热水锅炉燃烧系统自动化控制简介

第 4期 2 0 1 0年 7月 锅炉制造 B OI L E R MAN UF A C T URI NG No 4 J u 1 2 0l O 文章编号 ： C N 2 3 1 2 4 9 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 5 0 0 2 热水锅炉燃烧 系统 自动化控制简介 刘建华 ， 郭 旺 ( 1 哈 尔滨锅炉厂有限责任公 司， 黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 ； 2 哈 尔滨锅炉厂工业锅 炉公 司， 黑龙 江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 ) 摘要 ： 对于热水锅炉而言 ， 燃烧系统控制可 分为送风控制 、 炉排转速 控制 、 炉膛 负压控制 ， 此三部 分相互关 联。本 文就热水锅炉燃烧 系统 自动调节的任务 、 手段 、 燃烧系统 主要被控 参数 、 燃烧 系统运行优 化控 制原理 、 燃烧系统 自动控制具 体实现 的方案做了简要概述 。 关键词 ： 热水锅炉 ； 燃烧 系统 ； 自动化控制 ； 调节 中图分类号 ： T K 2 2 9 文献标识码 ： B I n t r 0 d u c t i 0 n 0 f Au t o c o n t r o l 0 f Ho t W a t e r Bo i l e r Co mb u s t i o n s y s t e m L i u J i a n h u a ， G u o Wa n g ( 1 Ha r b i n B o i l e r C o L t d ， Ha r b i n 1 5 0 0 4 6， C h i n a ； 2 H a r b i n I n d u s t r i a l B o i l e r c o m p a n y ， H a r b i n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： F o r h o t wa t e r b o i l e r ， c o mb u s t i o n s y s t e m i nc l u d e s a i r s u p p l y c o nt r o l ， r a n g e r o t a t e s p e e d c o n t r o l， b u r ne r n e g a t i v e pr e s s u r e c o n t r o 1 T h e t h r e e pa r t s a r e c o n n e c t e dCa t r e l s o f t u s k me a s u r e s， p a r a me t e r ， t he o r y a n d p r o j e c t f o r t h e r m o b o i l e r a r e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r Ke y w o r d s ： h o t w a t e r b o i l e r ； c o m b u s t i o n s y s t e m； a u t o c o n t r o l ； a d j u s t 0 引 言 制、 炉膛负压控制， 此三部分相互关联。 热水锅炉的燃烧控制主要解决的是锅炉的热 平衡问题。当外网的负荷变化时 ， 相应的一、 二次 风量分配也会变化。因此 ， 锅炉 的燃烧控制即要 控制给煤量 ， 也要控制一、 二次风的给风量。也就 是要根据外网的负荷变化情况来控制锅炉的给煤 量。根据锅炉燃料的供给速度来控制锅炉的一、 二次风量 ， 再根据锅炉出口烟气的含氧量对风 煤 比进行 自动调整。 燃烧系统控制是锅炉 自动控制系统一部分。 燃烧系统控制又可 以分成送风控制 、 炉排转速控 1 燃烧系统 自动调 节的任务 燃烧系统 自动调节的第一个任务是维持锅炉 出口热水温度保持稳定 ， 克服 自身燃料方面的扰 动 ， 保证负荷与出力的协调 ； 第二个任务是使燃料 量与空气量 相协调 ( 风煤 比) ， 保证燃 烧的经济 性； 第三个任务是使引风量与送风量相适应 ， 维持 炉膛压在一定范围内。 2 燃烧 系统 自动调节的手段 由于锅炉在运行过程中负荷经常发生变化 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 00 2l 8 作者简介： 刘建华( 1 9 7 7一) ， 女 ， 内蒙古赤峰人 ， 工程师， 2 0 0 1年毕业于长沙电力学院热 能动力工程专业 ， 从事锅炉设计工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第4期 刘建华， 等： 热水锅炉燃烧系统自动化控制简介 5 l 这样必须随负荷变化及时调整燃料量， 锅炉中进 出热量的平衡体现为锅炉 出口热水温度 ， 负荷调 节即温度调节 ， 温度调节通过燃料量的调节即炉 排转速的改变来实现。因此在具体的控制设计中 应根据负荷来设定炉排转 速粗调 ， 根据锅炉 出口热水流量来细调炉排转速 ； 根据炉排转速来 设定送风粗调 ， 由烟气含氧量来细调送风量 ， 再根据送风来调整引风以维持负压。 细调过程在规则控制中实现 ， 粗调在大 的负 荷变动中采用 。粗调要求有比较准确的炉排转速 与负荷 的对应表 、 鼓风与引风的对应表。细调要 求有准确的经验数据 。对应表及规则表可写入程 序并可在界面中修改 。 3 燃烧 系统主要被控参数 1 ) 锅炉出 口水温 ： 锅炉 出 口水温是衡 量供求 关系平衡与否的重要指标 ， 出口水温还 是送 风控 制 回路 中送风调节器 的前馈信号， 当负荷变化时 送风挡板立即动作。锅炉出 口水温调节器根据锅 炉出口水温的变化 ， 对运行 的锅炉按预定 的比例 发出增 、 减负荷的信号。 2 ) 炉膛负压 、 送风量、 引风量 ： 炉膛 负压过高 或过低都会影响锅炉的安全生产和经济燃烧。若 炉膛负压过小 ， 容易局部喷火 ， 不利于安全生产 ； 若炉膛负压过大 ， 则漏风严重 ， 从而导致总风量增 加 、 烟气热损失增大、 煤耗增加 。炉膛负压的稳定 是通过炉膛负压 、 送风量、 引风量 3个变量参数信 号经过控制系统 内各功能块 的作用 ， 调节 引风变 频转速 ， 控制其引风量来实现的。当负荷增大时 ， 热负荷调节器发 出信号 ， 通过调速电机增大给煤 量 。同时 ， 与给煤量成 比例 的送风量也 由于送风 调节器的动作 ， 使送风量相应增大 ， 此时炉膛负压 立即下降 ， 需增加引风量以保证炉膛负压 的稳定。 由于调节器要在炉膛负压变化后才有输 出， 虽然 引风调节器的输 出调节 了引风变频 的转速 ， 但在 一 段时间内炉膛负压仍在下降。因此将送风调节 器的输 出作为引风调节器的前馈信号 ， 送 到炉膛 负压调节回路的引风调节器 ， 使送风调节器动作 时引风调节器立 即动作 ， 以解决测量滞后 问题。 引风量实际上是送风量 的微调。 3 ) 烟气含氧量： 烟气氧含量是检查锅炉燃烧 系统燃料量与送风量是否合适的一个指标 。一般 用过量空气系数 ， 即风煤 比来衡量燃烧效率。过 量空气系数是通 过分析烟气 中氧的含量来设定 的。当负荷或燃煤质量发生变化时 ， 烟气 中的氧 含量要发生变化 ， 因此除了通过氧量调节器来调 节氧含量外 ， 氧量调节器的输 出还作为送 风调节 器的输入信号来 校正送风量 ， 以保证燃烧 的经济 性 。 锅炉燃烧 系统 的三个控 制 目标是相 辅相成 的 ， 锅炉 出口水温变化 ， 需要调节燃料和送风 ， 这 势必会 引起炉膛 氧含量和负压的变化 ； 氧含量变 化 ， 需要调节送风和燃料 ， 同样要引起 出口水温和 炉膛负压的变化 ； 炉膛负压变化 ， 需要调节引风和 送风 ， 反过来也要引起氧含量的变化 ， 因此是一个 强相关、 强耦合的系统。同时， 由于实际过程 中燃 料的配比不稳定 ， 燃料 的热值时好时坏， “ 负荷流 量” 的需要量时高时低 ， 致使被控对象极其不稳 ， 所以存在强烈 的外部干扰。总体说来 ， 锅炉燃烧 对象是一个具有多变量 、 强耦合、 强干扰 、 大滞后 等特性 的复杂过程系统。 4 燃烧 系统运行优化控制原理 通过运行历史数据和试验数据 ， 建立锅炉在 不同的干扰量 ( 负荷 ， 环境温度 ) 下各可调量 ， 如 一 次风压 ， 二次风压及不同的二次风量组合 ， 烟气 含氧量 、 给煤量 等， 与锅炉运 行性 能 ( N O 和效 率) 之间的非线性动态模 型。采用动态控制 ， 控 制锅炉达到最佳状态， 从而实现性能最佳 。 5 燃烧 系统 自动控制具体 实现 的方 案 控制系统获取锅 炉的所有状 态与参数 ， 以这些数 据为基础 ， 进行建模 、 优化与控制 ， 得到影响锅炉 运行性能的各个控制量 的最优值 ， 并以偏置值的 形式反馈到控制系统， 实现锅炉运行性能的闭环