炉膛压力控制系统

1炉膛压力控制系统概述
1.1 选题意义
炉膛压力是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。

炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛压力随即发生相应变化。

当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛压力上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。

因此，监视和控制炉膛压力对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。

以symphony为基础的炉膛压力控制系统将运行程序、压力调节、联锁、保护统一协调，为设备提供了可靠的安全保护系统。

当炉膛压力出现事故征兆时，控制系统能自动采取适当措施，防止或减少事故，避免由于运行人员操作不及时而扩大事故。

1.2 炉膛压力控制系统概述
炉膛压力控制系统也叫引风控制系统，它的任务是通过调节引风机入口挡板的位置，使引风量与送风量相适应，从而维持炉膛压力在允许的范围内，确保锅炉安全运行。

锅炉运行时，如果机组要求的负荷指令改变，则进入炉膛的燃料量和送风量将跟着改变，燃料在炉膛中燃烧后产生的烟气量也将随之改变。

这时，为了维持炉膛内的正常压力，必须对引风量进行相应的调节。

如果炉膛压力过低，炉膛和烟道的漏风量将增大，可能使燃烧恶化，燃烧损失增大，甚至会燃烧不稳定或灭火。

此外，还可能会引起过热气温升高或加大灰粒对受热面的磨损及引风机的损耗。

反之，如果炉膛压力过高，炉膛内火焰和高温烟气就会向外面泄露，影响锅炉的安全运行。

因此必须对炉膛压力进行控制，以保证炉膛压力保持在一定的允许范围内。

1.3 风机简介
风机是发电厂锅炉设备中重要的辅机之一，在锅炉上应用的主要是引风机、送风机和一次风机。

风机担负着连续输送气体的任务，风机的安全运行将直接影响到锅炉的安全、可靠、经济运行。

风机按其工作原理的不同，主要有离心式风机和轴流式风机两种。

对离心式风机通常采用改变其进口导向挡板来调节风量；现在大型电站锅炉为适应大流量通风的要求，普遍采用轴流式风机，其风量的调节时通过电动执行机构改变其东叶安装角的大小来调节风量。

2炉膛压力控制系统原理
2.1 控制原理
引风机提供了锅炉的抽吸力，把引风和送风加以平衡，炉膛压力即可保持在适当的值。

引风控制系统是以炉膛压力为给定值的一个单回路调节系统，其被调量为炉膛负压啊，调节变量为引风量（即引风机挡板开度或转速），扰动来自送风和引风。

由于炉膛负压被控对象的动态特性基本上为比例环节，负压容易波动，因此从送风机引进一前馈信号引入引风调节器。

当送风系统动作时使引风系统也相应动作，从而使引风量随送风量成比例的变化，以保持炉膛负压基本不变。

炉膛负压控制用调节两台引风机的导叶开度，来满足炉膛负压略低于外界大气压的要求，控制系统为带送风前馈的单回路控制系统，机组正常运行时，锅炉炉膛负压按传统的前馈-反馈方案进行控制。

本系统为单回路控制系统（即只有一个PID调节器），单回路反馈控制系统又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的，对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。

单回路控制系统框图如图2.1所示。

图2.1 单回路控制系统方框图
2.2 炉膛压力控制的主要功能
控制系统除完成正常的调节功能外, 还实现下列保护功能：
（1）炉膛过压保护
当炉膛压力超过高值时应进行报警当超、过高且值时, 机组进行负荷迫降,直到压力返回到所需求的公差值时为如果上述保护动作而压力仍然增加到超过高值时, 则系统产生跳闸信号, 该信号应为“三取二”逻辑信号。

（2）炉膛内爆保护
当炉膛压力降至低一值时应该报警。

如果压力继续下降低至二值时则启动超驰回路, 产生一个增压信号, 关引风机挡板。

（3）锅炉跳闸后的炉膛内爆保护
控制系统接受来自联锁系统的锅炉跳闸信号, 为的是将炉膛内负压偏差降到最小。

在主燃料跳闸的事故情况下, 由于突然停止燃烧会造成炉膛内烟气量和烟气温度急剧下降, 显然这是引起炉膛低压峰值的主要原因。

这个低压峰值会引起炉膛内爆, 是很危险的。

炉膛压力的计算非常近似于下式：PV=MRT
P—绝对压力
V—炉膛容积
M一炉膛烟气质量
R—烟气常数
T一绝对温度
由于容积是固定的, R是常数, 故压力P与MT成正比关系。

因此, 在主燃料跳闸后因炉膛内烟气量减少和温度降低将造成压力急剧下降。

基于上述原因, 本控制系统设计了突跳回路。

该回路能识别何时发生主燃料跳闸, 并在跳闸时起作用以减少由于锅炉跳闸引起的负压力偏差。

2.3 炉膛压力控制系统注意事项
600MW机组锅炉都装有两台送引风机，当两台送引风机都在运行状态，又需要调节送风量时，一般应同时改变两台送风机的风量，以使烟道两侧的烟气流动工况均匀。

风量调节时出现风机的“喘振”（喘振值报警），应立即关小动叶，降低负荷运行。

如果喘振是由于出口风门误关引起的，应立即开启风门。

当锅炉负荷变化需要进行风量调节时，为避免炉膛冒正压，在增加负荷时应先增加引风量，然后再增加送风量和燃料量；减少负荷时则应先减少燃料量和送风量，然后再减少引风量。

对多数大型锅炉的燃烧系统，炉膛负压的调节也是通过炉膛与风箱间的差压而影响到二次风量的，会影响燃烧器出口的风煤比以及着火的稳定性，因此，有一定调节速度的限制。

3 炉膛压力控制系统控制逻辑
3.1 引风机操作方式
系统各回路中都设置了手自动两种操作方式，为了实现无扰动切换，系统引入了各控制对象的反馈值，在手动操作时PLC输出会自动跟踪控制对象的反馈，当切换到自动状态时可以进行无扰动切换，使系统平稳的过渡到自动状态。

3.1.1 操作方式
调节器的输出叠加上前馈指令（送风机动叶平均指令），并行送到两台引风机的控制回路上，在引风机B操作站，由运行人员设定的偏置信号分别输入到引风机A操作站和输入到引风机B操作站上，偏置信号的作用是在自动方式下，可以用来调节两台引风机A、B的负荷平衡。

当两台引风机都在手动控制方式（或有强制输出时），炉膛负压调节器跟踪两台引风机A、B档板开度指令的平均值。

3.2 增闭锁和减闭锁
当机组运行时产生故障时，为了防止故障的危害进一步扩大，对每台引风机动叶的控制指令还设计了闭锁增和闭锁减功能。

当炉膛压过高或过低时，发出炉膛压力高、低报警。

正常情况下，模拟切换器1468接通S1，即为引风机模拟控制站的输出。

当炉膛负压信号10HBK10CP901高于某一值时，模拟切换器接通S2，使输出只增不减，实行减闭锁功能，禁止动态关小引风机动叶，再与输出值进行大选之后输出，同理系统还设有增闭锁功能，即当炉膛负压信号10HBK10CP901低于某一值时，模拟切换器接通S2，使输出只减不增，实行增闭锁功能，禁止动态开大引风机动叶。

输出的信号与负荷给定ULD经过超前/滞后函数、乘法器等一系列处理后求和。

再与10HNC10AA101XQ01作差，当偏差超高、低限值或质量不合格时，发生报警信号，引风机A站输出故障。

同理，引风机B站输出故障与其相同。

当出现NO RB并且10HBK10CP901D越高、低限时，出现炉膛压力调节故障。

3.3MFT动作时的超驰控制
炉膛负压控制除采用了前馈-反馈传统方案外，最突出的特点是对炉膛负压控制设计
了一个超驰控制回路，其作用是防止主燃料跳闸（MFT动作）时，引起炉膛灭火而产生锅炉内爆的事故。

当锅炉接受到MFT动作信号后，通常不到几秒就可以导致炉膛灭火，炉内温度将急剧下降，从理想气体状态方程式PV/T = R可知，当炉膛内烟气容积V不变时，炉膛负压P
将随炉内温度T的下降而降低，炉内将出现较大的负压，加之炉内燃烧是急剧的化学变化过程，在燃烧后的烟气中，除包括一、二次风外，还包括燃烧时产生的CO
和水蒸汽；当
2
和水蒸汽大减少，从而使烟气的质量流量大大减少，如果此时引风机动叶锅炉灭火时，CO
2
仍保持原来的开度，势必造成很大的炉膛负压，如不采取措施，锅炉将有产生内爆的危险，为了防止此类事故的发生，炉膛负压控制系统设计超驰保护回路，当MFT动作时，控制系统强制前馈信号为0，关小引风机导叶开度，以减少引风机出力，使炉膛负压不至太低。

3.4炉膛压力控制系统其它功能
引风控制系统的主要任务就是维持炉膛压力稳定，另外，一般炉膛压力控制系统还有以下功能：
（1）防内爆
发生MFT瞬间炉膛压力急剧下降，可能发生炉膛变形。

因此一旦发生MFT、炉膛压力不高，引风调节机构按送风执行器指令比例减小，4秒后逐步恢复。

（2）送风机跳闸影响
送风机对炉膛压力影响较大，采用比例前馈适当减小引风控制，可以有效的抑制炉膛压力波动。

（3）RB切除燃料影响
RB发生时切除磨煤机（BMS），同时引风调节前馈关，关的幅度与切除燃料量成比例。

（4）非线性控制
炉膛负压影响因素较多，波动也很频繁。

对于较小波动不调节，这样有利于运行工况稳定。

（5）方向闭锁
炉膛压力高于50Pa，送风控制增闭锁、引风控制减闭锁；炉膛压力低于-200Pa，送风控制减闭锁、引风控制增闭锁。

（6）启停磨影响
磨得启停对炉膛压力影响较大，一般为系统设计动态前馈。

（7）送风机跳闸影响
送风机跳闸对炉膛压力影响较大，采用比例前馈适当减小引风量，可以有效地抑制抑制炉膛压力波动。

结论
回顾起此此课程设计,我感慨颇多,从理论到实践,在整整一个星期的时间里,我学到了很多东西,不仅巩固了以前所学过的很多东西,而且学到了很多书本上没有的东西。

通过这次实习使我意识到理论联系实际的重要性,只有理论知识是远远不够的,只有把理论跟实际联系起来并从中得到结论才是真正的知识,才能提高自己的实际动手能力和独立思考能力。

在设计的过程中遇到了各种各样的问题,同时发现了很多自己的不足之处,对以前所学过的知识理解的不够深刻,掌握的不够牢固,通过这次课程设计,把以前的知识重新温固,巩固了所学知识。

课程设计是一门综合性的实践课程,对于培养我们发现问题解决问题的能力至关重要,同时课程设计还有利于我们及时了解和掌握所学相关知识。

这次课程设计顺利完成了,它带给我的不仅是知识的掌握,更重要的是能力的提高,我深深的懂得虽然已经学完了,但是我们懂得的还只是毛皮,更多的专业知识等着我们去学习。

最后感谢所有帮助过我的老师同学们,谢谢你们!
致谢
本次设计能够顺利的完成，首先我要感谢迟新利、刘禹林两位老师，在整个设计过程中，两位老师对我在设计过程中遇到的问题和困难进行了耐心的指导和认真的解答，从而保证了我的课程设计课题能够得以顺利完成。

此外迟老师一丝不苟的治学态度以及严于律己、宽以待人的品质无时无刻不在激励着我，令我终生难忘，使我满怀信心的迎接新的挑战。

我从迟老师身上不但学到了许多学问而且也学会了许多做学问的方法以及做学问所需的态度和精神。

在此还要特别感谢学校对我们的大力支持，为我们提供了较为先进的实验室和计算机房，使我们在设计过程中能够更好的将所学的理论知识运用到实践中去。

再次对所有热心帮助过我的老师和同学们致以衷心的感谢！正是有了你们的帮助，才使我能够顺利的完成本次设计。

参考文献
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附录A1.1。