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并列锅炉蒸汽母管压力控制方案 0、引言 我单位期热电站配备有2台75t／h旋风煤粉锅炉及2台6×103kW的汽轮机发电机组等热电设备，这些设备的运行过程由一套美国罗斯蒙特公司产的DCS来控制。在开车调试过程中，发现设计院提供的关于蒸汽压力，尤其母管压力控制方案设计不够完善，因此作了针对性的修改。实践证明，改进后的系统在控制品质和操作简易性方面有了明显改善。为了突出讨论蒸汽压力调节过程，下文回避“风－煤比”问题，而假设锅炉燃烧的重要因素之一“风量”总能满足燃料充分燃烧的要求。为了突出讨论重点“锅炉的蒸汽压力控制”，在所附SAMA图中忽略掉标度变换、负荷转移等环节。 1、蒸汽压力控制过程 众所周知，蒸汽压力的高低变化是由于热量在平衡过程中变化所反映出来的物理现象，当总输入热量与总输出热量相等平衡时，压力将保持不变；否则压力将随着热平衡过程中热量盈余的多少（即内能值的高低）而发生高低变化。 对于锅炉系统来说，总输入热量包括燃料热（发热值）和燃料、空气及补给水的显热（物理热）。总输出热量包括蒸汽热量和排烟、燃料未充分燃烧及散热等热损。通常，总输入热量中的显热与总输出热量中的热损在总热量中占的比例很小，而且波动幅度也有限，对热量平衡的影响不大。因此，影响热量平衡的主要因素是燃料热与蒸汽热。因燃料热波动引起的热量平衡失调通常称之为“内扰”，因蒸汽热波动引起的热量平衡失调通常称之为“外扰”。为了克服内、外扰动对蒸汽压力的影响，在一个基本的单炉蒸汽压力控制系统中，输入到锅炉的燃料热必须跟随蒸汽热的变化而变化，以尽量保持热量平衡。同时，根据蒸汽压力与设定值的偏差适当增减燃料量，以增加或减小蒸汽压力。由于外扰是由用汽负荷的随机变化引起的，内扰是由燃料量的变化引起的。实现以上控制，除了必须测量被控对象中的“蒸汽压力”外，还需测量反映内、外扰动变化的燃料量和蒸汽量，其基本结构如图1所示。这是由压力控制器和燃料控制器构成的前馈串级控制系统。其中，主环压力控制器根据蒸汽压力与设定值的偏差来调节燃料量，以保证压力的稳定；副环燃料控制器根据主环输出与前馈信号（即外扰）的合成指令去控制进入锅炉的燃料量，且自身具有克服燃料量波动（即内扰）的能力。 对于并列运行的锅炉来说，若简单地采用单炉控制方案，则会出现“抢负荷”现象，即在蒸汽负荷不变的情况下，因锅炉内燃烧剧烈程度的差异，使某台锅炉的汽包压力上升，则该炉的供汽量将上升，这一假外扰信号通过前馈作用使该炉的燃料量进一步增加，于是汽压进一步上升，这一过程由于蒸汽母管的耦合作用，抑制了其它锅炉的蒸汽输出，使蒸汽输出量减小，而这些锅炉的控制系统又将该外扰信号前馈给燃料控制器，使燃料量进一步减小，最终使各炉的蒸汽负荷轻重不均。为了克服上述“抢负荷”现象，并列运行的锅炉通常共用一个“母管压力控制器”作为串级系统的主环，其输出按比例地分配给各锅炉燃料控制器作为燃料给定信号，同时前馈信号取各炉输出蒸汽量之和，以克服炉间的内扰。以双炉为例，其基本结构如图2所示，图中，K1，K2为负荷分配系数，两者之和为1（即100％）。 2、原控制方案 经简化（去除风－煤交叉限制）的原控制SAMA图如图3所示，从图中可看出该方案的“外扰”信号取自2台汽机的入口蒸汽流量，而“内扰”信号取锅炉的输出蒸汽流量和汽包压力变化率之和。为了使锅炉既能运行于“母管制”方式，又能运行于“单元制”方式，系统中共用3个压力控制器，一个母管制运行时共用的“母管压力控制器”，2个单元制运行时独立使用的“汽包压力控制器”。燃料控制器的设定值信号通过运行方式切换开关选择负荷指令的来源，单元制运行时燃料控制器的负荷指令来自“汽包压力控制器”，母管制运行时燃料控制器的负荷指令来自“母管压力控制器”。 在开车调试过程中，发现该系统存在以下问题： 锅炉的实际负荷由发电用蒸汽负荷与过程用蒸汽负荷两部分组成。其中，过程用蒸汽负荷占总负荷的60％左右，而且波动幅度较大，因此取汽机入口蒸汽流量为“外扰”信号是不妥的； 反映内扰的热量信号在理论上可用 Q＝q＋CdpB／dt 间接获得，式中Q为输入锅炉的热量；q为输出蒸汽流量；C为汽包蓄热系数；pB为汽包压力。 在实际调试过程中，用该方程获得的热量信号Q值不稳定，未能真实代表实际热量，关键是参数C不易凑准； 系统运行方式在“单元制”和“母管制”间切换之前，必须先进行“对针”，然后才能切换，即操作简易性不好。 3、改进后的控制方案 针对以上问题以及蒸汽压力控制概述中提出的观点，作了以下改进： 无论“单元制”还是“母管制”运行，其外扰信号都取自所有锅炉输出蒸汽流量之和，这样既使“单元制”运行的锅炉，又可以避免因锅炉间燃烧剧烈程度差异而造成假外扰； 取煤粉机转速信号来间