华北电力大学600MW机组集控运行培训班 热控第三章 锅炉燃烧控制系统.ppt

1,第三章锅炉燃烧控制系统,3.1锅炉燃烧过程概述3.2中储式锅炉燃烧控制策略3.3中储式锅炉燃烧控制系统实例3.4直吹式锅炉燃烧控制策略3.5直吹式锅炉燃烧控制系统实例,2,3-1概述,3,一、燃烧控制系统的基本任务电站锅炉燃烧过程实质是将燃料化学能转变为蒸汽热能的能量形式转换过程。燃烧过程控制的根本任务是使燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，并保证锅炉安全经济运行。1维持蒸汽压力稳定锅炉蒸汽压力作为表征锅炉运行状态的重要参数，不仅直接关系到锅炉设备的安全运行，而且其是否稳定反映了燃烧过程中能量供求关系。在单元机组中，锅炉蒸汽压力控制与汽机负荷控制是相互关联的，锅炉燃烧控制系统的任务是及时调整锅炉燃料量，使锅炉的能量输出与汽机为适应对外界负荷需求而需要的能量输入相适应，其标志是蒸汽压力的稳定。,4,2保证燃烧过程的经济性保证燃烧过程的经济性是提高锅炉效率的重要方面，它是通过维持进入炉膛的燃料量与送风量之间的最佳比值来实现，即在有足够的风量使燃料得以充分燃烧的同时，尽可能减少排烟造成的热损失。3维持炉膛压力稳定锅炉炉膛压力是否稳定反映了燃烧过程中进入炉膛的风量与流出炉膛的烟气量之间的工质平衡关系。若送风量大于引风量，炉膛压力升高，太高的压力会造成炉膛向外喷火；反之，送风量小于引风量炉膛压力下降，过低的压力会造成漏风而降低炉膛温度，影响炉内燃烧工况，经济性下降。所以说，炉膛压力是否在允许范围内变化，关系到锅炉的安全经济运行。,5,锅炉燃烧过程的上述三项控制任务是不可分开的，它的三个被控参数（被调量）（即蒸汽压力、过剩空气系数或最佳含氧量、炉膛压力）与三个调节量（即燃料量、送风量、引风量）间存在着关联。因此燃烧控制系统内的各子系统应协调动作，共同完成其控制任务。二、汽压被控对象的动态特性（1）燃烧率扰动下的汽压动态特性。保持汽机调节阀开度不变，阶跃变化燃料量M：,6,燃料量扰动下的汽压对象的动态响应曲线,7,（2）汽机调门开度扰动下的汽压动态特性,汽机调节阀开度扰动下的汽压响应曲线,锅炉燃料量不变，汽机调门开度阶跃变化。,8,三、燃烧控制系统组成的基本原则（1）燃烧控制系统在外界负荷需求改变后应立即改变锅炉的燃料量，维持燃烧过程的能量平衡。然而，主蒸汽压力对燃料量的响应呈现较大的迟延和惯性，特别是采用直吹式制粉系统的燃烧过程，如何迅速改变燃烧率至关重要。,9,（2）燃烧控制系统应能迅速发现并消除燃料量的自发扰动，维持主汽压力稳定。（3）当外界负荷需要改变时，锅炉的送风量和引风量应与燃料量协调动作，使锅炉燃烧经济性指标及炉膛压力参数保持平衡，即锅炉燃烧工况的稳定。（4）对于单元制运行的锅炉允许主汽压力在一定范围内波动，特别是滑压运行时汽压变动范围更大。故，系统中有关参数应加以温度和压力的修正，以提高参数测量的精确性。,10,四、直流锅炉的燃水比控制在直流锅炉中，一次工质在给水泵压力作用下，经省煤器加热后，进入下辐射区蒸发为湿蒸汽，再经对流过渡区、上辐射区和对流过热区加热成过热蒸汽，送至汽轮机。可见，直流锅炉是由各受热面及连接这些受热面的的管道组成。其汽水流程中没有汽包和锅内小循环回路。直流锅炉没有汽包，整个锅炉是由许多管子并联，然后用联箱连接串联而成。在给水泵的压头作用下，工质顺序一次通过加热、蒸发和过热受热面。进口工质为水，出口工质为过热蒸汽。由于没有汽包，所以在加热和蒸发受热面之间，以及在蒸发和过热受热面之间都没有固定的分界线。,11,从控制特性角度来看，直流锅炉与汽包锅炉的主要不同点表现在燃水比例的变化，引起锅炉内工质储量的变化，从而改变各受热面积比例。影响锅炉内工质储量的因素很多，主要有外界负荷、燃料流量和给水流量。保持燃料量与给水流量之间比值关系不变，保证过热汽温为额定值。1微过热汽温(中间点温度)动态特性过热蒸汽温度能正确反映燃水比例的改变，但存在较大的迟延，通常为400s左右；因此不能以过热蒸汽温度作为燃水比例的控制信号，通常采用微过热汽温作为燃水比例的校正信号。在这个意义下，微过热汽温的动态特性具有特殊的重要性。微过热汽温在给水流量扰动和燃料量扰动下具有相似的动态特性，如下图所示。,12,图.微过热汽温动态特性响应曲线,（a）燃料量扰动；,（b）给水流量扰动；,13,(1)燃料量扰动下微过热汽温动态特性,图(a)为燃料量扰动下不同压力等级直流锅炉微过热汽温的响应曲线。对于次高压直流锅炉，由于蒸发受热面比例较大，附加蒸发量比高压直流锅炉的要多，而过热段较短，使微过热汽温在初始阶段有所下降，如图中曲线1所示。同时，过热段较短又使得微过热汽温变化的惯性小，经附加蒸发量影响之后，曲线很快趋于稳定值。随着压力等级的提高，附加蒸发量减少，曲线逐渐无明显反向变化。而过热段的加长使惯性和迟延有所增加。,14,(2)给水流量扰动下微过热汽温动态特性直流锅炉微过热汽温在给水流量扰动下的响应曲线与燃料量扰动下的阶跃响应曲线相似，迟延时间基本一样。对于次高压直流锅炉，在给水流量扰动下，由于附加蒸发量较大，在初始阶段也有反向变化现象，随着压力等级的提高，反向变化现象逐渐减小时，惯性和迟延逐步增加。,结论：微过热汽温在给水流量扰动和燃料量扰动下具有相似的动态特性。,15,2.微过热汽温的选择,图.蒸汽等温线的焓值与汽压的关系,16,以微过热汽温作为燃水比的校正信号时，其过热度的选择是非常重要的。从控制系统品质指标的角度考虑，所取的微过热汽温过热度越小，迟延越小。然而，由上图所示蒸汽等温线上焓值与汽压关系曲线可以看出：若焓值小于2847kJkg（680kcal/kg），则图中虚线以下，曲线进入明显的非线性区，汽温随焓值变化的放大系数明显减小，而受汽压变化的影响很大，变得不稳定。这影响微过热汽温对于燃水比例关系的代表性。,经验证明，微过热蒸汽的焓值在2847kJ/kg左右时，其特性比较稳定。微过热汽温的推荐值与汽压的关系如下图所示:,17,按照反应较快和便于检测等条件，通常在过热段的起始部分选取一个合适的地点，根据该点工质温度来控制燃水比。这一点称为中间点，中间点汽温变化的时滞应不超过3040s。但应说明，在不同负荷时，中间点的汽温不是固定不变，而是机组负荷的函数。,图.微过热汽温推荐值与压力的关系,18,3燃水比控制方案（1）方案一以燃料调节器作为负荷调节器，而以给水调节器作为汽温粗调。即采用以燃料量作为主动流量，调节锅炉负荷，以给水流量作为从动流量，跟随燃料量变化，保持燃水比例不变，调节微过热汽温的配对选择方案。燃料量变化之后，由送、引风控制系统相应协调改变送风量与引风量，保证燃烧过程经济性及炉膛压力稳定。此控制过程及系统以及通过喷水减温校正过热汽温的控制过程及系统与汽包锅炉相同。,19,20,（1）由单回路调节系统调节汽机调节汽门开度，维持机前蒸汽压力为给定值。考虑到汽机本身带有独立的调节系统，接受汽轮机转速信号，当电网频率f变化时，改变汽门开度，维持汽轮机转速，显然，这对于汽压稳定是不利的。因此，调节器PI1引入电网频率f的微分信号，以抵销或减弱调节系统的动作，稳定汽压。,(2)燃料量调节与给水流量调节均采用串级调节系统。PI2接受机组功率指令信号与机组实际功率，以功率偏差信号经PI2输出，作为锅炉燃烧率（或锅炉负荷）的修正指令，与机组功率指令相加，组成锅炉燃烧率（或负荷）指令LD，燃料调节器PI3根据LD调节燃料量，同时克服燃料量的扰动。,21,注意：对于燃煤锅炉，可采用热量信号代替燃料量信号，反映燃料量的自发扰动。热量信号中的汽包压力信号可采用汽水流程的中间点压力信号代替。,（3）燃水比调节系统中，由主调节器PI4维持作为燃水比例标志的微过热汽温为给定值，发出给水流量修正指令。副调节器PI5根据前馈信号燃料量信号，以及PI4输出的流量校正信号调节给水流量，确保燃水比例不变。由于燃水比调节系统与功率控制系统之间是相互关联的，燃料量信号作为前馈信号引入给水流量调节器PI5，起着串联解耦的作用。由串级系统分析方法，考虑两个系统中作为内回路的燃料量调节回路和给水流量调节回路，调节过程的快速性，其内回路可等效为比例环节而归于等效调节器或等效对象内。,22,特点：当燃料量发生扰动时，燃料和给水调节器都将动作，从而使由燃料量内扰而引起的温度偏差由给水流量变化来消除。适用于燃用劣质煤和给粉机运行不稳定的锅炉，因为没有给水调节系统的配合动作，是难以保证过热汽温的稳定的。,23,（2）方案二以改变给水流量作为负荷的调节手段，而以燃料量跟踪给水流量，保持规定的燃水比，作为过热汽温的粗调。,主控系统通常采用协调控制方式，控制机组功率和蒸汽压力。单元机组功率控制的任务是能迅速改变汽机功率，以满足外界负荷的需要，而汽压控制的任务是保持锅炉出口压力（或机前压力）稳定。主控系统通常采用协调控制方式，控制机组功率和蒸汽压力。单元机组功率控制的任务是能迅速改变汽机功率，以满足外界负荷的需要，而汽压控制的任务是保持锅炉出口压力（或机前压力）稳定。,24,1）主控制系统采用和差解耦系统。将功率偏差信号和压力偏差信号同时引入汽轮机调节器PI1及锅炉主控制器PI2。当出现功率偏差时（功率指令增加），功率偏差信号通过PI1和PI2同时增大调节汽门开度和锅炉负荷指令LD，考虑到锅炉负荷的变化具有较大迟延，功率指令经PD调节器后作为前馈信号与PI2输出相加。,2.控制方案及分析（1）主控制系统,2）当压力出现偏差时，偏差信号通过PI1减小汽轮机调节汽门的开度，而通过PI2增大锅炉的负荷。由于两个偏差信号引入PI1的方向相反，负荷变化时，在调节的动态过程中，允许压力保留一定偏差，以利用锅炉蓄热，同时由压力偏差信号限制小开得过大，保持一定功率偏差，以防止汽压波动过大。,25,（2）锅炉负荷控制及燃水比控制两个子系统,对于直流锅炉来说，给水流量的改变可以有效的改变蒸汽流量。因此该方案以给水流量作为主动流量，调节锅炉负荷。以燃料量作为从动流量，跟随给水流量变化，调节燃水比及汽温。,图.锅炉控制系统框图,加热段某点水温代表烟气温度,26,1）负荷控制采用单回路调节系统，由调节器PI3根据负荷指令LD调节给水流量。以给水流量信号W代表锅炉负荷与LD相平衡。燃水比控制仍采用串级型比值控制系统，由副调节器PI5根据给水流量的变化调节燃料量，然后由主调节器PI4根据微过热汽温对燃水比例进行校正。,2）微过热点工质的汽温是其焓值及压力的函数。对于带变动负荷的机组，尤其是变压运行机组，压力变化范围较大，要保持微过热点工质焓值不变，当压力变化时，应按图58所示的汽温一压力关系曲线改变微过热汽温给定值。因此将微过热点压力信号经函数转换器引入PI4，作为微过热汽温的给定值。,27,3）考虑到燃料量内扰很大，对于燃煤锅炉，燃料量无法准确测量。因此内回路难以有效克服燃料量扰动。系统中引入烟气温度信号经微分器后作为导前微分信号引入PI4，补偿（克服）燃料量扰动时微过热汽温变化的迟延。这既有利于克服内扰，也有利于改善汽温调节品质。采用烟气温度作为导前微分信号反映燃料量扰动的关键，在于能否设计出能够长期稳定运行，并且反应快的热电偶装置。一般情况下，也可采用汽水流程中加热段某点水温信号作为导前信号。4）给水流量信号引入调节器PI5，并适当调整与燃料量信号之间的比例系数，可以认为消除了给水流量变化对微过热汽温的影响。,28,（3）方案三系统采用“和差”解耦，以消除汽压与汽温两个系统之间的关联，是汽压、汽温完全解耦控制系统的方案之一，如下图所示。,29,1)压力偏差与汽温偏差同时引入调节器PI1和PI2。PI1与PI2的输出和机组负荷指令LD相加，作为给水流量与燃料量的给定值引入PI3与PI4，调节给水流量与燃料量。2）机组负荷指令改变（增加）时，首先通过PI3和PI4增加给水流量和燃料量。这不仅有利于保持微过热汽温不变，而且有利于尽快改变锅炉负荷，保持汽压稳定。3)汽压偏低时，汽压偏差信号使调节器PI1和PI2输出增加，增加给水流量和燃料量。当微过热汽温偏低，由偏差信号使PI1输出减少而PI2输出增大，因而减少给水流量及增加燃料量。由于给水流量与燃料量对汽压作用方向相同，而对汽温作用方向相反，因而可以迅速校正微过热汽温，保持汽压稳定。,30,（4）方案四采用串联解耦法，实现汽压、汽温解耦控制。由调节器PI1和PI2分别校正汽压与微过热汽温。,PI1和PI2两个调节器的输出同时引入PI3和PI4，这使得校正汽压和汽温的过程中，燃料量与给水流量协调动作，以保持汽温与汽压稳定。工作过程与方案三相同。,31,3-2中储式锅炉燃烧控制策略,32,一、概述中间储仓式锅炉的燃料系统和燃烧过程是相互独立运行的。燃料系统的任务是将原煤制成煤粉并存入煤粉仓；进入炉膛的燃料量是由给粉机将存于煤粉仓的煤粉送入炉膛。二、制粉控制系统中储式钢球磨的控制。,33,燃煤火力发电厂进入锅炉炉膛的是磨碎的煤粉，将原煤块磨成煤粉的机械就是磨煤机。目前在电厂中采用的磨煤机有钢球磨煤机、竖井式磨煤机、风扇磨煤机等。原煤进入磨煤机被磨成煤粉，由送入磨煤机的风作为动力，将煤粉送入煤粉仓储存起来。,34,（一）控制任务(1)保证磨煤机磨成煤粉的细度符合规定，在我国煤粉细度是用70号筛子上煤粉颗粒的百分数（R70%）来表示。煤粉太粗会增加机械未完全燃烧损失；煤粉太细又会增加磨煤机的耗电量。因此，煤粉细度是制粉系统的主要的质量指标。,35,(2)解决煤粉的输送和防爆，必须对磨煤机出口风粉混合物的温度提出要求。如果磨制的煤粉温度过高，则容易引起自燃而导致煤粉爆炸；煤粉温度太低，即意味着煤粉因流动性差而无法采用气力输送，且易积粉。如果保证了风粉混合物的温度不变，则煤粉的湿度也基本上保持不变。,36,(3)力求降低磨制每吨煤粉的耗电量，提高经济性。钢球磨煤机制粉的耗电率除了与煤粉细度有关外，还与钢球的装载量、煤的装载量有关，与煤种、管道阻力、制粉系统的漏风量也有关。因此，要保持磨煤机处于最佳出力的工作状态，则必须及时消除来自各方面的扰动。,37,1)给煤量扰动制粉系统运行中常会发生因煤块过大、煤太湿、给煤机工作不正常以及管道布置不合理等造成的断煤现象；此外还有通风阻力变化引起的通风量变化和煤粉细度的波动。在通风量一定时，磨煤机装煤量不仅影响煤粉细度R70%，而且影响磨煤机出力B，它们之间的关系如图所示。在保证煤粉细度符合要求的前提下，为使磨煤机有最大出力，应保持磨煤机的装载量为最佳值。,38,2通风量扰动进入磨煤机的风量变化将引起磨煤机出力B以及煤粉细度R70%的变化，其关系曲线如上图所示。在其它条件不变时，可通过控制磨煤机入口负压来调整通风量。在保证煤粉细度符合要求的前提下，加大通风量可提高磨煤机的出力。,Gm-B曲线,Gm与R70%和B的关系,装煤量,磨煤机出力,风量,细度,39,3原煤水分的扰动进入磨煤机原煤水分的变化将直接影响煤粉的湿度，使煤粉湿度保持在一定范围，既有利于储存和输送，又有利于保证磨煤机的最大出力。因此对不同水分的原煤要向磨煤机加入不同的热风，在不产生煤粉爆炸的前提下，尽量减小煤粉的湿度。（二）控制系统组成根据磨煤机装煤量扰动、通风量扰动和原煤水分扰动的分析，磨煤机控制设计有三个控制回路，即磨煤机负荷控制回路、磨煤机入口负压控制回路和磨煤机出口温度控制回路，三个回路均设计为单回路控制系统。,40,1磨煤机负荷控制系统由于钢球磨在不同出力工况下，其耗电量变化较小，因此在保证煤粉细度的前提下，应使磨煤机工作在最大负荷下。磨煤机装煤量目前尚无直接的且准确的测量手段，一般采用间接方法，如磨煤机前后的压差代表装煤量。,磨煤机负荷控制方案,（a）,（b）,（c）,风粉混合物流量D,41,方案(a):工作原理是，磨煤机差压信号pm经排粉机前节流元件差压p修正后的信号C作为被调量；被调量C与其给定值R比较后的差值信号E送到比例积分调节器，经运算后输出控制信号U。控制信号U作用到给煤单元控制给煤机，从而改变进入磨煤机的原煤并保持在最佳值。,磨煤机差压pm与装煤量之间有,球磨机阻力系数,风粉混合物流速,节流元件差压p与装煤量之间有,节流元件阻力系数,过节流元件的气体流速,42,其中：,以比值C作为球磨机负荷控制系统的被调量，目的是消除气体的流速等因素对磨煤机差压的影响。实际上，球磨机的制粉系统是负压运行，球磨机本身负压较小，而排粉机进口负压较大，故漏风量对pm的影响较小，对p的影响却较大。因此，比值C并不能消除漏风对装煤量的影响，即测量误差仍然存在；只有在漏风量一定的条件下，经过p修正后的磨煤机差压pm才能较准确地反映装煤量。,43,此外，给煤量改变时首先改变的是磨煤机喉部阻力，之后才改变煤位。如给煤量增加，磨煤机喉部阻力增大，机身筒内的流速降低，故磨煤机差压首先减小；在磨煤机内存煤量增多之后，差压才开始增大。由此可见，在给煤量扰动之后，响应有一段时间的虚假信号，且扰动量越大这种虚假现象就越严重。,Gm与Im和B的关系,球磨机的负荷特性,磨煤机出力,装煤量,装煤量,44,方案（b）:工作过程是，用磨煤机工作电流变化来间接反映装煤量的变化，磨煤机的工作电流经转换器转换成电压信号，然后与其给定值R比较，其偏差值E送入比例积分调节器运算，控制信号U通过执行机构改变进入磨煤机的原煤量。如上图（b）。由于球煤机工作电流变化较小，所以电流电压转换器应有较高的灵敏度。此外，还要每天按时给磨煤机加钢球，以避免钢球重量变化对磨煤机工作电流产生影响。,45,方案（c）：对磨煤机而言，原煤量是流入物质，而风粉混合物则是流出物质。引入风粉混合物流量D的磨煤机负荷控制系统如上图(c)。方案（c）中，磨煤机差压pm与风粉混合物流量信号D综合后作为负荷控制系统的被调量，其工作过程与方案（a）、（b）一样。风粉混合物流量信号是保证干燥风量的信号，在D保持不变时，pm越大，磨煤机装煤量越大。,方案（d）：对磨煤机而言，装煤量越大，噪声越小，通过测量磨煤机的噪声，来实现磨煤机负荷的控制，其工作过程与方案（a）、（b）、（c）一样。磨煤机的噪声越大，磨煤机装煤量越小。,46,2.磨煤机入口负压控制系统磨煤机入口负压控制的目的是维持制粉系统的通风量，同时保证制粉系统各点负压。制粉系统负压过大则增加漏风量，负压过小又会出现漏粉。,左图是磨煤机入口负压控制系统组成原理方框图。磨煤机入口负压p负作为被调量，与其给定值R求偏差后送入比例积分调节器运算，调节器输出的控制作用U通过执行机构改变冷风挡板开度，从而改变磨煤机通风量以维持入口负压在给定值。,47,3磨煤机出口温度控制系统,磨煤机出口温度控制系统如左图。其组成原理及工作过程与入口负压控制系统是一样的，它是通过改变热风门挡板开度调整热风量来控制出口温度的。,对磨煤机出口温度来说，在热风门开度变化后，其温度变化有一定的延迟和惯性，然而单独调整还是比较容易维持被调量的。但是，在热风量变化后进入磨煤机的通风量（热风量+冷风量）即随之变化，从而磨煤机入口负压也变化。实际上，在调整冷风量以维持入口负压时，也就影响了磨煤机出口温度。,48,可见这两个系统之间是相互影响的，作为一个整体考虑时，这是一个双输入双输出的多变量系统。因此要想获得较好的调节效果，仅仅采用上述两个单回路系统是不够的。一般地，从负压控制系统中要引出冷风挡板位置指令信号，并以前馈的方式作用到热风挡板位置控制回路，使磨煤机出口温度控制系统改变为前馈加反馈的负荷控制系统，这样可以补偿冷风门开度对出口温度的影响。对于磨煤机控制回路来说，设计一个三输入三输出的多变量控制系统是合理的，可收到比三个独立的单回路控制系统要好得多的调节效果。,49,三、燃烧控制系统1采用热量信号的燃烧控制系统以热量信号DQ代替燃料量信号M热量信号与进入炉膛的燃料量M间呈比例关系，仅在时间上存在迟延。因此，用热量信号代替燃料量信号是可行的。,50,锅炉主指令（燃烧率指令）,烟气中的实际含氧量,锅炉蒸汽流量,热量信号,进入炉膛的实际风量,炉膛压力,给粉机转速指令,送风指令,引风指令,“燃料空气”燃烧控制方案，又称“热量氧量”的燃烧控制,经热值修正后的给粉机转速信号,51,工作过程：(1)当BD增加时，调节器PI1动作，增大给粉机转速增加燃料量；PI2动作增大送风量，PI2输出的增大，经前馈通道增大引风机位置指令，增大引风量，引风量与送风量成比例变化，送风量与燃料量成比例变化。(2)由热量信号DQ反映的进入炉膛燃料量与指令BD不相等时，比例积分特性的调节器PI1输出指令就继续增加，直到DQ与BD平衡为止。同样，风量调节器PI2的作用保证风量与主指令相平衡，而炉膛压力调节器PI3则保证炉膛压力Pf等于设定值。,52,(3)风量控制子系统是由PI2、PI4组成的串级系统，其中PI2为内回路调节器，PI4为外回路调节器。由于燃烧控制系统的一个重要任务是保证燃烧的经济性，即燃料量与风量应有最佳的匹配。在该燃烧控制系统中，风量和燃料量是成比例变化的，然而当煤种变化其发热量偏离其设计值时，这种成比例变化显然难以保证经济燃烧。,53,(4)燃烧的经济性可通过过剩空气系数或烟气含氧量反映，即保证燃烧过程中有最佳的烟气含氧量，无疑就保证了燃烧过程的经济性。调节器PI4的被调量是烟气含氧量，其目标值是锅炉蒸汽流量D经函数f（x）标定后给出的，即在不同的负荷下烟气含氧量应具备的最佳值。当实际含氧量偏离目标值时，PI4输出变化经乘法修正进入炉膛的实际风量，再次调整进入炉膛的风量，使等于当前负荷下的最佳值。,热量信号的运算实现：,汽包压力,注：其实本身是一个实际微分,54,2采用给粉机转速信号的燃烧控制系统基本点：采用给粉机转速信号代替进入炉膛的燃料量信号。,不仅是因为通常情况下给粉机转速与给粉量成正比，而且在负荷扰动时给粉机转速信号要比热量信号反应快，对负荷侧扰动的适应性强，能使燃料控制子系统快速平衡下来。,系统特点：热量信号代替燃料量信号，并对风量施以氧量校正；能消除燃料自发扰动的影响。,经热值修正后的给粉机转速信号,热值校正回路,55,结构分析：给粉机实测转速信号经乘法器运算后输出信号nQ。比较器、积分器I、乘法器组成一个闭合系统，其输入信号为热量信号DQ。根据积分特性，稳态时积分器输入信号必为零，即nQ=DQ，这表明在一定意义上nQ代表着热量信号，因而该方案具备采用热量信号的控制系统特征。加入这种热值修正功能，不仅能消除煤种变化的影响，而且可消除给粉机转速自发变化的影响等。对于燃烧过程，无论是煤种变化，还是给粉机转速自身改变，都表现为炉膛发热量的变化，如DQnQ，积分器输出增大，的乘法系数增大，nQ增大。在燃料子系统中，nQBD，调节器PI1输出减小，降低给粉机转速，减小进入炉膛的燃料量。当锅炉主指令BD增加时，增大，nQ增大，因而DQ也增大，积分器输出基本不变。,56,3-3中储式锅炉燃烧控制系统实例,57,一、燃料量控制系统燃煤锅炉的燃料主要是煤，但在锅炉点火到低负荷段需要燃油，因此锅炉燃料量控制实际包括燃油量控制和燃煤量控制。1、燃油流量控制回路整个回路由两个系统组成，即燃油流量调节系统和燃油压力调节系统，由机组运行人员选择控制方式,58,59,（1）当运行人员选择燃油流量控制方式时，1调节器工作，燃油流量调节器的设定值由运行人员在DCS站上设定后经切换开关作用到1调节器，被调量是给油流量（FeedOil）与回油流量（ReturnOilFlow）的差值即进入炉膛的燃油量。当进油量小于设定值时，1调节器输出增加，给油调节阀开大，增大给油量；反之，进油量大于测定值时关小给油阀。在这种控制方式下，2燃油压力调节器也处于工作状态，但因其给定值是一个很小值Pmin，实际燃油压力（HeavyOilPRESS）远远大于Pmin，调节器输出始终为零该值作为1调节器输出的下限值，而不影响1调节器的正常工作。,工作原理：,60,（2）当运行人员选择燃油压力控制方式时，图中RCM置位，经脉冲元件，逻辑XOR等处理后动作调节器设定值切换开关。对于燃油流量调节器设定切换开关动作的结果是设定值为零，由于实际进油量远大于零，因此1调节器内部运算结果为负值，那么它实际输出值就取决于其下限设定值，该值为燃油压力调节器的输出。燃油压力调节器的设定值为运行人员在DCS站上的设定值与Pmin经大值选择后的输出值，当燃油压力小于设定值时，2调节器输出增大，1调节器输出随之增大，开大给油阀，因为燃油压力为给油阀后压力，所以燃油压力升高，进入炉膛的燃油流量增大。反之，燃油压力大于设定值时，调节阀关小，进入炉膛燃油量减少。,61,2、燃料量控制回路在主控系统给出的锅炉主指令（BD）下燃料量与风量协调动作。又因该燃料系统为中间储仓式，即燃料量的调节是通过调节给粉机转速来实现，因此本燃料量控制回路的输入信号是锅炉主指令，输出信号是给粉机转速指令。（1）燃料与风量交叉限制在锅炉燃烧过程中，如果风量太小则造成炉膛灭火，为保证燃料的完全燃烧，风量应始终比燃料富裕。如下图中，锅炉主指令BD与风量信号AF在小值选择器中进行选择，把幅值较小的信号作为锅炉燃料调节器的给定值，锅炉主指令BD是按设计煤种标定的，因此风量信号AF是经过氧量修正后的实际送风量。,62,燃料量控制回路的方框图,63,该交叉限制回路工作过程中，当主指令增加时，并不立即去增大给粉机转速，而是在实际送风量增大后放行主指令，即先加风后加煤；当主指令减少时，先减煤后减风，并保证风量大于燃料量。风煤交叉限制功能的投入或切除由运行人员选择。在上图中，逻辑为1即送风控制在自动工况下，运行人员按“投入”健时，RCM复位，切换开关T4处于常闭状态，其输出为BD、AF中的小值者。当运行人员按“切除”键时，RCM复位，切换开关T4动作，锅炉主指令BD直接作用到燃料调节器。,64,（2）“燃料-空气”控制策略在上图中，燃料调节器的反馈信号是热量信号HR，即用热量代替燃料量信号的控制方案,即“燃料-空气”系统。燃料调节器的输出经锅炉主站(BoilerMaster)作用到积分器,其反馈信号是给粉机实际转速AVGFD。这是一个多输出系统，即积分器输出的给粉机转速指令将平行地作用到A、B、C、D、E五个燃料子站，每个燃料子站又同时操作4台给粉机。（3）燃料量的闭锁增/闭锁减送风控制在自动工况下，如果风量AF与热量HR的差值低于某值时；或积分器输出指令大于比较器H/L上限定值时，逻辑回路动作图中切换开关T1和T2。切换开关T1动作结果是自保持，即其输出信号为动作前的给粉机转速,65,指令，T2动作的结果是将转速指令当前值作为燃料调节器输出的上限设定值，因此燃料调节器输出信号只允许减小，而不会增加，即给粉机转速被闭锁增。同理，当转速指令小于比较器H/L所设定的下限值时，切换开关T1、T3动作，燃料调节器输出信号的下限设定值改变为动作前的给粉机转速指令，从而使调节器输出信号只能在动作前的值的基础上增大，而不会减小，从而实现燃料量的闭锁减。,66,二、风量控制系统,送入炉膛的燃料能否充分燃烧，直接关系到锅炉燃烧的经济性，因此要对进入炉膛的送风量加以控制。进入炉膛的二次风量大小取决于送风系统的风道压力及风道阻力。保证风道压力，调节风道流通阻力可调整送风量；也可调节风道流通阻力的同时调节风道压力来调节送风量。由于该燃料系统采用一次风机的热风送粉系统，因此一次风风道压力也应加以控制。1、风量控制回路风量控制系统由进入炉膛总风量目标值形成回路、送风机出口挡板位置控制回路等两个回路组成。,67,空气流量给定回路,（1）风量给定值形成,图中，热量信号HR经函数f（x）标定后代表着燃料量与锅炉主指令BD在大值选择器中进行选择，其较大者作为风量目标值。为保证锅炉燃烧的经济性，对风量实施氧量校正是常用的方法。图中，这种校正来自两方面，一是汽机调速经压力P1经f（x）折算后自动校正，另一方面由运行人员在DCS站进行的过剩空气校正,（ExcessAirCorrection）。运行人员根据DCS站显示的实际烟气含氧量，校正风量设定值。,68,经过校正后的目标值与由定值器A设定的30%最小风量在大值选择器中选择，使风量设定值不小于30%。大选输出信号AFD，即送风量设定值用于下图的锅炉送风量控制器。热量信号HR和锅炉主指令BD在大选中选择，实现风煤交叉限制，并使总风量始终富裕燃料量。在加负荷时，即锅炉主指令增加时，先加风后加煤；减负荷时，先减煤后减风。,69,（2）风量控制回路,70,在上图中，比例积分调节器的给定值为AFD，反馈信号为TAF，它是进入炉膛的总风量，稳态时总风量等于给定值。风量调节器的输出信号f平行地作用到送风机A和送风机B挡板位置控制回路，调节送风机出口挡板位置，调整二次风量；与此同时，该位置指令f送到炉膛压力控制系统，动作引风机位置，进行引风前馈控制。切换开关T3和T4实现指令的闭锁增和闭锁减功能。当闭锁增逻辑614为1时，切换开关T3动作，将调节器输出信号上限限值由MAX切换为其输出值f，因此调节器输出信号即送风机位置指令f只许减少而不能增大。同理，当逻辑617为1时，T4动作，指令f成为调节器输出下限限值,因此信号只许f增大而不能减小。,工作原理：,71,当送风机A和送风机B均在手动控制方式时，调节器跟踪驱动信号为1，调节器进入跟踪工况，其输出信号f随跟踪信号变化，即送风机A实际位置信号a和送风机B的实际位置信号b的平均值。该系统是两输出结构，运行人员可偏置送风机出口挡板位置。由上图看出，送风机A位置指令a0=f-e；当e=0时，a0=b0=f，即送风机A和B的位置相同；当e0时，b0a0，这种偏置作用在送风机A和送风机B均投入自动工况时，运行人员在送风机B的DCS上设定，其值作用到切换开关T1，因T1闭合常开触点，该偏置信号作用到速率限制器，其输出信号e按设定速率变化。送风机A或B任一台处于手动工况时，图中与逻辑输出为零，偏差信号处于跟踪状态。若送风机A在手动，则切换开关T1、T2均不动作，偏差信号e=fa,送风机A的DCS站输入为fe=f（fa）=a，这样A风机投自动时无扰动。若风机B在手动工况，风机A在自动，则T2动作，T1不动作；,72,偏差信号e=bf，风机B的DCS站输入为fe=fbf=b，显然风机B投自动后无扰。当风机A和风机B均在手动时，风机A的DCS站输入随输出变化，而风机B的DCS站输入为fe=ffa，由于调节器处于跟踪工况，所以f=（ab）/2，这样B站输入为（ab）-a=b，因此投任一侧风机控制于自动后都是无扰的。（3）送风机出口挡板位置保护回路送风机出口挡板位置保护回路的作用有两方面：闭锁送风机出口挡板位置和全开、全关送风机出口挡板。,73,送风机出口挡板位置保护回路,74,送风机出口挡板位置保护回路的作用有两方面：闭锁送风机出口挡板位置和全开、全关送风机出口挡板。在上图中，由DCS站给出的送风机位置指令经过大、小选择器处理后输出。以送风机A位置控制为例，信号a0同时作用到大值选择器和切换开关T1，正常情况下T1不动作，因此大选输入信号均为a0，其输出便为a0，同样小选输出也为a0，这样送风机位置实际指令a=a0。当逻辑为1时，为0时，与逻辑输出为1，T1动作，大值选择器输入分别为指令a0和大选输出信号。显然在指令a0增加时，大选输出信号可随之增大，而a0减小，则输出保持不变，实现送风机位置闭锁减功能。,75,同理，当逻辑为1时，T2动作，小值选择器输出信号在a0减时随之减小，而a0增大时却保持不变，实现闭锁功能。当为1，即两台引风机运行时，切换开关T3动作，位置实际指令a=100%，全开送风机出口挡板。逻辑为1时，T4动作，a=0%，全关送风机出口挡板。,2、二次风挡板控制回路,二次风挡板控制分为辅助风挡板控制和燃料风挡板控制，其中辅助风6层挡板中有两层在燃油时切换为燃料风控制方式。,76,下图是aa、cc、dd、ef四层挡板位置控制回路组成方框图。,（1）辅助风挡板控制,77,它以二次风风箱压力（SAWindboxPRESS）与炉膛压力(FurnacePRESS)的差值为被调量，其设定值是汽机调速级压力P1经函数f(x)处理后与机组负荷有关的值，f(x)特性如左图，在低负荷和高负荷两段，调整辅助风挡板开度维持压差Pmin和Pmax定值上，而,风箱差压与机组负荷的关系曲线,中间负荷段，风箱差压P随机组负荷增大而增大。这是一个多输出系统，信号SAD平行地作用到6层辅助风挡板控制回路。图中所示的层控制回路可以看出，运行人员可通过本层DCS站偏置本层的挡板位置。当全关本层二次风挡板逻辑为1时，切换开关T2动作，由定值器A设定的100%信号作用到本层挡板回路，全关该层挡板。同理，当为1时，T1动作，全开本层挡板。,78,bc、de两层辅助风挡板控制回路如下图所示。,79,切换开关T的状态确定本层二次挡板控制的目标，即作为辅助风还是作为燃料风。当T不动作时，二次风挡板位置指令SAD平行地作用到bc、de两层挡板控制回路，它们全开、全关管理同前四层。当T动作后，bc、de两层风挡板位置随燃油压力HOP信号变化而变化。即，在燃油压力增大时，也开大这两层挡板开度，增大送风量。,80,（2）燃料风挡板控制ff、gg层二次风挡板称为燃料风控制挡板，其位置控制回路如下图（a）所示。由图知，本层挡板开度随汽机调速级压力P1变化而变化，其关系曲线如图（b）所示。由图示曲线知，在高负荷期间，这两层挡板通常均处于全开状态。,燃料风挡板控制特性,位置控制回路,81,三、炉膛压力控制系统,电站锅炉炉膛压力的高低关系着锅炉的安全经济运行。炉膛压力过高会造成风机耗电量的增加，以及排烟热损失的增加；炉膛压力过低则有引起炉膛爆炸的危险。因此必须将炉膛压力控制在安全允许范围内，其控制手,段是根据炉膛压力调整引风量与锅炉的送风量相适应。1、炉膛压力测量对炉膛压力的多变送器测量，提高信号测量的可靠性是锅炉防内爆的措施之一。该炉膛压力测量如右图所示。,炉膛压力测量系统,动态滤波,三变送器中输出值居中者。,82,2、炉膛压力控制回路（1）炉膛压力的正常调节,83,引风机位置指令g是加法器1的输出，它由两部分组成：信号e是送风机位置指令FDFD经函数F(x)3处理后形成，是炉膛压力控制系统的前馈信号，可配置引风机和送风机两者位置关系，尽可能使引风量与锅炉送风量相适应，维持炉膛压力的稳定，前馈控制作用使引风机位置变化快速跟踪送风机位置变化，大大改善炉膛压力的动态响应；炉膛压力实际值FP与其设定值FP0差值FP送函数F(x)1处理，F(x)1的特性曲线如下图（a）所示，即FP在（m，m）间变化时，输出为零，炉膛压力比例积分调节器输出信号f不变，这样小幅度高频偏差信号引起引风机入口档板频繁动作就被抑制，只有在FP超越(-m，m)范围时，调节器动作，校正引风机位置改变引风量，使炉膛压力保持在容许范围(m，m)内。可见，炉膛压力控制采取了前馈反馈复合控制策略。,84,（2）超驰控制,引风机入口挡板位置指令a、b是由加法器2和加法器3给出。由图知，a和b分别由三个信号处理而成：信号y1、y4是控制回路调节信号g经运算而成，称为正常的自动调节作用；信号y2、y3称之为超驰控制信号。超驰信号y3是炉膛压力偏差信号FP经函数F（x）2处理再送比例放大器运算而获得。函数F（x）2的特性曲线如左图（b）所示，它是一个死区组件，即当FP在（n,n）范围内时，其输出值y3为零，则超驰信号为零；,85,当FP超出（n,n）时，如炉膛压力FP高，且FPFP0n，y3为正值开大引风机位置，增大引风量，炉膛压力FP降低。不灵敏区（n,n）（m,m），即炉膛压力偏差不能由正常自动调节回路消除，且超出安全运行（n,n）范围时，控制作用直接作用到执行机构，而不受操作器A、B的管制，这种不受任何条件约束的快速控制，称之为超驰控制。该超驰控制是由逻辑管理，当为0时，比例器处于跟踪状态，其输出y3=0；当为1时，比例器工作，即投入超驰控制。,86,另一超驰控制信号为y2，y2的形成原理框图如下图所示。,在正常情况下，逻辑为0，切换开关T3不动作，超驰信号y2=0。在此状态下，信号f是送风机位置指令FDFD经函数F(x)处理后的输出信号，通常信号f=FDFD*A%，如A=25，反应了当时的送风机位置。时间函数F(t)按指数规律衰减，稳态时输出c=b=a=f。,87,当发生主燃料跳闸MFT时，逻辑信号为1，切换开关T1、T3立即动作；T1动作而成为保持器，T3动作而使超驰信号y2跳变为A2C或A1C，乘法器乘法系数由切换开关T4状态决定，当两台引风机均运行时逻辑为1，T4动作，y2=A1C；若一台引风机运行，T4不动作，y2=A2C。设MFT发生时两台引风机均运行，则超驰信号y2=25%*FDFD。MFT发生后10s内，超驰信号y2保持在25%*FDFD的水平上；10s后切换开关T2动作，将信号b由a值跳变为0%，时间函数同时启动，按指数规律将信号c由a降到零，超驰信号y2也由25%*FDFD降到0%，其过程曲线如下图所示。,88,超驰信号y2反作用于引风机执行机构，它表明当锅炉发生主燃料跳闸时，快速关小引风机入口挡板1/4，减小引风量，以防止熄火使炉膛压力大幅度下降，而导致炉膛内爆的发生。这种快关引风机约10s后，逐渐恢复到原始位置，过程约30s。该超驰控制是本系统防锅炉内爆的措施之二。,超驰信号曲线,89,3、引风机入口挡板位置控制回路本燃烧系统配置两台引风机，两台送风机、两台一次风机。引风机入口挡板位置控制回路是在指令g作用，调节两台引风机入口挡板开度，改变引风量，维持炉膛压力在正常值，属双执行机构系统，其控制与保护的功能要求与送风机相同，即具有两台引风机出力手动平衡功能；挡板的闭锁增、闭锁减功能；全开/全关引风机入口挡板功能，以及手/自动无扰切换功能，这里不再重复说明。,90,3-4直吹式锅炉燃烧控制策略,91,一、直吹式锅炉燃烧过程的特点不存在中间储煤仓，制成的煤粉直接送入炉膛，这样省去了细粉分离器和中间储粉仓而节约投资。直吹式锅炉制粉系统所采用的磨煤机有钢球磨、中速磨、竖井磨和风扇磨。钢球磨：运用于可磨性差的煤种，运行中要求维持一定的装煤量，但适应负荷变化的能力差，通常用于带基本负荷的锅炉。中速磨、竖井磨：通常用于带变动负荷的锅炉，具有一定装煤量。风扇磨：通常用于带变动负荷的锅炉。,92,二、直吹式制粉系统结构类型,原煤仓,自动磅秤,给煤机,磨煤机,煤粉分离器,一次风箱,至燃烧器的煤粉管道,燃烧器,锅炉,送风机,空气预热器,热风管道,冷风管道,排粉机,二次风门,冷风门,磨煤机密封风门,特点：排粉机14在磨煤机4之后，磨煤机在负压下工作。其优点是不会往外喷粉，工作环境比较干净。但排粉机叶片容易磨损。,1.负压直吹系统,93,原煤仓,自动磅秤,给煤机,磨煤机,煤粉分离器,一次风箱,至燃烧器的煤粉管道,燃烧器,锅炉,送风机,空气预热器,热风管道,冷风管道,排粉机,二次风门,冷风门,磨煤机密封风门,密封风机,2.正压直吹系统,94,特点：排粉机14在磨煤机4之前。磨煤机在正压下工作。这样解决了排粉机的磨损问题，但由于排粉机在200300高温下工作对其结构有特殊要求。磨煤机在正压下工作，需解决密封问题，这通常是比较困难的。,95,原煤仓,自动磅秤,给煤机,磨煤机,煤粉分离器,一次风箱,至燃烧器的煤粉管道,燃烧器,锅炉,送风机,空气预热器,热风管道,冷风管道,二次风门,3.风扇磨直吹系统,特点：风扇磨本身具有排粉功能，省去了排粉机，使整个系统变得简单。一次风压受总风压干扰很大，这对于风扇磨的正常制粉及送粉是不利的。,96,三、直吹式锅炉汽压生产过程,直吹式制粉系统共同之处在于省去了细粉分离器和中间储粉仓，煤粉直接由磨煤机吹入炉膛燃烧。一次风由磨煤机前引入，其风量大小直接影响磨煤机的工作。,97,四、直吹制粉系统的锅炉特点（1）具有直吹制粉设备的锅炉，其磨煤机与锅炉紧密地联系在一起。,在稳定运行时，进入磨煤机的原煤量等于送入炉膛的煤粉量，并与负荷要求相适应。调节进入磨煤机的原煤量就等于调节进入炉膛的煤粉量。因此，可以用原煤量作为控制变量。对于带基本负荷的锅炉可以配备球磨直吹设备，而带变动负荷的锅炉多配备中速磨、竖井磨或风扇磨的直吹制粉设备，至于采用哪种磨，应视煤的可磨性而定。,98,（2）直吹制粉设备的调节机构（如给煤机，一、二次风门）都设立在磨煤机前面，而磨煤机磨出的煤粉要分别进入不同的管道送至喷燃器。中间粉仓式锅炉：由于一、二次风门均设立在磨煤机之后，给粉机可均匀地向各喷燃器送粉，因而保证各喷燃器的风煤比例是比较容易实现的。如何保证直吹式锅炉煤粉均匀地送入各喷燃器以及保证各喷燃器的风、煤比例，这是设计直吹制粉设备燃烧控制系统必须注意的问题。,99,（3）为了更快地适应外负荷扰动，每个磨煤机的输出煤粉量，即进入炉膛的煤粉量，首先是依靠改变经过磨煤机的一次风量来调节的（风扇磨例外），因为一次风的变化可很快地将磨中的蓄粉吹出，暂时满足负荷变化的需要。为很好地输送煤粉，必须保持一次风的速度，但是为使喷燃器出口有满意的火焰形态和有比较稳定的炉膛火焰中心，就要限制一次风的调节范围，其中球磨机的一次风调节范围可稍大于其他几种磨煤机。因此必须对磨煤机一次风调节范围进行限制，不能高于或低于一定数值。,100,（4）磨煤机控制系统：保持磨煤机出口的煤粉量与一次风量的比值，同时防止给煤机由于过量的给煤而堵塞。给煤机必须能连续均匀地改变给煤量，给煤量的变差应尽可能小，其特性曲线应是线性的，而不是阶跃式的。虽然后者对磨煤机制粉工况影响不大，但它使进入喷燃器的一次风的风煤比波动，从而使燃烧工况不稳定。磨煤机控制系统的其它子系统是控制出口温度，调节一次风压和轴封风压等。,（5）燃烧控制系统必须保证各并列运行磨煤机带上它们所能承担的不同负荷。由于并列运行磨煤机在工作期间本身的条件会产生变化，因而燃烧控制系统在给它们加减负荷时，应视各磨煤机的具体情况发出不同的负荷指令。,101,五、直吹式中速磨控制原煤通过给煤机进入磨煤机被磨成煤粉，由送入磨煤机的风作为动力，将煤粉经喷燃器送入炉膛燃烧。如：一些电厂的制粉系统采用正压直吹系统。制粉系统主要由下列设备组成：6个原煤仓，6台电子称重式给煤机，6台中速磨煤机。,102,1.中速磨工作原理有两个相对运动的碾磨部件组成，部件在弹簧力、液压力或其它外力作用下，将原煤挤压、碾磨。碾磨下部部件的转动，产生离心力，把煤粉送到风环。热空气将煤粉带到磨煤机上部的分离器。粗煤粉被分离出来，回磨煤机再磨。热风具有两重作用：输送煤粉、干燥煤粉。少量杂物在离心力作用下，送到风环后，不能被热风托起，落入杂物箱。,103,2.磨煤机控制系统磨煤机的控制包括磨煤机的给煤量控制、一次风量控制和冷风量控制(磨煤机出口温度控制)。（1）给煤量控制通过改变给煤机转速，并接受所供一次风量的限制，来调整燃烧率。,104,煤主控1)下列情况下煤主控强制手动：总风量信号故障、实际燃料量信号故障、送