CN86101633A - 热电厂的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一热电厂的自动控制系统包括根据外加负载指令信号控制一汽轮机和在产生于锅炉的主蒸汽检测压力的基础上通过修正负载指令信号产生一锅炉输入指令信号的控制器，一水/蒸汽过程控制器，一燃烧过程控制器和一通风过程控制器，锅炉输入指令信号从主控制器被施加到上述所有控制器中。过程控制器将控制信号施加到设备上在锅炉不同部件的终端驱动设备中分别控制水/蒸汽过程、燃料过程、燃烧过程和通风过程。

Description

本发明涉及一个热电厂的自动控制系统，它特别涉及上述种类的一个自动控制系统，该系统能有效地减少单独过程之间的相互干扰，并适用于单元过程的局部控制。

为了使热电厂生产一所需电力输出，有必要去控制例如象燃料量、供水和空气的过程变量，因而产生与所需电力输出相匹配的在一定温度和压力下的蒸汽。然而，上述的过程变量相互之间有很大的联系，很难同时获得对于所有过程变量的控制。例如，供水量的增加导致了主蒸汽温度的相应降低。为了补偿这种主蒸汽的温度下降，必须增加燃料量，同时，对于燃料的增加量，必须相应增加供给一定量的空气。正如上述的那样，过程变量互相之间密切相关。因为过程变量密切的相互关联，对于热电厂的控制需要一个有很复杂结构的自动控制系统。作为这样一个控制系统的先有技术的例子，一个带有一如下述结构的系统已报道于“日立评论”杂志第65卷、第9期（1983年9），第603-608页。

在已报道的系统所应用的方法中，汽轮机进汽口控制阀的开口控制是通过施加于热电厂的一个负载指令信号进行控制的。另一方面，就锅炉而言，向锅炉供水的流速是根据附加一产生于使主蒸汽压力从它的所需值向成比例的附加积分运算偏差的压力补偿指令信号来修正负载指令信号而得到的一个锅炉输入指令信号控制的，燃料流速是根据附加一产生于使主蒸汽温度从它的所需值向成比例的附加积分运算偏差的温度补偿信号来修正锅炉输入指令信号而得到的一燃料指令信号控制的。另外，供给气体和空气的流速是通过附加一产生于使在炉中气体从其所需值向成比例的附加积分运算的氧气聚焦偏移的一个氧气浓度信号来修正燃料指令信号而得到的一个空气流速指令信号按制的。按照上述的先有技术的方法，作为该控制的结果可产生高质量的主蒸汽。然而，所报道的系统是不完善的，为了完全稳定电厂的电力输出它需要很长一段时间去最终修正所有相关过程变量。甚至当电厂的电力输出稳定时，涉及到电厂控制的许多终端设备可能仍未稳定，从而导致了电厂的低效率。另外，当在指示压力和主蒸汽的温度和在炉中气体氧气浓度的基础上用于修正供给水、燃料、气体和空气的流速任何一个补偿信号产生部份不能正常操作或不正常时，例如，当涉及主蒸气的压力的补偿信号产生部份变为不正常时，不正常的补偿信号产生部份对所有的供给水、燃料、气体和容易控制部份的下流产生不利的影响。这意味着必须采用一多路控制系统或分散控制系统从而保证控制系统的可靠性，但导致该系统十分昂贵。为了避免上面指出的先有技术的不足，本发明的主要目的是提供一个用于热电厂的自动控制系统，其中电厂的单独过程进行独立控制，这样它们可以尽量少地相互关联。

与先有技术的控制系统相比较，其中锅炉输入指令、燃料流速指令和空气流速指令信号是由通过连续的压力补偿信号、温度补偿信号和氧气浓度补偿信号修正负载指令信号而得到的，本发明的电厂控制系统其特征在于锅炉输入指令、燃料流速指令和空气流速指令是直接从分别通过单独函数发生器的负载指令信号获得的。其后，如果有必要，有关的指令信号可以各自由压力、温度和炉内气体氧气浓度补偿信号进行修正。

图1是一按照本发明展示的一自动电厂控制系统的一个最佳实施例的结构方块图。

图2是一应用本发明的热电厂的结构示意图。

图3a到3h展示了分别根据锅炉输入指令的函数发生器的输出特性。

一个应用了本发明的热电厂有如图2展示的一结构。

参见图2，热电厂包括由点划线展示的锅炉1，汽轮机2，发电机3包括汽轮机4a，4b，4c的供给水泵4，喷阀5，燃烧阀6a，6b强制通风扇7a、7b和气体环流风扇8a、8b。空气预热器301a和301b用燃烧的排出气体通过热交换预热燃烧空气。燃烧器部件302被分成多个燃烧器级，控制每一级的空气-燃料比例以使炉子脱硝。窗-盒式进气口空气调节阀303在相应的燃烧器装置中调节燃烧空气的流速。混合气体（GM气体）调节器304调节喷入燃烧空气的燃烧排出气体的的流速。主气调节阀305调节直接喷入燃烧器部件302的燃烧排出气体的流速。热电厂进一步包括一冷凝器306，低压供水加热器307，排气器308，供水阀309，高压供水加热器310，蒸发器311，主过热器312，第一级过热蒸汽降温器313，第二过热器314，第二级过热蒸汽降温器315，第三过热器316，再热器317和汽轮机进气口控制阀330。当根据涉及锅炉的操作的变量分类后，热电厂被分为四个过程，即，燃烧过程9，水/蒸汽过程10，燃烧过程11和通风过程12。

图2所示的热电厂的结构并不是一个特殊的例子，现在将要详细描述的本发明的控制系统是广泛地适用于热电厂并现已投入实际使用。

按照本发明的电厂控制系统的一个最佳实施例参见图1将进行描述。

参见图1，体现本发明的电厂控制系统包括一主控制器201，控制图2中所示的水/蒸汽过程10的第一过程控制器202，控制图2中所示的燃料过程9的第二过程控制器203，控制图2中所示的燃烧过程11的第三过程控制器204，控制图2中所示的通风过程12的第四过程控制器。这些从201到205的控制器都属于过程一级控制器。

电厂控制系统进一步包括一控制主汽轮机2的速度调节控制器206，分别控制供给水泵4的汽轮机4a-4c的控制器207a-207c，控制连接于第二级过热蒸汽降温器315的喷阀5的控制器208a-208b，控制连接于第一级过热蒸汽降温器313的喷阀5的控制器209A-209B，控制供给主燃烧器M燃料流速的控制器210，控制空气和再循环气体流速及控制在相应燃烧级中燃烧器的控制供给行星燃烧器P控制器212a-212N燃料流速的控制器211，控制相应强迫通风扇7a和7b的控制器213a和213b，控制相应气体再循环风扇8a和8b的控制器214a和214b。这些从206-214的控制器都属于设备一级控制器。

通常，一个电力发电公司有一个中心负载分配站，该站在根据对各分电厂分别决定了的电力输出的输电指令信号及要求由公司供给的总电力要求的基础上决定了它的各个分电厂的输出。每个电站的电力生产是在传输到它的实际电力生产不超过由电力指令表示的根据一电力水平预先决定的上限和下限值的电力指令的基础上进行控制的。在图2中，这样一个中心负载分配站由参数40展示，来自分配站的电力指令施加在主控制器201上，基于电力指令所指出的一特殊电平，主控制器201中的一电路41产生了一考虑电厂及上述上下限的现状带有一预定变化率的斜坡状负载指令信号Ld。电厂的电力生产是在这样产生的负载指令Ld的基础上进行控制的。这个负载指令信号Ld在一个减法器42中与指示发电机3的检测电力输出的信号43相比较。减法器42的结果输出信号施加于一线路44产生成比例的附加积分运算，成比例的附加积分电路44的输出信号施加通过一选择器45到主汽轮机控制器206从而控制如图2所示的汽轮机进气口控制阀330。选择器45由一下述的联锁转换。探测器46检测主蒸汽的压力（在锅炉出气口的主蒸汽）。一检测气压的信号指示在一减法器47中与从一设定电路48提供的设定值作比较，其间错误的输出信号指示施加于一线路49产生成比例的附加积分运算。与负载指令的输出信号有相同大小的成比例的附加的积分电路49的输出信号Lp加在一加法器50的负载指令信号Ld上，从而产生一锅炉输入指令信号LB。成比例的附加积分电路49的输出信号LP通过选择器45施加在主汽轮机控制器206上。这个选择器45依靠电厂的操作模式进行转换。更精确地说，热电厂的操作分为两个模式，一种为协调模式，其中主汽轮机中的控制和锅炉的供水和燃料供应等的控制都是通过负载指令信号执行的;另一种是汽轮机跟随模式，其中只是通过负载指令信号进行锅炉方面的控制，如果结果主蒸汽压力偏离其所需值，对汽轮机进气口控制阀进行控制以致获得所需压力值。因此，在汽轮机跟随模式中，主蒸汽的压力可通过汽轮机进气口控制阀330进行控制，选择器45的输出信号是用于来自成比例的附加积分电路49的输入信号。另一方面，在协调模式中，成比例的附加积分电路44的输出信号直接的表现为选择器45的输出信号。加法器50的输出是由加上从调节到从出现在电路41中的电力负载指令信号Ld的主蒸汽压力错误更正量指示的信号Lp提供的锅炉输入指令信号，这个锅炉输入指令信号LB施加于所有的过程控制器202-205。

如图3所示，水/蒸汽过程控制器202包括一设计为产生一供水流速指令信号作为加法器50的输出的锅炉输入指令信号LB的函数的第一函数发生器215。供水检测流速的一信号指示66在减法器216中与函数发生器215的输出的供水流速指令信号作比较，一其间的错误信号指示施加于一成比例的附加积分电路217。这个成比例的附加积分电路217的输出提供了一供水泵流速指令信号Lw。这个指令信号由负载分配控制电路218分配到分别控制汽轮机4a、4b和供水阀309单独供水泵控制器207a-207c。在图1中，即成比例的附加积分电路217的输出是对于供水流速的指令信号。然而，通常供水是多个水泵控制的。因此电路217的输出负载分配控制电路218分别考虑相应水泵的容易控制相应水泵的以及操作中水泵的现状的单独指令信号。一第二函数发生器219被设计成用于产生一主蒸汽的所需温度的信号指令作为一如图3B所示的锅炉输入信号指令LB一个函数。主蒸汽所需温度的一个信号指令52在减法器220中与由函数发生器219的输出信号指令的温度设定点作比较，其间的错误结果信号指令施加于一成比例的附加积分电路221。一第三函数发生器222被设计成产生一喷阀的一开口的信号指令，该信号指令决定了如图3C所示锅炉输入信号指令LB一函数的第二级过热蒸汽降温器315的出的出气口温度。函数发生器222的输出信号加在一加法器223中的来自设定点的检测主蒸汽温度的错误更正量的成比例的附加积分电路221指示的输出信号上。加法器223提供了一第二级过热蒸汽降温器315的出气口温度的设定点的信号指示。这样的信号施加于过热蒸汽降温器出气口温度控制器208a和208b上，从而控制从喷阀5向第二级过热降温器315喷流的流速。

在水/蒸汽过程控制器202中，类似于函数发生器219的第四函数发生器224被设计成产生如图所示作为锅炉输入信号指令LB的一个函数的第二过热器314的出气口温度的一个信号指示。由于来自设定点的主蒸汽的检测温度的错误成比例的附加积分电路221的输出信号是第二级过热蒸汽降温器315的出气口温度修正量的指示。这个输出信号施加于一修正电路225。在从成比例的附加积分电路221施加的信号的基础上，修正电路225修正了第二过热器314的出气口温度的设定点C函数发生器224的输出信号，以致能获得提供给第一级和第二级过热蒸汽降温器313和315的在喷流间的平衡。即，如果锅炉特性较好，没必要得到这种平衡。然而，当因为例如老化等原因而使锅炉特性变化时，函数发生器的输出由修正电路225进行调正从而在提供的喷流之间得到一平衡。第二过热器314的检测出气口温度的一信号指示226在一减法器227中与从修正电路225应用的已修正的设定信号作比较，其间的错误结果信号指示施加于一成比例的附加积分电路228。类似于函数发生器222的第五函数发生器229被设计成产生一决定第一级过热蒸汽降温器313出气口温度作为一锅炉输入信号指令LB的一函数的信号。第二过热器314的出气口温度修正量的成比例的附加积分电路228指示的输出信号加法器230中的函数发生器229的输出信号上从而提供一第一级过热蒸汽降温器313的出气口温度设定点的一信号指示，加法器230的输出信号施加在过热蒸汽降温器出气口温度控制器209a和209b上，该控制器控制从喷阀5向第一级过热蒸汽降温器313提供的喷流的流速。

燃料过程控制器203包括一如图3d所示被设计成产生一燃料流速指令信号LF作为一锅炉输入指令信号LB的函数的第六函数发生器231。成比例的附加积分电路228的输出信号，第一级过热蒸汽降温器313的出气口温度设定点的修正量的指示与函数发生器231的输出信号一起施加于为了稳定的喷流控制的目的在成比例的附加积分电路228的输出信号的基础上修正燃料流速指令信号LF的一修正电路233上。一燃料分配电路234把燃料流速信号指令分配至主燃料器M的燃料阀6b和行星燃烧器P的燃烧6a。提供给主燃烧器M的一燃料检测流速的信号示73在减法器235中与从燃料分配电路234应用一信号指令作比较，结果信号施加于产生一施加于主燃烧器燃料流速控制器210的信号指令的成比例的附加积分电路236。提供给行星燃料器P的燃料检测流速的一信号指示75在一减法器237中与从燃料分配电路234应用的信号指令相比较，结果信号施加于产生一施加于行星燃烧器燃料流速控制器211的成比例的附加积分电路238。

燃料过程控制器204包括如图3e所示的一被设计成产生一空气流速信号指令LA作为一锅炉输入信号指令LB函数的第七函数发生器209。一第八函数发生器240被设计成如图3f所示的产生为在排出气体中设定氧气（O₂）的浓度作为该锅炉输入指令信号LB的函数。检测氧气（O₂）浓度的一信号指示58在一减法器241中与从函数发生器240所加的设定点作比较，结果信号施加于一成比例的附加积分电路242。成比例的附加分电路242的输出信号与来自函数发生器239的空气流速指令信号LA一起施加到一修正电路243中，对空气流速指令LA进行修正从而提供一经修正的空气流速指令信号指示LAA。指示所检测到的空气流速的信号63在一减法器244中与从修正电路243所加的设定信号作比较，结果信号施加于成比例的附加积分电路245，从而出现作为指示供给每个燃烧级的经修正空气流速信号。这样指令信号施加于每一个空气和气体流速控制器212a-212h。控制器212a-212h的输出信号分别控制一盒式进气口空气调节器303、GM调节器304和主气体调节器305。在锅炉输入指令信号LB的基础上，电路247对决定燃烧器的最佳数以及每个燃烧器级的最佳模型。一先进的控制电路248防止当在燃烧器在点火和熄火时空气和燃料的流速之间的不平衡。

在通风过程控制器205中，一第九函数发生器249被设计产生一如图39所示作为该锅炉输入指令信号Lg函数的在强迫通风扇（FDF）7a和7b的出口设定通风流速的信号。指示在强迫通风扇7a和7b的出口上检测到的通风流速的信号100在一减法器250中与从函数发生器249所加的设定信号作比较，结果信号施加于一成比例的附加积分电路251上。成比例的附加积分电路251产生一控制强迫通风扇7a和7b的旋转叶片的倾斜位置的指令信号，这个指令信号通过一负载分配电路252施加在通风扇控制器213a和213b上。一第十函数发生器253被设计成产生一如图3h所示作为一锅炉输入指令信号LB函数的在气体再循环风扇（GRF）8a和8b的出口上设定通风流速的信号。在气体再循环风扇8a和8b的出口上检测到的通风流速的信号106在减法器254中与从函数发生器253所加的设定信号相比较，结果信号施加于一成比例的附加积分电路255中。成比例的附加积分电路255产生一控制气体再循环风扇8a和8b的进口调节器打开的指令信号，该指令信号通过一负载分配电路256施加在气体再循环风扇控制器214a和214b上，因而控制气体再循环风扇8a和8b。

现在将描述体现本发明的行星控制系统的优点。

由主控制器201控制的对象被限止为负载和主蒸汽的压力，而锅炉输入指令信号LB只从主控制器201加到过程控制器202-205。过程控制器202-205能根据锅炉输入指令信号LB的用途对辅助设备同时设定被控参数。因此，与先有技术的系统相比较，该系统的特性有了改进，在先有技术的系统中根据收到的负载指令信号不断设定各种参数。另外，由于那些原因，几乎不必对涉及其他的处理器的某个处理器的一个参数进行修正控制，从而导致了在系统的操作中提高稳定性。

属于一些过程控制的设备控制器控制了多个同样的设备。因此，所谓的N∶1设计可使设计变得标准化和简单化，其中控制器的设计适用于N个控制器。

另外，锅炉中每个燃烧器设备的燃烧器的控制及空气和气体的流速的控制可由1个和同样的控制器获得，因此大大地减少了所需要信号线的数目。

由前面详细描述的本发明得知，在一个热电厂中单元过程和单元设备能在其最小的相互干扰的情况下进行分别独立控制。

按照本发明，主控制器参与了对负载和对主蒸汽压力的控制，一锅炉输入指令信号只从主控制器加到过程控制器上。根据锅炉输入指令信号的用途，过程控制器独立于其它控制器控制有关的过程，它也控制负载分配将其分配到他们附属的设备的设备控制器中。属于一些过程控制器的所谓N∶1设计设备控制器可实现标准化设计。因此，本发明提供了一个可进行可靠性操作及可十分容易地设计成无多余主控制器及过程控制器的电厂控制系统。

Claims (6)

1、一热电厂的自动控制系统包括一锅炉，一汽轮机和一电力发电机，包括通过比较负载指令信号与指示检测到的锅炉主汽流压力的反馈信号因而产生一锅炉输入指令信号的施加于热电厂的修正负载指令信号的装置，该装置的特征在于包括根据该锅炉输入指令信号的用途用于分别产生供水、燃料和空气流速的设定信号的多个函数发生器，这样在上述设定信号的基础上对供水、燃料和空气进行反馈控制。

2、如权利要求1所述电厂控制系统，该系统的特征在于进一步包括用于产主蒸汽温度的设定信号的一函数发生器，和将该设定信号与指示检测到的主蒸汽温度的反馈信号作比较从而产生用控制提供给位于蒸汽流管道中途的过热蒸汽降温器的喷流流速的一个指示信号的装置。

3、一热电厂的自动控制系统包括一锅炉，一汽轮机和一电力发电机，包括通过比较负载指令信号与指示检测的锅炉主蒸汽压力的反馈信号因而产生一锅炉输入指令信号的施加于热电厂的修正负载指令信号的装置，该装置的特征在于包括产生供水流速和主蒸汽温度设定信号的函数发生器，其根据该锅炉输入指令信号的用途控制由锅炉产生的蒸汽，包括根据该锅炉输入指令信号的用途用于控制提供给锅炉燃料产生燃料流速设定信号的函数发器，包括根据该锅炉输入指令信的用途用于在锅炉中控制燃料燃烧产生对空气的总流速设定信号的一函数发生器，包括根据该锅炉输入指令信号的用途用于控制锅炉的通风过程产生一在强迫通风扇出口处的通风流速设定信号的一函数发生器的上述设定信号的基础上单独的终端驱动设备进行控制。

4、如权利要求3所述的一电厂控制系统，其特征在于过程控制器被安排用于分别控制由锅炉产生的蒸汽、提供给锅炉的燃料、锅炉的燃烧过程及通风过程，用于施加于热电厂的在上述负载指令信号的基础上该锅炉输指令信号的装置被安排在主控制器中。

5、如权利要求3所述的电厂控制系统，该系统的特征在于进一步包括根据该锅炉输入指令信号的用途用于产生一空气流速指令信号的一个第一函数发生器，根据该锅炉输入指令信号的用途用于产生一排出气体的氧气浓度的设定信号的一第二函数发生器，将产生于第二函数发生器的设定信号与一指示检测氧气浓度的反馈信号作比较的控制装置的输出信号和上述第一函数发生器的输出信号的基础上用于产生一经修正的空气流速指令信号和把该经修正的空气流速指令信号作为一总空气流速指令信号加到上述的过程的装置。

6、一热电厂的自动控制系统，其特征在于一根据一外加负载指令信号控制一汽轮机和在产生于一锅炉的主蒸汽检测压力的基础上通过修正该负载指令信号产生一锅炉输入指令信号的主控制器，该主控制器从而能通过该输入指令信号控制锅炉的不同部件，根据该锅炉输入指令信号的用途，一水/蒸汽过程控制器将控制信号施加在锅炉不同部件的终端驱动设备中控制一水/蒸汽过程的设备上，根据该锅炉输入指令信号的用途，一燃料过程控制器将控制信号施加在锅炉不同部件的终端驱动设备中控制-燃料过程的设备上，根据该锅炉输入指令信号的用途，一燃烧过程控制信号施加在锅炉不同部件的终端驱动设备中控制一燃烧过程的设备上，根据锅炉输入指令信号的用途，一通风过程控制信号施加在锅炉不同部件的终端驱动设备中控制一通风过程的设备上。

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