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1、第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 1 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 3.1 鍋爐燃燒過(guò)程概述 3.2 中儲(chǔ)式鍋爐燃燒控制策略 3.3 中儲(chǔ)式 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)實(shí)例 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 2 3-1 概 述 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 3 一、燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù) 電站鍋爐燃燒過(guò)程實(shí)質(zhì)是將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?熱能的能量形式轉(zhuǎn)換過(guò)程。燃燒過(guò)程控制的根本任務(wù)是 使燃燒所提供的熱量適應(yīng)鍋爐蒸汽負(fù)荷的需要，并保證 鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 1維持蒸汽壓力穩(wěn)定 鍋爐蒸汽壓力作為表征鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù) ， 不僅直接關(guān)系到鍋爐設(shè)備的安全運(yùn)行 ， 而且其是否穩(wěn)定 反映了燃燒過(guò)程中能量供求關(guān)系 。 在單元機(jī)組中 ， 鍋爐
2、 蒸汽壓力控制與汽機(jī)負(fù)荷控制是相互關(guān)聯(lián)的 ， 鍋爐燃燒 控制系統(tǒng)的任務(wù)是及時(shí)調(diào)整鍋爐燃料量 ， 使鍋爐的能量 輸出與汽機(jī)為適應(yīng)對(duì)外界負(fù)荷需求而需要的能量輸入相 適應(yīng) ， 其標(biāo)志是蒸汽壓力的穩(wěn)定 。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 4 2保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性 保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性是提高鍋爐效率的重要方面 ， 它是通過(guò)維持進(jìn)入爐膛的 燃料量與送風(fēng)量之間的最佳比 值 來(lái)實(shí)現(xiàn) ， 即在有足夠的風(fēng)量使燃料得以充分燃燒的同 時(shí) ， 盡可能減少排煙造成的熱損失 。 3維持爐膛壓力穩(wěn)定 鍋爐爐膛壓力是否穩(wěn)定反映了燃燒過(guò)程中進(jìn)入爐膛 的風(fēng)量與流出爐膛的煙氣量之間的工質(zhì)平衡關(guān)系 。 若送 風(fēng)量大于引風(fēng)量 ， 爐膛壓力升
3、高 ， 太高的壓力會(huì)造成爐 膛向外噴火；反之 ， 送風(fēng)量小于引風(fēng)量爐膛壓力下降 ， 過(guò)低的壓力會(huì)造成漏風(fēng)而降低爐膛溫度 ， 影響爐內(nèi)燃燒 工況 ， 經(jīng)濟(jì)性下降 。 所以說(shuō) ， 爐膛壓力是否在允許范圍 內(nèi)變化 ， 關(guān)系到鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 5 鍋爐燃燒過(guò)程的上述三項(xiàng)控制任務(wù)是不可分開(kāi)的， 它的三個(gè)被控參數(shù)（被調(diào)量）（即蒸汽壓力、過(guò)?？諝?系數(shù)或最佳含氧量、爐膛壓力）與三個(gè)調(diào)節(jié)量（即燃料 量、送風(fēng)量、引風(fēng)量）間存在著關(guān)聯(lián)。因此燃燒控制系 統(tǒng)內(nèi)的各子系統(tǒng)應(yīng)協(xié)調(diào)動(dòng)作，共同完成其控制任務(wù)。 二、汽壓被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 （ 1）燃燒率擾動(dòng)下的汽壓動(dòng)態(tài)特性。 保持汽機(jī)調(diào)節(jié)閥 開(kāi)
4、度 不變，階躍變化燃料量 M： Tm () 1 Mb M B sMB b PKW s e M T s t-=? + () 1 MM M T sMT b PKW s e M T s t-=? + 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 6 燃料量擾動(dòng)下的汽壓對(duì)象的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 7 （ 2）汽機(jī)調(diào)門開(kāi)度擾動(dòng)下的汽壓動(dòng)態(tài)特性 汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度擾動(dòng)下的汽壓響應(yīng)曲線 鍋爐燃料量不變，汽機(jī)調(diào)門開(kāi)度階躍變化。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 8 () 1b T BTB Tb PKWs Tsm=? + 1( ) ( )1M T MTM TbPKW s K Tsm= ? + + 三、燃燒控制系統(tǒng)組成的基本原
5、則 （ 1） 燃燒控制系統(tǒng)在外界負(fù)荷需求改變后應(yīng)立即 改變鍋爐的燃料量 ， 維持燃燒過(guò)程的能量平衡 。 然而 ， 主蒸汽壓力對(duì)燃料量的響應(yīng)呈現(xiàn)較大的遲延和慣性 ， 特別是采用直吹式制粉系統(tǒng)的燃燒過(guò)程 ， 如何迅速改 變?nèi)紵手陵P(guān)重要 。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 9 （ 2）燃燒控制系統(tǒng)應(yīng)能迅速發(fā)現(xiàn)并消除燃料量的自發(fā) 擾動(dòng)，維持主汽壓力穩(wěn)定。 （ 3） 當(dāng)外界負(fù)荷需要改變時(shí) ， 鍋爐的送風(fēng)量和引風(fēng)量 應(yīng)與燃料量協(xié)調(diào)動(dòng)作 ， 使鍋爐燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)及爐膛壓 力參數(shù)保持平衡 ， 即鍋爐燃燒工況的穩(wěn)定 。 （ 4） 對(duì)于單元制運(yùn)行的鍋爐允許主汽壓力在一定范圍 內(nèi)波動(dòng) ， 特別是滑壓運(yùn)行時(shí)汽壓變動(dòng)范圍更
6、大 。 故 ， 系 統(tǒng)中有關(guān)參數(shù)應(yīng)加以溫度和壓力的修正 ， 以提高參數(shù)測(cè) 量的精確性 。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 10 四、燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本方案 （ 一 ） 控制系統(tǒng)基本原理 燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)包括三個(gè)相對(duì)獨(dú)立而又緊密 聯(lián)系的子控制系統(tǒng) 。 （ 1） 燃料控制子系統(tǒng) 燃料控制的任務(wù)在于使進(jìn)入鍋爐的燃料量隨時(shí)與外 界負(fù)荷要求相適應(yīng) 。 因?yàn)槠麎菏清仩t燃燒發(fā)熱量與汽輪 機(jī)能量平衡的標(biāo)志 ， 并且在負(fù)荷擾動(dòng)下汽壓具有近乎比 例的響應(yīng)特性 ， 因此汽壓可以作為燃料控制系統(tǒng)的被調(diào) 量 。 原則上可以采用以汽壓作為被調(diào)量的單回路控制系 統(tǒng) ， 即根據(jù)汽壓調(diào)整鍋爐的燃料量 。 但是對(duì)于燃煤鍋爐
7、 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 11 來(lái)講，運(yùn)行中的煤量自發(fā)性擾動(dòng)（煤粉的阻塞與自流、 燃料發(fā)熱量變化等）是經(jīng)常出現(xiàn)的，所以在設(shè)計(jì)燃煤鍋 爐的燃料系統(tǒng)時(shí)，必須考慮使系統(tǒng)具有快速消除燃料自 發(fā)性擾動(dòng)的措施 -引入燃料量的負(fù)反饋。所以燃料控 制系統(tǒng)大都采用串級(jí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，這樣就可以把燃 料量信號(hào)作為負(fù)反饋信號(hào)引入副調(diào)節(jié)器（燃料調(diào)節(jié)器）。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 12 （ 2）送風(fēng)控制子系統(tǒng) 送風(fēng)控制的任務(wù)在于保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性 ,具體地說(shuō)就 是要保證燃燒過(guò)程中燃料量與風(fēng)量有合適的比例。故而 送風(fēng)控制系統(tǒng)采用直接保持燃料量與送風(fēng)量比例關(guān)系的 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)方式。在這個(gè)方案中， 燃料量信號(hào) B作為
8、送風(fēng)量的定值，送入送風(fēng)控制系統(tǒng)， 送風(fēng)量信號(hào) V作為 反饋信號(hào)引入送風(fēng)調(diào)節(jié)器而構(gòu)成一個(gè)比值控制系統(tǒng)，這 就能使送風(fēng)量始終快速地跟蹤燃料量的變化。只要調(diào)整 比例系數(shù) K為適當(dāng)?shù)闹担刂葡到y(tǒng)就能使進(jìn)入鍋爐的送 風(fēng)量與燃料量保持合適的比例，達(dá)到經(jīng)濟(jì)燃燒的目的。 B 送風(fēng)調(diào)節(jié)器 K V + - V 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 13 但是，保持燃料量與送風(fēng)量為固定比例的送風(fēng)控制系統(tǒng)， 在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，不能始終確保燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。 因?yàn)槿剂狭亢退惋L(fēng)量的最佳比值 K是隨負(fù)荷和燃料的品 質(zhì)等因素變化的。因此，一個(gè)完善的燃燒經(jīng)濟(jì)性控制系 統(tǒng)，應(yīng)該考慮用反映燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的參數(shù)來(lái)修正送風(fēng) 量，使之與燃料量之間的
9、比值達(dá)到最佳，并采取隨負(fù)荷、 燃料品種變化而修正送風(fēng)量的送風(fēng)控制系統(tǒng)。 O2 O20 B 送風(fēng)調(diào)節(jié)器 V + - V 氧量校正器 - + * 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 14 從圖中看出，主調(diào)節(jié)器是氧量校正器，它根據(jù)實(shí)際氧量 O2與其給定值 O20的偏差進(jìn)行計(jì)算處理，輸出風(fēng)煤比系 數(shù) K，再用 K與燃料量 B的積作為送風(fēng)量定值，作用于副 調(diào)節(jié)器（送風(fēng)調(diào)節(jié)器），控制送風(fēng)量。只要氧量校正器 輸出的風(fēng)煤比系數(shù) K是最佳的，就能保證燃燒過(guò)程的經(jīng) 濟(jì)性。事實(shí)上，最佳氧量是隨機(jī)組負(fù)荷和燃料品種變化 的，氧量定值 O20也不是常數(shù)。有的系統(tǒng)通過(guò)函數(shù)器， 產(chǎn)生一個(gè)隨負(fù)荷變化的最佳氧量信號(hào)，并經(jīng)過(guò)運(yùn)行人員 修正后
10、作為氧量定值 O20輸入氧量校正器，構(gòu)成更加完 善的燃燒經(jīng)濟(jì)性控制系統(tǒng)。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 15 （ 3）引風(fēng)控制子系統(tǒng) 引風(fēng)控制的任務(wù)是保持爐膛壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)，由于 引風(fēng)控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，壓力 Pf測(cè)量容易，所以引 風(fēng)控制系統(tǒng)一般只需采取以爐膛壓力 Pf作被調(diào)量的單回 路控制系統(tǒng)。從圖中看書(shū)，由于送風(fēng)量的變化是引起負(fù) 壓波動(dòng)的主要原因之一，為了能使引風(fēng)量 G快速地跟蹤 送風(fēng)量 V，以保持二者的比例，可將送風(fēng)量指令作為前 饋信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償器 f（ t）引入引風(fēng)調(diào)節(jié)器。這樣，當(dāng)送風(fēng) 控制性動(dòng)作時(shí)，引風(fēng)控制系統(tǒng)將立即跟著動(dòng)作，而不是 等爐膛壓力偏離給定值后再動(dòng)作，從而減小爐膛壓力的 波
11、動(dòng)。所以引風(fēng)控制系統(tǒng)引入送風(fēng)量指令前饋信號(hào)后， 有利于提高引風(fēng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小爐膛壓力的動(dòng) 態(tài)偏差。 Pf0 G V 引風(fēng)調(diào)節(jié)器 f(t) + - + Pf 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 16 3-2 中儲(chǔ)式鍋爐燃燒 控制策略 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 17 一、概述 中間儲(chǔ)倉(cāng)式鍋爐的燃料系統(tǒng)和燃燒過(guò)程是相互獨(dú)立 運(yùn)行的。燃料系統(tǒng)的任務(wù)是將原煤制成煤粉并存入煤粉 倉(cāng)；進(jìn)入爐膛的燃料量是由給粉機(jī)將存于煤粉倉(cāng)的煤粉 送入爐膛。 二、制粉控制系統(tǒng) 中儲(chǔ)式鋼球磨的控制。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 18 燃煤火力發(fā)電廠進(jìn)入鍋爐爐膛的是磨碎的煤 粉，將原煤塊磨成煤粉的機(jī)械就是磨煤機(jī)。目前 在電廠中采用的
12、磨煤機(jī)有 鋼球磨煤機(jī) 、 豎井式磨 煤機(jī) 、 風(fēng)扇磨煤機(jī) 等。 原煤進(jìn)入磨煤機(jī)被磨成煤粉，由送入磨煤機(jī) 的風(fēng)作為動(dòng)力，將煤粉送入煤粉倉(cāng)儲(chǔ)存起來(lái)。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 19 （一）控制任務(wù) (1) 保證磨煤機(jī)磨成煤粉的細(xì)度符合規(guī)定， 在我國(guó)煤粉細(xì)度是用 70號(hào)篩子上煤粉顆粒的百分 數(shù) （ R70%） 來(lái)表示。煤粉太粗會(huì)增加機(jī)械未完全 燃燒損失；煤粉太細(xì)又會(huì)增加磨煤機(jī)的耗電量。 因此，煤粉細(xì)度是制粉系統(tǒng)的主要的質(zhì)量指標(biāo)。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 20 (2) 解決煤粉的輸送和防爆，必須對(duì)磨煤機(jī)出 口風(fēng)粉混合物的溫度提出要求。如果磨制的煤粉溫 度過(guò)高，則容易引起自燃而導(dǎo)致煤粉爆炸；煤粉溫 度
13、太低，即意味著煤粉因流動(dòng)性差而無(wú)法采用氣力 輸送，且易積粉。如果保證了風(fēng)粉混合物的溫度不 變，則煤粉的濕度也基本上保持不變。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 21 (3) 力求降低磨制每噸煤粉的耗電量，提高經(jīng)濟(jì) 性。鋼球磨煤機(jī)制粉的耗電率除了與煤粉細(xì)度有關(guān) 外，還與鋼球的裝載量、煤的裝載量有關(guān)，與煤種、 管道阻力、制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)量也有關(guān)。因此，要保 持磨煤機(jī)處于最佳出力的工作狀態(tài)，則必須及時(shí)消 除來(lái)自各方面的擾動(dòng)。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 22 1) 給煤量擾動(dòng) 制粉系統(tǒng)運(yùn)行中常會(huì)發(fā)生因煤塊過(guò)大、煤太濕、 給煤機(jī)工作不正常以及管道布臵不合理等造成的斷煤 現(xiàn)象；此外還有通風(fēng)阻力變化引起的通風(fēng)量變化和
14、煤 粉細(xì)度的波動(dòng)。 在通風(fēng)量一定時(shí)，磨煤機(jī)裝煤量不僅影響煤粉細(xì) 度 R70%，而且影響磨煤機(jī)出力 B，它們之間的關(guān)系如 圖所示。在保證煤粉細(xì)度符合要求的前提下，為使磨 煤機(jī)有最大出力，應(yīng)保持磨煤機(jī)的裝載量為最佳值。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 23 2通風(fēng)量擾動(dòng) 進(jìn)入磨煤機(jī)的風(fēng)量變化將引起磨煤機(jī)出力 B以及煤 粉細(xì)度 R70%的變化，其關(guān)系曲線如上圖所示。 在其它 條件不變時(shí)，可通過(guò)控制磨煤機(jī)入口負(fù)壓來(lái)調(diào)整通風(fēng)量 。 在保證煤粉細(xì)度符合要求的前提下，加大通風(fēng)量可提高 磨煤機(jī)的出力。 Gm-B曲線 Gm與 R70%和 B的關(guān)系 裝煤量 磨煤機(jī)出力 風(fēng)量 細(xì)度 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 24 3原煤
15、水分的擾動(dòng) 進(jìn)入磨煤機(jī)原煤水分的變化將直接影響煤粉的濕度， 使煤粉濕度保持在一定范圍，既有利于儲(chǔ)存和輸送，又 有利于保證磨煤機(jī)的最大出力。因此對(duì)不同水分的原煤 要向磨煤機(jī)加入不同的熱風(fēng)，在不產(chǎn)生煤粉爆炸的前提 下，盡量減小煤粉的濕度。 （二）控制系統(tǒng)組成 根據(jù)磨煤機(jī)裝煤量擾動(dòng)、通風(fēng)量擾動(dòng)和原煤水分?jǐn)_ 動(dòng)的分析，磨煤機(jī)控制設(shè)計(jì)有三個(gè)控制回路，即磨煤機(jī) 負(fù)荷控制回路、磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制回路和磨煤機(jī)出口 溫度控制回路，三個(gè)回路均設(shè)計(jì)為單回路控制系統(tǒng)。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 25 1磨煤機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng) 由于鋼球磨在不同出力工況下，其耗電量變化較小， 因此在保證煤粉細(xì)度的前提下，應(yīng)使磨煤機(jī)工作在最大
16、 負(fù)荷下。磨煤機(jī)裝煤量目前尚無(wú)直接的且準(zhǔn)確的測(cè)量手 段，一般采用間接方法，如磨煤機(jī)前后的壓差代表裝煤 量。 磨煤機(jī)負(fù)荷控制方案 （ a） （ b） （ c） 風(fēng)粉混合 物流量 D 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 26 方案 (a): 工作原理是，磨煤機(jī)差壓信號(hào) pm經(jīng)排粉 機(jī)前節(jié)流元件差壓 p修正后的信號(hào) C作為被調(diào)量；被調(diào) 量 C與其給定值 R比較后的差值信號(hào) E送到比例積分調(diào)節(jié) 器，經(jīng)運(yùn)算后輸出控制信號(hào) U?？刂菩盘?hào) U作用到給煤 單元控制給煤機(jī)，從而改變進(jìn)入磨煤機(jī)的原煤并保持在 最佳值。 磨煤機(jī)差壓 pm與裝煤量之間有 m mm G v Rp m 2 2 球磨機(jī)阻力系數(shù) 風(fēng)粉混合物流速 節(jié)流元
17、件差壓 p與裝煤量之間有 mG vRp 2 2 節(jié)流元件阻力系數(shù) 過(guò)節(jié)流元件的氣體流速 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 27 2 2 2 2 m m m m m m v R p G C K R vp R G R v vK m 2 2 其中： 以比值 C作為球磨機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)的被調(diào)量，目的是 消除氣體的流速等因素對(duì)磨煤機(jī)差壓的影響。實(shí)際上， 球磨機(jī)的制粉系統(tǒng)是負(fù)壓運(yùn)行，球磨機(jī)本身負(fù)壓較小， 而排粉機(jī)進(jìn)口負(fù)壓較大，故漏風(fēng)量對(duì) p m的影響較小， 對(duì) p 的影響卻較大。因此，比值 C并不能消除漏風(fēng)對(duì)裝 煤量的影響，即測(cè)量誤差仍然存在；只有在漏風(fēng)量一定 的條件下，經(jīng)過(guò) p 修正后的磨煤機(jī)差壓 p m才能較準(zhǔn)
18、確 地反映裝煤量。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 28 此外，給煤量改變時(shí)首先改變的是磨煤機(jī)喉部阻力， 之后才改變煤位。如給煤量增加，磨煤機(jī)喉部阻力增大， 機(jī)身筒內(nèi)的流速降低，故磨煤機(jī)差壓首先減??；在磨煤 機(jī)內(nèi)存煤量增多之后，差壓才開(kāi)始增大。由此可見(jiàn)，在 給煤量擾動(dòng)之后，響應(yīng)有一段時(shí)間的虛假信號(hào)，且擾動(dòng) 量越大這種虛假現(xiàn)象就越嚴(yán)重。 Gm與 Im和 B的關(guān)系 球磨機(jī)的負(fù)荷特性 磨煤機(jī)出力 裝煤量 裝煤量 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 29 方案（ b） : 工作過(guò)程是，用磨煤機(jī)工作電流變化 來(lái)間接反映裝煤量的變化，磨煤機(jī)的工作電流經(jīng)轉(zhuǎn)換 器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后與其給定值 R比較，其偏差值 E送入比例積
19、分調(diào)節(jié)器運(yùn)算，控制信號(hào) U通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 改變進(jìn)入磨煤機(jī)的原煤量。如上圖（ b）。 由于球煤機(jī)工作電流變化較小，所以電流 電壓轉(zhuǎn) 換器應(yīng)有較高的靈敏度。此外，還要每天按時(shí)給磨煤 機(jī)加鋼球，以避免鋼球重量變化對(duì)磨煤機(jī)工作電流產(chǎn) 生影響。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 30 方案（ c）： 對(duì)磨煤機(jī)而言，原煤量是流入物質(zhì)，而風(fēng)粉混合 物則是流出物質(zhì)。引入風(fēng)粉混合物流量 D的磨煤機(jī)負(fù) 荷控制系統(tǒng)如上圖 (c)。方案（ c）中，磨煤機(jī)差壓 pm 與風(fēng)粉混合物流量信號(hào) D綜合后作為負(fù)荷控制系統(tǒng)的 被調(diào)量，其工作過(guò)程與方案（ a）、（ b）一樣。風(fēng)粉 混合物流量信號(hào)是保證干燥風(fēng)量的信號(hào)，在 D保持不 變時(shí)， p
20、m越大，磨煤機(jī)裝煤量越大。 方案（ d）： 對(duì)磨煤機(jī)而言，裝煤量越大，噪聲越小，通過(guò)測(cè) 量磨煤機(jī)的噪聲，來(lái)實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)負(fù)荷的控制，其工作 過(guò)程與方案（ a）、（ b）、（ c）一樣。磨煤機(jī)的噪聲 越大，磨煤機(jī)裝煤量越小。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 31 2.磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制系統(tǒng) 磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制的目的是 維持制粉系統(tǒng)的通風(fēng) 量 ，同時(shí) 保證制粉系統(tǒng)各點(diǎn)負(fù)壓 。制粉系統(tǒng)負(fù)壓過(guò)大則 增加漏風(fēng)量，負(fù)壓過(guò)小又會(huì)出現(xiàn)漏粉。 左圖是磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制系統(tǒng)組 成原理方框圖。磨煤機(jī)入口負(fù)壓 p負(fù) 作為 被調(diào)量，與其給定值 R求偏差后送入比例 積分調(diào)節(jié)器運(yùn)算，調(diào)節(jié)器輸出的控制作 用 U通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 改變冷風(fēng)擋
21、板開(kāi)度 ， 從而改變磨煤機(jī)通風(fēng)量以維持入口負(fù)壓 在給定值。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 32 3磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng) 磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng)如左圖。其組 成原理及工作過(guò)程與入口負(fù)壓控制系統(tǒng)是一 樣的，它是通過(guò) 改變熱風(fēng)門擋板開(kāi)度調(diào)整熱 風(fēng)量來(lái)控制出口溫度 的。 對(duì)磨煤機(jī)出口溫度來(lái)說(shuō)，在熱風(fēng)門開(kāi)度變 化后，其溫度變化有一定的延遲和慣性，然而 單獨(dú)調(diào)整還是比較容易維持被調(diào)量的。但是， 在熱風(fēng)量變化后進(jìn)入磨煤機(jī)的通風(fēng)量（熱風(fēng)量 +冷風(fēng)量）即隨之變化，從而磨煤機(jī)入口負(fù)壓 也變化。實(shí)際上，在調(diào)整冷風(fēng)量以維持入口負(fù) 壓時(shí)，也就影響了磨煤機(jī)出口溫度。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 33 可見(jiàn)這兩個(gè)系統(tǒng)之間是相互
22、影響的，作為一個(gè)整 體考慮時(shí)，這是一個(gè)雙輸入雙輸出的多變量系統(tǒng)。因 此要想獲得較好的調(diào)節(jié)效果，僅僅采用上述兩個(gè)單回 路系統(tǒng)是不夠的。一般地， 從負(fù)壓控制系統(tǒng)中要引出 冷風(fēng)擋板位臵指令信號(hào)，并以前饋的方式作用到熱風(fēng) 擋板位臵控制回路，使磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng)改變 為前饋加反饋的負(fù)荷控制系統(tǒng)，這樣可以補(bǔ)償冷風(fēng)門 開(kāi)度對(duì)出口溫度的影響。 對(duì)于磨煤機(jī)控制回路來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)一個(gè)三輸入三輸 出的多變量控制系統(tǒng)是合理的，可收到比三個(gè)獨(dú)立的 單回路控制系統(tǒng)要好得多的調(diào)節(jié)效果。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 34 三、燃燒控制系統(tǒng) 1采用熱量信號(hào)的燃燒控制系統(tǒng) 以熱量信號(hào) DQ代替燃料量信號(hào) M 熱量信號(hào)與進(jìn)入爐膛的燃
23、料量 M間呈比例關(guān)系， 僅在時(shí)間上存在遲延。因此，用熱量信號(hào)代替燃料 量信號(hào)是可行的。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 35 鍋爐主指令 （燃燒率指令） 煙氣中的實(shí) 際含氧量 鍋爐蒸汽流量 熱量信號(hào) 進(jìn)入爐膛的 實(shí)際風(fēng)量 爐膛壓力 給粉機(jī)轉(zhuǎn)速指令 送風(fēng)指令 引風(fēng)指令 “燃料空氣”燃燒控制方案，又稱“熱量 氧量”的燃燒控制 經(jīng)熱值修正 后的給粉機(jī) 轉(zhuǎn)速信號(hào) 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 36 工作過(guò)程： (1)當(dāng) BD增加時(shí) ， 調(diào)節(jié)器 PI1動(dòng)作 ， 增大給粉機(jī)轉(zhuǎn) 速增加燃料量； PI2動(dòng)作增大送風(fēng)量 ， PI2輸出的增大 ， 經(jīng)前饋通道增大引風(fēng)機(jī)位臵指令 ， 增大引風(fēng)量 ， 引風(fēng) 量與送風(fēng)量成比例變化
24、 ， 送風(fēng)量與燃料量成比例變化 。 (2)由熱量信號(hào) DQ反映的進(jìn)入爐膛燃料量與指令 BD不相等時(shí) ， 比例積分特性的調(diào)節(jié)器 PI1輸出指令就繼 續(xù)增加 ， 直到 DQ與 BD平衡為止 。 同樣 ， 風(fēng)量調(diào)節(jié)器 PI2的作用保證風(fēng)量與主指令相平衡 ， 而爐膛壓力調(diào)節(jié) 器 PI3則保證爐膛壓力 Pf等于設(shè)定值 。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 37 (3)風(fēng)量控制子系統(tǒng)是由 PI2、 PI4組成的串級(jí)系 統(tǒng)，其中 PI2為內(nèi)回路調(diào)節(jié)器， PI4為外回路調(diào)節(jié)器。 由于燃燒控制系統(tǒng)的一個(gè)重要任務(wù)是保證燃燒的經(jīng) 濟(jì)性，即燃料量與風(fēng)量應(yīng)有最佳的匹配。在該燃燒 控制系統(tǒng)中，風(fēng)量和燃料量是成比例變化的，然而 當(dāng)
25、煤種變化其發(fā)熱量偏離其設(shè)計(jì)值時(shí)，這種成比例 變化顯然難以保證經(jīng)濟(jì)燃燒。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 38 (4)燃燒的經(jīng)濟(jì)性可通過(guò)過(guò)?？諝庀禂?shù)或煙氣含 氧量反映，即保證燃燒過(guò)程中有最佳的煙氣含氧量， 無(wú)疑就保證了燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。調(diào)節(jié)器 PI4的被調(diào) 量是煙氣含氧量 ，其目標(biāo)值是鍋爐蒸汽流量 D經(jīng) 函數(shù) f（ x）標(biāo)定后給出的，即在不同的負(fù)荷下煙氣含 氧量應(yīng)具備的最佳值。當(dāng)實(shí)際含氧量偏離目標(biāo)值時(shí)， PI4輸出變化經(jīng)乘法修正進(jìn)入爐膛的實(shí)際風(fēng)量，再次 調(diào)整進(jìn)入爐膛的風(fēng)量，使 等于當(dāng)前負(fù)荷下的最佳 值。 2%O 2%O 熱量信號(hào)的運(yùn)算實(shí)現(xiàn) ： bQb dPD D C dt=+ 汽包壓力 注：其實(shí)本身是
26、一個(gè)實(shí)際微分 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 39 2采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的燃燒控制系統(tǒng) 基本點(diǎn)：采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)代替進(jìn)入爐膛的燃料量 信號(hào)。 不僅是因?yàn)橥ǔＧ闆r下給粉 機(jī)轉(zhuǎn)速與給粉量成正比，而且在 負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)要比 熱量信號(hào)反應(yīng)快，對(duì)負(fù)荷側(cè)擾動(dòng) 的適應(yīng)性強(qiáng)，能使燃料控制子系 統(tǒng)快速平衡下來(lái)。 系統(tǒng)特點(diǎn)： 熱量信號(hào)代替燃料量信號(hào)，并對(duì)風(fēng)量施 以氧量校正；能消除燃料自發(fā)擾動(dòng)的影響。 經(jīng)熱值修正 后的給粉機(jī) 轉(zhuǎn)速信號(hào) 熱值校正回路 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 40 結(jié)構(gòu)分析： 給粉機(jī)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)乘法器運(yùn)算后輸出信號(hào) nQ。比較器、積分器 I、乘法器組成一個(gè)閉合系統(tǒng)，其輸 入信號(hào)為熱量信號(hào) D
27、Q。根據(jù)積分特性，穩(wěn)態(tài)時(shí)積分器輸 入信號(hào)必為零，即 nQ=DQ，這表明在一定意義上 nQ代表著 熱量信號(hào)，因而該方案具備采用熱量信號(hào)的控制系統(tǒng)特征。 加入這種熱值修正功能，不僅能消除煤種變化的影響，而 且可消除給粉機(jī)轉(zhuǎn)速自發(fā)變化的影響等。 對(duì)于燃燒過(guò)程， 無(wú)論是煤種變化，還是給粉機(jī)轉(zhuǎn)速自身改變，都表現(xiàn)為爐 膛發(fā)熱量的變化，如 DQnQ，積分器輸出增大， 的乘法 系數(shù)增大， nQ增大。在燃料子系統(tǒng)中， nQBD，調(diào)節(jié)器 PI1 輸出減小，降低給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，減小進(jìn)入爐膛的燃料量。當(dāng) 鍋爐主指令 BD增加時(shí)， 增大， nQ增大，因而 DQ也增大， 積分器輸出基本不變。 n n 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)
28、 41 3-3 中儲(chǔ)式鍋爐燃燒 控制系統(tǒng)實(shí)例 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 42 送風(fēng)控制系統(tǒng) 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 43 帶氧量校正回路的送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以消除風(fēng)煤配比造成 的誤差。風(fēng)量穩(wěn)定，一次風(fēng)壓和二次風(fēng)壓就比較穩(wěn)定，對(duì)穩(wěn) 定燃燒有利。所以，當(dāng)氧量出現(xiàn)較小偏差時(shí)，不希望風(fēng)量有 過(guò)大調(diào)整。因此，氧量校正回路的作用以慢為主，同時(shí)對(duì)大 偏差信號(hào)也有一定的調(diào)整能力。 氧量的定值信號(hào)由兩部分組成：一部分是機(jī)組功率經(jīng)函 數(shù)模件轉(zhuǎn)換后的氧量隨負(fù)荷變化的值，另一部分是手動(dòng)給定 信號(hào)，作為偏臵信號(hào)。 氧量調(diào)節(jié)器 PI1根據(jù)氧量測(cè)量值與給定值之間的偏差進(jìn) 行調(diào)節(jié)運(yùn)算，其輸出經(jīng)手動(dòng) /自動(dòng) M/A1和函數(shù)器 f
29、1(x)后形成 氧量校正信號(hào)。氧量調(diào)節(jié)器的作用是使氧量的測(cè)量值與給定 值相等，使進(jìn)入爐膛的燃料經(jīng)濟(jì)燃燒。函數(shù)器 f2(x)接受調(diào)節(jié) 器 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 44 的 0100%的輸出，并轉(zhuǎn)換成范圍約為 0.71.3的輸出，形成 風(fēng) /煤比校正信號(hào)。當(dāng)實(shí)際氧量高于給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出 減少，經(jīng)函數(shù)之后使成風(fēng) /煤比校正信號(hào)減少，從而減少送 風(fēng)量使氧量下降，反之亦然。 送風(fēng)量定值形成：機(jī)組負(fù)荷給定值經(jīng)函數(shù)器 f3(x)后乘以 風(fēng) /煤比校正信號(hào)，再加上運(yùn)行人員偏臵。 送風(fēng)量調(diào)節(jié)以 PI2為核心，經(jīng)氧量校正形成的送風(fēng)量給定 值與實(shí)際風(fēng)量的偏差值，輸入到 PI2調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制運(yùn)算， 形成送風(fēng)量控
30、制指令，經(jīng)八平衡模塊后，分別送至兩臺(tái)送風(fēng) 機(jī)手 /自動(dòng)控制站。其中一臺(tái)手 /自動(dòng)站為調(diào)設(shè)定值，一臺(tái)為 調(diào)偏臵。 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 45 引風(fēng)控制系統(tǒng) 第三章 鍋爐燃燒控制系統(tǒng) 46 引風(fēng)量調(diào)節(jié)是以調(diào)節(jié)器 PI為中心。控制系統(tǒng)的被調(diào)量是 爐膛負(fù)壓，其給定值是運(yùn)行人員在軟手操控制器 M/A上給出 的。當(dāng)爐膛壓力因某種擾動(dòng)發(fā)生變化時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器接受給 定值與實(shí)際值的偏差信號(hào)，并對(duì)此進(jìn)行比例積分控制運(yùn)算， 其運(yùn)算結(jié)果與作為前饋信號(hào)的 （送風(fēng)機(jī)指令 +排粉機(jī)出口風(fēng) 壓） 疊加后，形成引風(fēng)機(jī)的控制指令，經(jīng)平衡模塊后，分別 送到兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)手 /自動(dòng)站。系統(tǒng)中引入前饋信號(hào)的作用是 為了在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，能使引風(fēng)量與送風(fēng)量同步動(dòng)作，以 減小送風(fēng)量變化對(duì)爐膛壓力的影響。
《鍋爐燃燒控制系統(tǒng)》PPT課件
