超超临界火电机组燃烧控制系统设计

,毕业论文（设计）题目：超超临界火电机组燃烧控制系统设计姓名林逸君学号************学院控制科学与工程学院专业测控技术与仪器年级 2011级指导教师刘红波2015年 5 月 10 日目录摘要 (3)ABSTRACT (4)第一章绪论 (5)1.1课题背景及意义 (5)1.2 超超临界火电机组控制技术应用现状 (5)1.3 毕业设计主要内容 (5)第二章超超临界火电机组燃烧控制系统概述 (6)2.1 机组工艺流程简述 (6)2.2 机组燃烧过程控制系统任务 (7)2.3 机组燃烧过程控制系统组成与特点 (8)第三章超超临界火电机组燃烧控制方案设计 (9)3.1常规控制方案 (9)3.2改进控制方案 (10)第四章控制方案仿真验证 (10)4.1 MATLAB简介 (11)4.2 控制方案的Simulink仿真验证................................. 错误!未定义书签。

结论. (15)致谢 (16)参考文献 (17)附录附录1 Controller design for a 1000 MWultra super critical once-through boiler power plant附录2 文献翻译摘要随着科学技术的进步，传统电厂的工作方式正在发生着革新，超超临界电厂得到了越来越广泛的应用。

相比于传统电厂，超超临界电厂主要区别在于提高了锅炉内的工质，一般为水的压力，来提高电厂的发电效率。

本文通过对电厂燃烧过程控制系统的改进来减少电厂控制变量之间的相互干扰，从而进一步提高电厂的发电效率。

首先，根据电厂的工作原理分析出电厂各控制变量与各被控量之间的相互关系，建立电厂的简化数学模型。

之后，根据各变量之间的相互作用关系采取PID增益控制、解耦等方式提出改进的控制方案。

然后，根据从网上搜集到的超超临界电厂在实际工况下所采集到的数据完成数学模型的数据输入工作。

最后，通过MATLAB下的Simulink工具箱对数学模型进行仿真实验，得出电厂输出量的波形图，通过对比研究改进后的控制方案的实际运行成果。

关键词：超超临界电厂, 燃烧过程控制系统, 数学模型, MATLAB, Simulink仿真ABSTRACTWith the progress of science and technology, an innovation of traditional power plants is proceeding, ultra supercritical power plants are being applied more and more general. Compared to traditional power plants, ultra supercritical power plants raise the pressure of the working medium, usually water, in their boilers to improve their generating efficiency. This thesis focuses on the way to improve the combustion process control system of the power plant to reduce the interferences during each of the power plant control variables. So that we can further improve the generating efficiency of our power plant. First of all, according to the working principle of the power plant we analysis how its control variables and controlled variables affect each other, so we can build a mathematical model of them. Secondly, by using PID controllers, decoupling or other ways we set up an improved combustion process control system control plan. Then, by searching the Internet we find some data from a real ultra supercritical power plants in order to input them into our mathematical model. Last of all, through Simulink, a toolbox from MATLAB we make a simulation for our model, after we have a conclusion in the oscilloscopes we can find out how our plan improves the efficiency of the power plant.Key words: ultra supercritical power plant, combustion process control system, mathematical model, MATLAB, Simulink simulation第一章绪论1.1课题背景及意义近年来，随着更多高性能材料的投入与设备制造技术的不断提高，以提高主蒸汽参数为目标的超超临界火力发电机组在世界范围内得到了越来越广泛的关注。

从世界范围看，自二十世纪五十年代开始，以美国为首的世界发达国家开始了超临界机组的研究与应用。

1957年，世界上第一台超临界机组在美国落成运行。

到了二十世纪九十年代，超临界机组技术基本发展成熟，欧美日等发达国家开始着手研究超超临界机组技术。

到了2000年前后，其首台超超临界机组基本开始投入运营。

在国内，从上世纪八十年代末期，我国从国外购进了16台大容量超临界机组，在生产实践中对超临界技术有了一定的掌握。

进入二十一世纪以后，通过对国外先进技术的不断借鉴研究，我国如今正逐步完成从常规300MW、600MW的亚临界机组到600MW、1000MW的超临界、超超临界机组的过渡。

本文主要研究的就是超超临界火电机组中的燃烧系统控制，以提高机组的热效率为途径，达到提高发电效率，节约能源的目的。

1.2超超临界火电机组控制技术应用现状国外的超超临界机组技术从二十一世纪初开始便已比较完善，国内的相关技术虽然起步比较晚，但通过进口大型机组等方式研究掌握了部分世界上的先进技术。

在研究的早期，由于资金的紧缺与国际上对于超超临界先进技术的垄断，国内的研究机构与高等院校虽然虽然在一些小型工业装置上取得了一定的成果，但对于大规模的实用性机组一直没能攻破技术难关。

如今，在国内几大能源巨头企业的牵头下，国内积极引进世界先进技术，结合国内以煤炭为主要能源的背景，努力把发电效率提高到45%左右的水平，紧跟世界上43%～47%净效率的超临界、超超临界发电机组。

截止到2009年，我国已有23台超超临界机组投产，其中1000MW级13台，600MW级10台，占火电装机容量的18%。

另外，还有一批超超临界机组正在建设。

超超临界机组将成为今后火电机组发展的重点方向。

1.3 毕业设计主要内容本论文主要对超超临界火电机组的工作原理和对象特性进行介绍和分析，在分析了超超临界火电机组的各种控制要求和影响因素的基础上，总结和归纳出系统的主要控制目标，并根据控制目标建立机组燃烧系统比较符合实际的数学模型。

并对超超临界火电机组燃烧系统常规控制系统的设计方法进行介绍和分析，提出改进的过程控制方案。

设计好此方案后，采用MATLAB属下的Simulink集成化仿真软件验证所设计控制方案的有效性。

第二章超超临界火电机组燃烧控制系统概述2.1 机组工艺流程简述图1为一间典型的1000MW超超临界锅炉电厂的构成框图。

图1 1000MW超超临界电厂构成这间电厂使用了三个省煤器来控制经由给水系统进入锅炉的水的温度达到预设值。

用了两台鼓风机和两台主风机来为空气预热器提供空气。

空气预热器把加热完毕的热空气输入研磨机、燃烧器和锅炉中。

而主风机也把冷空气输入研磨机中。

燃料（煤）通过研磨机研磨成粉末，再从燃烧器燃烧后将热量输入到锅炉当中。

通过控制两台引风机把炉内压力控制在预设值。

水冷壁成垂直螺旋形包围锅炉。

锅炉所输出的烟气分别通过过热器、再热器、节约装置和空气预热器作用于锅炉内各需要热量的装置中，以锅炉内提高蒸汽、水和空气的温度。

在锅炉的顶部有一个分离器，其主要作用为给主过热器提供高压蒸汽以及减少蒸汽中的杂质。

过热器由4部分组成，分别是主过热器、分级过热器、屏式过热器和末级过热器。

蒸汽在经过高压涡轮后被再热器系统的主再热器和末级再热器重新加热。

最后，蒸汽输入一个由高压涡轮、中压涡轮、低压涡轮三部分组成的复合三重涡轮机中，推动涡轮的运转，生成电力。

超超临界机组的燃烧控制系统主要包括研磨系统、燃烧器等各子系统的的控制，燃烧系统推动了锅炉内主要设备的运行，其由给煤机、磨煤机、轻油系统、三大风机、实现燃烧的炉膛等组成。

燃烧控制系统对这些设备的运行进行有效的控制，是锅炉安全经济运行的保证。

2.2机组燃烧过程控制系统任务锅炉燃烧过程实际上是把燃料内的化学能通过燃烧进行能量释放的过程。

一间典型的超超临界电厂的基本工作原理是用燃烧燃料所释放的热量对电厂的给水进行加热形成水蒸汽，水蒸汽推动汽轮机做工实现发电。

可见，燃料的燃烧过程是实现能量转换的关键一步。

燃烧控制系统的基本任务是保证燃料燃烧提供的热量和蒸汽负荷需求的能量相平衡，同时保证锅炉安全经济地运行。

一台超超临界机组的具体燃烧控制任务，受该机组锅炉的运行方式、燃料种类、燃烧设备等因素影响，因此所需的控制方案不尽相同。

但就一般来说，机组燃烧控制系统的控制任务可概括为以下几点：（1）满足机组负荷需求，维持主汽压在允许范围机组靠燃料燃烧提供能量输入，所以燃烧控制系统响应协调控制系统的负荷指令所需的时间越短越好。

机组主汽压的变化是对锅炉与汽轮机之间的能量需求平衡关系的反映。

维持主汽压在一定范围内变化，就保证了热量供给与蒸汽负荷的平衡。

通过对进入炉膛的燃料量的控制来控制主汽压的数值，是满足机组能量平衡的主要控制手段。