直流锅炉燃烧过程控制系统

图1
锅炉跟随控制方式
2．汽机跟随控制方式
BD
锅炉 主控器
＋ P0 — — PE
锅炉控制 系统
汽轮机 主控器
TD 汽轮机控制 系统 p0
锅炉
+ pT
μT 汽轮机 调节阀 ~ 发电机
燃烧率μB 图2 汽机跟随控制方式
3．机炉协调控制方式
BD 锅炉主控器 汽轮机主控器 TD 锅炉控制 系统 ＋ — 锅炉 燃烧率μB 调节阀 p0 pT μT 汽轮机 汽轮机控制 系统 — ＋ P0 PE
四、燃烧过程控制特点
调节量 燃料量M 被调量 pT汽压或功率
送风量V
α 过剩空气系数
引风量VS
PS炉膛负压
图4
燃烧对象
第二节 被控对象动态特性
M ΔM
0 pT
pb
pT
t
Δpt
0
t
图15 μT不变时燃料量扰动下的汽压特性
t
M ΔM
0
t
pT
pT
0
τM 图16 DT不变时燃料量扰动下的汽压特性
t
二、烟气含氧量动态特性
出口压力p
B
A
O
VB 图12－35 风机出口节流调节
VA
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 机进 口 节 流 挡 板 的 开度 ， 来改 变 风 机 进 口 压 力和性 能曲线，使风机工作点移 动，达到调节风量目的。
进口节流调节要比出口 节流调节的运行经济性为 好 ，但 挡 板 开 度 与 风量变 化不 成 线 性 关 系 ，不宜采 用自 动 调 节 ， 调 节性能较 差，因此大容量风机也不 采用这种调节方式。
此外，用于输送煤粉的一次风最终也是属于助 燃的风量，但帮助燃料在炉膛内完全燃烧的主要 还是由送风机提供的二次风。因此，燃烧过程的 经济性主要是通过调节二次风量来保证。 由于直吹式锅炉特性， 燃烧过程控制的三个控 制系统在直吹式锅炉燃烧过程控制中已演变成六 个控制系统：燃料控制系统、 磨煤机一次风量控 制系统、磨煤机出口温度控制系统、一次风压力 控制系统、送风控制系统（又称风量控制系统） 和炉膛压力控制系统。
8
9 6 7 10
1
5 4
15 16 13
11
12
18
2 3 19 17
14
来自密封风 机 图12－53 正压冷一次风机直吹式制粉系统 1－原煤仓； 2－给煤机； 3－磨煤机；4－煤粉分离器；5—一次风风箱；6－煤粉管道； 7 燃烧器；8 锅炉；9－送风机；10－一次风机； 11－空气预热器； 12－二次风管道；13 －一次热风管道；14－一次冷风管道；15－二次风风箱；16－热风挡板；17－冷风挡板； 18－一次风门；19—密封门；
1
∑3
f 1( x ) 0.8~1.2
×
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 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。 （ 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。 一般已不采用这种调节方式。
f2(x)
＜
＞
燃料控制系统
送风控制系统 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
图12－33 风煤交叉限制方案
锅炉指令BD
燃油量
给煤机A给煤量 LAG 1
给煤机F给煤量 LAG 6
总给水流量
…… ∑1
风量
A1 ∑2
f2(x)
＜ 2 × A3 × T A2 ＋ ＋ － Δ ×
＋ PI －
KV GV ( s) 2 (Ts 1)
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。
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
图12－21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
P0 po pT PI1 PI1 PE
BD
M 燃 料 控 制 系 统 燃 料 控 制 系 统
BD
M
PI2
PI2
燃料量调节机构 图12－22燃料控制系统(1)
燃料量调节机构 图12－23燃料控制系统(2)
给煤量M 调节机构
二次风量V2 调节机构
引风量VS 调节机构
图12－56 “一次风——燃料”系统
2．“燃料——风量”系统 虽然600MW机组的锅炉容量大，磨煤机 台数增加，但相对装煤量却减小，这样会 使磨中蓄粉减少，因此采用改一次风量暂 时增加进入炉膛的煤粉量对于600MW机组 的较大负荷变化来说，其吹出的粉量还是 不够的，因此600MW机组的燃烧过程控制 均采用 “燃料——风量”系统形式。
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。
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。
BD
M
O2 V1
O2S V ps × pss － PI4 ＋
~
发电机
图3 机炉协调控控制方式
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
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
燃油量O
给煤机A给煤量
给煤机F给煤量 LAED LAG6
总给水流量
LAED LAG1
……
∑1
A
ko
× ×
Mc
f(x) kMQ
DQ △ ＋ －
∫
＋Baidu Nhomakorabea
∑3
M
图12－30 基于给煤量修正的总燃料量测量
M ko O kMQ Mc
二、增益自动调整
总燃料量M SA SB S C SD SE SF 增益调整回路
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 叉限制。
锅炉指令BD 锅炉指令BD
f1(x) 风量
f1(x) 燃料量 f3(x) 风量 f2(x) ＜ 30％ × ＞ 氧量校正 燃料量 f3(x)
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
TD ＋ — PE P0
BD
锅炉 主控器
汽轮机 主控器
锅炉控制 系统 ＋ p 0 — pT 锅炉
汽轮机控制 系统
μT
汽轮 机
~ 发电机
调节阀 燃烧率μB
+
f2(x) + PI2
pSS
燃料量调节机构
送风机风量调节机构
引风机风量调节机构
图12－28 燃烧控制基本方案
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。
３．变速调节
出口压力p
A B C n3 n2 n1
O
VC VB VA 图12－39 风机变速调节
风量V
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。
出口压力p
锅炉指令BD
△
Σ f(x) 1 5
×
f(x) x
PID
给煤机给煤指令 图12－31 增益自动调整回路
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。
磨煤机磨出的煤粉由一次风送入炉膛，送粉能 力与一次风量有关；同时，一次风量对制粉系统 的正常工作影响很大，所以必须对进入磨煤机的 一次风量进行控制。 磨煤机出口温度与煤粉干燥度有关，出口温度 太低，会使煤得不到足够得干燥，影响煤粉的输 送，甚至会造成堵塞；出口温度太高，则容易发 生煤的自燃。因此，需对磨煤机出口温度进行控 制。 由于一般都是通过调节磨煤机入口热风挡板开 度控制磨煤机入口一次风量；通过调节磨煤机入 口冷风挡板控制磨煤机出口温度。为保证控制开 度与风量的一一对应关系，为此需设置一次风压 力控制系统。
Ⅱ A’ A” B A
动叶开度指令
Ⅰ
接近喘振区
C －22.5° 0° －30° 20°
T
A
动叶开度限制值
O
VA”
VA’ VC
VA
风机动叶开度指令
风量V
图12－40 风机的不稳工况与预防
图12－41风机防喘振方法
第五节 直吹式锅炉燃烧过程控制
直吹式锅炉的燃料系统没有中间煤粉储仓，由给 煤机将原煤送入磨煤机，原煤磨成煤粉后直接由 一次风送入炉膛燃烧，同时二次风送炉膛助燃。 对于600MW及以上机组，由于锅炉容量大，如果 采用中间储仓式制粉系统，则煤粉仓较大，会增 加投资，同时也不便于锅炉整体布置 。因此， 600MW及以上机组均采用直吹式制粉系统。
出口压力p
C A
B
O
VB
VA
风量V
图12－36 风机进口节流调节
２．变角调节 （1）进口导流器调节(入口导叶调节、静叶调节): 是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。
V
－
＋
送风调节器
送风机风量调节机构
图12－26 送风控制系统
3．引风控制系统
pS V f(x) + － + pSS
引风调节器
引风机风量调节机构
图12－27 引风控制系统
三、燃烧过程控制基本方案
O2 pT ― PI1 BD M ― po + ― PI5 × V + ― PI3 f3(x) + ― + PI4 pS D f1(x)
D
2．送风控制系统
O2 f(x )
M
MK V 0
V
_ 氧量调节器
+
K
M 1 V K
M
K +
σ + _
V
PI
送风调节器
最 佳 含 氧 量 O2
送风机风量调节机构
送风机风量调节机构 图12－24 送风控制系统
图12－23 送风基本控制系统
0 负荷
图12－25 最佳含氧量与负荷关系
O2
D
f1(x) _ 氧量调节器 σ × f2(x) BD +
二、 直吹式锅炉燃烧过程控制的原则性方案
煤粉量 给煤量与一次风一起扰动
给煤量扰动
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
O2 O2S － PI5 ps f(x) × pss ＋
BD
V1
M
V
＋
PI1
－
＋ PI2
－
＋
PI3
－
＋
－ PI4
＋
一次风量V1 调节机构
出口压力p
出口压力p
30° 0° B －75° C A
A
B
C
0°
20°
－30°
O
VC
VB
VA
风量V
O
VC
VB
VA
风量V
图12－37 入口导叶调节
图12－38 动叶调节
（2）动叶调节（轴流式风机）： 通过改变风机叶片的角度，改变风机的特性曲线，实 现改变风机运行工作点和调节风量。采用这种调节方法时， 运行经济性和安全性均较好，且每一个叶片角度均对应一 条性能曲线，叶片角度与风量的变化几乎成线性关系，便 于采用自动调节，因此在大容量轴流式风机中得到广泛采 用。