一种火电机组燃料量自动控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种火电机组燃料量自动控制系统及方法，该系统锅炉炉膛，设置在锅炉炉膛内的锅炉受热面管道，通过给煤管道与锅炉炉膛入口连接的给煤机，通过蒸汽管道与锅炉炉膛出口连接的汽轮机，与汽轮机同轴连接的发电机，给煤管道和蒸汽管道上分别设置燃料流量表和蒸汽压力表，发电机的输出端设置电功率表，还包括火电机组燃料量控制模块，其输入端连接燃料流量表、蒸汽压力表和电功率表，输出端连接给煤机的输入端用于控制进入锅炉的燃料量；本发明专利技术可实现燃料量控制从锅炉点火到火电机组发电机带负荷运行全过程自动控制，并能有效避免超调现象，维持锅炉蒸汽压力稳定，可减少火电机组超温超压风险，保证火电机组安全运行。

【技术实现步骤摘要】
一种火电机组燃料量自动控制系统及方法
本专利技术属于火力发电厂的自动控制领域，涉及火电机组锅炉燃料量的自动控制。具体涉及一种基于蒸汽压力状态、可实现燃料量控制从锅炉点火到火电机组发电机带负荷运行的火电机组燃料量自动控制系统及方法。
技术介绍
火力发电厂的锅炉是一种能量转换设备。进入锅炉的燃料与风在锅炉炉膛混合后燃烧，加热锅炉受热面管道内的水，产生具有一定热能的蒸汽。锅炉包括锅和炉两大部分。锅的原义指在火上加热的盛水容器，此处指锅炉受热面管道。炉指燃烧燃料的场所，此处特指锅炉炉膛。水进入锅炉以后，在锅炉受热面管道将吸收的热量传递给水，使水加热成一定温度和压力的水蒸汽。在锅炉燃烧设备部分，燃料燃烧不断放出热量，燃烧产生的高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，而本身温度逐渐降低，最后由烟囱排出。锅炉中产生蒸汽进入汽轮机将热能转换为机械能，并通过与汽轮机连接的发电机将机械能转换为电能。进入锅炉的燃料量是火力发电厂控制的重要调节对象。在锅炉点火阶段，通过点火装置将进入炉膛的初始燃料点燃，并缓慢增加燃料量。随着燃料燃烧不断放出热量，加热锅炉受热面管道的水生成蒸汽。随着进入炉膛的燃料量增加，锅炉受热面管道产生的蒸汽也不断增加，锅炉受热面出口管道的蒸汽压力也不断增加。此阶段称为锅炉升温升压阶段。锅炉受热面管道出口蒸汽的压力达到汽轮机的冲转压力后，锅炉升温升压阶段结束，进入汽机冲转阶段。此时蒸汽进入汽轮机，带动汽轮机转速不断升高，直至汽轮机转速达到3000rpm。之后发电机并网发电，为了保证锅炉产生的蒸汽量能满足所需的发电机功率要求，需根据发电机功率变化，通过燃料量控制产生的蒸汽量维持合适的蒸汽压力。火电机组燃料量通常以蒸汽压力为被控对象进行控制。由于锅炉点火后，锅炉蒸汽压力缓慢上升难以精确控制，故在火电机组并网前，通常由运行人员手动控制燃料量或设计为以一定速率增加燃料量的开环控制。在燃料量品质发生变化时，相同燃料量燃烧产生的热量不一样，会导致锅炉产生的蒸汽蒸发量不稳定，从而造成蒸汽压力的波动。运行人员在机组并网后投入燃料量控制自动。通常用蒸汽压力为被调量的PID控制使蒸汽压力与发电机负荷保持一定关系。但由于燃料在锅炉燃烧加热水产生蒸汽，控制压力达到所需压力有较大延时，常规控制经常出现压力超调现象造成蒸汽压力的波动。火电机组蒸汽压力的波动会导致运行人员频繁人为干预燃料量。由于不同压力的蒸汽做功能力不同，蒸汽压力的波动会引起机组发电机功率的波动。蒸汽压力的波动过大还会增加火电机组超温超压风险，影响火电机组安全运行。
技术实现思路
鉴于以上现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于蒸汽压力状态控制火电机组燃料量的系统及方法。可实现燃料量控制从锅炉点火到火电机组发电机带负荷运行全过程自动控制，并能有效避免常规PID控制经常出现的超调现象，维持锅炉蒸汽压力稳定。火电机组蒸汽压力的控制的稳定可减少火电机组超温超压风险，保证火电机组安全运行。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种火电机组燃料量自动控制系统，包括锅炉炉膛2，设置在锅炉炉膛2内的锅炉受热面管道3，通过给煤管道与锅炉炉膛2入口连接的给煤机1，通过蒸汽管道与锅炉炉膛2出口连接的汽轮机4，与汽轮机4同轴连接的发电机5，给煤管道上设置有燃料流量表6，蒸汽管道上设置有蒸汽压力表7，发电机5的输出端设置有电功率表8，还包括火电机组燃料量控制模块9，火电机组燃料量控制模块9的输入端连接燃料流量表6、蒸汽压力表7和电功率表8，输出端连接给煤机1的输入端用于控制进入锅炉的燃料量，维持蒸汽压力的稳定；其中给煤机1将燃料送入锅炉，燃料在锅炉炉膛2内燃烧，锅炉受热面管道3产生具有一定热能的蒸汽，蒸汽进入汽轮机4将热能转换为机械能，并通过与汽轮机连接的发电机5将机械能转换为电能；流量表6用于测量进入锅炉的燃料量FF，压力表7用于测量锅炉输出的蒸汽压力PS，电功率表8用于测量发电机输出的机组功率PW。火电机组燃料量控制模块9能够接受机组负荷控制模块10输出的机组负荷指令LD，比较机组功率PW与机组负荷指令LD，产生前馈燃料控制前馈，补偿机组负荷指令变化时蒸汽流量变化对蒸汽压力造成的扰动，实现火电机组燃料量快速自适应调节。火电机组燃料量控制模块9根据电功率表8测量的发电机输出的机组功率PW及蒸汽压力表7测量的锅炉输出的蒸汽压力PS判断火电机组的运行阶段，并计算出机组当前运行阶段的蒸汽压力目标值及蒸汽压力变化率目标值，实现锅炉点火升温升压阶段、汽机冲转阶段、机组发电机带负荷运行阶段自动控制。所述的火电机组燃料量自动控制系统的控制方法，包括如下步骤：步骤1：火电机组燃料量控制模块9根据机组运行状态得出蒸汽压力目标值PSt，对于某台火电机组，蒸汽压力目标值与当前机组功率PW有一固定函数关系，由当前机组功率PW得出当前机组功率对应的蒸汽压力目标值PSt；当前机组功率PW为0MW对应的蒸汽压力目标值称为机组汽机冲转压力PSto；火电机组燃料量控制模块10由蒸汽压力表7测量得到的蒸汽压力值PS，计算得出蒸汽压力值变化率DPS；步骤2：火电机组燃料量控制模块9将蒸汽压力值PS与机组汽机冲转压力PSto比较，在机组未并网前即机组功率PW为0，且蒸汽压力值PS减去机组汽机冲转压力PSto差值小于-0.02MPa时，则判断机组机组处于升温升压阶段；在机组处于升温升压阶段时，火电机组燃料量控制模块9控制锅炉的燃料量，维持蒸汽压力值变化率DPS等于蒸汽压力变化率目标值DPSt，蒸汽压力变化率目标值DPSt为蒸汽压力值PS与机组汽机冲转压力PSto的差值△PS的函数；当蒸汽压力值变化率DPS小于蒸汽压力变化率目标值DPSt时，缓慢提高机组燃料量控制指令AO；当蒸汽压力值变化率DPS大于蒸汽压力变化率目标值DPSt时，缓慢降低机组燃料量控制指令AO；燃料量控制指令AO增加或减少的速率dO为蒸汽压力值变化率DPS与预设的蒸汽压力变化率目标值DPSt差值的函数；步骤3：火电机组燃料量控制模块9将蒸汽压力值PS与机组汽机冲转压力PSto比较，当蒸汽压力值PS与机组汽机冲转压力PSto差值△PS即△PS＝PS-PSto大于-0.02MPa，且机组未并网即机组功率PW为0时，则判断机组机组处于汽机冲转阶段；此时蒸汽压力变化率目标值DPSt等于0MPa/min；此时火电机组燃料量控制模块9控制进入锅炉的燃料量，维持蒸汽压力值变化率DPS等于0MPa/min，即控制蒸汽压力维持在汽机冲转压力附近；在此阶段，当蒸汽压力值变化率DPS小于0且△PS小于-0.02时，缓慢提高机组燃料量控制指令AO；当蒸汽压力值变化率DPS大于0且△PS大于0.02时，缓慢降低机组燃料量指令，燃料量控制指令AO增加或减少的速率dO为蒸汽压力值变化率DPS的函数；步骤4：火电机组燃料量控制模块9判断机组功率PW大于0时，则判断机组处于发电机带负荷阶段；发电机带负荷阶段时，由当前机组功率PW得出当前机组功率PW对应的蒸汽压力目标值PSt；蒸汽压力变化率目标值DPSt本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种火电机组燃料量自动控制系统，其特征在于，包括锅炉炉膛(2)，设置在锅炉炉膛(2)内的锅炉受热面管道(3)，通过给煤管道与锅炉炉膛(2)入口连接的给煤机(1)，通过蒸汽管道与锅炉炉膛(2)出口连接的汽轮机(4)，与汽轮机(4)同轴连接的发电机(5)，给煤管道上设置有燃料流量表(6)，蒸汽管道上设置有蒸汽压力表(7)，发电机(5)的输出端设置有电功率表(8)，还包括火电机组燃料量控制模块(9)，火电机组燃料量控制模块(9)的输入端连接燃料流量表(6)、蒸汽压力表(7)和电功率表(8)，输出端连接给煤机(1)的输入端用于控制进入锅炉的燃料量，维持蒸汽压力的稳定；其中给煤机(1)将燃料送入锅炉，燃料在锅炉炉膛(2)内燃烧，锅炉受热面管道(3)产生具有一定热能的蒸汽，蒸汽进入汽轮机(4)将热能转换为机械能，并通过与汽轮机连接的发电机(5)将机械能转换为电能；/n流量表(6)用于测量进入锅炉的燃料量FF，压力表(7)用于测量锅炉输出的蒸汽压力PS，电功率表(8)用于测量发电机输出的机组功率PW。/n

【技术特征摘要】
1.一种火电机组燃料量自动控制系统，其特征在于，包括锅炉炉膛(2)，设置在锅炉炉膛(2)内的锅炉受热面管道(3)，通过给煤管道与锅炉炉膛(2)入口连接的给煤机(1)，通过蒸汽管道与锅炉炉膛(2)出口连接的汽轮机(4)，与汽轮机(4)同轴连接的发电机(5)，给煤管道上设置有燃料流量表(6)，蒸汽管道上设置有蒸汽压力表(7)，发电机(5)的输出端设置有电功率表(8)，还包括火电机组燃料量控制模块(9)，火电机组燃料量控制模块(9)的输入端连接燃料流量表(6)、蒸汽压力表(7)和电功率表(8)，输出端连接给煤机(1)的输入端用于控制进入锅炉的燃料量，维持蒸汽压力的稳定；其中给煤机(1)将燃料送入锅炉，燃料在锅炉炉膛(2)内燃烧，锅炉受热面管道(3)产生具有一定热能的蒸汽，蒸汽进入汽轮机(4)将热能转换为机械能，并通过与汽轮机连接的发电机(5)将机械能转换为电能；
流量表(6)用于测量进入锅炉的燃料量FF，压力表(7)用于测量锅炉输出的蒸汽压力PS，电功率表(8)用于测量发电机输出的机组功率PW。


2.根据权利要求1所述的火电机组燃料量自动控制系统，其特征在于，火电机组燃料量控制模块(9)能够接受机组负荷控制模块(10)输出的机组负荷指令LD，比较机组功率PW与机组负荷指令LD，产生前馈燃料控制前馈，补偿机组负荷指令变化时蒸汽流量变化对蒸汽压力造成的扰动，实现火电机组燃料量快速自适应调节。


3.根据权利要求1所述的火电机组燃料量自动控制系统，其特征在于，火电机组燃料量控制模块(9)根据电功率表(8)测量的发电机输出的机组功率PW及蒸汽压力表(7)测量的锅炉输出的蒸汽压力PS判断火电机组的运行阶段，并计算出机组当前运行阶段的蒸汽压力目标值及蒸汽压力变化率目标值，实现锅炉点火升温升压阶段、汽机冲转阶段、机组发电机带负荷运行阶段全过程自动控制。


4.权利要求1至3任一项所述的火电机组燃料量自动控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：火电机组燃料量控制模块(9)根据机组运行状态得出蒸汽压力目标值PSt，对于某台火电机组，蒸汽压力目标值与当前机组功率PW有一固定函数关系，由当前机组功率PW得出当前机组功率对应的蒸汽压力目标值PSt；当前机组功率PW为0MW对应的蒸汽压力目标值称为机组汽机冲转压力PSto；火电机组燃料量控制模块(10)由蒸汽压力表(7)测量得到的蒸汽压力值PS，计算得出蒸汽压力值变化率DPS；
步骤2：火电机组燃料量控制模块(9)将蒸汽压力值PS与机组汽机冲转压力PSto比较，在机组未并网前即机组功率PW为0，且蒸汽压力值PS减去机组汽机冲转压力PSto差值小于-0.02MPa时，则判断机组机组处于升温升压阶段；在机组处于升温升压阶段时，火电机组燃料量控制模块(9)控制锅炉的燃料量，维持蒸汽压力值变化率DPS等于蒸汽压力变化率目标值DPS...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩，安朝榕，吕永涛，王倩，崔战兵，昌鹏，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61