第九章锅炉燃烧控制系统.ppt

采用直吹式制粉系统的锅炉生产过程如下图所示：
采用直吹式制粉系统的锅炉生产过程 （a）示意图；（b）方框图
一次风量作为燃料控制手段的燃烧控制系统
煤粉量
燃料与一次风一起扰动 燃料扰动
一次风扰动
t
采用一次风量为反馈信号的燃烧控制系统
采用一次风量为反馈信号的锅炉燃烧过程自动控制系统适用 于采用中速磨制粉系统的锅炉，其原理图如下：
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：
G
ΔG
0
（ 二 ） 磨 煤 机 出 口 温 度 控 制 系 统
9.6.3 风量控制系统
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。
（ 一 ） 一 次 风 压 力 控 制 系 统
（ 二 ） 二 次 风 量 （ 送 风 ） 控 制 系 统
9.3 锅炉燃烧过程自动控制系统的组成与特点
针对电站锅炉燃烧过程自动控制任务的需要，电站锅炉燃烧 控制系统由以下三个子控制系统组成：
燃料量控制系统
锅
炉
燃
烧 控
送风控制系统
制
系
统
引风控制系统
以燃料量为调节变量，主蒸汽 压力为被调量，通过调节进入 炉膛的燃料量，维持主蒸汽压 力的稳定。
以送风量为调节变量，烟气含 氧量为被调量，通过调节进入 炉膛的送风量，使烟气含氧量 达到设定的最佳值，保证燃料 燃烧所需的空气量和燃烧过程 的经济性。
主调节器
No.3
No.2 N0
No.1 B
+-
V +-
plt0
No.3
plt No.2
N0
+-
燃料量 送风
引风
控制系统 控制系统 控制系统
No.1 B BV
plt0 plt
+-
+-
+-
燃料量 送风
引风
控制系统 控制系统 控制系统
执行器 执行器 执行器
B
V
G
(a)
执行器 执行器 执行器
B
V
G
(b)
上面介绍的两种控制系统存在以下两点不足： 不能保证燃料量和送风量的最佳比例，使燃烧处于最佳状态； 引风量变化落后于送风量，造成炉膛压力的较大波动。
针对以上两点不足，改进后的并列运行锅炉燃烧过程自动控 制系统如下图所示：
PM0 PM +-
主调节器
No.3
No.2 N0
No.1
B +燃料量 控制系统
O20% O2% +氧量
校正器 V
+ +-
送风
f (t)
控制系统
plt
+引风 控制系统
执行器 B
执行器 V
执行器 G
下图所示为母管制并列运行锅炉燃烧过程自动控制系统的原 理图，系统中加入了高、低值选择器，在负荷变化时可以合理控 制风、煤增减顺序，以保证调节过程中燃料的完全燃烧：
（一）中储式锅炉燃烧过程自动控制系统
D
pT 热
量
信
PI 号
σP0
σP
+
>
< Qr
PI
pb -Δ
D Σ f1 (t)
O2 D f (t)
-+ PI V
+PI
f2 (t)
plt
+PI
B
V
G
在系统中，以热量信号代替燃料量信号，不但可以反映燃料 量的变化，而且还可以克服燃料单位发热量变化对燃烧过程的影 响，从而提高锅炉运行过程的稳定性。
汽包锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是根据机组负荷的变 化，使燃料燃烧所提供的热量适应锅炉输出蒸汽量的需求，同时 保证燃烧过程的经济性和锅炉运行的安全性。
（一）母管制并列运行方式
采用母管制并列运行方式的机组，锅炉燃烧过程自动控制的 任务为：
按预定比例分配各台锅炉的负荷，维持母管蒸汽压力稳定； 保证各台锅炉燃烧过程的经济性； 维持各台锅炉炉膛负压的稳定。
（二）单元制炉跟机运行方式
采用单元制炉跟机运行方式的机组，在电网负荷变化时，首 先改变汽轮机进汽阀开度调节机组负荷，再通过改变锅炉燃烧率 维持主汽压力稳定，其机组控制原理图如下图所示：
炉跟机运行方式机组控制原理图 此种运行方式下锅炉燃烧过程自动控制的任务为：
维持主蒸汽压力稳定； 保证锅炉燃烧过程的经济性； 维持锅炉炉膛负压的稳定。
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。
9.4 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：
9.6.4
炉 膛 压 力 控 制 系 统
D A
t pb
Δ pb
t0
t1
t
A t1 Ddt t0
pb pb t0 pb t1
锅炉蓄热系数Cb的物理意 义为：在燃烧率不变时汽包压 力每变化一个单位，释放或吸 收的蒸汽量。
能测在得锅带炉有运惯行性过的程速中度，信汽号包1压sTs力 pb变，化同速时度再d加pb/入dt 主测蒸量汽不流到量，D只 的实际微分信号，可以得到实际热量信号：
热量信号在燃料量B 和汽轮机调节阀门开度μT 扰动下的阶
跃响应曲线分别如图（a）和图（b）所示：
根据前面分析，当燃 烧率不变而负荷变化时热 量信号不变，即：
D Cb
dpb dt
0
Ddt Cbdpb
负荷变化过程中，在 t0～t1时间段内对上式进行 积分运算可得：
t1 t0
Ddt

Cb
pb
t1
pb
t0

因此锅炉蓄热系数Cb的计算公式为：
t1 Ddt
Cb

t0
pb t0 pb t1
时间t0～t1期间蒸汽 流量 变化的累积量
用试验方法求取锅炉蓄热系数Cb时，保持锅炉燃烧率不变而 使负荷作任意扰动，记录蒸汽流量 D 和汽包压力pb 变化的曲线如 下图所示：
主蒸汽压力pT 的动态特性与汽轮机的调节装置有关，图（a）
为汽轮机功率不变时，锅炉燃烧率μB扰动下主蒸汽压力pT 变化的
阶跃响应曲线：
此时主蒸汽压力pT是一个 无自平衡能力的被控对象。汽 包压力pb与主蒸汽压力pT 之差 Δp2与主蒸汽流量以及过热器 的阻力成正比。
根据阶跃响应曲线确定迟
延时间 B ，可以求出：
反应速度： tg B
反应时间：
TB

1


B tg
反应时间TB定义为：燃烧 率改变其额定值的10％,汽压改 变10%所经过的时间。
图（b）为汽轮机调节阀门开度不变时，锅炉燃烧率μB扰动
下主蒸汽压力pT 变化的阶跃响应曲线：
此时主蒸汽压力pT是一个 有自平衡能力的被控对象。汽 包压力pb与主蒸汽压力pT 之差 Δp2随燃料量和进入汽轮机的 蒸汽流量的增加而增加。
以引风量为调节变量，炉膛压 力为被调量，通过调节引风量 维持炉膛压力的稳定。
锅炉燃烧控制系统组成
在锅炉燃烧控制过程中，通过燃料量控制、送风控制和引风 控制三个子系统分别对三个调节变量（燃料量B、送风量V、引 风量G）进行调节，以维持三个被调量（主蒸汽压力pT 、烟气含 氧量O2、炉膛压力plt）的稳定。锅炉燃烧控制过程中各调节变量 和被调量之间的关系如下图所示：
变化的阶跃响应曲线：
图（a）中，主蒸汽压力pT 在阶跃下降Δp0后，一直维持等 速下降，为无自平衡能力的被控对象。
图（b）中，主蒸汽压力pT 在阶跃下降Δp0后，下降速度逐 渐变慢，最后稳定于一个较低的压力值，为有自平衡能力的被控
对象。
（二）烟气含氧量的动态特性
烟气含氧量O2是影响燃烧过程经济性的重要指标，主要通过 改变进入炉膛的送风量V 对烟气含氧量O2进行调节。送风量V 扰 动下烟气含氧量O2变化的阶跃响应曲线为：
热量信号
热量信号，是指燃料进入炉膛燃烧时在单位时间内产生的热
量。可以用静态下的主蒸汽流量D 和动态下的汽包压力变化速度
dpb/dt 表示，其计算公式为：
Q

D Cb
dpb dt
式中: Cb —— 锅炉的蓄热系数。
在锅炉运行过程中, 热量信号只应该反映燃烧率的变化（内 扰）,而不应该反映负荷的变化（外扰）。即热量信号只与燃烧 率的变化有关, 而与负荷的变化无关。
9.6 锅炉燃烧过程自动控制系统实例分析
采用直吹式制粉系统，燃烧控制系统主要 包括6个子控制系统，即燃料控制系统、磨 煤机一次风量、磨煤机出口温度、一次风 压力、二次风量、炉膛压力控制系统。
9.6.1 燃料控制系统
9.6.2磨煤机风量、温度控制系统
（ 一 ） 磨 煤 机 一 次 风 量 控 制 系 统
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。