燃气锅炉燃烧控制系统x

燃气锅炉燃烧控制系统

：摘要本文主要介绍了锅炉燃烧控制系统的设计过程。在设计过程中介绍了

锅炉燃烧控制系统的控制任务和控制特点，对于燃烧控制系统的设计方案，根据不同的控制任务分别设计了蒸汽压力控制和燃料空气比值控制以及防脱火回火选择性控制系统，并在设计中给出了不同的设计方案，以对比各自的优缺点，选择最优的控制。然后，把分别设计的控制系统组合起来，构成完整的锅炉燃烧过程控制系统。最后，对设计好的控制系统进行仪表选型。

关键词：燃气锅炉，燃烧系统，比值控制，脱火回火

目录

1.引言 (3)

2.锅炉燃烧控制系统概述 (4)

2.1 燃烧控制的任务 (5)

2.1.1 维持蒸汽出口压力稳定 (5)

2.1.2 保证燃烧过程的经济性 (5)

2.1.3 保证锅炉安全运行 (6)

2.2 燃烧控制的特点 (6)

3.燃烧控制系统设计方案 (6)

3.1 蒸汽压力控制和燃料空气比值控制 (6)

3.1.1 基本控制方案 (7)

3.1.2 改进控制方案 (8)

3.2 防脱火回火选择性控制系统 (9)

3.2.1 防脱火选择性控制系统 (9)

3.2.2防脱火回火混合型选择性控制系统 (11)

3.3 燃烧控制总体方案 (12)

4. 燃烧控制系统的仪表选型 (13)

5. 总结 (14)

参考文献 (15)

1.引言

大型火力发电机组是典型的过程控制对象，它是由锅炉、汽轮发电机组和辅助设备组成的庞大的设备群。锅炉的燃烧控制过程是一个复杂的物理，化学过程，影响因素众多，并且具有强耦合，非线性等特性。

锅炉的自动化控制经历了三、四十年代的单参数仪表控制，四、五十年代的单元组合仪表，综合参数仪表控制，直到六十年代兴起的计算机过程控制几个阶段。尤其是近一、二十年来，随着先进控制理论和计算机技术的发展，加之计算机各项性能的不断增强及价格的不断下降使锅炉应用计算机控制很快得到了普及和应用。

电厂锅炉利用煤或煤气的燃烧发热，通过传热对水进行加热，产生高压蒸汽，推动汽轮机发电机旋转，从而产生强大的电能。在锅炉燃烧系统中，燃料供给系统，送风系统以及引风系统是燃烧控制系统的重要环节。锅炉生产燃烧系统自动控制的基本任务是使燃料所产生的热量适应蒸汽负荷的需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。具体控制任务可分为三个方面：一，稳定蒸汽母管压力。二，维持锅炉燃烧的最佳状态和经济性。三，维持炉膛负压在一定范围（-20～-80Pa）。这三者是相互关联的。另外，在安全保护系统上应该考虑燃烧嘴背压过高时，可能使燃料流速过高而脱火；燃烧嘴背压太低又可能回火。

本次课程设计的题目为燃气锅炉燃烧控制系统的设计。主要内容包括燃烧控制系

统的概述；燃烧控制系统的基本方案；以及燃烧控制系统的仪表选型。设计方案为以主蒸汽压力控制系统为主回路，燃料量与空气量比值控制系统为内回路，燃烧嘴防脱火回火选择控制系统为辅助安全保护系统。为节省篇幅，炉膛压力控制系统在这里暂不涉及，但在实际控制系统中炉膛压力控制系统是锅炉燃烧控制系统中必不可少的组成部分之一。

2.锅炉燃烧控制系统概述

锅炉是石油化工、发电等工业过程中必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、反应、加热等过程的热源。由于锅炉设备所使用的燃料种类、燃烧设备、炉体形式、锅炉功能和运行要求的不同，锅炉有各种各样的流程。常见的锅炉设备主要工艺流程如图2.1所示。

图2.1 常见锅炉设备主要工艺流程图

由图2.1可知，燃料和热空气按一定比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定温度的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制阀供给生产负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，将饱和蒸汽变成过热蒸汽后，经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排人大气。

锅炉设备的主要任务是根据负荷的需求，提供一定压力或温度的蒸汽，同

时要使锅炉在安全、经济的条件下运行，为此生产过程的各个工艺参数必须严格控制。大型锅炉是一个复杂的被控装置，它的被控变量和操纵变量繁多且相互关联，属于一个多变量耦合对象。根据其耦合程度的疏密分为几个独立的控制区域，分别采用单变量系统(变量关联弱)或多变量耦合系统控制(变量关联强)。

燃烧控制系统是锅炉设备主要的控制系统之一。锅炉燃烧系统的控制有3个被控变量：负荷、经济燃烧指标和炉膛负压。可选用的操纵变量也有三个：燃料量、送风量和引风量。组成的燃烧系统的控制方案要满足燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要；使燃料与空气之间保持一定的比值，保证燃烧的经济性和锅炉的安全运行；使引风量与送风量相适应，保持炉膛负压在一定范围内。

2.1 燃烧控制的任务

锅炉燃烧过程实质是将燃料中的化学能转变为蒸汽热能的能量转换过程。燃烧过程控制的根本任务是使燃料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。燃烧过程控制的具体任务及其控制策略因燃料种类、燃烧方式以及机炉运行方式不同而有所区别。燃烧控制系统的基本任务可归纳为以下几个方面。

2.1.1 维持蒸汽出口压力稳定

锅炉蒸汽出口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，而且它是否稳定还反映了燃烧过程中的能量供求关系。在单元机组中，锅炉主汽压控制与汽轮机负荷控制是相关联的，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轮机为适应对外界负荷的需求的能量输入相适应，其标志是主汽压的稳定。

2.1.2 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，一般可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。

燃烧控制还有一项非常重要的任务是维持炉膛压力稳定，关于此项任务的控制在本文中不涉及。．

2.1.3 保证锅炉安全运行

在安全保护系统上应该考虑燃烧嘴背压过高而脱火，不但会污染环境更严重的是燃烧室内积存大量燃料气与空气的混合物，会有爆炸危险；燃烧嘴背压过低又可能回火，会危及燃料气罐发生燃烧和爆炸。因此，必须设法加以防止。

2.2 燃烧控制的特点

燃烧过程的控制系统有三个被控变量和三个操纵变量。锅炉的运行实践表明，对燃烧过程的三个被控变量的控制存在着明显的相互影响。这主要是由于对象内部存在相互作用，即其中每个被控变量都同时受到几个操纵变量的影响，而每个操纵变量的改变又能同时影响几个被控变量。

燃烧过程中，主汽压是锅炉燃烧产生的发热量与汽轮机需要能量是否平衡的标志；烟气含氧量是燃料量和送风量是否保持适当比例的指标；炉膛压力是送风量和引风量是否平衡的指标。因此，虽然对象是几个操纵变量对几个被控变量都有严重影响，但如果在锅炉运行过程中，严格保持燃料量、送风量和引风量这三个操纵变量的比例，就能保持汽压、烟气氧含量和炉膛压力基本不变。也就是说，当锅炉的负荷要求变化时，燃烧控制系统应使三个操纵变量同时按比例地快速改变，以适应外界负荷的需要；当锅炉的负荷要求不变时，燃烧过程的控制系统应能迅速消除各自的内扰，保持各自的操纵变量稳定不变。

3.燃烧控制系统设计方案

在不同情况下，燃烧过程控制系统的设计方案是不同的，本文是以燃气蒸汽锅炉为设计对象。

3.1 蒸汽压力控制和燃料空气比值控制

蒸汽压力的主要扰动是蒸汽负荷的变化与燃料量的波动。当蒸汽负荷及燃．料量波动较小时，可以采用蒸汽压力来控制燃料量的单回路控制系统；而当燃料量波动较大时，可以来用蒸汽压力对燃料量的串级控制系统。

3.1.1 基本控制方案

燃料流量是随蒸汽负荷而变化的，作为主流量与空气流量(副流量)组成单闭