再热器汽温控制系统课程设计说明书

目录一 600MW火电机组DCS系统设计 11.1电源部分 11.2通信部分 21.3 系统接地 21.4 软件部分 3二、设计正文 42.1 已知技术条件与参数 42.2设计总体方案及传感器、执行器、调节器等的选择 42.2.1 再热汽温的影响因素 42.2.2再热汽温控制的任务 52.2.3 再热汽温的控制方法 52.2.4执行器的选择 62.2.5变送器的选择 82.2.6控制器的选择 102.4画出系统框图及接线图 122.4.1再热器烟道挡板控制系统 132.4.2再热器喷水减温控制回路 14三、设计心得 16五、附表 18一 600MW火电机组DCS系统设计DCS系统配置应能满足机组任何工况下的监控要求(包括紧急故障处理)，CPU负荷率应控制在设计指标之内并留有裕度；所有站的CPU负荷率在恶劣工况下不得超过60％，所有计算站、数据管理站、操作员站、历史站等的CPU负荷率在恶劣工况下不得超过40％；控制站、操作员站、计算站、数据管理站、历史站或服务器脱网、离线、死机，在其它操作员监视器上应设有醒目的报警功能，或在控制室内设有独立于DCS系统之外的声光报警；DCS应采用合适的冗余配置和直至卡件的自诊断功能，使其具有高度的可靠性，系统的任何一个组件发生故障均不影响整个系统工作。

DCS系统应易于组态、易于实用和易于扩展；系统的报警、监视和自诊断功能应高度集中在CRT上，控制功能应尽可能在功能和物理上进行分散；主要控制器应采用冗余配置，重要I/O点应考虑采用非同一板件的冗余配置；系统设计应采用各种抗噪声技术、包括光电隔离、高共模抑制比以及合理的接地和屏蔽；分配控制回路和I/O信号时，应使一个控制器或一块I/O板件损坏时对机组的安全运行的影响尽可能小。

I/O板件及其电源故障时，应使I/O处于对系统安全的状态，不出现误动；电子设备机柜的外壳防护等级应满足有关标准的规定；机柜内的模件应能带电插拔，而不影响其它模件的正常运行。

DCS设计完成后能保证以下安全原则:单一故障不应引起DCS系统的整体故障。

单一故障不应引起锅炉或汽机/发电机保护系统的误动作或拒动作。

控制功能的分组划分应使某个区域的故障将只是部分降低整个控制系统的控制功能，此类控制功能的降低应能通过运行人员干预进行处理。

控制系统的构成应能反映电厂设备的冗余配置，以使控制系统内单一故障不会导致运行设备与备用设备同时不能运行。

整个DCS的可利用率至少为99.98%。

当DCS系统通讯发生故障或运行操作员站和LCD全部故障时，应能确保安全停机，当控制器单元发生故障时，应能保证稳定负荷下安全停机。

1.1电源部分系统电源应设计有可靠的后备手段(如采用UPS电源)，备用电源的切换时间应小于5ms(应保证控制器不能初始化)，同时，系统电源故障应在控制室内设有独立于DCS之外的声光报警；有条件的机组，DCS应采用隔离变压器供电。

系统应设计双回路供电，其中一路电源要采用UPS 供电，并应进行定期切换试验；UPS电源应能保证连续供电30min，以确保安全停机、停炉的需要；采用直流供电方式的重要I/O板件，其直流电源应采用冗余配置。

1.2通信部分主系统及主系统连接的所有相关系统(包括专用装置)的通讯负荷率设计必须控制在合理的范围(保证在高负荷运行时不出现“瓶颈”现象)之内，其接口设备(板件)应稳定可靠：连接到系统数据高速公路上的任一系统或设备发生故障都不应导致通讯系统瘫痪或影响其它联网和系统和设备的工作；通信总线应有冗余设置，冗余的数据高速公路在任何时候都能同时工作，通信负荷率在繁忙工况下不得超过30％，对于以太网则不得超过30％；通讯高速公路的故障不应引起机组跳闸或使DPU(分散处理单元)不能工作；当数据通信系统发生某个通讯错误时，系统应能自动采取某种安全措施如切除故障的设备或切换到冗余装置等；系统应能在电子噪声、射频干扰和振动都很大的现场环境中连续运行而不降低系统性能。

1.3 系统接地DCS的系统接地必须严格遵守技术要求，所有进入DCS系统控制信号的电缆必须采用质量合格的屏蔽电缆，且有良好的单端接地；DCS系统与电力系统共用一个接地网时，控制系统接地线与电气接地网只允许有一个连接点，且接地电阻应小于0.5Ω；重点处理好两种接地：保护地(CG)和屏蔽地(AG)。

保护地接至电厂电气专业接地网，接地电阻小于2Ω；屏蔽地当电厂电气专业接地网接地电阻不大于0.5Ω，直接接入电厂电气专业接地网；当电气专业接地网接地电阻较大时，独立设置接地系统，接地电阻不大于2Ω；屏蔽地接地点应远离电厂大电流设备，如给水泵、磨煤机等，距离应大于10m以上；模拟量信号(模入、模出，特别是低电平的模入信号，如热电偶、热电阻信号等)最好采用屏蔽双绞线电缆连接，且有良好的单端接地。

1.4 软件部分整个系统应该采用统一的组态技术和方法，操作系统应选用适用于工业控制要求的稳定的系统，应用软件的安全性和稳定性应能完全胜任工业控制；所有算法和系统整定参数应驻存在各处理模件的非易失性存储器内，执行时无须重新装载；系统应留有后继开发应用软件的方式；在工程师站上应能对系统组态进行修改，不论该系统在线或离线，均能对系统组态进行修改。

增加或改变系统中的一部分内容应不必重新编译整个系统的程序。

在编程或修改完成之后，系统组态程序应能通过数据高速公路装入到各有关处理模件而不影响系统的正常运行；所有程控逻辑的修改都在系统内完成，而无需使用外部硬接线、专用开关或其它替代物作为逻辑的组态输入；应提供方便查阅历史数据的工具软件；应设计有对报警历史、操作员操作历史的记录和查阅程度包；应提供对事故顺序记录的主录和查阅程序包；系统应有对生产过程数据的记录和查阅功能，对于一般过程点应能精确到一秒，重要事件应能记录到毫秒级。

系统应有完善的在线诊断和离线诊断能力，查找故障的自诊断功能应至少诊断至模件级故障，报警功能应能使使用人员方便地辨别和解决各种问题。

二、设计正文2.1 已知技术条件与参数已知技术条件与参数表1系统误差满足控制指标要求使用环境温度传感器-30℃～＋80℃变送器执行器-30℃～＋80℃调节器记录显示仪表0℃～40℃相对湿度≤90%电源交流220V(＋10%、－15%)，50Hz2.2设计总体方案及传感器、执行器、调节器等的选择2.2.1 再热汽温的影响因素(1) 给水温度给水温度降低时（如高压加热器出系），若锅炉出力保持不变，则需要增加燃料，以补充因给水温度降低而减少的热量；这样，炉膛出口烟气量增加，以对流受热面为主的再热器吸热量增加，导致再热汽温升高(2) 过剩空气系数过剩空气系数增加，以对流受热面为主的再热器吸热量增加，再热汽温升高；反之则降低。

(3) 炉膛火焰中心炉膛火焰中心的高度对再热汽温有相当显著的影响，是调节再热汽温的主要手段。

当火焰中心抬高时，炉膛出口温度上升，以对流受热面为主的再热器其进口烟温升高，吸热量增加，再热汽温提高；反之，再热器吸热量减少，再热汽温降低(4) 受热面结渣再热器受热面结渣或积灰，吸热量减少，再热汽温降低。

炉膛水冷壁结渣，水冷壁吸热量减少，导致炉膛出口烟温上升，再热器吸热增加，再热汽温提高。

(5) 过热蒸汽温度和压力过热蒸汽温度变化会引起高压缸排汽变化。

过热汽温降低，高压缸排汽温度降低；在再热器吸热量不变的条件下，因再热器进口温度降低，导致再热器出口温度降低。

过热蒸汽压力的变化也会引起再热汽温的变化。

过热蒸汽压力降低，在过热汽温不变的情况下，过热蒸汽的焓增大，高压缸排汽温度上升；在再热器吸热量不变的条件下，因再热器进口温度升高，使再热器出口温度提高；反之，过热蒸汽压力升高，再热汽温降低。

这与变压运行时，可保持较高再热汽温的原理相同。

2.2.2再热汽温控制的任务为了提高大容量、高参数机组的循环效率，并防止汽轮机末级蒸汽带水，需采用中间再热系统。

提高再热汽温对于提高循环热效率是十分重要的，但受金属材料的限制，目前一般机组的再热蒸汽温度都控制在560℃以下。

另一方面，在锅炉运行中，再热器出口温度更容易受到负荷和燃烧工况等因素的影响而发生变化，而且变化的幅度也较大，如果不进行控制，可能造成中压缸转子与汽缸较大的热变形，引起汽轮机振动。

再热蒸汽温度控制系统的任务是将再热蒸汽温度稳定在设定之上。

此外，在低负荷、机组甩负荷或汽轮机跳闸时，保护再热器不超温，以保证机组的安全运行。

2.2.3 再热汽温的控制方法再热蒸汽温度调节采用调节延期挡板，摆动火嘴和喷水减温的控制方式。

按设计，再热蒸汽温度正常情况下由烟气挡板的摆动来控制。

也就是说一般以采用烟气控制的方式为主，这比采用喷水控制有较高的热经济性。

1.采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统采用烟气挡板需把尾部烟道分成两个并联烟道，在主烟道中布置低温再热器，旁路烟道中布置低温过热器。

在低温过热器下面布置省煤器，调温挡板则布置在工作条件较好的省煤器下面。

主，旁两侧挡板的动作是相反的，即再热器侧开，过热器侧关，反之亦然。

2、摆动火嘴：摆动燃烧器火嘴倾角是设计用来调节再热汽温的正常手段，它是一个带前馈信号的单回路调节系统。

在锅炉A，B侧末级再热器出口联箱上各装有两个出口蒸汽温度测点，可由运行人员在OIS上手动选择每侧的某一测点或两个测点的平均值作为本次再热汽温控制使用。

根据主蒸汽流量经函数发生器给出的随机组负荷变化的再热汽温设定值，与运行人员手动设定值经小值选择器后与再热蒸汽测量值进行比较，偏差进入控制器。

控制器设计为SMITH预估器和PID调节器互相切换的方式，两者只能由一个起控制作用，可由热控工程师通过软件调节。

为了提高再热汽温在外扰下的调节品质，控制回路设计了机组负荷和送风量经函数发生器给出的前馈信号。

根据再热汽温的偏差经控制器的控制运算后在加上前馈信号，形成了对燃烧器火嘴倾角的控制指令，这个指令信号分四路并列输出去驱动炉膛四角的燃烧器火嘴倾角。

当进行炉膛吹扫时，火嘴倾角将被自动连锁到水平位置。

3、喷水减温：喷水减温只起辅助或保护性质的减温作用。

每侧的再热汽温有两个测量信号，当摆动火嘴在自动控制状态时，喷水减温的再热汽温设定在摆动火嘴控制系统设定值的基础上加上根据摆动火嘴控制指令经函数发生器给出的偏置量，意在当摆动火嘴有调节与低时抬高喷水减温控制系统设定值以确保喷水减温阀门关死。

当摆动火嘴控制指令接近下限而将失去调节余地时，该偏置量应该减小到零以便再热汽温偏高时喷水阀门接替摆动火嘴的减温手段。

由于喷水减温系统只是设计用作辅助调节手段，故系统设计比较简单，再热汽温设定值与测量值的偏差经PID调节器后直接作为喷水减温阀门开度指令，控制器未设计SMITH预估器，也未设计任何前馈信号2.2.4执行器的选择一、作用控制机构与执行机构合称执行器，它是电厂热工自动控制系统的执行环节。