300MW机组送引风自动控制系统论文

浅谈300MW机组送引风自动控制系统摘要:由于火电锅炉是一种干扰众多、耦合严重的复杂系统,具有控制区死区大、参数时变、非线性、大滞后等缺点;燃烧用煤还存在煤种复杂、品质不一、低位发热值差异大的问题,正在研究的模糊控制方案等先进算法在锅炉实际运行中存在很多不如人意的

地方,和理论效果有很大的差距,本文在采用传统的pid控制方案的基础上进行了改进,并综合了交叉限幅环节和前馈控制的优点。

关键词:炉膛压力直吹式一次风压前馈控制

0 引言

送风控制系统的任务是达到最高的锅炉热效率。但热效率不能直接测量,因此通常采用间接的方法达到目的。根据不同的测量方法可以构成不同的系统。

1 送引风过程自动控制的任务

送引风控制系统是接受来自主控系统发出的锅炉负荷指令的,

当送风系统接到指令后便使风量同燃烧调节系统控制的燃料量按

预先设置好的静态配合依照比例同时动作,以保证风与燃料的合适配比,同时风量控制与燃料控制的交叉作用可以满足增负荷先增风,减负荷先减燃料的生产工艺要求,以保证锅炉既安全又经济地正常运行。

送风调节的任务在于保证燃烧的经济性,具体地说,就是要保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例,送风调节对象近似比例调节。因此通常采用保持燃料量与送风量成比例关系的送引风控制系

统,燃料量信号以前馈形式引入送风机控制系统,作为送风调节器的给定值;送风量信号作为反馈信号引入送风调节器,构成一个单闭环比值控制系统,可以实现送风量快速跟踪燃料量的变化。于送风调节器采用pi作用调节器,所以静态时,调节器入口信号平衡。

引风控制的任务是保持炉膛负压在规定的范围之内。由于送风量的变化是引起负压波动的主要原因,为了能使引风量快速地跟踪送风量,以保持二者的比例,可将送风量作为前馈引入引风调节器。这样当送风控制系统动作时,引风控制系统立即跟着动作,而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作,从而能使炉膛负压基本不变。所以引风控制系统引入送风前馈信号以后,将有利于提高引风控制系统的稳定性和见效炉膛负压的动态偏差。

2 典型制粉系统送引风控制系统基本方案

锅炉燃烧过程自动控制方案与锅炉设备的类型、运行方式及控制要求有关,对于不同的情况与要求,控制系统的方案是不同的。送引风过程自动控制系统作为燃烧控制系统的一个环节也会有不同的方案,下面介绍中间储仓式制粉系统的燃烧过程自动控制系统基本方案。

对于燃烧锅炉来说,燃料量(煤粉量)的直接测量还是一个尚待解决的问题,因此在设计燃烧控制系统时,一般采用间接测量的方法。用“热量信号”代表煤粉量的方法采用的最为普遍。

热量信号是基于下面的考虑提出来的。稳态时,只需用蒸汽流量可准确地度量燃料发热量中被利用的部分;动态中,尚有部分热量

储存(或放出)在锅炉内部,表现为汽包压力的变化。把上述热量的利用和储存两部分适当地组合起来就叫做热量信号。所谓热量信号,是指燃料进入炉膛燃烧后,单位时间内所产生的热量。

当锅炉负荷不变而送风量发生自发性扰动时,由于送风调节器

的作用能快速自动消除,采用热量信号的单元机组燃烧过程自动控制系统。燃烧自动控制系统由锅炉主控、燃料调节器、送风调节器、引风调节器等组成。

由于采用中间储仓式制粉系统在基建投资和运行费用上的耗费比采用直吹式制粉系统多,因此现代大型发电机组大多数都采用直吹式制粉系统。直吹式设备的锅炉将制粉设备与锅炉本体紧密联系成一个整体。因此,在直吹式设备的锅炉的运行中,制粉系统也成为燃烧过程自动控制不可分割的组成部分。在直吹式锅炉中,改变燃料调节机构的给煤转速后,需经过磨煤制粉的过程,才能使进入炉

膛的煤粉量b发生变化。直吹式锅炉在适应负荷变化或消除燃料内扰方面的反应均较慢,从而引起气压较大的变化。对于直吹式制粉系统来说,磨煤机装煤量越大,在给煤量扰动下,出粉量变化的惯性和延迟也越大。同时,磨煤机通常有一定蓄粉量,装煤量越大,蓄粉量也越大。对于装煤量大的磨煤机,改变一次风量以吹出磨中的蓄粉,是解决制粉系统惯性延迟问题的有效方法。系统处于稳定状态时,一次风量与燃料量和送风量平衡,间接保证了燃料量与送风量

的比例关系,基本上保证了燃烧过程的经济性。炉膛压力控制如前所述,必要时还可引入送风机指令前馈信号。

随着机组容量越来越大,增加负荷通常是增加运行磨煤机的台数,相对来说,磨煤机的装煤量越来越少。对于装煤量少的磨煤机,由于磨中蓄粉量相应减少,采用改变一次风量,暂时增加进入炉膛的煤粉量,调节能力是有限的。对于这类直吹式锅炉燃烧过程控制系统,通常采用直接改变磨煤机的给煤量来适应负荷的变化,同时调节总风量(二次风量和一次风量),使之与燃料量协调变化。这种采用直接改变给煤机转速作为燃料控制手段的直吹式锅炉燃烧控制系统称为“燃料-风量”系统。

3 300mw单元机组送引风过程自动控制系统

300mw单元机组配置有5台给煤机,5台中速磨煤机和20只煤粉燃烧器。正常运行时4套制粉系统投运,1套备用。下面以1台的燃烧控制系统为例进行分析,介绍其送引风过程控制系统。该机组采用直吹式制粉系统,在送引风控制方面介绍以下几个子系统:磨煤机一次风量、一次风压力、二次风量、炉膛压力控制系统。

煤粉管道中的煤粉和空气混合物的速度应保持在一定范围内(约在20~30m/s左右),流速太低会使煤粉沉积在管道内,流速太高可能造成结渣,因此磨煤机的一次风量必须保持在给定值。

300mw单元机组风量控制系统有一次风和二次风两个相互独立的系统,一次风主要用于将煤粉从磨煤机输送到燃烧器,二次风主要用来帮助燃料在炉膛中完全燃烧。送风控制系统的基本任务是为保证燃料在炉内的充分燃烧提供足够的氧量。在大型单元机组中,通常配有一、二次风机各两台。一次风机负责将煤粉送入炉膛,而

锅炉的总风量主要由二次风来控制,用于满足炉膛内燃料燃烧所需要的氧量,以保证燃烧的经济性和安全性。

为了有效地对磨煤机的一次风流量控制(即通过调整各台磨煤机一次风调节挡板的开度就能有效地改变一次风量的大小),必须保证一次风母管内具有一定的一次风压力,该一次风压是通过两台一次风机入口导叶的位置来调整的。一次风压设定值与一次风量成一定的函数关系,操作人员通过模拟量设定值可以微调其设定值的大小。一次风压的测点取在一次风热风母管上,设有两个测点,采用二选一的方式选择其中的一个信号,并经过低通滤波器后得到一次风压测量值。一次风压偏差经过pid调节器运算后得到一次风压控制信号。为了保证一次风压调节回路的控制性能不受一次风机自动运行台数的影响,该控制信号通过乘法器进行了回路增益校正。当两台一次风机控制回路均处于自动时,为了使两台一次风机的出口风量相匹配,该系统中设计了一个出力平衡回路用来消除两台一次风机之间的出力不平衡现象。两台自动运行的一次风机出力平衡的任务是通过加法模块、比例模块和切换模块共同来完成的。如果两台风机出力不平衡,则经过处理后的一次风机出力偏差以相反方向送至两台一次风机入口导叶控制回路,使出力大的相应减少,而出力小的适当增大。当只有一台风机自动时,该出力不平衡校正信号取消。

风机动叶控制部分由软手操控制器、闭锁指令增减环节、防喘振环节及超驰控制环节组成。在正常情况下,调节器输出的风量控