SG-1913/25.4-M960型超临界锅炉为例，机组维持满负荷600MW，当过热器出口温度和再热器出口温度为额定温度571℃、569℃时，高压加热器投入时的THA工况和高压加热器切断(解列)后的“高加全切”工况的设计参数比较，主蒸汽流量由1678t/h到1469t/h降低209t/h，主给水温度由274℃到183℃降低91℃，分离器出口温度由415℃到404℃降低11℃，燃煤流量由215.2t/h增加到219.3t/h增加4.1t/h。因此，高压加热器的投退对机组的运行来说，是一个相当大的扰动，如操作不当，会引起机组负荷、主汽压力、过热汽温和再热器温大幅波动，甚至有时会引起机组的跳闸故障。但是目前在国内、外的主流DCS组态中，均未发现高压加热器投入/切断的控制逻辑。为实现机组的全过程自动，本实用新型为600MW超临界机组中设计了高加切投自动控制逻辑，在该逻辑投运后，可有效提高机组的安全稳定运行能力和进一步的自动化水平。

其他实施例中：

可以在锅炉、汽机主控的高压加热器投切控制回路IV中设置中间点温度设定值偏移校正回路，该偏移校正回路由函数模块和切换模块连接而成；当高加切除后，按照机组负荷设定值的大小，在函数模块F6(X)中产生中间点温度偏移校正值，该校正值与分离器出口压力的函数F1(X)的输出值叠加后送至主汽温控制器PID的前馈输入端修正中间点温度设定值。

Claims (7)

1、超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置，其特征是：由高压加热器解列的中间点温度设定值校正回路(III)、给水流量校正回路(I)、燃料流量校正回路(II)和锅炉、汽机主控的高压加热器投切控制回路(IV)组成；中间点温度设定值校正回路(III)设有由主汽温度控制回路(1)，给水流量校正回路(I)设有给水侧中间点温度控制回路(2)，燃料流量校正回路(II)设有燃料侧中间点温度控制回路(3)；高压加热器投切控制回路(IV)的信号输出端之一通过加法器(∑)连接主汽温度控制回路(1)的信号输入端；高压加热器投切控制回路IV的信号输出端之二、之三分别连接给水流量校正回路(I)的高压加热器投入控制端、高压加热器切断控制端；给水侧中间点温度控制回路(2)和燃料侧中间点温度控制回路(3)的输出端连接主汽温度控制回路(1)的反馈信号输入端。

2、根据权利要求1所述的超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置，其特征是：主汽温度控制回路(1)由主汽温度控制器、手动偏置、压力变送器、机组负荷设定端和机组温度变送器构成。

3、根据权利要求1所述的超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置，其特征是：主汽温度控制回路(1)包括主汽温度控制器(11)及设置在主汽温度控制器(11)输入端的手动偏置(10)、压力变送器(12)、机组负荷设定端(13)和机组(A，B)两侧温度变送器(14，15)；给水侧中间点温度控制回路(2)包括水侧中间点温度控制器(21)及设置在水侧中间点温度控制器(21)输入端的给水手动控制端(22)、负荷控制端(23)、燃料侧中间点温度控制回路(3)包括燃料侧中间点温度控制器(31)及设置在燃料侧中间点温度控制器(31)输入端的燃料手动控制端(32)、负荷控制端(33)；水侧中间点温度控制器(21)和燃料侧中间点温度控制器(31)输出端连接主汽温度控制器(11)的反馈信号输入端及分别外接给水校正指令连接端、燃料校正指令连接端。

4、根据权利要求3所述的超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置，其特征是：在高压加热器投切控制回路IV中设置中间点温度设定值偏移校正回路，该偏移校正回路由函数模块和切换模块连接而成；所述函数模块的输出端连接主汽温度控制器(11)的前馈输入端，切换模块的输出端连接给水侧温度控制回路的高压加热器投入控制端、高压加热器切断控制端。

5、根据权利要求3所述的超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置，其特征是：

1)在压力变送器(12)与主汽温度控制器(11)之间、在机组负荷设定端(13)与主汽温度控制器(11)之间分别设有惯性模块和加法模块；惯性模块之一和加法模块之一串接在压力变送器(12)与主汽温度控制器(11)的连接处，惯性模块之二和加法模块之二串接机组负荷设定端(13)与主汽温度控制器(11)连接处；

2)在机组A侧的两个温度变送器连接二重信号选择器之一的输入端，机组B侧的两个温度变送器连接二重信号选择器之二的输入端，二重信号选择器之一和二重信号选择器之二的输出端连接二重信号选择器之三的输入端，二重信号选择器之三的输出端连接主汽温度控制器(11)的输入端；

3)主汽温度控制器(11)的一个输入端连接或门之一输出端，该或门的一个输入端连接与门之一输出端，该与门的两个输入端分别连接手动燃料校正控制端(16)、手动给水校正端(17)；机组负荷设定之二(18)连接主汽温度控制器(11)的一个输入端。

6、根据权利要求3所述的超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置，其特征是：给水手动控制端(22)、负荷控制端(23)分别连接或门之二的一个输入端，该或门的输出端连接水侧中间点温度控制器(21)的输入端；高压加热器投入控制端、高压加热器切断控制端分别连接或门之三的一个输入端，或门之三的输出端连接或门之二的一个输入端。

7、根据权利要求3所述的超临界机组高压加热器切、投无扰控制装置，其特征是：燃料手动控制端(32)、负荷控制端(33)分别连接或门之四的一个输入端，该或门的输出端连接燃料侧中间点温度控制器(31)的输入端。

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