华北电力大学600MW机组集控运行培训班 热控第三章 锅炉燃烧控制系统
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锅炉蒸汽压力作为表征锅炉运行状态的重要参数， 不仅直接关系到锅炉设备的安全运行，而且其是否稳定 反映了燃烧过程中能量供求关系。在单元机组中，锅炉 蒸汽压力控制与汽机负荷控制是相互关联的，锅炉燃烧 控制系统的任务是及时调整锅炉燃料量，使锅炉的能量 输出与汽机为适应对外界负荷需求而需要的能量输入相 适应，其标志是蒸汽压力的稳定。
所下降，如图中曲线1所示。同时，过热段较短又使得
微过热汽温变化的惯性小，经附加蒸发量影响之后，曲
线很快趋于稳定值。随着压力等级的提高，附加蒸发量
减少，曲线逐渐无明显反向变化。而过热段的加长使惯
性和迟延有所增加。
13
(2) 给水流量扰动下微过热汽温动态特性 直流锅炉微过热汽温在给水流量扰动下的响应 曲线与燃料量扰动下的阶跃响应曲线相似，迟延时间基 本一样。对于次高压直流锅炉，在给水流量扰动下，由 于附加蒸发量较大，在初始阶段也有反向变化现象，随 着压力等级的提高，反向变化现象逐渐减小时，惯性和 迟延逐步增加。
开度 T 不变，阶跃变化燃料量M：
WMB (s)
Pb M
K Tbs
MB
1
e
Ms
WMT (s)
PM M
KMT Tbs
1
e
Ms
5
燃料量扰动下的汽压对象的动态响应曲线
6
（2）汽机调门开度扰动下的汽压动态特性 锅炉燃料量不变，汽机调门开度阶跃变化。
汽机调节阀开度扰动下的汽压响应曲线
7
WTB(s) Pb
第三章 锅炉燃烧控制系统
§3.1 锅炉燃烧过程概述 §3.2 中储式锅炉燃烧控制策略 §3.3 中储式锅炉燃烧控制系统实例§ 3.4 直吹式锅炉燃烧控制策略 §3.5 直吹式锅炉燃烧控制系统实例
1
§3-1 概 述
2
一、燃烧控制系统的基本任务 电站锅炉燃烧过程实质是将燃料化学能转变为蒸汽
热能的能量形式转换过程。燃烧过程控制的根本任务是 使燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，并保证 锅炉安全经济运行。 1．维持蒸汽压力稳定
10
从控制特性角度来看，直流锅炉与汽包锅炉的主要不 同点表现在燃水比例的变化，引起锅炉内工质储量的变 化，从而改变各受热面积比例。影响锅炉内工质储量的 因素很多，主要有外界负荷、燃料流量和给水流量。保 持燃料量与给水流量之间比值关系不变，保证过热汽温 为额定值。
1．微过热汽温(中间点温度)动态特性
3
2．保证燃烧过程的经济性
保证燃烧过程的经济性是提高锅炉效率的重要 方面，它是通过维持进入炉膛的燃料量与送风量之间的 最佳比值来实现，即在有足够的风量使燃料得以充分燃 烧的同时，尽可能减少排烟造成的热损失。
3．维持炉膛压力稳定
锅炉炉百度文库压力是否稳定反映了燃烧过程中进入 炉膛的风量与流出炉膛的烟气量之间的工质平衡关系。 若送风量大于引风量，炉膛压力升高，太高的压力会造 成炉膛向外喷火；反之，送风量小于引风量炉膛压力下 降，过低的压力会造成漏风而降低炉膛温度，影响炉内 燃烧工况，经济性下降。所以说，炉膛压力是否在允许 范围内变化，关系到锅炉的安全经济运行。
4
锅炉燃烧过程的上述三项控制任务是不可分开的， 它的三个被控参数（被调量）（即蒸汽压力、过剩空气 系数或最佳含氧量、炉膛压力）与三个调节量（即燃料 量、送风量、引风量）间存在着关联。因此燃烧控制系 统内的各子系统应协调动作，共同完成其控制任务。
二、汽压被控对象的动态特性
（1）燃烧率扰动下的汽压动态特性。保持汽机调节阀
8
（2）燃烧控制系统应能迅速发现并消除燃料量的自 发扰动，维持主汽压力稳定。
（3）当外界负荷需要改变时，锅炉的送风量和引风 量应与燃料量协调动作，使锅炉燃烧经济性指标及炉膛 压力参数保持平衡，即锅炉燃烧工况的稳定。
（4）对于单元制运行的锅炉允许主汽压力在一定范 围内波动，特别是滑压运行时汽压变动范围更大。故， 系统中有关参数应加以温度和压力的修正，以提高参数 测量的精确性。
T
WTM (s) PM
T
KTB Tbs 1
(K1
KTM Tbs
1)
三、燃烧控制系统组成的基本原则 （1）燃烧控制系统在外界负荷需求改变后应立即
改变锅炉的燃料量，维持燃烧过程的能量平衡。然而， 主蒸汽压力对燃料量的响应呈现较大的迟延和惯性， 特别是采用直吹式制粉系统的燃烧过程，如何迅速改 变燃烧率至关重要。
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四、直流锅炉的燃水比控制
在直流锅炉中，一次工质在给水泵压力作用下， 经省煤器加热后，进入下辐射区蒸发为湿蒸汽，再经 对流过渡区、上辐射区和对流过热区加热成过热蒸汽， 送至汽轮机。可见，直流锅炉是由各受热面及连接这 些受热面的的管道组成。其汽水流程中没有汽包和锅 内小循环回路。
直流锅炉没有汽包，整个锅炉是由许多管子并联， 然后用联箱连接串联而成。在给水泵的压头作用下， 工质顺序一次通过加热、蒸发和过热受热面。进口工 质为水，出口工质为过热蒸汽。由于没有汽包，所以 在加热和蒸发受热面之间，以及在蒸发和过热受热面 之间都没有固定的分界线。
（a）燃料量扰动；
（b）给水流量扰动；
图. 微过热汽温动态特性响应曲线
12
(1) 燃料量扰动下微过热汽温动态特性
图(a)为燃料量扰动下不同压力等级直流锅炉微
过热汽 s1温
的响应曲线。对于次高压直流锅炉，由
于蒸发受热面比例较大，附加蒸发量比高压直流锅炉的
要多，而过热段较短，使微过热s1汽温 在初始阶段有
结论：微过热汽温在给水流量扰动和燃料量 扰动下具有相似的动态特性。
14
2. 微过热汽温的选择
图. 蒸汽等温线的焓值与汽压的关系
15
以微过热汽温作为燃水比的校正信号时，其 过热度的选择是非常重要的。从控制系统品质指标的角 度考虑，所取的微过热汽温过热度越小，迟延越小。然 而，由上图所示蒸汽等温线上焓值与汽压关系曲线可以 看出：若焓值小于2847kJ／kg（680kcal/kg），则图中 虚线以下，曲线进入明显的非线性区，汽温随焓值变化 的放大系数明显减小，而受汽压变化的影响很大，变得 不稳定。这影响微过热汽温对于燃水比例关系的代表性。
过热蒸汽温度能正确反映燃水比例的改变，但存在 较大的迟延，通常为 400s左右；因此不能以过热蒸汽 温度作为燃水比例的控制信号，通常采用微过热汽温作 为燃水比例的校正信号。在这个意义下，微过热汽温的 动态特性具有特殊的重要性。微过热汽温在给水流量扰 动和燃料量扰动下具有相似的动态特性，如下图所示。
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所下降，如图中曲线1所示。同时，过热段较短又使得
微过热汽温变化的惯性小，经附加蒸发量影响之后，曲
线很快趋于稳定值。随着压力等级的提高，附加蒸发量
减少，曲线逐渐无明显反向变化。而过热段的加长使惯
性和迟延有所增加。
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(2) 给水流量扰动下微过热汽温动态特性 直流锅炉微过热汽温在给水流量扰动下的响应 曲线与燃料量扰动下的阶跃响应曲线相似，迟延时间基 本一样。对于次高压直流锅炉，在给水流量扰动下，由 于附加蒸发量较大，在初始阶段也有反向变化现象，随 着压力等级的提高，反向变化现象逐渐减小时，惯性和 迟延逐步增加。
开度 T 不变，阶跃变化燃料量M：
WMB (s)
Pb M
K Tbs
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Ms
WMT (s)
PM M
KMT Tbs
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燃料量扰动下的汽压对象的动态响应曲线
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（2）汽机调门开度扰动下的汽压动态特性 锅炉燃料量不变，汽机调门开度阶跃变化。
汽机调节阀开度扰动下的汽压响应曲线
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WTB(s) Pb
第三章 锅炉燃烧控制系统
§3.1 锅炉燃烧过程概述 §3.2 中储式锅炉燃烧控制策略 §3.3 中储式锅炉燃烧控制系统实例§ 3.4 直吹式锅炉燃烧控制策略 §3.5 直吹式锅炉燃烧控制系统实例
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§3-1 概 述
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一、燃烧控制系统的基本任务 电站锅炉燃烧过程实质是将燃料化学能转变为蒸汽
热能的能量形式转换过程。燃烧过程控制的根本任务是 使燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，并保证 锅炉安全经济运行。 1．维持蒸汽压力稳定
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从控制特性角度来看，直流锅炉与汽包锅炉的主要不 同点表现在燃水比例的变化，引起锅炉内工质储量的变 化，从而改变各受热面积比例。影响锅炉内工质储量的 因素很多，主要有外界负荷、燃料流量和给水流量。保 持燃料量与给水流量之间比值关系不变，保证过热汽温 为额定值。
1．微过热汽温(中间点温度)动态特性
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2．保证燃烧过程的经济性
保证燃烧过程的经济性是提高锅炉效率的重要 方面，它是通过维持进入炉膛的燃料量与送风量之间的 最佳比值来实现，即在有足够的风量使燃料得以充分燃 烧的同时，尽可能减少排烟造成的热损失。
3．维持炉膛压力稳定
锅炉炉百度文库压力是否稳定反映了燃烧过程中进入 炉膛的风量与流出炉膛的烟气量之间的工质平衡关系。 若送风量大于引风量，炉膛压力升高，太高的压力会造 成炉膛向外喷火；反之，送风量小于引风量炉膛压力下 降，过低的压力会造成漏风而降低炉膛温度，影响炉内 燃烧工况，经济性下降。所以说，炉膛压力是否在允许 范围内变化，关系到锅炉的安全经济运行。
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锅炉燃烧过程的上述三项控制任务是不可分开的， 它的三个被控参数（被调量）（即蒸汽压力、过剩空气 系数或最佳含氧量、炉膛压力）与三个调节量（即燃料 量、送风量、引风量）间存在着关联。因此燃烧控制系 统内的各子系统应协调动作，共同完成其控制任务。
二、汽压被控对象的动态特性
（1）燃烧率扰动下的汽压动态特性。保持汽机调节阀
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（2）燃烧控制系统应能迅速发现并消除燃料量的自 发扰动，维持主汽压力稳定。
（3）当外界负荷需要改变时，锅炉的送风量和引风 量应与燃料量协调动作，使锅炉燃烧经济性指标及炉膛 压力参数保持平衡，即锅炉燃烧工况的稳定。
（4）对于单元制运行的锅炉允许主汽压力在一定范 围内波动，特别是滑压运行时汽压变动范围更大。故， 系统中有关参数应加以温度和压力的修正，以提高参数 测量的精确性。
T
WTM (s) PM
T
KTB Tbs 1
(K1
KTM Tbs
1)
三、燃烧控制系统组成的基本原则 （1）燃烧控制系统在外界负荷需求改变后应立即
改变锅炉的燃料量，维持燃烧过程的能量平衡。然而， 主蒸汽压力对燃料量的响应呈现较大的迟延和惯性， 特别是采用直吹式制粉系统的燃烧过程，如何迅速改 变燃烧率至关重要。
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四、直流锅炉的燃水比控制
在直流锅炉中，一次工质在给水泵压力作用下， 经省煤器加热后，进入下辐射区蒸发为湿蒸汽，再经 对流过渡区、上辐射区和对流过热区加热成过热蒸汽， 送至汽轮机。可见，直流锅炉是由各受热面及连接这 些受热面的的管道组成。其汽水流程中没有汽包和锅 内小循环回路。
直流锅炉没有汽包，整个锅炉是由许多管子并联， 然后用联箱连接串联而成。在给水泵的压头作用下， 工质顺序一次通过加热、蒸发和过热受热面。进口工 质为水，出口工质为过热蒸汽。由于没有汽包，所以 在加热和蒸发受热面之间，以及在蒸发和过热受热面 之间都没有固定的分界线。
（a）燃料量扰动；
（b）给水流量扰动；
图. 微过热汽温动态特性响应曲线
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(1) 燃料量扰动下微过热汽温动态特性
图(a)为燃料量扰动下不同压力等级直流锅炉微
过热汽 s1温
的响应曲线。对于次高压直流锅炉，由
于蒸发受热面比例较大，附加蒸发量比高压直流锅炉的
要多，而过热段较短，使微过热s1汽温 在初始阶段有
结论：微过热汽温在给水流量扰动和燃料量 扰动下具有相似的动态特性。
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2. 微过热汽温的选择
图. 蒸汽等温线的焓值与汽压的关系
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以微过热汽温作为燃水比的校正信号时，其 过热度的选择是非常重要的。从控制系统品质指标的角 度考虑，所取的微过热汽温过热度越小，迟延越小。然 而，由上图所示蒸汽等温线上焓值与汽压关系曲线可以 看出：若焓值小于2847kJ／kg（680kcal/kg），则图中 虚线以下，曲线进入明显的非线性区，汽温随焓值变化 的放大系数明显减小，而受汽压变化的影响很大，变得 不稳定。这影响微过热汽温对于燃水比例关系的代表性。
过热蒸汽温度能正确反映燃水比例的改变，但存在 较大的迟延，通常为 400s左右；因此不能以过热蒸汽 温度作为燃水比例的控制信号，通常采用微过热汽温作 为燃水比例的校正信号。在这个意义下，微过热汽温的 动态特性具有特殊的重要性。微过热汽温在给水流量扰 动和燃料量扰动下具有相似的动态特性，如下图所示。
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