锅炉燃烧过程控制系统解析
锅炉燃烧控制系统教学
控制特点
当燃料主控投自动时，燃料调节器的入 口偏差等于限制后的锅炉主控指令减去进 入锅炉的总燃料量。燃料偏差经过PI调节 器后形成自动方式下的燃料主控指令，该 指令同时送至所有运行磨煤机容量风门控 制回路，形成运行磨煤机容量风门开度的 设定值。
燃料主控输出回路是一个单回路多输出 控制系统，即一台调节器控制多台执行 器的系统。为了达到每台执行器分别投 自动时均能实现无扰动切换，系统中设 置了平衡与增益调整块BALANCER。平 衡与增益调整块BALANCER 的输出并行 地送到所有运行磨煤机容量风门分操控 制回路。
磨煤机在运行中，通常希望磨煤机出力同 输入到磨煤机的原煤量保持平衡。因此，系 统还引入了磨煤机总的一次风量同给煤机总 的给煤量之间的修正控制，以确保磨煤机内 煤位维持在最佳状态，使燃烧控制系统的风 /煤比保持恒定。不投油时进入锅炉的燃料 量以四台磨煤机的一次风量之和表示。为了 使炉内形成富氧燃烧，控制回路设计有锅炉 主控指令对总风量反馈信号的交叉限制。
A磨煤机出口风粉 温度两侧平均值
M/A站切手动
-
Δ + V≯
ATA
+
-
Δ
ATA
A磨煤机右侧 容量风量控制
f(x)
A磨煤机热风档板 控制指令
f(x)
A磨煤机冷风档板 控制指令
图3-2 磨煤机A出口风粉混合物温度控制
磨煤机出口温度设定值由运行人员在 操作站上手动设定（出口温度一般控制在 70～90℃范围内变化）。
因为选用的是双进双出磨煤机，故每 台磨煤机容量风门分左、右两侧，两侧 分别设立独立的M/A操作站。
在磨煤机A～D容量风门的各分操控制 回路中，还设置了由加法块∑、速率限 制块Ⅴ≯组成的偏置调整回路，运行人 员可以手动调整各自的偏置大小，使每 个磨组供给的燃料量与燃料请求指令相 适应，偏置值调整范围约为正负10%。
燃煤锅炉燃烧控制系统与工程化应用介绍
燃煤锅炉燃烧控制系统与工程化应用介绍简介燃煤锅炉是目前工业生产和居民生活中广泛使用的一种发热设备。
然而，其高能耗、高污染的特点也使其成为环保领域关注的焦点。
燃烧控制是影响锅炉能耗和排放水平的重要因素之一。
在这一背景下，燃煤锅炉燃烧控制系统的研究和工程化应用具有重要意义。
燃煤锅炉燃烧控制系统燃煤锅炉燃烧控制系统是指控制煤粉、空气、烟气等因素，使其在燃料燃烧区内良好混合，实现燃烧效率的最大化，同时控制排放的一套自动控制系统。
其包括三个子系统：煤粉输送及控制系统煤粉输送及控制系统主要负责将经过煤粉磨机加工后的煤粉送入锅炉。
在此过程中，应精确控制煤粉的输送速度和质量。
另外，还需要对煤粉进行仔细的采样与分析，以保证燃烧效率和排放水平。
空气供应及调节系统空气供应及调节系统主要负责为锅炉提供所需空气。
它包括进风机、风道、调节阀等组成的供氧系统，以及空气预热系统。
空气预热可以利用余热，提高燃烧效率和节能降耗。
烟气排放系统烟气排放系统主要负责处理和排放锅炉产生的烟尘和废气。
它包括除尘器、脱硫装置、脱硝装置等组成的烟气净化系统，以及烟气处理后的排放管线。
工程化应用目前，我国在钢铁、电力等行业广泛使用燃煤锅炉。
其中，燃烧控制技术的应用，可以有效降低能耗，提高企业竞争力，同时减少污染排放，实现环保要求。
控制策略优化控制策略优化是燃煤锅炉燃烧控制系统的重要方向。
通过优化控制策略，可以提高系统响应速度和控制精度，同时保证系统安全性和稳定性。
目前，燃煤锅炉燃烧控制系统已经发展到了第三代控制策略，即模型预测控制和智能控制。
自动化控制燃煤锅炉燃烧控制系统的自动化控制能力一直以来都是人们努力的方向。
通过实现集中控制和自动化能力，进一步提高燃烧效率和降低排放水平。
智能化控制智能化控制是燃煤锅炉燃烧控制系统工程化应用的新方向。
它可以帮助企业实现操作自动化，同时通过分析历史数据与先进算法相结合，自动进行控制策略生成，使燃烧效率和排放水平达到最优。
《锅炉燃烧控制系统》课件
05
燃烧控制系统的应用与案 例分析
燃烧控制系统在工业锅炉中的应用
工业锅炉是燃烧控制系统的重要应用领域之一，通过采用先进的燃烧控 制系统，可以提高锅炉的燃烧效率、降低能耗和减少污染物排放。
工业锅炉的燃烧控制系统通常包括燃料供应系统、空气供应系统、燃烧 器控制系统等，通过协调控制这些系统，实现锅炉的稳定燃烧和高效运
03
根据燃烧方式，可分为 层燃炉、室燃炉、循环 流化床炉等。
04
根据用途，可分为工业 锅炉和电站锅炉等。
03
燃烧控制系统的工作原理
控制系统的基本组成
01
02
03
04
传感器
用于检测锅炉运行状态和燃烧 参数，如温度、压力、流量等
。
控制器
根据传感器采集的数据进行计 算和控制，输出控制信号。
执行器
根据控制信号调节燃烧设备的 运行，如调节阀、电机等。
04
燃烧控制系统的关键技术
燃烧控制技术
燃料控制
根据锅炉的负荷需求，调整进入锅炉的燃料 量，确保锅炉稳定运行。
燃烧效率优化
通过调整燃料和空气的配比，提高燃烧效率 ，降低能耗。
点火与火焰监测
自动点火并监测火焰状态，防止锅炉熄火， 确保安全运行。
排放控制
控制燃烧过程，减少有害气体和颗粒物的排 放。
温度控制技术
燃烧反应过程中，燃料与空气中的氧气发生化学反应，释放出能量，同时生成废气 和灰渣。
锅炉燃烧系统通过合理组织燃烧，提高燃烧效率，降低污染物排放，实现能源的高 效利用。
锅炉燃烧系统的组成
锅炉燃烧系统主要由燃烧 器、炉膛、送风系统、排 烟系统、灰渣排放系统等 组成。
燃烧器是燃烧系统的核心 部件，负责提供燃料和空 气的混合物，并组织燃烧 过程。
燃烧过程自动控制系统ppt课件
图7-16 燃烧调节系统组合示意图
三、汽压调节对象的生产流程及其动态特性
汽压调节对象生产流程示意如图7-17(b)所示。燃 料与相应的送风量进入炉膛，燃料燃烧产生的热量被布 置在炉膛四周的蒸发受热面吸收而产生蒸汽，蒸汽流经 过热器加热成过热蒸汽，过热蒸汽由蒸汽管道送入汽轮 机做功。
§7-3燃烧过程自动控制系统分析
一、燃烧过程自动调节的任务
锅炉燃烧过程自动调节的目的在于使进入锅炉的燃烧 的燃烧热量与锅炉的蒸汽负荷要求相适应，同时保证锅 炉燃烧过程安全经济地运行。因此，当负荷改变时，锅 炉将需要进行燃烧的调整。
锅炉燃烧调节需要包括下列几项内容： 1、燃料量调节 2、送风量调节 3、引风量调节
汽压对象之所以有自平衡能 力是因为汽压升高后，汽机调门 开度不动，而汽机的进汽量DT相 应地增加，自发地限制了汽压的 升高。汽包压力Pd与主蒸汽压力 PT之差△P是随着蒸汽流量增加 而增大的，因此△P2＞△P1。
∆P1 ∆µB
∆P2
µB
0
t
DT
0 Pd,PT
T
t Pd PT
t 0
τB
图 9-5 燃烧率扰动时汽压的阶跃响应曲线 (µT)不变
2．负荷扰动下汽压控制对象的动态特性
⑴在μT扰动时：
在μT扰动下汽包压力控制对象为一阶惯性环节,主蒸汽压力控制对 象为比例环节和一阶惯性环节的并联环节，阶跃响应曲线：
⑵在DT扰动时：
第三节 燃烧过程控制信号的测取 The Collection of Control Signal
锅炉燃烧控制方案
锅炉燃烧控制方案1. 引言锅炉燃烧控制是现代锅炉系统中非常重要的一部分。
有效的燃烧控制可以提高能源利用率，降低能源消耗，减少环境污染。
本文将介绍一种高效的锅炉燃烧控制方案，包括锅炉燃烧系统的组成、燃烧过程的主要参数和控制策略。
2. 锅炉燃烧系统的组成锅炉燃烧系统主要由燃烧器和燃烧控制系统组成。
2.1 燃烧器燃烧器是将燃料和空气混合并进行燃烧的装置。
它通常包括燃料喷嘴、燃烧室和风门。
燃料喷嘴将燃料喷射进入燃烧室，风门调节空气的流量和氧气的浓度，确保燃料能够充分燃烧。
2.2 燃烧控制系统燃烧控制系统负责监测和控制燃烧过程的各个参数。
它通常包括燃烧器控制器、氧气浓度检测器和燃烧温度传感器。
燃烧器控制器接收并处理来自传感器的信号，根据预设的控制策略调整燃烧器的工作状态，以达到稳定的燃烧效果。
3. 燃烧过程的主要参数燃烧过程的主要参数有燃料流量、空气流量、氧气浓度和燃烧温度。
3.1 燃料流量燃料流量是指单位时间内进入燃烧室的燃料量。
它的大小直接影响燃烧的强度和稳定性。
燃料流量的控制通常通过调节燃料喷嘴的开度来实现。
3.2 空气流量空气流量是指单位时间内进入燃烧室的空气量。
空气中的氧气是燃烧的必需品，过多或过少的空气都会影响燃烧效果。
通常通过调节风门的开度来控制空气流量。
3.3 氧气浓度氧气浓度是指燃烧室中氧气的浓度。
它是燃烧过程中重要的参数，直接影响燃烧的效率和产物的排放。
通过氧气浓度检测器监测燃烧室中的氧气浓度，并将信号传给燃烧器控制器进行相应的调整。
3.4 燃烧温度燃烧温度是指燃烧室内的温度。
燃烧温度的高低直接影响能量的转化和利用效率。
通过燃烧温度传感器监测燃烧温度，并将信号传给燃烧器控制器进行调整。
4. 燃烧控制策略4.1 比例控制比例控制是根据燃料流量和空气流量的比例来调节燃烧效果的控制策略。
通过改变燃料喷嘴和风门的开度，使得燃料和空气的比例保持在一个合适的范围，以实现稳定的燃烧效果。
4.2 反馈控制反馈控制是根据燃烧过程中检测到的实际参数值与预设值之间的差异来调节燃烧效果的控制策略。
锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真 (2)解析
锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真燃烧过程控制系统概述燃烧蒸汽锅炉的燃烧过程主要由三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。
[6]如图1是燃烧过程控制系统示意图，图2是原理方框图，图3是燃烧过程控制特点。
图1燃烧过程控制系统示意图图2原理方框图图3 燃烧过程控制特点2.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是为后续的生产环节提供稳定的压力。
一般生产过程中蒸汽的控制是通过调节压力实现的，随着后续环节的蒸汽用量不同，会造成燃油蒸汽压力的波动，蒸汽压力的波动会给后续的生产造成不良的影响，因此，维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。
保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃料产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气实现的。
因此，各个控制环节的关系如下：蒸汽压力是最终被控量，根据生成量确定；燃料量根据蒸汽压力确定；空气供应量根据空气量与燃料量的比值确定。
控制量如图4所示。
图5为燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统结构简图。
图6为燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图。
图4控制量示意图图5燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图图6燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图2.2炉膛负压控制系统所谓炉膛负压：即指炉膛顶部的烟气压力。
炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。
炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。
当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。
因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。
大多数锅炉采用平衡通风方式，使炉内烟气压力低于外界大气压力，即炉内烟气负压，炉膛内烟气压力最高的部位是炉堂顶部。
燃气锅炉的燃烧控制系统及其要素
燃气锅炉的燃烧控制系统及其要素燃气锅炉作为一种重要的能源设备，在现代生活中扮演着不可替代的角色。
其中，燃烧控制系统是燃气锅炉的核心部件之一，对于燃气锅炉的性能、效率和安全性都起着至关重要的作用。
因此，了解燃气锅炉的燃烧控制系统及其要素是必不可少的。
本文将对燃气锅炉的燃烧控制系统作一详细解析。
一、燃烧控制系统的组成燃气锅炉的燃烧控制系统主要由点火系统、风机系统、燃气系统、火焰监测系统、温度控制系统等组成。
1. 点火系统点火系统是燃气锅炉的启动系统，其作用是将点火电流传递到点火电极上，使燃料被点燃。
点火系统由点火变压器、点火电极、高压电缆等组成。
2. 风机系统风机系统主要由鼓风机、风管等组成，其作用是将空气送入燃烧室，同时调节氧气的浓度和风量，以获取最佳的燃烧效果。
3. 燃气系统燃气系统主要由燃气阀门和燃气管道等组成，其作用是将燃气送入燃烧室中。
燃气阀门通过控制燃气的流量和压力，来调节燃烧室中的氧气浓度和燃料供应量，以达到最佳的燃烧效果。
4. 火焰监测系统火焰监测系统主要由火焰探测器、火焰信号放大器等组成，其作用是监测火焰的状态，以确保燃烧过程的安全和有效性。
一旦火焰出现问题，火焰监测系统就会发出警报，同时停止燃气供应，以保护燃烧设备和用户的安全。
5. 温度控制系统温度控制系统主要由温度传感器和温度控制器等组成，其作用是监测燃烧室内部的温度，并通过控制燃气、空气的配比和供应量，来调节燃烧室的温度，以满足用户的需求。
例如，在供暖场合下，温度控制系统可以根据室内温度的变化，自动调节燃烧室内的温度，以达到最佳的供暖效果。
二、燃烧控制系统的要素燃烧控制系统的要素主要包括燃气/空气比、火焰形态和火焰温度等。
1. 燃气/空气比燃气/空气比是指燃烧室中燃气和空气的配比，其配得过多或过少都会影响燃烧效果。
燃气/空气比过多会导致燃气未完全燃烧，产生有害气体和烟雾等物质，同时也会浪费燃料资源；而燃气/空气比过少则会导致缺氧燃烧，产生大量一氧化碳等有害气体，同时也会降低燃烧效率。
锅炉燃烧过程控制系统
一次风扰动 t
图12－55 各种扰动下的磨煤机出粉特性
1. “一次风——燃料”系统
BD
V1
O2
O2S
M
－
＋V
PI5
＋
－
PI1
＋
－
PI2
×
＋
－
PI3
ps
pss
f(x)
＋
－＋
PI4
一次风量V1 调节机构
给煤量M 调节机构
二次风量V2 调节机构
图12－56 “一次风——燃料”系统
引风量VS 调节机构
2．“燃料——风量”系统
锅炉燃烧过程控制系统
第一节 概述
一、单元机组的基本控制方式
(1)锅炉跟随控制方式 (2)汽机跟随控制方式 (3)机炉协调控制方式
1．锅炉跟随控制方式
BD
锅炉控制 系统
锅炉 主控器
燃烧率μB
锅炉
＋ p0 —
pT
TD
汽轮机控制 系统
汽轮机 主控器
μT 调节阀
汽轮 机
图1 锅炉跟随控制方式
＋ P0
— PE
~ 发电机
Pem
3UI
cos
3
EqU Xd
sin
2．汽机跟随控制方式
锅炉控制 系统
燃烧率μB
锅炉
BD
汽轮机 主控器
TD 汽轮机控制 系统
锅炉 主控器
- p0
+ pT
μT 调节阀
汽轮机
图2 汽机跟随控制方式
＋
P0
— —
PE
~ 发电机
3．机炉协调控制方式
BD
锅炉控制 系统
锅炉燃烧控制
V
控制系统结构图
锅炉燃烧控制
锅炉燃烧控制
控制系统原理图
B f(x) × B PI f(x) D V PI O2
Gp1(s)
Gp2(s)
控制系统SAMA图
锅炉燃烧控制
3.引风控制系统
pv pv0
控制系统原理图
AF
AF
PI f(x) + ∑
+
pv0 PI
F(x) ∑ Gp(s) pv
G
前馈—反馈控制 控制系统结构图
锅炉燃烧控制
采用热量信号的燃烧控制系统
D Pb d dt Σ _ PI _ PI V _ + Q2 D f(x) Pf0 Pf
PT
+ PI
PTs _
√￣
+
+ ＜ Qr PI B
＞
f1(x)
× + PI
f2(x)
+
Σ
变比例带
V
G
锅炉燃烧控制
给煤机转速 速度级压力 Pr P1 I × PI σP 燃油量 ∑ IB _ + ＜ PI A G B0 至给煤机控制 V 送风机 引风机 Vm1 磨一次 风量挡 板 Vr V1 V2 层燃料 风挡板 × _ ＞ PI PI K ∑ PI f(x) ∑ _ n ∑ 送风量磨一次风量 Vm1 O2% V ∑ ∑ ∑ ∑/n _ PI _ √￣ PI _ ≮≯ P 一次风温 P1 f(x) Pf Pfo _ PI Qm1 Vm1 ÷ 给煤机转速指令 n0 一次风压 磨煤机温度 θm0 Pv Pv10 n 1 θm _
PI d/dt ∑
Pb
…
n1 ni
控制系统结构图
锅炉燃烧控制
燃烧控制系统介绍.
锅炉燃烧控制系统 燃料量控制系统
调节变量 燃料量B
被控对象
被调量 主蒸汽压力pT
送风控制系统
送风量V
烟气含氧量O2
引风控制系统
引风量G
炉膛压力plt
因此电站锅炉燃烧控制系统是一个多输入多输出的 非线性多变量强耦合控制系统。
4 锅炉燃烧过程被控对象的动态特性
锅炉燃烧过程被控对象的动态特性是指机组运行过程中各种 扰动引起的各被调量变化的动态关系，锅炉燃烧过程被控对象的 动态特性主要有以下三个：
主蒸汽压力pT 在内、外扰动下的动态特性； 烟气含氧量O2在送风量扰动下的动态特性； 炉膛压力plt 在引风量扰动下的动态特性。
（一）主蒸汽压力的动态特性
主蒸汽压力pT受到的主要扰动有二个，其一是燃烧率μB扰动
称为基本扰动或内部扰动；其二是汽轮机耗汽量D的扰动，称为 外部扰动。 内扰下主蒸汽压力的动态特性
锅炉燃烧过程自动控制系统
华北电力大学 控制与计算机工程学院
钱殿伟
锅炉燃烧过程自动控制系统
1 汽包锅炉燃烧系统简介
电站汽包锅炉燃烧系统包括燃料量控制、送风控制和引风控 制三个子系统，设备众多，结构复杂，系统组成如下图所示：
主蒸汽 9
过热蒸汽 （去高压缸）
10
11
烟气
4
12
8 5
6
B
7
3
13
6
G
再热蒸汽 （去中压缸）
V
0
O2%
T
ΔV
t
KVΔ V
0 τ
t
由上图中烟气含氧量的阶跃响应曲线可知，其动态特性具有 滞后、惯性和自平衡能力。
（三）炉膛压力的动态特性
炉膛压力plt 对锅炉运行的安全性有重要影响，主要通过改变 引风量G 对炉膛压力plt进行调节。引风量G 扰动下炉膛压力plt 变 化的阶跃响应曲线为：
锅炉燃烧过程控制系统
乘法器为燃料调节对象的一部分，选择合适的函数f(x)，则可以做到不管给煤 机投入的台数如何，都可以保持燃料调节对象增益不变，这样就不必调整燃 料调节器的控制参数了。增益调整与平衡器（GAIN CHANGER & BALANCER），就是完成该功能。
三、风煤交叉限制
为了在机组增、减负荷动态过程中，使燃料得到充分燃烧就要保证有足够的风 量。需要保持一定的过量空气系数，因此，在机组增负荷时，就要求先加风 后加煤；在机组减负荷时，就要求先减煤后减风。这样就存在一个风煤交叉
~ 发电机
Pem
3UI
cos
3
EqU Xd
sin
2．汽机跟随控制方式
锅炉控制 系统
燃烧率μB
锅炉
BD
汽轮机 主控器
TD 汽轮机控制 系统
锅炉 主控器
- p0
+ pT
μT 调节阀
汽轮机
图2 汽机跟随控制方式
＋
P0
— —
PE
~ 发电机
3．机炉协调控制方式
BD
锅炉控制 系统
燃烧率μB
锅炉
锅炉主控器
锅炉燃烧过程控制系统
第一节 概述
一、单元机组的基本控制方式
(1)锅炉跟随控制方式 (2)汽机跟随控制方式 (3)机炉协调控制方式
1．锅炉跟随控制方式
BD
锅炉控制 系统
锅炉 主控器
燃烧率μB
锅炉
＋ p0 —
pT
TD
汽轮机控制 系统
μT 调节阀
汽轮机 主控器
汽轮 机
图1 锅炉跟随控制方式
＋ P0
— PE
GV
(s)
KV (Ts 1)2
第五章 燃烧过程控制系统
通过改变风机叶轮 的工作转速，来 改变风机的特性 曲线，从而达到 改变风机运行工 作点和调节风量 的目的
4．风机防喘振
喘振是风机运行中的一种特殊现象，喘振会造成风机叶片断裂或 其它机械部件损坏，威胁风机和整个系统的安全。因此运行中一旦发 现风机进入喘振区，就应该采取措施使风机运行点避开喘振区。
§12-6 直吹式锅炉燃烧过程控制
2．变角调节
（1）入口导流器调节 ：通过改变风 机入口处导流器叶片的角度，使 风机叶片进口气流的周向速度发 生变化，从而改变风机的性能曲 线及工作点，进而达到调节风量 的目的
。
由于导流器的附加阻力较小、风机效率下降较少，所以运行的经济性比 节流调节高得多，而且导流器结构简单、设备费用低、调节性能较好、 运行可靠、维护方便，风机常采用这种调节方法。
5、送风控制系统
Σ2 △
PID1
LAG2
串级-比值控制系统
串级控制
T
A
f2(x)
f3(x)
燃料动态 校正
× 30％ A ＞
△ PID2 f5(x)
前馈增加 快速性
Σ5
GAIN CHANGER & BALANCER
＋ ∑6
＋
－
＋ ∑7
A
T
A
T
A
防喘振回路 100% A 0% A T2 T1 强关 (来自SCS) 强开 (来自SCS) 强开 (来自SCS)
一、直吹式锅炉燃烧控制特点
由于燃料调节机构——给煤机在磨煤机前，所以制粉过 程被包括在控制通道中，磨煤机已成为燃烧控制系统不可 分割的组成部分。磨煤需要时间，因此磨煤机的输出煤粉 量M与进入磨煤机的原煤量Mo之间有时间上的滞后和延迟， 显然，制粉过程增大了控制通道的惯性和延迟，对燃烧控 制是不利的。 如何在负荷变化时，能迅速改变进入炉膛的煤粉量？
锅炉燃烧过程控制系统设计方案
锅炉燃烧过程控制系统设计摘要锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备之一。
而锅炉燃烧所用的煤炭、重油等又是极其重要的战略资源,不可再生。
因此锅炉的燃烧控制相当重要,控制不好将造成资源浪费、环境污染和效益低下。
要使锅炉燃烧达到最佳的燃烧状态,锅炉燃烧控制系统对锅炉的燃烧过程进行自动化控制是至关重要的。
燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。
目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。
燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。
本文通过对整个燃烧系统的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。
在仪表选型时，采用了先进的数字式仪表，井以PID控制来实现，最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。
论文详细介绍了锅炉控制系统的设计，其中包括硬件结构、系统主要功能、系统硬件配置、软件设计原则、主程序流程等。
系统投入运行后，锅炉的燃烧效率和稳定运行情况都有了明显改善，有利于锅炉高效稳定运行，实现增产降耗的目标。
关键词：锅炉；燃烧控制；PID控制；Control System Design of Boiler Combustion ProcessAbstractBoiler is chemical, oil refining, power generation and other industrial processes essential to one of the important power ed in the boiler burning coal, heavy oil is an extremely important strategic resource, non-renewable.Therefore very important to the boiler combustion control, the control will not result in waste of resources, environmental pollution and low efficiency.To burn combustion to achieve the best state，Boiler combustion control system for automatic control of the combustion process is essential.Power plant boiler combustion control system is the main control system, Including fuel control systems, air volume control system, furnace pressure control system.Currently, most power plant boiler combustion control system still uses PID bustion control system consists of main steam pressure control and combustion rate control cascade control system components,Which control the amount of fuel burn rate control, air volume control, volume control of the wind structure, Respectively, each in different sub-control system Measurement, control means to ensure economic and safe burning fire.Based on the entire combustion system analysis and research, respectively, the boiler combustion control system to determine the main steam pressure control system and the furnace pressure control system of the control scheme，And its control law and parameter selection and setting.In the selection of instruments, the use of advanced digital instrument, well the PID control to achieve,and finally reach the boiler safety, economy, efficient operation.Paper introduces the boiler control system design, including hardware structure, the main function of the system, hardware configuration, software design principles the main program processes.System put into operation, the boiler combustion efficiency and stability of operation has a significant improvement is conducive to efficient and stable operation of the boiler to achieve the target yield and reducing consumption. Keywords: Boiler; combustion control; PID control;目录摘要 (I)Abstract (III)第一章引言 (1)第二章锅炉的组成及工作原理 (1)2.1 锅炉的基本构造 (1)2.2 锅炉的工作原理及过程 (3)2.2.1 燃料的燃烧过程 (4)2.2.2 水的气话过程 (4)2.2.3 烟气向水传热过程 (5)第三章锅炉燃烧控制系统设计 (1)3.1 锅炉燃烧控制系统的任务 (1)3.2 锅炉燃烧控制系统的组成 (2)3.2.1 主蒸汽压力控制系统 (2)3.2.2 炉膛压力控制系统 (5)3.3 锅炉燃烧控制系统中被控变量的选择 (6)3.4 锅炉燃烧控制系统的控制方案 (7)3.4.1主蒸汽压力控制系统方案的确定 (7)3.4.2 炉膛压力控制系统控制方案确定 (14)3.5 锅炉燃烧控制系统的实施 (17)3.5.1 锅炉燃烧控制系统控制器规律的选择 (17)3.5.2 主蒸汽压力控制系统控制器规律的选择 (18)3.5.3炉膛压力控制系统控制器规律的选择 (19)3.6 锅炉燃烧控制系统中控制器的正、反作用的选择 (20)3.6.1 主蒸汽压力控制系统控制器正、反作用的选择 (20)3.6.2炉膛压力控制系统控制器正、反作用的选择 (21)3.7锅炉燃烧控制系统的参数整定 (21)3.8仪表的选择 (25)3.8.1 变送器的选择 (25)3.8.2 控制器的选择 (26)3.8.3 调节阀的选择 (27)第四章利用MATLAB对锅炉燃烧控制系统仿真 (28)4.1建立数学模型 (28)4.2 控制系统参数整定 (29)4.3 控制系统Simulink仿真 (33)第五章总结 (35)参考文献 (36)致谢 (38)第一章引言工业锅炉在工业生产中，尤其在冶金、电力和化工生产中占有重要地位，其控制效果的好坏，效率的高低，一直倍受工业界的关注【1】。
燃烧过程控制系统
设计题目：燃烧过程控制系统一、燃烧过程控制系统的基本理论燃油锅炉的燃烧控制主要有三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。
1．蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供应其他生产环节使用。
一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反应在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。
维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。
保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气实现的。
如图1所示图 1 燃烧炉蒸汽压力控制与燃料比值控制系统2．炉膛负压控制系统锅炉炉膛负压力过小时，炉膛内的热烟、热气会外溢，造成热量损失、影响设备安全运行甚至会危及工作人员安全；当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，增加燃料损失、热量损失和降低热效率。
保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。
如果负压波动不大，调节引风量即可实现负压控制；当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会较大，此时，经常采用的控制方案如图2所示。
图 2 炉膛负压控制系统二、燃烧过程控制任务燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃料的种类和供给系统、燃烧方式以及锅炉与负荷的联接方式都有关系，但是燃烧过程自动调节的任务都是一样的。
归纳起来，燃烧过程调节系统有三大任务。
第一个任务是维持汽压恒定。
汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。
第二个任务是保证燃烧过程的经济性。
当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。
第三个任务是调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。
对于一台锅炉，燃烧过程的这三项调节任务是不可分隔的，对调节系统设计时应加以注意。
三、燃烧系统调节对象的特性锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是既要提供热量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性。
第五章 锅炉燃烧控制系统.
热量信号与进入炉膛的燃料量M间呈比例关系，仅在 时间上存在迟延。因此，用热量信号代替燃料量信号是 可行的。
华北电力大学
North China Electric Power University
热量信号 经热值修正 后的给粉机 转速信号
锅炉主指令 （燃烧率指令）
烟汽中的实 际 Electric Power University
四、中储式锅炉燃烧控制系统基本方案 中间储仓式锅炉的燃料系统和燃烧过程是相互独立
运行的。燃料系统的任务是将原煤制成煤粉并存入煤粉
仓；进入炉膛的燃料量是由给粉机将存于煤粉仓的煤粉 送入炉膛。
1．采用热量信号的燃烧控制系统
华北电力大学
North China Electric Power University
结构分析：给粉机实测转速信号经乘法器运 算后输出信号nQ。比较器、积分器I、乘法器 组成一个闭合系统，其输入信号为热量信号 DQ。根据积分特性，稳态时积分器输入信号 必为零，即nQ=DQ，这表明在一定意义上nQ代 经热值修正 表着热量信号，因而该方案具备采用热量信 后的给粉机 号的控制系统特征。加入这种热值修正功能， 转速信号 热值校正回路 不仅能消除煤种变化的影响，而且可消除给 粉机转速自发变化的影响等。对于燃烧过程，无论是煤种 变化，还是给粉机转速自身改变，都表现为炉膛发热量的 n 的乘法系数增大，nQ增 变化，如DQ>nQ，积分器输出增大， 大。在燃料子系统中，nQ>BD，调节器PI1输出减小，降低 给粉机转速，减小进入炉膛的燃料量。当锅炉主指令BD增 n 增大，nQ增大，因而DQ也增大，积分器输出基本不 加时， 变。
（1）燃烧率扰动下的汽压动态特性。保持汽机调节阀 T 不变，阶跃变化燃料量M： 开度 m
锅炉安全控制技术——燃烧安全控制系统
锅炉安全控制技术——燃烧安全控制系统锅炉燃烧控制系统的基本任务是使燃料产生的热量满足锅炉的需要，同时还要保证锅炉的安全经济运行。
燃烧控制的具体内容及控制系统的设计因燃料种类、制粉系统、燃烧设备以及锅炉的运行方式不同而有所区别，但大体来看都要完成以下几方面任务。
①主蒸汽压力的变化反映了锅炉产生的蒸汽与汽轮机消耗的蒸汽兼容的程度。
为此须设置蒸汽压力控制系统。
当负荷变化时，通过控制燃料量使蒸汽压力稳定。
②当燃料量改变时，必须相应地控制送风量，以保证燃烧过程的安全性。
③炉膛压力关系到锅炉的安全经济运行。
燃烧控制系统必须使引风量(烟气量)与送风量相配合以保证炉膛压力为一定值。
1．气动物体的动态特性气压对象由一系列装置组成，如图18—10所示，它包括给煤机1、炉膛2、汽水系统3、过热器4、汽轮机进气阀5和汽轮机6。
相应的方块图18—11，图中方块1表示燃油量和风量同时相应变化时对蒸汽生成的影响，它基本上是一个纯滞后环节。
方块2是汽包的压力对象。
方块4是反映过热器的过热蒸汽压力对象。
它们都是积分环节，其他环节因动态滞后较小，均可看成比例环节。
需指出，气压(Pb或Pt)对象的动态响应特性与汽轮机调节系统的运行有关。
2．炉膛压力对象的特性为了保证炉膛安全，一般要求炉膛压力略低于大气压力，所以炉膛压力一般称之为炉膛负压。
炉膛压力反映了引风量与送风量之间的平衡关系。
当送风量或引风量单独改变时，炉膛负压变化的惯性很小，因此，炉膛负压对象可以近似地视为具有非常小时间常数的一阶惯性环节。
锅炉燃烧过程控制系统67
一、 直吹式锅炉燃烧控制特点
Mo V1 V2 磨煤机 M V1 炉膛 蒸发 部分 过热器 pb D
pt
图12－54 直吹式锅炉汽压生产过程示意图
由于燃料调节机构——给煤机在磨煤机前，所以制粉过 程被包括在控制通道中，磨煤机已成为燃烧控制系统不可 分割的组成部分。磨煤需要时间，因此磨煤机的输出煤粉 量M与进入磨煤机的原煤量Mo之间有时间上的滞后和延 迟，显然，制粉过程增大了控制通道的惯性和延迟，对燃 烧控制是不利的。
－ ∑3
＋
T
100%
A 强开 (来自SCS) 强开 (来自SCS) 强关 (来自SCS)
T
A
100%
A 0% A
T1 强关 (来自SCS) T2
T3
A 0%
T4
A
f(x )
f(x )
一次风机A入口 导叶开度指令
一次风机B入口 导叶开度指令
图12－62 一次风压控制系统方案
二次风量
一次风量 烟气含氧量 主蒸汽流量
炉膛压力 A
6. 炉膛压力控制系统
f2(x)
△
f1(x)
PID
∑1
BALANCER
＋ ∑2 T
＋ A A
－ ∑3 T
＋
MFT
A
超弛控制回路 100% A 0% A
T5 强开 (来自SCS) T1 强开 (来自SCS) 强关 (来自SCS)
T6
超弛控制回路 100%
T3
A
强关 (来自SCS)
T2
0%
T4 A
磨A入口一次风量
偏置
燃料主控指令
RB目标值
最小转速 A
A
2．给煤机转速控制
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四、燃烧过程控制特点
燃料量M 送风量V 引风量VS
调节量
图4 燃烧对象
被调量
pT汽压或功率 α过剩空气系数 PS炉膛负压
第二节 被控对象动态特性
M ΔM
0 pT
pb
t
pT Δpt
0
t
μT不变时燃料量扰动下的汽压特性
t
M ΔM
0 pT
t pT
0
t
τM
DT不变时燃料量扰动下的汽压特性
二、烟气含氧量动态特性
第四节 燃烧控制中的几个问题
一、燃料量测量
基于给煤量修正的总燃料量（发热量）测量
给煤机控制装置有给煤量测量功能，测量值求 和后就代表入炉总煤量Mc。但由于煤种和水分不 同，煤的发热量不同，因此需将总煤量Mc信号进 行修正以构建一个既能反映燃料量变化又能反映 出煤的热值变化的燃料量（发热量）信号。
燃油量O 给煤机A给煤量
V PI
MK V 0
M1 VK
D O2
f(x)
_
+
氧量调节器
M K
σ
V
++
_
送风调节器
送风机风量调节机构
送风基本控制系统
最 佳 含 氧 量 O2
0
负荷
最佳含氧量与负荷关系
送风机风量调节机构 送风控制系统
O2
D
f1(x)
_
+
氧量调节器
σ
V
×
f2(x)
BD
－＋ 送风调节器
送风机风量调节机构
送风控制系统
（1）出口节流调节 ：采用风机出 口节流调节时，节流挡板装置在 风机出口管路上。改变管道系统 特性曲线，从而使风机的风量改 变。
O
一般已不采用这种调节方式。
B A
VB
VA
图12－35 风机出口节流调节
风量V
（2）进口节流调节：
节流挡板设置在风机的
进 口 管 路 上 ， 通 过 改 变 风 出口压力p
协调级
锅炉主控制器 BD
燃制 料系 控统
送制 风系 控统
引制 风系 控统
燃烧过程控制构成
二、各控制系统的控制方案
1．燃料控制系统
po pT
P0 PE
PI1
BD
M
燃
料
控 制
PI2
系
统
燃料量调节机构
燃料控制系统(1)
PI1
BD
M
燃
料
控
制
PI2
系
统
燃料量调节机构
燃料控制系统(2)
2．送风控制系统
M K
汽轮机主控器
＋ p0
—
pT
TD
汽轮机控制 系统
μT 调节阀
汽轮机
图3 机炉协调控控制方式
＋ P0
— PE
~ 发电机
二、燃烧过程控制任务
(1) 满足机组负荷要求，维持主蒸汽压力稳定；
燃烧过程控制任务与机组运行方式有关。
(2) 保证燃烧过程经济性 ；
使燃料得以充分燃烧
(3) 保证燃烧过程稳定性 。
维持锅炉炉膛压力稳定
乘法器为燃料调节对象的一部分，选择合适的函数f(x)，则可以做到不管给 煤机投入的台数如何，都可以保持燃料调节对象增益不变，这样就不必调整 燃料调节器的控制参数了。增益调整与平衡器（GAIN CHANGER & BALANCER），就是完成该功能。
三、风煤交叉限制
为了在机组增、减负荷动态过程中，使燃料得到充分燃烧就要保证有足够的 风量。需要保持一定的过量空气系数，因此，在机组增负荷时，就要求先加 风后加煤；在机组减负荷时，就要求先减煤后减风。这样就存在一个风煤交
锅炉燃烧过程控制系统
第一节 概述
一、单元机组的基本控制方式
(1)锅炉跟随控制方式 (2)汽机跟随控制方式 (3)机炉协调控制方式
1．锅炉跟随控制方式
BD
锅炉控制 系统
锅炉 主控器
燃烧率μB
锅炉
＋ p0 —
pT
TD
汽轮机控制 系统
汽轮机 主控器
μT 调节阀
汽轮 机
图1 锅炉跟随控制方式
＋ P0
— PE
GV
(s)
KV (Ts 1)2
三、炉膛负压动态特性
第三节 燃烧过程控制基本方案
一、燃烧过程控制的基本构成
从燃烧过程控制任务来看，燃烧过程控制应具有如下功能： （1）迅速改变炉膛燃烧率，适应外部负荷变化。 （2）控制系统能迅速发现并消除燃烧率扰动。燃烧率扰动 通常指燃料量和燃料热值的变化扰动。 （3）确保燃料、送风和引风等参数协调变化。保证燃烧经 济性。 （4）确保燃烧过程的稳定性，避免炉膛压力大范围波动。
给煤机F给煤量
f(t)
f(t)
……
ko
A
×
∑1
Mc
×
kMQ
＋
∑3
总给水流量
f(x)
DQ
＋
△
－
∫
M
基于给煤量修正的总燃料量测量
M ko O kMQ M c
二、增益自动调整
总燃料量M
SA SB SC SD SE SF 增益调整回路
锅炉指令BD
△
×
Σ
f(x)1
5
f(x)
x PID
给煤机给煤指令 增益自动调整回路
3．引风控制系统
pS
pSS
V f(x) +－ +
引风调节器
引风机风量调节机构
引风控制系统
三、燃烧过程控制基本方案
O2
D
pT
po
―
+
PI1
f1(x)
―
+
PI5
BD +
f2(x)
M ―
× V
+―
PI2
PI3
pS pSS
+ ―+
f3(x)
PI4
燃料量调节机构 送风机风量调节机构
燃烧控制基本方案
引风机风量调节机构
三、燃烧过程调节量
根据控制任务，主要调节以下三个物理量： 1．燃料量调节
调节燃料量使入炉燃料燃烧所产生的量能与锅炉外部负荷需求的量 能相适应。
2．送风量调节
燃料量改变时，送风量也应改变，以保证燃料的完全燃烧和排烟热 损失最小。调节送风量的目的是保证锅炉燃烧过程的经济性。
3．引风量调节
调节引风量的目的是使引风量与送风量相适应，以保持炉膛压力在 要求范围内，以保证燃烧过程稳定性。
~ 发电机
Pem
3UI
cos
3
EqU Xd
sin
2．汽机跟随控制方式
锅炉控制 系统
燃烧率μB
锅炉
BD
汽轮机 主控器
TD 汽轮机控制 系统
锅炉 主控器
- p0
+ pT
μT 调节阀
汽轮机
图2 汽机跟随控制方式
＋
P0
— —
PE
~ 发电机
3．机炉协调控制方式
BD
锅炉控制 系统
燃烧率μB
锅炉
锅炉主控器
Δ
燃油量
× 1
给煤
f(t)
f(t)
……
∑1
A3 ×
＋ ∑3
A1
T
×
A2 f1(x) 0.8~1.2
f(x)
＋
PI
－
×
f3(x)
增益调整
PI
T
A
A－F给煤机指令
图12－34 煤粉锅炉的燃料控制系统的一般控制方案
四、风机调节
１．节流调节
节 流调节 就是改 变风 机进 口 出口压力p 或出口管路上的节流挡板的开度， 来改变风机的工作点，从而调节 风机的通风量。
叉限制。
锅炉指令BD
锅炉指令BD
风量
f2(x)
＜
f1(x) 燃料量
＞
f3(x)
燃料控制系统 送风控制系统 图12－32 风煤交叉限制基本方案
风量 f2(x)
f1(x)
＜
×
30％
＞
氧量校正 燃料量
f3(x)
燃料控制系统 送风控制系统 图12－33 风煤交叉限制方案
锅炉指令BD
风量 f2(x)
＜ 2
＋ －