GB/Z 21193.1-2007 矿物燃烧蒸汽发电站 第1部分：限幅控制

；

犐犆犛２５．０４０．４０２７．１００

犖１８

中华人民共和国国家标准化指导性技术文件

／—／／：

犌犅犣２１１９３．１２００７犐犈犆犜犚６２１４０１２００２

矿物燃烧蒸汽发电站

第部分：限幅控制

１

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

—

犉狅狊狊犻犾犳犻狉犲犱狊狋犲犪犿狅狑犲狉狊狋犪狋犻狅狀狊

狆

：

犘犪狉狋１犔犻犿犻狋犻狀犮狅狀狋狉狅犾狊

犵

（／：，）

ＩＥＣＴＲ６２１４０１２００２ＩＤＴ

２００７１１１４发布

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

发布

中国国家标准化管理委员会

／—／／：

犌犅犣２１１９３．１２００７犐犈犆犜犚６２１４０１２００２

目次

前言Ⅲ

引言Ⅳ

１范围１

２符号、下标、缩略语１

２．１符号１

２．２下标２

２．３缩略语（也可用作下标）２

３限幅控制的功能２

３．１被限幅的值３

３．２限幅功能性模块３

４限幅控制列表４

附录（资料性附录）锅炉蒸汽压力上限限幅

Ａ８

Ａ．１任务８

Ａ．２控制结构描述８

Ａ．３运行特性１０

Ａ．４附加信息１０

附录（资料性附录）锅炉蒸汽压力下限限幅国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

Ｂ１１

Ｂ．１任务１１

Ｂ．２控制结构描述１１

Ｂ．３运行特性１２

Ｂ．４附加信息１３

附录（资料性附录）承受压力部件中的热应力限幅控制

Ｃ１４

Ｃ．１任务１４

Ｃ．２控制结构描述１４

Ｃ．３运行特性１５

附录（资料性附录）直流锅炉中蒸发器流量的下限限幅

Ｄ１７

Ｄ．１任务１７

Ｄ．２控制结构描述１７

Ｄ．３运行特性２１

附录（资料性附录）给水功能组的限幅控制

Ｅ２４

Ｅ．１任务２４

Ｅ．２控制结构描述２６

Ｅ．３运行特性２６

Ｅ．４更复杂的控制结构２９

附录（资料性附录）炉膛热量输出的下限限幅，以直接燃烧煤粉炉为例

Ｆ３１

Ｆ．１任务３１

Ｆ．２控制结构描述３２

Ｆ．３运行特性３２

Ⅰ

／—／／：

犌犅犣２１１９３．１２００７犐犈犆犜犚６２１４０１２００２

附录（资料性附录）允许的汽轮机热应力

Ｇ３６

Ｇ．１任务３６

Ｇ．２控制系统描述３７

Ｇ．３运行特性３７

Ｇ．４附加信息３８

图被控变量全过程中的变化

１３

图Ａ．１采用了旁路设备的上限蒸汽压力限幅控制设备控制回路图８

图Ａ．２常规发电站单元的压力特征值（用被修改的平滑压力表示）９

图Ａ．３常规发电站蒸汽旁路设备的主控制功能方案９

图Ｂ．１下限蒸汽压力限幅控制设备控制回路图１１

图Ｂ．２常规电站单元的压力特征值（用被修改的平滑压力表示）１２

图Ｂ．３常规发电站主汽压最小压力控制的主控制功能方案１２

图Ｃ．１数据记录、计算、显示；限幅控制的文本１４

图Ｃ．２蒸汽温度的设定值给定１５

图Ｄ．１启动低出力运行的启动系统１７

图Ｄ．２主流量中带循环泵的给水控制１８

图Ｄ．３旁路流量中带循环泵的给水控制１９

图Ｄ．４通过给水泵循环的给水控制２０

图Ｄ．５负荷上升期间蒸发器流量的限幅２１

图Ｄ．６在停机过程中蒸发器流量的限幅２２

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

图Ｅ．１给水功能组的设备全貌２５

图Ｅ．２带限幅曲线的给水泵特征２６

图Ｅ．３带限幅和结构转换的给水控制简化功能方案２８

图Ｅ．４带速度控制电动泵和低出力控制阀的给水控制常规方案２９

图Ｆ．１制粉单元设备连接图３１

图Ｆ．２最小炉膛热量出力限幅控制的常规方案３３

图Ｆ．３带供油的制粉单元启动例子。油点火出力（为了点燃煤）的最少油出力。采用其他燃烧

器组来满足锅炉的炉膛热量输出３４

图Ｆ．４制粉单元停机的例子。采用其他燃烧器组来满足锅炉的炉膛热量输出３４

图Ｇ．１应力允差量的形成３６

表１限幅控制列表４

表Ｄ．１２０

表Ｅ．１被控变量、参考变量和操作变量的分配２６

表Ｅ．２被控变量、参考变量和操作变量的分配３０

Ⅱ

／—／／：

犌犅犣２１１９３．１２００７犐犈犆犜犚６２１４０１２００２

前言

／《矿物燃烧蒸汽发电站》分为如下几部分：

ＧＢＺ２１１９３

———第部分：限幅控制；

１

———第部分：汽包水位控制；

２

———第部分：蒸汽温度控制。

３

本部分为／的第部分。

ＧＢＺ２１１９３１

本部分等同采用／：《矿物燃烧蒸汽发电站第部分：限幅控制》（英文版）。

ＩＥＣＴＲ６２１４０１２００２１

为便于使用，对／：做了下列编译性修改：

ＩＥＣＴＲ６２１４０１２００２

ａ）“技术报告”一词改为“指导性技术文件”；

）删除／：的前言；

ｂＩＥＣＴＲ６２１４０１２００２

）删除／：的引言；

ｃＩＥＣＴＲ６２１４０１２００２

）本部分中“限幅控制”一词等同于标准／—中的“极限控制”；

ｄＧＢＴ２９００．５６２００２

）根据电力行业的正规出版物及标准，将本部分中缩略语“锅炉”改为“锅炉”。

ｅＳＧＢ

本部分的附录、附录、附录、附录、附录、附录和附录均为资料性附录。

ＡＢＣＤＥＦＧ

本部分由中国机械工业联合会提出。

本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会第二分技术委员会归口。

本部分负责起草单位：西南大学。

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

本部分参加起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、中国四联仪器仪表集团、西安热工

研究院有限公司、北京机械工业自动化研究所、上海工业自动化仪表研究所。

本部分主要起草人：赵亦欣、刘枫、潘东波。

本部分参加起草人：冯晓升、刘进、周明、谢兵兵、陈诗恩。

本部分是首次发布。

Ⅲ

／—／／：

犌犅犣２１１９３．１２００７犐犈犆犜犚６２１４０１２００２

引言

本部分是／中的一部分，它包含了对矿物燃烧发电站在控制回路上的正确设计和运行

ＧＢＺ２１１９３

方面的建议。它们是基于目前所采用的技术解决方案，同时为了正确地理解，本部分也提出了必要的背

景信息。

本部分提出或包含了特殊的技术解决方案，主要是针对满足相似的用户需求功能，形成一个公认的

方法来表示矿物燃烧发电厂操作人员和供应商功能性需要。

在给出的时间内，本部分被严格地视同为特定的技术解决方案例子，其目的是为了鼓励在该专题上

观点统一而促进讨论。

／里有两种类型的指导性技术文件。

ＧＢＺ２１１９３

第一种类型的指导性技术文件涉及到锅炉的特殊控制回路，如汽包水位控制或蒸汽温度控制，以及

它们所处于的正常运行条件。

第二种类型的指导性技术文件指出了在限制条件下确保正常运行的特殊方法，例如在上升和下降

期间，或者在异常运行状况中，或者它们与机炉主控系统有关，如负荷控制系统或频率控制系统。这些

指导性技术文件通常把发电站单元归为一个整体。

／中的每个部分都是相互独立的，然而，它们的内容很大程度上是相互协调的。这个系

ＧＢＺ２１１９３

列是可以补充的。

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

Ⅳ

／—／／：

犌犅犣２１１９３．１２００７犐犈犆犜犚６２１４０１２００２

矿物燃烧蒸汽发电站

第部分：限幅控制

１

１范围

本部分涉及矿物燃烧蒸汽发电站的限幅控制。

从限幅控制的任务和作用来看，它们位于实际运行控制和保护设备之间。运行控制的任务是以所

产生的输出总是与预先设定值相对应的方式来控制发电过程，并在此目的下各个子系统按照经济和环

境的要求运行。保护设备的任务主要是通过停机的方法来保护人员、环境和设备及其部件不被损坏。

限幅控制用于支持运行控制，因此，在过渡过程中可能所处的限制条件下能够连续地运行，例如，在开机

和停机期间，以及在异常运行状况中。

限幅控制常常使用运行控制的执行机构，它们可以如同运行控制一样被切除。然而，当限幅控制被

切除时，在保护设备被触发之前，过程值的前期自动限幅就不再存在，因此，限幅控制与保护设备不同，

保护设备不能被切断，并且它多数是通过其专用的执行机构来发挥作用。本指导性技术文件与运行控

制和保护设备无关。

子系统的控制任务可随着整个设备运行状况的不同而变化。为了适应各种控制任务，结构变换被

执行。以下是为设备提供的可选择的结构：

———在运行控制与限幅控制之间；

———在限幅控制内；国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

———在运行控制内。

因此，对于过程任务，结构变换不是孤立的控制解决方案，它们与限幅控制一起在本部分中被涉及

（见附录到附录）。

ＡＧ

２符号、下标、缩略语

下列符号、下标和缩略语适用于本部分。

２．１符号

质量犿；

质量流量、质量产量犿；

速度狀；

压力；

狆

压力变化速度；

狆

差压Δ狆；

功率犘；

热量犙；

热通量犙；

时间；

狋

温度；

温差Δ；

材料应力；

σ

控制误差犲；

１

／—／／：

犌犅犣２１１９３．１２００７犐犈犆犜犚６２１４０１２００２

参考变量狑；

被控变量狓。

２．２下标

外部的ｅｘ；

运行，运行的ｏ；

ｐ

电的ｅｌ；

内在的，内部的（内壁温度）；

ｉ

平均的（平均壁温）；

ｍ

实际值ａｃｔ；

最大ｍａｘ；

中心；

ｃ

最小ｍｉｎ；

参考ｒｅｆ；

设定值ｓ；

ｐ

目标值ｔａｒｅｔ；

ｇ

允许的ｅｒｍ；

ｐ

上限限幅ｕＬ；

下限限幅ｌＬ。

２．３缩略语（也可用作下标）

出口Ｏ；

燃料Ｆ；

锅炉Ｂ；国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

入口；

Ｉ

省煤器ＥＣＯ；

输送（例如：———压力输送）；

Ｄ

狆

Ｄ

有效的蒸汽（主蒸汽）ＬＳ；

限幅值；

Ｌ

高压ＨＰ；

常数Ｋ；

中压ＩＰ；

低压ＬＰ；

给水箱ＦＷＴ；

给水泵ＦＷＰ；

给水ＦＷ；

循环Ｃ；

蒸发器Ｅ；

参考变量Ｗ；

再热器ＲＨ；

再热器高温侧ＨＲＨ；

设定值给定ＳＰＧ；

高压出口ＨＰＯ。

３限幅控制的功能

运行控制的功能以及与限幅控制的交替，通过图采用过程变量（被控变量）随时间的变化来表示。

１

２

／—／／：

犌犅犣２１１９３．１２００７犐犈犆犜犚６２１４０１２００２

图１被控变量全过程中的变化

区域：通过运行控制，设备故障影响、设备局部故障影响或过程的故障影响被约束在允许的限制

Ⅰ

内，被控变量要回到运行设定值犠ｏｐ。

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

区域：故障的影响不再能够由运行控制来控制：在时刻，限幅控制介入并使偏离运行控制设定

ⅡＡ

值的被控变量回到设定值犠ｕＬ（上限限幅）或设定值犠ｌＬ（下限限幅），控制任务将转回到运行控制：

———通过调整设定值，或者；

———通过促使被控变量趋近于运行设定值。

这可以是手动或自动来完成。

区域：过程故障导致被控变量的变化，它既不能通过正常的运行控制来抑制，也不能通过限幅控

Ⅲ

制来抑制。在时刻，保护介入，安全地防止达到设计基值。

Ｂ

３．１被限幅的值

依赖于过程及其部件的要求，以下值必须被限幅：

———状态变量；

———状态变量的衍生变量，诸如此类；

———单个过程变量组合的结果。

这是由以下特定的限幅来完成：

———运行控制回路的参考变量；

———运行控制回路的被控变量；

———运行控制回路的被操作变量。

更可能是由针对限幅目的的独立控制回路来实现。

３．２限幅功能性模块

如３．１所列，限幅干预可以通过两种不同方法来完成。

ａ）直接干预到运行控制的结构

可以通过下列方法来完成：

●通过一个分离的逻辑来触发切换，并因此改变控制结构

３

／—／／：

犌犅犣２１１９３．１２００７犐犈犆犜犚６２１４０１２００２

———通过激活限幅变量来代替正常被控变量；

———通过保持斜率；

———通过限定积分作用。

●通过极限选择器模块（最小值、最大值）组合而成的选择回路

ｂ）分离控制回路的实现

数据记录仪、控制器、执行器都是独立构成的并与运行控制分离。在这种情况下，干预被直接

完成到过程，而不靠运行控制信号切换或选择的方法。

４限幅控制列表

对于发电站单元机组非常重要的限幅控制在以下被列出。按照发电站独立功能组的结构，只有一

部分限幅控制被要求，否则，还要提供在此没有被陈述到的其他限幅控制。

最重要的限幅控制在表中列出，在附录到附录中，一些被选择的例子按照易于理解的方式

１ＡＧ

进行了描述，根据控制任务的重要性和复杂性来作出选择。

表１限幅控制列表

控制结构期间的运行状况

功能组任务附加注释

被控变量参考变量操作变量启动停机功率变化

故障会导致安全阀或特定

最大运高压旁路设备的附加设备

行高压动作，导致高压旁路设备

高压蒸汽高压旁

高压旁高压蒸蒸汽压的附加设备快速打开，并

压力的上路阀的无效有效有效

路设备汽压力力（依赖将因此代替高压安全阀。

限限幅阀位

于蒸汽必须注入水去调节旁路设

流量）国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页备后的蒸汽温度。

详细内容见附录Ａ

被要求

的最小通过带分离的速度／功率

汽轮机

高压蒸汽运行高控制参考变量切换，高压

高压压高压蒸高压控

压力的下压蒸汽有效无效有效最小压力控制也可用作

力系统汽压力制阀的

限限幅压力（依为高压初始压力控制。

阀位

赖于蒸详细内容见附录Ｂ

汽流量）

给水流

故障导致过早的材料消

设定值允许壁量、进水

限幅压力壁温差耗，并因此缩短寿命。对

给定单温差Δ流量、蒸

容器中热Δ组件有效有效有效于锅炉不要求特殊的联

元机组允许组汽流量、

应力σ热应力锁和保护停机。

发电件σｅｒｍ燃料流

ｐ详细内容见附录Ｃ

量

ａ）给水

故障将导致并排蒸发器

泵速率

管路不平衡的流通流量

（正常运

限幅蒸发蒸发器被要求和冷却流量，并因此危害

行）有效（再

器流量到（省煤器的最小管路。

给水ｂ）给水有效有效循环运

最小值（下前给水蒸发器只对强制流通的锅炉有

控制阀行中）

限限幅值）流量）流量要求。

节流（低

详细内容见附录和附

Ｄ

功率运

录（）

ＥＥ．１．５

行）

４

／—／／：

犌犅犣２１１９３．１２００７犐犈犆犜犚６２１４０１２００２

表（续）

１

控制结构期间的运行状况

功能组任务附加注释

被控变量参考变量操作变量启动停机功率变化

故障可能导致给水泵损

坏（在抽水管中的闪蒸现

给水箱有效有效象）。通常，只对异常运

给水箱中压降的

中压力给水泵（在快（在功率行状态作要求，例如，当

给水压降的速允许速无效

变化的转速速停快速降除氧器的热力除氧无法

率限幅率

速率机中）低中）保证足够时。

详细内容见附录Ｅ

（）

Ｅ．１．４

限幅给水

给水汇允许的在异常故障可能导致管道损坏

汇管中的给水泵

给水管中的最大压无效无效情况下详细内容见附录Ｅ

压力到最速度

压力力有效（）

Ｅ．１．７

大值

ａ）给水

故障可能导致不同的给

限幅泵压高压蒸控制阀

水泵抽引压力或进水压

力和高压汽出口节流（正在异在异

给水泵在异常力在某种运行情况下过

蒸汽出口压力加常运行）常情常情

给水出口压情况下低，尤其是对于自然循环

压力之间