第五章-燃烧过程控制系统

燃烧过程控制系统燃烧过程自动控制系统1.燃烧控制任务2.燃烧对象的动态特性3.燃烧自动控制的基本方案4.典型燃烧过程自动控制系统一、燃烧控制任务使燃料的燃烧热量与锅炉的蒸汽负荷要求相适应，保证锅炉安全经济的燃烧。每台锅炉燃烧过程的具体控制任务与制粉系统、燃烧方式以及机炉运行方式有密切关系。1.炉跟机时燃烧控制任务维持机前压力（过热器出口汽压）保持在给定值±0.2MPa范围内维持炉内过剩空气稳定，保证燃烧经济性保持炉内氧量在给定值±0.5％范围内维持炉膛负压保持在给定值±30Pa范围内2.机跟炉时燃烧控制任务维持单元机组负荷维持炉内过剩空气稳定维持炉膛负压相应有三个调节：燃料量调节、送风量调节和引风量调节3.燃烧控制特点这是一个多变量系统，对象内部存在相互作用，即每个被调量同时受到几个调节量的影响，每个调节量的改变又能同时影响几个被调量。1.汽压对象的生产流程主蒸汽压力受到的主要扰动来源有二个，其一是燃烧率扰动称为基本扰动或内部扰动；其二是汽轮机调节阀开度的扰动，称为外部扰动。§12-2燃烧过程被控对象动态特性具有自平衡能力，是有迟延的惯性环节。当燃烧率作阶跃增加后，炉膛热负荷立即增大，致使汽包压力上升，压差（）增大，就使蒸汽流量增加。由于汽轮机调节汽门开度不变，主汽压将随着蒸汽的积累而增大。的升高又会使蒸汽通向汽轮机的流出量增加，自发地限制了汽压的增加，最终达到新平衡。2bTpppbpTpTp2.燃料量扰动下汽压被控对象的动态特性（1）汽轮机控制系统为纯液压调速系统时，此图是汽轮机功率不变，锅炉发生燃烧率扰动时汽压变化的阶跃反应曲线。汽压变化一开始有迟延，迟延时间为，最后直线上升。M锅炉汽压是一个无自平衡能力的控制对象，汽包压力与出口汽压之差与蒸汽流量以及过热器的阻力成正比。但由于燃烧率阶跃扰动后，蒸汽负荷不变（需要相应地调整汽轮机进汽阀），则0TD（2）汽轮机控制系统为功频电液控制系统时汽压对象具有自平衡能力的特性。当增大阶跃时，汽轮机进汽量突然增加，致使主汽压力跳跃下降。此时由于燃料量不变，用汽量的增加使汽包压力开始缓慢下降，主汽压力也跟着缓慢下降，并导致用汽量逐渐回降，最后回到扰动前的数值。TpbpTpT3.汽轮机负荷扰动下汽压被控对象动态特性（1）μT扰动下汽压被控对象动态特性汽轮机控制系统为纯液压调速系统时汽压对象具有无自平衡能力的特性由于用汽流量始终大于燃烧供热量，能量供求一直得不到平衡。在扰动一开始，汽压立即下降(其大小与扰动量以及过热器阻力成正比)，然后一直等速下降。和的压差始终保持不变。TDbpbpTp（2）DT扰动下汽压被控对象动态特性汽轮机控制系统为功频电液控制系统时2.炉烟含氧量动态特性维持含氧量的主要调节手段是调节送风机入口挡板控制的送风量，也是其主要扰动，称为内扰。煤量变化、炉膛负压变化也影响含氧量，称为外扰。含氧量的动态特性主要是指在送风量阶跃扰动下，含氧量随时间变化的特性。动态特性具有滞后、惯性和自平衡能力。其传递函数一般为()1VsVVVKGseTs2()(1)VVVKGsTs3.炉膛负压动态特性炉膛负压的控制对象是引风机入口挡板所控制的引风量，称为内扰。送风量变化会影响炉膛负压，称为外扰。炉膛负压动态特性是引风量阶跃变化时，炉膛负压随时间变化的特性，如图所示。由于炉膛负压反应很快，可作比例特性来处理。1.燃料控制子系统2.送风控制子系统3.引风控制子系统4.整体基本方案§12-3燃烧过程控制基本方案一、燃烧过程控制的基本构成从燃烧过程控制任务来看，燃烧过程控制应具有如下功能：（1）迅速改变炉膛燃烧率，适应外部负荷变化。（2）控制系统能迅速发现并消除燃烧率扰动。燃烧率扰动通常指燃料量和燃料热值的变化扰动。（3）确保燃料、送风和引风等参数协调变化。保证燃烧经济性。（4）确保燃烧过程的稳定性，避免炉膛压力大范围波动。图12－21燃烧过程控制构成BD锅炉主控制器燃制料系控统送制风系控统引制风系控统协调级1燃料控制系统燃料控制的任务在于进入锅炉的燃料量随时与外界负荷要求相适应。与机组运行方式有关。二、各控制系统的控制方案送风控制的任务在于保证燃烧的经济性。（1）单闭环比值送风控制系统静态时，调节器入口信号平衡关系为:送风量V和燃料量M的最佳比例K是随不同负荷、不同燃料品种而变化的。因此，可以选用随负荷、燃料品种变化而修正送风量的送风控制系统。MK－V＝0或V／M＝K式中K——风煤比例系数2送风控制系统（2）前馈-串级送风控制系统采用氧量作为校正信号的送风控制系统如图所示：当系统处于静态时，副调节器的入口信号的平衡关系为：0MKV因此，校正后的送风量信号为VMK为了使氧量给定值随负荷的改变而变化，可将负荷信号D通过一个函数器产生一个随负荷而改变的最佳氧量信号作为氧量校正调节器的给定值。()fx（3）串级-比值的送风控制系统特点：在负荷变化的初期保证风量和燃料的基本比例，然后根据烟气含氧量对风量指令进行修正，确保燃烧的最佳风量和燃料比。引风控制的任务是保持炉膛负压在规定的范围内。一般炉膛压力维持在比大气压力低20～50Pa左右。由于送风量的变化是引起负压波动的主要原因，为使引风量快速跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈引入引风调节器中。有利于提高引风控制系统的稳定性和减小炉膛负压的动态偏差。3引风控制系统三、燃烧过程基本方案§12-4燃烧控制中的几个问题一、燃料量（发热量）测量1、热量信号bQbdpDDCdt热量信号DQ不仅能反映出燃料量的改变；同时也反映出燃料的热值变化。以增量形式表示，由于燃料量不变，令0QD0bbdpDCdt111000()()ttbbbbbttdpDdtCdtCptptdt1001()()()()bbbbptptptpt1001()()ttbbbDdtCptpt蒸汽流量D是由汽轮机第一级压力p1计算而来的，因此，工程上常采用如下形式的热量信号DQ1bQbdpDpCdt需要指出的是，如有燃料量或燃料热值变化，只有当其影响到汽包压力pb或蒸汽流量D(汽轮机第一级压力p1)后，才能从热量信号DQ反映出来，因此严格来说，热量信号DQ在测量时间上是有滞后的。一、燃料量的测量基于给煤量修正的总燃料量（发热量）测量给煤机控制装置有给煤量测量功能，测量值求和后就代表入炉总煤量Mc。但由于煤种和水分不同，煤的发热量不同，因此需将总煤量Mc信号进行修正以构建一个既能反映燃料量变化又能反映出煤的热值变化的燃料量（发热量）信号。oMQcMkOkM总燃料量§12-4燃烧控制中的几个问题二、增益自动调整乘法器为燃料调节对象的一部分，选择合适的函数f(x)，则可以做到不管给煤机投入的台数如何，都可以保持燃料调节对象增益不变，这样就不必调整燃料调节器的控制参数了。增益调整与平衡器（GAINCHANGER&BALANCER），就是完成该功能。三、风煤交叉限制为了在机组增、减负荷动态过程中，使燃料得到充分燃烧就要保证有足够的风量。需要保持一定的过量空气系数，因此，在机组增负荷时，就要求先加风后加煤；在机组减负荷时，就要求先减煤后减风。这样就存在一个风煤交叉限制。燃料侧风煤交叉限制总燃料测量与修正四、风机调节风机调节的实质就是通过改变风机工作点，使风机输出风量与所需要的风量保持平衡。（1）出口节流调节：采用风机出口节流调节时，节流挡板装置在风机出口管路上。改变管道系统特性曲线，从而使风机的风量改变。１．节流调节节流调节就是改变风机进口或出口管路上的节流挡板的开度，来改变风机的工作点，从而调节风机的通风量。缺点：产生节流损失，经济性下降；风机喘振一般已不采用这种调节方式。（2）进口节流调节：节流挡板设置在风机的进口管路上，通过改变风机进口节流挡板的开度，来改变风机进口压力和性能曲线，使风机工作点移动，达到调节风量目的。进口节流调节要比出口节流调节的运行经济性要好，但挡板开度与风量变化不成线性关系，不宜采用自动调节，调节性能较差，因此大容量风机也不采用这种调节方式。（1）入口导流器调节：通过改变风机入口处导流器叶片的角度，使风机叶片进口气流的周向速度发生变化，从而改变风机的性能曲线及工作点，进而达到调节风量的目的。2．变角调节由于导流器的附加阻力较小、风机效率下降较少，所以运行的经济性比节流调节高得多，而且导流器结构简单、设备费用低、调节性能较好、运行可靠、维护方便，风机常采用这种调节方法。（2）动叶调节：通过改变风机叶片的角度，改变风机的特性曲线，实现改变风机运行工作点和调节风量。采用这种调节方法时，运行经济性和安全性均较好，且每一个叶片角度均对应一条性能曲线，叶片角度与风量的变化几乎成线性关系，便于采用自动调节，因此在大容量轴流式风机中得到广泛采用。通过改变风机叶轮的工作转速，来改变风机的特性曲线，从而达到改变风机运行工作点和调节风量的目的3．变速调节4．风机防喘振喘振是风机运行中的一种特殊现象，喘振会造成风机叶片断裂或其它机械部件损坏，威胁风机和整个系统的安全。因此运行中一旦发现风机进入喘振区，就应该采取措施使风机运行点避开喘振区。§12-6直吹式锅炉燃烧过程控制一、直吹式锅炉燃烧控制特点由于燃料调节机构——给煤机在磨煤机前，所以制粉过程被包括在控制通道中，磨煤机已成为燃烧控制系统不可分割的组成部分。磨煤需要时间，因此磨煤机的输出煤粉量M与进入磨煤机的原煤量Mo之间有时间上的滞后和延迟，显然，制粉过程增大了控制通道的惯性和延迟，对燃烧控制是不利的。如何在负荷变化时，能迅速改变进入炉膛的煤粉量？1、一次风-燃料系统二、直吹式锅炉燃烧控制的原则性方案2、燃料-风量系统1、燃料控制系统三、相应控制系统方案风煤交叉限制燃料量修正和动态校正对象增益修正前馈2、磨煤机一次风量控制系统600MW机组一般配置六台磨煤机，分别为A、B、C、D、E和F，每台磨煤机组的控制原理是完全相同的，但控制系统结构又都是互相独立的。这里仅以磨A的一次风量控制系统为例进行介绍。前馈-单回路控制系统3、磨煤机出口温度控制系统前馈-串级控制系统3、磨煤机出口温度控制系统4、一次风压控制系统单回路控制系统5、送风控制系统二次风量一次风量y5+y4++－y1Σ3Σ4y2y3＞锅炉指令BDLAG2LAG1f3(x)×f1(x)主蒸汽流量Σ2A1△PID1烟气含氧量TAf2(x)总燃料量f4(x)＞30％△PID2Σ1总风量GAINCHANGER&BALANCERΣ5f5(x)A串级-比值控制系统前馈增加快速性燃料动态校正串级控制送风机A动叶开度送风机B动叶开度图12－63送风控制系统方案＋∑6TAT1强开(来自SCS)100%T2强关(来自SCS)0%∑7＋＋－Af(x)TAT3强开(来自SCS)100%T4强关(来自SCS)0%f(x)防喘振回路防喘振回路AAAA6、炉膛压力控制系统100%100%f1(x)炉膛压力引风机A静叶开度引风机B静叶开度△PID∑1两送风机动叶开度之和ABALANCERf2(x)＋∑2TA∑3＋＋－Af(x)TA超弛控制回路T5MFTf(x)超弛控制回路T6T1强开(来自SCS)T2强关(来自SCS)0%T3强开(来自SCS)T4强关(来自SCS)0%AAAA带死区的非线性函数§12-7600MW机组燃烧过程控制实例一、系统总体结构600MW机组锅炉燃烧控制系统，采用正压直吹式制粉系统，锅炉采用四角切圆燃烧方式，包括六台磨组。其燃烧控制方案采用“燃料——风量”原则性系统。该机组燃烧控制系统主要包括以下子控制系统：（1）燃料量控制系统；（2）磨组控制系统；（3）送风控制系统；（4）炉膛压力控制系统；（5）一次风压力控制系统（6）辅助控制系统。总给煤量f4(x)总燃油量主汽流量f1(x)∑f2(x)△K∫AATf3(x)总煤量修正总燃料量图12－65总燃料量信号形成×∑KLAG0％手动当出现下列情况之一时，煤量修正控制站将强制切到手动修正方式：（1）主汽流