專利名稱:熱電廠的自動控制系統的制作方法
本發明涉及一個熱電廠的自動控制系統，它特別涉及上述種類的一個自動控制系統，該系統能有效地減少單獨過程之間的相互干擾，并適用于單元過程的局部控制。
為了使熱電廠生產一所需電力輸出，有必要去控制例如象燃料量、供水和空氣的過程變量，因而產生與所需電力輸出相匹配的在一定溫度和壓力下的蒸汽。然而，上述的過程變量相互之間有很大的聯系，很難同時獲得對于所有過程變量的控制。例如，供水量的增加導致了主蒸汽溫度的相應降低。為了補償這種主蒸汽的溫度下降，必須增加燃料量，同時，對于燃料的增加量，必須相應增加供給一定量的空氣。正如上述的那樣，過程變量互相之間密切相關。因為過程變量密切的相互關聯，對于熱電廠的控制需要一個有很復雜結構的自動控制系統。作為這樣一個控制系統的先有技術的例子，一個帶有一如下述結構的系統已報道于“日立評論”雜志第65卷、第9期(1983年9)，第603-608頁。
在已報道的系統所應用的方法中，汽輪機進汽口控制閥的開口控制是通過施加于熱電廠的一個負載指令信號進行控制的。另一方面，就鍋爐而言，向鍋爐供水的流速是根據附加一產生于使主蒸汽壓力從它的所需值向成比例的附加積分運算偏差的壓力補償指令信號來修正負載指令信號而得到的一個鍋爐輸入指令信號控制的，燃料流速是根據附加一產生于使主蒸汽溫度從它的所需值向成比例的附加積分運算偏差的溫度補償信號來修正鍋爐輸入指令信號而得到的一燃料指令信號控制的。另外，供給氣體和空氣的流速是通過附加一產生于使在爐中氣體從其所需值向成比例的附加積分運算的氧氣聚焦偏移的一個氧氣濃度信號來修正燃料指令信號而得到的一個空氣流速指令信號按制的。按照上述的先有技術的方法，作為該控制的結果可產生高質量的主蒸汽。然而，所報道的系統是不完善的，為了完全穩定電廠的電力輸出它需要很長一段時間去最終修正所有相關過程變量。甚至當電廠的電力輸出穩定時，涉及到電廠控制的許多終端設備可能仍未穩定，從而導致了電廠的低效率。另外，當在指示壓力和主蒸汽的溫度和在爐中氣體氧氣濃度的基礎上用于修正供給水、燃料、氣體和空氣的流速任何一個補償信號產生部份不能正常操作或不正常時，例如，當涉及主蒸氣的壓力的補償信號產生部份變為不正常時，不正常的補償信號產生部份對所有的供給水、燃料、氣體和容易控制部份的下流產生不利的影響。這意味著必須采用一多路控制系統或分散控制系統從而保證控制系統的可靠性，但導致該系統十分昂貴。為了避免上面指出的先有技術的不足，本發明的主要目的是提供一個用于熱電廠的自動控制系統，其中電廠的單獨過程進行獨立控制，這樣它們可以盡量少地相互關聯。
與先有技術的控制系統相比較，其中鍋爐輸入指令、燃料流速指令和空氣流速指令信號是由通過連續的壓力補償信號、溫度補償信號和氧氣濃度補償信號修正負載指令信號而得到的，本發明的電廠控制系統其特征在于鍋爐輸入指令、燃料流速指令和空氣流速指令是直接從分別通過單獨函數發生器的負載指令信號獲得的。其后，如果有必要，有關的指令信號可以各自由壓力、溫度和爐內氣體氧氣濃度補償信號進行修正。
圖1是一按照本發明展示的一自動電廠控制系統的一個最佳實施例的結構方塊圖。
圖2是一應用本發明的熱電廠的結構示意圖。
圖3a到3h展示了分別根據鍋爐輸入指令的函數發生器的輸出特性。
一個應用了本發明的熱電廠有如圖2展示的一結構。
參見圖2，熱電廠包括由點劃線展示的鍋爐1，汽輪機2，發電機3包括汽輪機4a，4b，4c的供給水泵4，噴閥5，燃燒閥6a，6b強制通風扇7a、7b和氣體環流風扇8a、8b。空氣預熱器301a和301b用燃燒的排出氣體通過熱交換預熱燃燒空氣。燃燒器部件302被分成多個燃燒器級，控制每一級的空氣-燃料比例以使爐子脫硝。窗-盒式進氣口空氣調節閥303在相應的燃燒器裝置中調節燃燒空氣的流速。混合氣體(GM氣體)調節器304調節噴入燃燒空氣的燃燒排出氣體的的流速。主氣調節閥305調節直接噴入燃燒器部件302的燃燒排出氣體的流速。熱電廠進一步包括一冷凝器306，低壓供水加熱器307，排氣器308，供水閥309，高壓供水加熱器310，蒸發器311，主過熱器312，第一級過熱蒸汽降溫器313，第二過熱器314，第二級過熱蒸汽降溫器315，第三過熱器316，再熱器317和汽輪機進氣口控制閥330。當根據涉及鍋爐的操作的變量分類后，熱電廠被分為四個過程，即，燃燒過程9，水/蒸汽過程10，燃燒過程11和通風過程12。
圖2所示的熱電廠的結構并不是一個特殊的例子，現在將要詳細描述的本發明的控制系統是廣泛地適用于熱電廠并現已投入實際使用。
按照本發明的電廠控制系統的一個最佳實施例參見圖1將進行描述。
參見圖1，體現本發明的電廠控制系統包括一主控制器201，控制圖2中所示的水/蒸汽過程10的第一過程控制器202，控制圖2中所示的燃料過程9的第二過程控制器203，控制圖2中所示的燃燒過程11的第三過程控制器204，控制圖2中所示的通風過程12的第四過程控制器。這些從201到205的控制器都屬于過程一級控制器。
電廠控制系統進一步包括一控制主汽輪機2的速度調節控制器206，分別控制供給水泵4的汽輪機4a-4c的控制器207a-207c，控制連接于第二級過熱蒸汽降溫器315的噴閥5的控制器208a-208b，控制連接于第一級過熱蒸汽降溫器313的噴閥5的控制器209A-209B，控制供給主燃燒器M燃料流速的控制器210，控制空氣和再循環氣體流速及控制在相應燃燒級中燃燒器的控制供給行星燃燒器P控制器212a-212N燃料流速的控制器211，控制相應強迫通風扇7a和7b的控制器213a和213b，控制相應氣體再循環風扇8a和8b的控制器214a和214b。這些從206-214的控制器都屬于設備一級控制器。
通常，一個電力發電公司有一個中心負載分配站，該站在根據對各分電廠分別決定了的電力輸出的輸電指令信號及要求由公司供給的總電力要求的基礎上決定了它的各個分電廠的輸出。每個電站的電力生產是在傳輸到它的實際電力生產不超過由電力指令表示的根據一電力水平預先決定的上限和下限值的電力指令的基礎上進行控制的。在圖2中，這樣一個中心負載分配站由參數40展示，來自分配站的電力指令施加在主控制器201上，基于電力指令所指出的一特殊電平，主控制器201中的一電路41產生了一考慮電廠及上述上下限的現狀帶有一預定變化率的斜坡狀負載指令信號Ld。電廠的電力生產是在這樣產生的負載指令Ld的基礎上進行控制的。這個負載指令信號Ld在一個減法器42中與指示發電機3的檢測電力輸出的信號43相比較。減法器42的結果輸出信號施加于一線路44產生成比例的附加積分運算，成比例的附加積分電路44的輸出信號施加通過一選擇器45到主汽輪機控制器206從而控制如圖2所示的汽輪機進氣口控制閥330。選擇器45由一下述的聯鎖轉換。探測器46檢測主蒸汽的壓力(在鍋爐出氣口的主蒸汽)。一檢測氣壓的信號指示在一減法器47中與從一設定電路48提供的設定值作比較，其間錯誤的輸出信號指示施加于一線路49產生成比例的附加積分運算。與負載指令的輸出信號有相同大小的成比例的附加的積分電路49的輸出信號Lp加在一加法器50的負載指令信號Ld上，從而產生一鍋爐輸入指令信號LB。成比例的附加積分電路49的輸出信號LP通過選擇器45施加在主汽輪機控制器206上。這個選擇器45依靠電廠的操作模式進行轉換。更精確地說，熱電廠的操作分為兩個模式，一種為協調模式，其中主汽輪機中的控制和鍋爐的供水和燃料供應等的控制都是通過負載指令信號執行的;另一種是汽輪機跟隨模式，其中只是通過負載指令信號進行鍋爐方面的控制，如果結果主蒸汽壓力偏離其所需值，對汽輪機進氣口控制閥進行控制以致獲得所需壓力值。因此，在汽輪機跟隨模式中，主蒸汽的壓力可通過汽輪機進氣口控制閥330進行控制，選擇器45的輸出信號是用于來自成比例的附加積分電路49的輸入信號。另一方面，在協調模式中，成比例的附加積分電路44的輸出信號直接的表現為選擇器45的輸出信號。加法器50的輸出是由加上從調節到從出現在電路41中的電力負載指令信號Ld的主蒸汽壓力錯誤更正量指示的信號Lp提供的鍋爐輸入指令信號，這個鍋爐輸入指令信號LB施加于所有的過程控制器202-205。
如圖3所示，水/蒸汽過程控制器202包括一設計為產生一供水流速指令信號作為加法器50的輸出的鍋爐輸入指令信號LB的函數的第一函數發生器215。供水檢測流速的一信號指示66在減法器216中與函數發生器215的輸出的供水流速指令信號作比較，一其間的錯誤信號指示施加于一成比例的附加積分電路217。這個成比例的附加積分電路217的輸出提供了一供水泵流速指令信號Lw。這個指令信號由負載分配控制電路218分配到分別控制汽輪機4a、4b和供水閥309單獨供水泵控制器207a-207c。在圖1中，即成比例的附加積分電路217的輸出是對于供水流速的指令信號。然而，通常供水是多個水泵控制的。因此電路217的輸出負載分配控制電路218分別考慮相應水泵的容易控制相應水泵的以及操作中水泵的現狀的單獨指令信號。一第二函數發生器219被設計成用于產生一主蒸汽的所需溫度的信號指令作為一如圖3B所示的鍋爐輸入信號指令LB一個函數。主蒸汽所需溫度的一個信號指令52在減法器220中與由函數發生器219的輸出信號指令的溫度設定點作比較，其間的錯誤結果信號指令施加于一成比例的附加積分電路221。一第三函數發生器222被設計成產生一噴閥的一開口的信號指令，該信號指令決定了如圖3C所示鍋爐輸入信號指令LB一函數的第二級過熱蒸汽降溫器315的出的出氣口溫度。函數發生器222的輸出信號加在一加法器223中的來自設定點的檢測主蒸汽溫度的錯誤更正量的成比例的附加積分電路221指示的輸出信號上。加法器223提供了一第二級過熱蒸汽降溫器315的出氣口溫度的設定點的信號指示。這樣的信號施加于過熱蒸汽降溫器出氣口溫度控制器208a和208b上，從而控制從噴閥5向第二級過熱降溫器315噴流的流速。
在水/蒸汽過程控制器202中，類似于函數發生器219的第四函數發生器224被設計成產生如圖所示作為鍋爐輸入信號指令LB的一個函數的第二過熱器314的出氣口溫度的一個信號指示。由于來自設定點的主蒸汽的檢測溫度的錯誤成比例的附加積分電路221的輸出信號是第二級過熱蒸汽降溫器315的出氣口溫度修正量的指示。這個輸出信號施加于一修正電路225。在從成比例的附加積分電路221施加的信號的基礎上，修正電路225修正了第二過熱器314的出氣口溫度的設定點C函數發生器224的輸出信號，以致能獲得提供給第一級和第二級過熱蒸汽降溫器313和315的在噴流間的平衡。即，如果鍋爐特性較好，沒必要得到這種平衡。然而，當因為例如老化等原因而使鍋爐特性變化時，函數發生器的輸出由修正電路225進行調正從而在提供的噴流之間得到一平衡。第二過熱器314的檢測出氣口溫度的一信號指示226在一減法器227中與從修正電路225應用的已修正的設定信號作比較，其間的錯誤結果信號指示施加于一成比例的附加積分電路228。類似于函數發生器222的第五函數發生器229被設計成產生一決定第一級過熱蒸汽降溫器313出氣口溫度作為一鍋爐輸入信號指令LB的一函數的信號。第二過熱器314的出氣口溫度修正量的成比例的附加積分電路228指示的輸出信號加法器230中的函數發生器229的輸出信號上從而提供一第一級過熱蒸汽降溫器313的出氣口溫度設定點的一信號指示，加法器230的輸出信號施加在過熱蒸汽降溫器出氣口溫度控制器209a和209b上，該控制器控制從噴閥5向第一級過熱蒸汽降溫器313提供的噴流的流速。
燃料過程控制器203包括一如圖3d所示被設計成產生一燃料流速指令信號LF作為一鍋爐輸入指令信號LB的函數的第六函數發生器231。成比例的附加積分電路228的輸出信號，第一級過熱蒸汽降溫器313的出氣口溫度設定點的修正量的指示與函數發生器231的輸出信號一起施加于為了穩定的噴流控制的目的在成比例的附加積分電路228的輸出信號的基礎上修正燃料流速指令信號LF的一修正電路233上。一燃料分配電路234把燃料流速信號指令分配至主燃料器M的燃料閥6b和行星燃燒器P的燃燒6a。提供給主燃燒器M的一燃料檢測流速的信號示73在減法器235中與從燃料分配電路234應用一信號指令作比較，結果信號施加于產生一施加于主燃燒器燃料流速控制器210的信號指令的成比例的附加積分電路236。提供給行星燃料器P的燃料檢測流速的一信號指示75在一減法器237中與從燃料分配電路234應用的信號指令相比較，結果信號施加于產生一施加于行星燃燒器燃料流速控制器211的成比例的附加積分電路238。
燃料過程控制器204包括如圖3e所示的一被設計成產生一空氣流速信號指令LA作為一鍋爐輸入信號指令LB函數的第七函數發生器209。一第八函數發生器240被設計成如圖3f所示的產生為在排出氣體中設定氧氣(O2)的濃度作為該鍋爐輸入指令信號LB的函數。檢測氧氣(O2)濃度的一信號指示58在一減法器241中與從函數發生器240所加的設定點作比較，結果信號施加于一成比例的附加積分電路242。成比例的附加分電路242的輸出信號與來自函數發生器239的空氣流速指令信號LA一起施加到一修正電路243中，對空氣流速指令LA進行修正從而提供一經修正的空氣流速指令信號指示LAA。指示所檢測到的空氣流速的信號63在一減法器244中與從修正電路243所加的設定信號作比較，結果信號施加于成比例的附加積分電路245，從而出現作為指示供給每個燃燒級的經修正空氣流速信號。這樣指令信號施加于每一個空氣和氣體流速控制器212a-212h。控制器212a-212h的輸出信號分別控制一盒式進氣口空氣調節器303、GM調節器304和主氣體調節器305。在鍋爐輸入指令信號LB的基礎上，電路247對決定燃燒器的最佳數以及每個燃燒器級的最佳模型。一先進的控制電路248防止當在燃燒器在點火和熄火時空氣和燃料的流速之間的不平衡。
在通風過程控制器205中，一第九函數發生器249被設計產生一如圖39所示作為該鍋爐輸入指令信號Lg函數的在強迫通風扇(FDF)7a和7b的出口設定通風流速的信號。指示在強迫通風扇7a和7b的出口上檢測到的通風流速的信號100在一減法器250中與從函數發生器249所加的設定信號作比較，結果信號施加于一成比例的附加積分電路251上。成比例的附加積分電路251產生一控制強迫通風扇7a和7b的旋轉葉片的傾斜位置的指令信號，這個指令信號通過一負載分配電路252施加在通風扇控制器213a和213b上。一第十函數發生器253被設計成產生一如圖3h所示作為一鍋爐輸入指令信號LB函數的在氣體再循環風扇(GRF)8a和8b的出口上設定通風流速的信號。在氣體再循環風扇8a和8b的出口上檢測到的通風流速的信號106在減法器254中與從函數發生器253所加的設定信號相比較，結果信號施加于一成比例的附加積分電路255中。成比例的附加積分電路255產生一控制氣體再循環風扇8a和8b的進口調節器打開的指令信號，該指令信號通過一負載分配電路256施加在氣體再循環風扇控制器214a和214b上，因而控制氣體再循環風扇8a和8b。
現在將描述體現本發明的行星控制系統的優點。
由主控制器201控制的對象被限止為負載和主蒸汽的壓力，而鍋爐輸入指令信號LB只從主控制器201加到過程控制器202-205。過程控制器202-205能根據鍋爐輸入指令信號LB的用途對輔助設備同時設定被控參數。因此，與先有技術的系統相比較，該系統的特性有了改進，在先有技術的系統中根據收到的負載指令信號不斷設定各種參數。另外，由于那些原因，幾乎不必對涉及其他的處理器的某個處理器的一個參數進行修正控制，從而導致了在系統的操作中提高穩定性。
屬于一些過程控制的設備控制器控制了多個同樣的設備。因此，所謂的N∶1設計可使設計變得標準化和簡單化，其中控制器的設計適用于N個控制器。
另外，鍋爐中每個燃燒器設備的燃燒器的控制及空氣和氣體的流速的控制可由1個和同樣的控制器獲得，因此大大地減少了所需要信號線的數目。
由前面詳細描述的本發明得知，在一個熱電廠中單元過程和單元設備能在其最小的相互干擾的情況下進行分別獨立控制。
按照本發明，主控制器參與了對負載和對主蒸汽壓力的控制，一鍋爐輸入指令信號只從主控制器加到過程控制器上。根據鍋爐輸入指令信號的用途，過程控制器獨立于其它控制器控制有關的過程，它也控制負載分配將其分配到他們附屬的設備的設備控制器中。屬于一些過程控制器的所謂N∶1設計設備控制器可實現標準化設計。因此，本發明提供了一個可進行可靠性操作及可十分容易地設計成無多余主控制器及過程控制器的電廠控制系統。
權利要求
1.一熱電廠的自動控制系統包括一鍋爐，一汽輪機和一電力發電機，包括通過比較負載指令信號與指示檢測到的鍋爐主汽流壓力的反饋信號因而產生一鍋爐輸入指令信號的施加于熱電廠的修正負載指令信號的裝置，該裝置的特征在于包括根據該鍋爐輸入指令信號的用途用于分別產生供水、燃料和空氣流速的設定信號的多個函數發生器，這樣在上述設定信號的基礎上對供水、燃料和空氣進行反饋控制。
2.如權利要求
1所述電廠控制系統，該系統的特征在于進一步包括用于產主蒸汽溫度的設定信號的一函數發生器，和將該設定信號與指示檢測到的主蒸汽溫度的反饋信號作比較從而產生用控制提供給位于蒸汽流管道中途的過熱蒸汽降溫器的噴流流速的一個指示信號的裝置。
3.一熱電廠的自動控制系統包括一鍋爐，一汽輪機和一電力發電機，包括通過比較負載指令信號與指示檢測的鍋爐主蒸汽壓力的反饋信號因而產生一鍋爐輸入指令信號的施加于熱電廠的修正負載指令信號的裝置，該裝置的特征在于包括產生供水流速和主蒸汽溫度設定信號的函數發生器，其根據該鍋爐輸入指令信號的用途控制由鍋爐產生的蒸汽，包括根據該鍋爐輸入指令信號的用途用于控制提供給鍋爐燃料產生燃料流速設定信號的函數發器，包括根據該鍋爐輸入指令信的用途用于在鍋爐中控制燃料燃燒產生對空氣的總流速設定信號的一函數發生器，包括根據該鍋爐輸入指令信號的用途用于控制鍋爐的通風過程產生一在強迫通風扇出口處的通風流速設定信號的一函數發生器的上述設定信號的基礎上單獨的終端驅動設備進行控制。
4.如權利要求
3所述的一電廠控制系統，其特征在于過程控制器被安排用于分別控制由鍋爐產生的蒸汽、提供給鍋爐的燃料、鍋爐的燃燒過程及通風過程，用于施加于熱電廠的在上述負載指令信號的基礎上該鍋爐輸指令信號的裝置被安排在主控制器中。
5.如權利要求
3所述的電廠控制系統，該系統的特征在于進一步包括根據該鍋爐輸入指令信號的用途用于產生一空氣流速指令信號的一個第一函數發生器，根據該鍋爐輸入指令信號的用途用于產生一排出氣體的氧氣濃度的設定信號的一第二函數發生器，將產生于第二函數發生器的設定信號與一指示檢測氧氣濃度的反饋信號作比較的控制裝置的輸出信號和上述第一函數發生器的輸出信號的基礎上用于產生一經修正的空氣流速指令信號和把該經修正的空氣流速指令信號作為一總空氣流速指令信號加到上述的過程的裝置。
6.一熱電廠的自動控制系統，其特征在于一根據一外加負載指令信號控制一汽輪機和在產生于一鍋爐的主蒸汽檢測壓力的基礎上通過修正該負載指令信號產生一鍋爐輸入指令信號的主控制器，該主控制器從而能通過該輸入指令信號控制鍋爐的不同部件，根據該鍋爐輸入指令信號的用途，一水/蒸汽過程控制器將控制信號施加在鍋爐不同部件的終端驅動設備中控制一水/蒸汽過程的設備上，根據該鍋爐輸入指令信號的用途，一燃料過程控制器將控制信號施加在鍋爐不同部件的終端驅動設備中控制-燃料過程的設備上，根據該鍋爐輸入指令信號的用途，一燃燒過程控制信號施加在鍋爐不同部件的終端驅動設備中控制一燃燒過程的設備上，根據鍋爐輸入指令信號的用途，一通風過程控制信號施加在鍋爐不同部件的終端驅動設備中控制一通風過程的設備上。
專利摘要
一熱電廠的自動控制系統包括根據外加負載指令信號控制一汽輪機和在產生于鍋爐的主蒸汽檢測壓力的基礎上通過修正負載指令信號產生一鍋爐輸入指令信號的控制器，一水/蒸汽過程控制器，一燃燒過程控制器和一通風過程控制器，鍋爐輸入指令信號從主控制器被施加到上述所有控制器中。過程控制器將控制信號施加到設備上在鍋爐不同部件的終端驅動設備中分別控制水/蒸汽過程、燃料過程、燃燒過程和通風過程。
文檔編號F01K13/00GK86101633SQ86101633
公開日1986年9月17日 申請日期1986年3月11日
發明者菅野彰, 山野道灑千屋 申請人:株式會社日立制作所, 日立工程株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan