主要热工自动控制系统的优化方案

一、主汽压力调节系统

主汽压力调节系统是锅炉自动控制系统的主要部分，锅炉过热器出口压力和温度是标志锅炉出力的两个最基本的指标，压力的稳定也是汽轮机对锅炉的基本要求。其他锅炉自动控制系统都要服从主汽压力的控制要求。

蒸汽压力是燃烧过程调节对象的主要被调量，保持一定的汽压是锅炉正常运行的需要。

主汽压力调节测量一般采用压力变送器，测量点一般在汽轮机主汽门前，采用三台变送器取平均值，作为主汽压力信号。主汽压力控制系统的控制手段是进入锅炉的燃料量，最终目的是控制主汽压力和锅炉负荷，在满足锅炉出力的前提下，压力的高低，取决于进入锅炉的燃料的多少，而燃料的控制是通过控制磨煤机系统来实现的。

二、燃烧控制系统

燃烧控制系统的任务：

锅炉燃烧过程自动调节的第一个任务是维持汽压，如果一台锅炉单独运行，则维持过热器出口汽压；如果几台锅炉并列运行，则维持蒸汽母管汽压。蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽的产生量与负荷的耗汽量不相适应。因此，必须及时而相应地改变料的供应量，以使改变锅炉的蒸汽量。

锅炉燃烧过程自动调节的第二个任务是保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地改变送风量，使燃料量与空气量相适应。调节系统应使燃料量与空气量维持一定的比例，使燃烧过程有较高的经济性。

锅炉燃烧过程自动调节的第三个任务是调节引风量，使其与燃料量和送风量相适应，以维持炉膛负压不变。

锅炉燃烧过程的这三项任务是密不可分的，可以用三个调节器改变三个流量、燃料量、送风量和引风量。它们各自相应地维持三个被调量：汽压、过剩空气系数和炉膛负压。当负荷变化时，这三个调节器应协调动作，共同完成上述三项任务。使燃料量、送风量和引风量同时协调地改变，既适应负荷变化的需要，又使汽压、过剩空气系数和炉膛负压为维持一定数值，每个调节器可以分工负责维持一个被调量。

在煤粉直吹式锅炉运行时，制粉设备与锅炉是紧密地联系在一起的。

在稳定工况下，进入磨煤机的原煤量应等于送入炉膛的煤粉量，并与负荷要求相适应。一次风用来输送煤粉，风量的大小也随锅炉负荷而增减，但其一定与负荷成正比，这与磨煤机的类型和运行经验有关。在煤粉直吹制锅炉中，制粉系统的需要，成为燃烧过程自动控制的一个组成部分。为了满足这个要求，所以在煤粉直吹式系统的锅炉中，改变燃料量的调节机构，必须首先改变进入磨煤机的原煤量和一次风量，进入炉膛的煤粉量的改变将很不及时，会使汽压有较大的变化，在锅炉负荷不变时，制粉系统应供应与负荷要求相同的煤粉量，这就要求迅速消除原煤量的自发扰动。

三、炉膛压力控制系统

炉膛压力控制系统是锅炉重要的子系统之一，炉膛压力调节可以保证锅炉内的燃烧动态情况，保证锅炉燃烧的安全性和经济性。和炉膛压力保护系统一起，构成对炉膛燃烧的控制。

炉膛压力测量采用三台压力变送器，取平均值作为调节器的测量信号，设定值由操作人员人为设定，蒸汽流量信号经函数发生器后作为前馈信号接至调节器的输出，作为炉膛压力的快速动作回路。炉膛压力控制手段是调整引风机静叶开度（有的引风机是调整入口挡板的开度）来控制锅炉引风量，从而控制炉膛压力的大小。炉膛压力作为表征锅炉正常燃烧的一个重要参数，也是燃烧系统投入自动的基础。正常运行中，炉膛压力一般控制为-100Pa。当达到2.5kPa时，则锅炉发生MFT；当达到-2.5kPa时，锅炉发生MFT；当炉膛压力继续升高或降低，达到4kPa时，则发生MBT，跳闸所有引风机和送风机。炉膛压力跳闸开关一般为三只，跳闸逻辑为三选二，当三只压力开关的任何两只达到跳闸值动作时，则发出跳闸信号。

四、风量控制系统

风量控制系统是锅炉燃烧系统的主要系统，风量控制系统投入自动的条件一般是炉膛压力控制系统投入自动，风量控制系统与炉膛压力控制系统构成整台锅炉的风量平衡系统，只有两个系统调试结合好，才能保证锅炉燃烧的安全性和经济性，风量控制系统分为二次风控制和总风量控制两部分。

二次风流量测量一般是直接测量风箱的通风量，经密度补偿后加上一次风机流量。一般采用笛型管或文丘里管测量风量。风量控制采用每侧风箱单独控制，所以一侧风箱就构成一套控制系统。通过调节二次风挡板的位置，控制进入炉膛的风量。

送风机控制采用热二次风箱压力信号作为主信号，作测量值，两个调节器完成两台风机的控制，调节送风机动叶的角度（一般为动叶可调整的轴流式风机），调节送风机的出力。

送风机风量从送风机进口测量，到送风机动叶处与风机入口风压的差压信号，经温度补偿和开方后，作为每台风机的风量信号，A、B两台风机风量相加后作为总风量信号。

五、空气预热器冷端温度控制系统

空气预热器冷端温度即空气预热器出口烟气温度，也即排烟温度。烟气在此之前逐步放热，到达空气预热器出口后放热结束。排烟温度是标志锅炉效率的一个重要指标，排烟温度过高，锅炉效率低，影响经济效益，排烟温度低，则烟气中的二氧化硫气体会因温度低而凝结于空气预热器钢结构件上，形成酸腐蚀，降低空气预热器的寿命。所以，通常采取的方法是：在送风机出口增加暖风器（有的机组将暖风器设计在送风机的入口），提高空气温度，减少烟气在空气预热器中的换热，使排烟温度不致过低。空气预热器冷端温度控制系统，就是调节进入暖风器的蒸汽量，从而控制空气预热器的冷端温度。

空气预热器出口烟温采用三支热电偶测得烟气温度，取平均值。这也是大型锅炉通常采用的方法，因为锅炉尾部烟道流通面积较大，温度场的分布不均匀，用多个测点取平均值是比较合理的方法。两台空气预热器的出口烟温信号经小选后送入调节器，小选的目的是保证空气预热器出口烟温保持在较高的数值，防止低温腐蚀，送风机出口温度信号作为副调节器的输入，形成串级调节系统。A、B两台空气预热器分别控制。调节手段可以调整通过暖风器的蒸汽流量，从而调节冷端温度；也可以调节送风机进口暖风器的旁路风量，从而达到调节空气预热器冷端温度的目的。

六、汽包锅炉自动给水控制系统

1.汽包锅炉给水自动控制系统

汽包锅炉自动给水控制系统的任务维持汽包水位在一定范围内变化，使给水量适应蒸发量。汽包水位是锅炉正常运行中的最重要的监视参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。维持汽包水位在一定范围内变化，是保证汽轮机和锅炉安全运行的重要条件。因此，汽包水位保护设计了高保护（200mm）、低保护（-365mm）。如果汽包水位过高，影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分过多，结果导致过热器受热面结垢，从而导致过热器烧坏，同时还会使过热器温急剧变化，直接影响机组的经济性和安全性，汽包水位过低，则可能使锅炉循环工况受到破坏，造成水冷壁管道供水不足而烧坏。对于给水系统来说，影响汽包水位变化的主要因素有三个：

（1）给水流量的变化，包括给水压力变化，调节阀开度的变化，这个扰动主要是来自给水管道和给水泵，亦称为内部扰动。

（2）蒸汽流量（负荷）扰动，包括蒸汽管道阻力的变化和汽轮机调节汽门开度变化，亦称为内扰。

（3）燃料量扰动，包括燃料发热量引起的种种变化。

其中蒸汽流量扰动经常发生，扰动幅度大，而且影响快。当外界负荷突然增加时原来给水流量等于蒸发量的平衡被打破，此时蒸发量瞬间大于给水流量但此时汽包水位不但不下降，反而迅速上升，这种现象称虚假水位。

当然影响汽包水位变化的因素很多，只有了解了这些原因之后，才会使个人在做汽包水位试验、系统分析、参数整定时取得良好的效果。在锅炉运行中，测量经常出现以下的问题：(www.xing528.com)

（1）汽包水位监视设备之间的偏差。水位监视手段有：变送器测量水位、摄像机监视水位、就地水位计（电接点式、牛眼式），这几种方式由于内在和外在的因素，这几种设备测量出来的水位没有办法一致，只能是采取一定的措施把这些偏差减到最小，让它们的结果比较接近。

（2）变送器测量误差的原因。变送器校验偏差，实验室校验与就地校验有一定的误差；变送器投运偏差，变送器投运不正确，使变送器受到较大冲击产生的偏差，或者是应该开的阀门没有开或者没有开全，应该关的阀门没有关或者没有全关，都会造成变送器测量偏差；变送器测量系统渗漏偏差，大家知道，汽包压力高达20MPa左右，高温高压也很容易出现渗漏点，都会影响测量结果的准确性；系统误差，变送器本身有误差，系统卡件有误差，显示表有误差等等，在每一次大小修系统投运之前，必须将此系统误差消除到最小允许范围内；环境温度的影响，环境温度变化对汽水凝结有很大影响，凝结程度不同，汽水密度也会有偏差，环境温度冬夏季温差很大，加上一次测量表管保温不全，拌热系统冬季投运等等，都会对汽包水位产生一定的影响。既然影响水位测量的因素很多在实际工作中，应该逐一进行分析，才能将水位偏差减至最小程度。

运行人员在机组运行中，主要监视差压变送器测得的水位，正常运行水位一般投入自动，作为稳定汽包水位的主要手段。

2.三冲量给水控制系统

在这个系统中，调节器接受三个信号：水位H、蒸汽流量D、给水流量W，其中水位H是主被调量（主要反馈信号），给水流量为辅助反馈信号，而蒸汽流量作为补偿信号（前馈信号，前馈信号一般是引起系统快速随动的信号，具有一定的超前性，补偿因系统惯性迟延产生的误差）。上述所说的三个信号同时在一个系统中，这就是三冲量给水系统。

在这个系统中，水位H是主要信号，水位升高时减少给水流量，水位降低时增加给水流量W，保持水位基本不变。

给水流量W和蒸汽流量D是引起水位变化的主要原因，把它们作为水位的前馈信号。当蒸汽流量发生变化时，调节器立即动作，去适当改变给水流量；而当给水流量自发地变化时，调节器也能立即动作，使给水流量恢复到原来的数值，这样才能有效地控制水位。

由于系统中采用了蒸汽流量信号D，所以当负荷改变时，就有一个使给水流量与负荷同方向变化的信号，从而可以减少或抵消由虚假水位现象而引起的水位上升，而使给水流量减少的趋势，也就是使虚假水位不至于太严重。

现在300MW和600MW机组水位测量一般采用三个变送器加上显示表用的变送器，甚至更多，3～5台。三个变送器测量信号经过汽包压力变送器补偿后（压力不同，水的密度不同），经过一个中选器选中一个信号，作为调节系统的水位信号参与调节，这个信号一般比较反映实际汽包水位，这个水位还同时送出高/低报警信号。

水位高低跳闸信号分别是取自三个变送器中的两个信号，三取二逻辑，少数服从多数，两个出现高即发高跳闸信号，两个出现低即发低跳闸信号。

给水系统比较复杂、庞大，涉及的设备及测量信号比较多，如电、汽泵调速，电泵出口旁路阀，电、汽泵最小流量再循环阀，电、汽转速测量，电、汽泵出入口流量测量，给水流量测量，给水温度测量，汽包水位测量，汽包压力测量等等。给水系统的调节手段一般有三种。锅炉点火初期，汽包内的蒸发量很小，锅炉补水量也小，这时一般由电动给水泵给锅炉供水，调节手段采用电动给水泵带固定负荷，由给水旁路阀上水，可以满足低负荷时的水位调节。当锅炉负荷高于15%时，则调节电动给水泵转速来满足汽包水位的要求。机组负荷大于30%时，则由汽动给水泵给锅炉上水，汽包水位由汽动给水泵转速调节来满足。

七、过热汽温控制系统

现代锅炉的过热器是在高温高压的条件下工作的，锅炉出口的过热蒸汽温度是整个汽水行程中工质的最高温度，对电厂的安全经济运行有重大影响。

过热器的任务是将汽包出来的饱和蒸汽加热到一定的数值，然后送到汽轮机做功。大型锅炉由于过热器管道较长，结构较为复杂，为了进一步改善控制品质，一般过热器采用了分段串级控制系统，一般采用二级或三级喷水减温控制。根据生产过程的实际情况，过热汽温调节常用的方法有以下两种。

1.改变烟气侧热量

烟气侧的扰动一般是由于炉内燃料量或空气量的变动而引起过热器区烟气流量和温度的变化，这个过程是很快的，通常几秒钟内就会对整个过热器产生作用。这是调节汽温的一种较好的调节方法，通常采用改变烟气量或烟气温度来实现。

改变烟气量的调节方法就是在与过热器烟道并联的旁路烟道中，装有作为调节机构的特殊挡板。该调节阀的主要缺点是调节挡板处在高温的工作条件下其材料和冷却都较困难。

改变烟气温度的调节方法通常是移动炉膛内的燃烧中心，以改变辐射受热面和对流受热面的吸热量分配比例，从而改变进入过热器烟道的烟气温度。W型火焰炉可以通过改变一次风量大小来改变火焰中心的位置，进而达到改变过热汽温的目的。

2.改变减温水量

利用改变减温水量来调节过热汽温，喷水减温器一般安装在两段过热器中间，动态响应特性比较好，因为直接把水喷入蒸汽中，以使过热汽温降低。喷水减温的优点是调节范围大，设备又不复杂，故喷水减温已普遍使用。

过热器减温水管道上一般安装三个阀门，一个是调节阀，一个是气动截止阀，一个是电动截止阀。因为过热器系统是高温高压，一旦锅炉跳闸，前后截止阀和调节阀会全部连锁关掉，安全手段三保险。其中前面的气动截止阀还与中间的调节阀连锁，调节阀开时跟着全开，调节阀关到0%时，随之全关。

如果是两级减温，锅炉左右两侧相同的位置会各有一套，连锁逻辑是一样的。调节阀有的电厂用的是电动的，有的电厂用的是气动的，无论是哪一种，原理是一样的，调试步骤少有差别。首先，要与机务人员定出机械行程的全关位置，减少漏流量；全开位置，保证最大喷水流量。

八、再热汽温调节系统

再热汽循环可以降低汽轮机末端叶片的蒸汽湿度，降低消耗，提高电厂的热效率。高压缸做功以后的乏汽，回到锅炉后，主要提高蒸汽的干度。大家知道，水变成过热蒸汽有几个过程，先是水加热变成饱和水，经过继续加热，温度T不增加，变成饱和蒸汽（为湿蒸汽）。饱和水全部变成饱和蒸汽后，继续加热，温度T继续上升，变成过热蒸汽（干蒸汽），温度压力达到设定值，进入汽轮机做功，对汽轮机不会产生损坏。控制再热汽温的目的也就在于此，即提高机组的热效率，降低汽轮机低压部分蒸汽带水。

控制再热器温的手段有以下几种：

（1）摆动燃烧器摆角。

（2）烟气再循环。

（3）喷水减温。

再热汽温测量通常采用热电偶，采用多支热电偶取平均值作为调节信号。再热汽温可通过调节摆动燃烧器角度或直接采用喷水调节，但喷水调节一般作为事故调节手段，正常调节达不到要求，进行紧急喷水，当再热汽温高于设定值7℃时，事故喷水开始动作。