专利名称：母管制运行锅炉负荷自动分配控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及热电厂燃煤锅炉负荷自动分配控制系统，尤其是涉及一种采用母管制运行方式锅炉的负荷分配及协调自动控制系统。
背景技术：
目前，在我国石油、化工、冶金、造纸、煤炭、制药等行业的自备热电厂(兼顾发电、 生产供热)及集中供热等行业，广泛采用多台锅炉并列运行，同时向同一蒸汽母管供汽，以满足发电和热网负荷需求的母管制运行方式。发电机组采用母管制运行方案时，锅炉和汽轮机以及外供减温减压器热网系统都直接与蒸汽母管相连，对于并行运行的锅炉设备，所有锅炉产生的蒸汽都进入主蒸汽母管，与此同时，汽轮机进汽及其它外供热负荷也都来自主蒸汽母管。因此，母管制运行方式下锅炉负荷的控制，其实质是通过对每一台锅炉燃料量的调节，控制本炉负荷即进入主蒸汽母管的锅炉蒸发量，以最终稳定主蒸汽母管压力。尽管目前单元机组锅炉通常采用压力控制模式，以维持锅炉主蒸汽压力为目标， 调节系统只需按机侧蒸汽压力给定指令控制锅炉的出口压力并已可实现自动调节，但母管制运行方式下锅炉的燃烧控制必须综合考虑负荷和蒸汽压力两个指标，且并列运行的锅炉相互之间压力耦合现象严重，尤其当汽机负荷或供热负荷变化时，司炉只能根据母管压力的变化，手动调节每台锅炉的负荷，维持母管中蒸汽压力的稳定，尚不能实现自动调节，多台锅炉之间的耦合影响造成主蒸汽母管压力参数波动范围较大，不能满足锅炉装置低能耗、高效率运行的工艺要求。另一方面，对于母管制运行机组，在发生大负荷扰动时，无法实现单元机组所采用的“机炉协调控制”，而现场的实际运行却要求锅炉的负荷快速跟踪汽轮机组负荷或外网负荷的突变，比如汽机因故障等原因快速甩负荷及外网用热装置事故停车等引起外负荷突变等情况，而现有技术的控制方案其调节速度难以跟上大幅度的外部扰动，最终引起主蒸汽母管压力参数的大幅度波动，造成大范围在网发电机组的经济运行性能的下降。为解决上述难题，本控制系统研制了利用母管压力的变化及通过测试获得的各台锅炉的燃烧带负荷能力来构成负荷分配校正回路，从而实现母管制运行方式锅炉根据母管压力变化自动调整协调每台锅炉负荷；同时，研制了一个外负荷突变前馈控制分配回路，利用前馈控制环节少、速度快的特点，实现在汽轮机组快速甩负荷、外网负荷突然下降时，快速调节锅炉给粉机，迅速减少燃料量，控制主汽压力上升的速度，从而实现母管压力的稳定或减少其波动幅度。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是克服母管制并列运行锅炉之间的负荷相互干扰，多台锅炉手动调压时负荷分配不均，装置运行稳定性、安全性和经济型差的问题以及蒸汽母管外供负荷突然大幅扰动时母管压力信号时滞大，每台锅炉不能快速跟踪负荷变化的特点，提供一种可实现在母管压力变化时，自动分配各炉负荷(对应主蒸汽压力定值)，实现每台锅炉根据分配负荷自动进行调整，同时在外部扰动突然发生时能够快速反应的负荷自动分配及控制系统。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种母管制运行锅炉负荷自动分配控制系统，包括主蒸汽压力主控回路和燃料量副控回路，其中所述主蒸汽压力主控回路包括主蒸汽压力信号获取模块和主蒸汽压力控制器，所述燃料量副控回路包括主蒸汽流量信号获取模块和燃料量控制器，所述主蒸汽压力信号获取模块的输出和主蒸汽压力控制器的输入连接，所述主蒸汽流量信号获取模块的输出和燃料量控制器的输入连接，所述主蒸汽压力控制器的输出和燃料量控制器的定值输入连接；本实用新型特有地，还包括一个母管压力校正分配回路和一个外负荷突变前馈分配控制回路，其中所述母管压力校正分配回路包括母管压力信号获取模块、母管压力控制器和锅炉负荷分配系数设定模块A，其中母管压力信号获取模块的输出和母管压力控制器的输入连接，母管压力控制器的输出和锅炉负荷分配系数设定模块A的输入连接，锅炉负荷分配系数设定模块A的输出和主蒸汽压力控制器的定值输入连接；所述外负荷突变前馈控制分配回路包括外供蒸汽流量信号获取模块、外负荷前馈信号运算模块、锅炉负荷分配系数设定模块B和加法模块B，所述外供蒸汽流量信号获取模块的输出和外负荷前馈信号运算模块的输入连接，外负荷前馈信号运算模块的输出和锅炉负荷分配系数设定模块B的输入连接，锅炉负荷分配系数设定模块B的输出和加法模块B的一个输入连接，所述燃料量控制器的输出和加法模块B的另一个输入连接，加法模块B的输出和锅炉给粉系统连接。进一步地，优化增加一个母管压力前馈信号运算模块和一个加法模块A，其中所述母管压力前馈信号运算模块的输入同所述锅炉负荷分配系数设定模块A的输出连接，母管压力前馈信号运算模块的输出与所述加法模块A的一个输入连接；所述主蒸汽压力控制器的输出先连接至加法模块A的另一个输入，加法模块A的输出再和燃料量控制器的定值输入连接。本实用新型的有益效果是1、实现了蒸汽母管制并列运行锅炉负荷的自动分配调整和协调控制。对于自备机组热电厂来说，保证母管压力的稳定对于发电机组的安全经济运行以及供汽生产装置的产品质量至关重要，但现有的运行人员根据蒸汽母管压力来手动调节锅炉负荷以满足母管负荷变化的要求，首先不能实时调节，其次完全依靠个人经验，导致母管压力的波动范围过大，不能满足企业精细化管理的需要。本实用新型通过对每台锅炉进行燃烧控制性能及设备带负荷能力试验测定，来确定母管压力变化时每台锅炉的最合理负荷分配系数，避免了盲目和随意性，通过实时采集母管压力参数来即时分配各炉需调整负荷的自动调节，从而消除了各台炉独自调整时负荷的相互扰动，通过合理分配负荷、协调控制，实现了整个母管系统的稳定运行。2、实现了蒸汽母管制并列运行锅炉大负荷扰动下的全自动控制。在汽轮机组快速甩负荷、外网负荷突然下降时，现有的控制方案给粉机转速不能快速跟踪负荷的大幅变化， 首先是反应滞后，紧接着是当主汽压力快速上升时，给粉机转速快速下降，常常造成多台锅炉灭火。本实用新型引入外负荷突变前馈控制分配回路，利用前馈控制环节少、速度快的特点，实现在汽轮机组快速甩负荷、外网负荷突然下降时，快速分配并同时调节每台锅炉给粉机，迅速减少燃料量，共同控制主汽压力上升的速度，从而实现母管压力的稳定或减少其波动幅度。
以下附图仅仅是本实用新型的一些实施例，仅仅为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，对于本领域普通技术人员亦可不需要付出创造性的劳动即可根据这些附图得到其他相似的附图。图1是本实用新型实施例1的控制系统结构框图；图2是本实用新型实施例1的工作流程图；图3是本实用新型实施例2的控制系统结构框图；图4是本实用新型实施例2的工作流程图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例所要解决技术问题及其特征和效果能够更加明显易懂，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型实施例作进一步详细的说明。本实施方式利用在蒸汽母管制运行方式锅炉DCS的内部，调用其内部控制器进行编程组态实现全部负荷分配及多炉协调控制功能，输出控制每台锅炉给粉系统的给粉机变频器，系统结构简单，成本低。参考图1，实现本实用新型实施例1所提供的控制系统包括主蒸汽压力主控回路和燃料量副控回路，其中主蒸汽压力主控回路包括主蒸汽压力信号获取模块和主蒸汽压力控制器，燃料量副控回路包括主蒸汽流量信号获取模块和燃料量控制器，主蒸汽压力信号获取模块的输出和主蒸汽压力控制器的输入连接，主蒸汽流量信号获取模块的输出和燃料量控制器的输入连接，主蒸汽压力控制器的输出和燃料量控制器的定值输入连接；本实用新型特有地，还包括一个母管压力校正分配回路和一个外负荷突变前馈分配控制回路，其中所述母管压力校正分配回路包括母管压力信号获取模块、母管压力控制器和锅炉负荷分配系数设定模块A，详细地，母管压力信号获取模块的输出和母管压力控制器的输入连接，母管压力控制器的输出和锅炉负荷分配系数设定模块A的输入连接，锅炉负荷分配系数设定模块A的输出和主蒸汽压力控制器的定值输入连接；所述外负荷突变前馈控制分配回路包括外供蒸汽流量信号获取模块、外负荷前馈信号运算模块、锅炉负荷分配系数设定模块B和加法模块B，所述外供蒸汽流量信号获取模块的输出和外负荷前馈信号运算模块的输入连接，外负荷前馈信号运算模块的输出和锅炉负荷分配系数设定模块B 的输入连接，锅炉负荷分配系数设定模块B的输出和加法模块B的一个输入连接，所述燃料量控制器的输出和加法模块B的另一个输入连接，加法模块B的输出和锅炉给粉系统连接。系统中所述的信号获取可采用通用压力或流量变送器，信号获取模块可采用DCS 系统的输入I/O卡件，所述的控制器均采用DCS控制系统内置PID调节模块，所述的控制运算采用DCS控制系统内置PID运算，根据控制对象工艺控制要求对工艺测量值与设定值之间的差值进行比例积分微分PID运算，确定正向或反向调节；所述的前馈运算采用DCS控制系统内置微分运算。[0025]本实用新型对于每台锅炉的最合理负荷分配系数的设定是通过对每台锅炉进行燃烧控制性能及设备带负荷能力试验，同时参考司炉等运行人员的长期操作经验综合来确定，司炉根据燃煤煤质及工况变化情况亦可合理优化修改，通过DCS系统组态监控画面进行键盘设定。参考图2，实现本实用新型实施例1的工作流程包括以下步骤步骤101 获取母管压力信号、主蒸汽压力信号、主蒸汽流量信号和外供蒸汽流量信号；步骤102 将母管压力信号送入母管压力控制器，利用母管压力控制器设定母管压力控制定值，对母管压力信号和母管压力控制定值的差值进行母管压力调节控制运算后输出至锅炉负荷分配系数设定模块A ；步骤103 在锅炉负荷分配系数设定模块A中将所述母管压力调节控制运算的结果与预置的锅炉负荷分配系数相乘后其乘积输出至主蒸汽压力控制器作为锅炉主蒸汽压力控制的定值；步骤104 将主蒸汽压力信号送入主蒸汽压力控制器，对主蒸汽压力信号和主蒸汽压力控制定值的差值进行主蒸汽压力控制运算后输出至燃料量控制器作为燃料量控制的定值；步骤105 将主蒸汽流量信号送入燃料量控制器，对主蒸汽流量信号和燃料量控制定值的差值进行燃料量调节控制运算后输出至加法模块B ；步骤106 将外供蒸汽流量信号送入外负荷前馈信号运算模块进行外负荷前馈运算后输出至锅炉负荷分配系数设定模块B ；步骤107 在锅炉负荷分配系数设定模块B中将所述外负荷前馈运算的结果与预置的锅炉负荷分配系数相乘后作为外负荷前馈分配运算结果同样输出至加法模块B ；步骤108 在加法模块B中对所述燃料量调节控制运算的输出结果与外负荷前馈分配运算结果进行求和运算后输出至锅炉给粉系统作为燃烧控制信号。基于母管压力信号时滞大的特点，为了进一步优化控制效果，在所述的主蒸汽压力主控回路还可增加一母管压力前馈信号运算模块和一加法模块A，并增加以下控制流程步骤1 从锅炉负荷分配系数设定模块A的输出获取所述压力调节控制运算的结果与预置的锅炉负荷分配系数的乘积后，在送入主蒸汽压力控制器作为主蒸汽压力控制定值的同时，还送至母管压力前馈信号运算模块，进行母管压力前馈运算后输出至加法模块 A；步骤2 将主蒸汽压力信号和主蒸汽压力控制定值的差值在主蒸汽压力控制器进行主蒸汽压力控制运算后的结果首先送至加法模块A，在与所述母管压力前馈运算的输出结果进行求和运算后再送至燃料量控制器作为燃料量控制定值。参考图3，实现本实用新型实施例2所提供的控制系统包括主蒸汽压力主控回路、 燃料量副控回路、母管压力校正分配回路和外负荷突变前馈分配控制回路，其中所述主蒸汽压力主控回路包括主蒸汽压力信号获取模块和主蒸汽压力控制器，所述燃料量副控回路包括主蒸汽流量信号获取模块和燃料量控制器，所述母管压力校正分配回路包括母管压力信号获取模块、母管压力控制器和锅炉负荷分配系数设定模块A ；所述外负荷突变前馈控制分配回路包括外供蒸汽流量信号获取模块、外负荷前馈信号运算模块、锅炉负荷分配系数设定模块B和加法模块B ；此外，本实施例增加了一个母管压力前馈信号运算模块和一个加法模块A，其中所述母管压力前馈信号运算模块的输入同所述锅炉负荷分配系数设定模块A的输出连接，母管压力前馈信号运算模块的输出与所述加法模块A的一个输入连接；所述主蒸汽压力控制器的输出先连接至加法模块A的另一个输入，加法模块A的输出再和燃料量控制器的定值输入连接，并优化增加以下控制流程从锅炉负荷分配系数设定模块A的输出获取所述母管压力调节控制运算的结果与预置的锅炉负荷分配系数的乘积后，在送入主蒸汽压力控制器作为主蒸汽压力控制定值的同时，还送至母管压力前馈信号运算模块，进行母管压力前馈运算后输出至加法模块A ；将主蒸汽压力信号和主蒸汽压力控制定值的差值进行主蒸汽压力控制运算后的结果首先送至加法模块A，在与所述母管压力前馈运算的输出结果进行求和运算后再送至燃料量控制器作为燃料量控制定值。参考图4，实现本实用新型实施例2的工作流程包括以下步骤步骤201 获取母管压力信号、主蒸汽压力信号、主蒸汽流量信号和外供蒸汽流量信号；步骤202 将母管压力信号送入母管压力控制器，利用母管压力控制器设定母管压力控制定值，对母管压力信号和母管压力控制定值的差值进行母管压力调节控制运算后输出至锅炉负荷分配系数设定模块A ；步骤203 在锅炉负荷分配系数设定模块A中将所述母管压力调节控制运算的结果与预置的锅炉负荷分配系数相乘后其乘积一方面输出至主蒸汽压力控制器作为锅炉主蒸汽压力控制的定值；步骤204 所述锅炉负荷分配系数设定模块A的输出同时还送至母管压力前馈信号运算模块，进行母管压力前馈运算后输出至加法模块A ；步骤205 将主蒸汽压力信号送入主蒸汽压力控制器，对主蒸汽压力信号和主蒸汽压力控制定值的差值进行主蒸汽压力控制运算后输出至加法模块A ；步骤206 在加法模块A中对所述主蒸汽压力控制运算的输出与所述母管压力前馈运算的输出进行求和运算后送至燃料量控制器作为燃料量控制定值；步骤207 将主蒸汽流量信号送入燃料量控制器，对主蒸汽流量信号和燃料量控制定值的差值进行燃料量调节控制运算后输出至加法模块B ；步骤208 将外供蒸汽流量信号送入外负荷前馈信号运算模块进行外负荷前馈运算后输出至锅炉负荷分配系数设定模块B ；步骤209 在锅炉负荷分配系数设定模块B中将所述外负荷前馈运算的结果与预置的锅炉负荷分配系数相乘后作为外负荷前馈分配运算结果同样输出至加法模块B ；步骤210 在加法模块B中对所述燃料量调节控制运算的输出结果与外负荷前馈分配运算结果进行求和运算后输出至锅炉给粉系统作为燃烧控制信号。本实用新型的母管制运行锅炉负荷自动分配控制系统能够根据蒸汽母管压力即外界负荷的变化，协调分配各台锅炉共同参与调压，通过对各台锅炉负荷分配系数的合理设定，来确定每台锅炉的负荷给定值，从而实现共同参与、合理分配，以消除各台锅炉之间的负荷相互扰动，快速、平稳控制母管压力，同时通过设计外负荷突变前馈分配控制回路，实现锅炉给粉系统的快速调整，从而实现母管压力的稳定或减少其波动幅度，最终实现整个母管制锅炉系统的安全、稳定、经济运行。
权利要求1.母管制运行锅炉负荷自动分配控制系统，包括主蒸汽压力主控回路和燃料量副控回路，其中所述主蒸汽压力主控回路包括主蒸汽压力信号获取模块和主蒸汽压力控制器，所述燃料量副控回路包括主蒸汽流量信号获取模块和燃料量控制器，所述主蒸汽压力信号获取模块的输出和主蒸汽压力控制器的输入连接， 所述主蒸汽流量信号获取模块的输出和燃料量控制器的输入连接，所述主蒸汽压力控制器的输出和燃料量控制器的定值输入连接；其特征在于，还包括一个母管压力校正分配回路和一个外负荷突变前馈分配控制回路，其中所述母管压力校正分配回路包括母管压力信号获取模块、母管压力控制器和锅炉负荷分配系数设定模块A，其中母管压力信号获取模块的输出和母管压力控制器的输入连接，母管压力控制器的输出和锅炉负荷分配系数设定模块A的输入连接，锅炉负荷分配系数设定模块A的输出和主蒸汽压力控制器的定值输入连接；所述外负荷突变前馈控制分配回路包括外供蒸汽流量信号获取模块、外负荷前馈信号运算模块、锅炉负荷分配系数设定模块B和加法模块B，所述外供蒸汽流量信号获取模块的输出和外负荷前馈信号运算模块的输入连接，外负荷前馈信号运算模块的输出和锅炉负荷分配系数设定模块B的输入连接，锅炉负荷分配系数设定模块B的输出和加法模块B的一个输入连接，所述燃料量控制器的输出和加法模块B的另一个输入连接，加法模块B的输出和锅炉给粉系统连接。
2.根据权利要求1所述的母管制运行锅炉负荷自动分配控制系统，其特征在于，还包括一个母管压力前馈信号运算模块和一个加法模块A，其中所述母管压力前馈信号运算模块的输入同所述锅炉负荷分配系数设定模块A的输出连接，母管压力前馈信号运算模块的输出与所述加法模块A的一个输入连接；所述主蒸汽压力控制器的输出先连接至加法模块 A的另一个输入，加法模块A的输出再和燃料量控制器的定值输入连接。
专利摘要母管制运行锅炉负荷自动分配控制系统，包括主蒸汽压力主控回路和燃料量副控回路，所述主蒸汽压力主控回路包括主蒸汽压力信号获取模块和主蒸汽压力控制器，所述燃料量副控回路包括主蒸汽流量信号获取模块和燃料量控制器；此外还包括一个母管压力校正分配回路和一个外负荷突变前馈分配控制回路，母管压力校正分配回路包括母管压力信号获取模块、母管压力控制器和锅炉负荷分配系数设定模块A，外负荷突变前馈控制分配回路包括外供蒸汽流量信号获取模块、外负荷前馈信号运算模块、锅炉负荷分配系数设定模块B和加法模块B，上述模块均按控制流程连接。本实用新型实现了蒸汽母管制并列运行锅炉负荷的自动分配调整和协调控制以及大负荷扰动下的全自动控制，可适用于已采用DCS控制的母管制煤粉锅炉系统。
文档编号F22B33/18GK202032548SQ20112009553
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者翟国明 申请人:中国石油化工股份有限公司