火电燃烧控制系统设计

1、火电机组燃烧控制系统设计王玮王玮Email：1 1 单元机组基本流程单元机组基本流程21 1 单元机组基本流程单元机组基本流程燃料系统燃料系统风烟系统风烟系统汽水系统汽水系统循环水系统循环水系统发配电系统发配电系统灰渣系统灰渣系统31 1 单元机组基本流程单元机组基本流程汽水循环汽水循环4燃烧控制系统燃烧控制系统问题：问题：一个稳态运行的机组，因何要调整燃烧一个稳态运行的机组，因何要调整燃烧控制系统？诱因是什么？控制系统？诱因是什么？火电机组燃烧控制系统5单元机组过程控制系统简介单元机组过程控制系统简介负荷控制负荷控制6单元机组过程控制系统简介单元机组过程控制系统简介 负荷控制系统可接受负荷控

2、制系统可接受AGCAGC指令、运行人员的手动负荷指令指令、运行人员的手动负荷指令(MAN)(MAN)和频差指令和频差指令f f； 对于幅度较小、变动周期短的电网频差，可由汽轮发电机组自对于幅度较小、变动周期短的电网频差，可由汽轮发电机组自身的调节系统完成，频差指令称为一次调频指令；响应速度快，身的调节系统完成，频差指令称为一次调频指令；响应速度快，但属于有差调节（原动机调速器）；但属于有差调节（原动机调速器）； 对于变化幅度较大、周期较长的变动负荷，则需改变汽轮发电对于变化幅度较大、周期较长的变动负荷，则需改变汽轮发电机的同步器来实现，称为二次调频。机的同步器来实现，称为二次调频。7单元机组过

3、程控制系统简介单元机组过程控制系统简介负荷控制负荷控制l基本控制方式基本控制方式l汽轮机跟随控制方式汽轮机跟随控制方式l锅炉跟随控制方式锅炉跟随控制方式l机机炉负荷协调控制方式炉负荷协调控制方式l注：一般都有上述四种控制方式，可根据需要通过注：一般都有上述四种控制方式，可根据需要通过逻辑开关切换到任意一种方式。逻辑开关切换到任意一种方式。8单元机组过程控制系统简介单元机组过程控制系统简介锅炉控制锅炉控制l主要参数：主要参数：主汽压力、温度主汽压力、温度，汽包水位汽包水位，炉膛负压炉膛负压，烟气含氧量烟气含氧量等。等。u锅炉汽包水位的控制：锅炉汽包水位的控制：给水调节门开度给水调节门开度、给水泵

4、转速给水泵转速；u锅炉蒸汽温度的控制锅炉蒸汽温度的控制 过热蒸汽过热蒸汽：燃烧器摆角、喷水减温：燃烧器摆角、喷水减温 再再热蒸汽热蒸汽：分隔烟道挡板法、改变燃烧器倾角、喷水减温：分隔烟道挡板法、改变燃烧器倾角、喷水减温( (不不经济经济) )u锅炉的燃烧过程控制：锅炉的燃烧过程控制：燃料量燃料量的控制，的控制，送风、引风送风、引风的控的控制。炉膛负压制。炉膛负压( (稳定性稳定性) )，烟气含氧量，烟气含氧量( (经济性经济性) )。9单元机组过程控制系统简介单元机组过程控制系统简介汽轮机控制汽轮机控制l目的：使汽轮发电机组尽快满足外界负荷的变目的：使汽轮发电机组尽快满足外界负荷的变化，同时保

5、持转速恒定。化，同时保持转速恒定。l控制方案：转速为控制信号，以汽门开度为调控制方案：转速为控制信号，以汽门开度为调节手段改变汽轮机功率，使汽轮机的主动力力节手段改变汽轮机功率，使汽轮机的主动力力矩与发电机的发力矩相平衡。矩与发电机的发力矩相平衡。10单元机组过程控制系统简介单元机组过程控制系统简介旁路系统旁路系统l机组启停过程中和机组事故状态下起调节和保机组启停过程中和机组事故状态下起调节和保护作用，保安系统。护作用，保安系统。l正常运行时，可靠地完全关闭，截断流量特性；正常运行时，可靠地完全关闭，截断流量特性；l汽轮机甩负荷时，旁路系统迅速打开，泄压、汽轮机甩负荷时，旁路系统迅速打开，泄压

6、、保护再热器、维持锅炉正常运行。保护再热器、维持锅炉正常运行。11单元机组过程控制系统简介单元机组过程控制系统简介辅机控制辅机控制l磨煤磨煤机控制：机控制：u给煤机转速给煤机转速给给煤煤率率磨煤机负荷磨煤机负荷u一次一次风压、一次风流量调整风压、一次风流量调整u热风门、冷风门挡板开度热风门、冷风门挡板开度出口温度出口温度l除氧器控制：除氧器控制：u压力控制：抽汽进汽阀门；压力控制：抽汽进汽阀门；u水箱水位：进入除氧器的凝结水。水箱水位：进入除氧器的凝结水。12燃烧控制系统的任务燃烧控制系统的任务锅炉锅炉燃烧过程是将燃料化学能转变为蒸汽燃烧过程是将燃料化学能转变为蒸汽热能的转换过程。燃烧过程控制

7、的任务是热能的转换过程。燃烧过程控制的任务是使燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的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。需要，并保证锅炉安全经济运行。火电机组燃烧控制系统13燃烧控制系统的任务燃烧控制系统的任务（1 1）维持）维持蒸汽压力蒸汽压力稳定稳定 锅炉出口压力或机前压力信号反映了燃料锅炉出口压力或机前压力信号反映了燃料燃烧所释放的热量与蒸汽所携带热量间的平燃烧所释放的热量与蒸汽所携带热量间的平衡关系，汽压的变化表示两者间失衡，此时衡关系，汽压的变化表示两者间失衡，此时必须相应地调整燃料供应量，以适应变化了必须相应地调整燃料供应量，以适应变化了的蒸汽负荷的需要。

8、的蒸汽负荷的需要。火电机组燃烧控制系统14燃烧控制系统的任务燃烧控制系统的任务（2 2）保证燃烧过程的经济性）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可能减少排烟造成的热损失。（如何获得最。（如何获得最大燃烧效率？无法直接测量）大燃烧效率？无法直接测量）火电机组燃烧控制系统15过量空气系数（氧量）

9、燃烧控制系统的任务燃烧控制系统的任务（3 3）维持）维持炉膛压力稳定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，炉膛压力是否炉内燃烧工况，经济

10、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在允许范围内变化，关系到锅炉的安全经济运行。火电机组燃烧控制系统16燃烧控制系统的任务燃烧控制系统的任务锅炉锅炉燃烧过程的上述三项控制任务是不可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、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，共同完成其控制内的各子

11、系统应协调动作，共同完成其控制任务。任务。 火电机组燃烧控制系统17燃烧燃烧控制系统的组成控制系统的组成火电机组燃烧控制系统18以燃料量为调节变量，主蒸汽压力为被调量，通过调节进入炉膛的燃料量，维持主蒸汽压力的稳定。燃料量控制系统 送风控制系统以送风量为调节变量，烟气含氧量为被调量，通过调节进入炉膛的送风量，使烟气含氧量达到设定的最佳值，保证燃料燃烧所需的空气量和燃烧过程的经济性。 引风控制系统以引风量为调节变量，炉膛压力为被调量，通过调节引风量维持炉膛压力的稳定。锅炉燃烧控制系统燃烧燃烧控制系统控制系统火电机组燃烧控制系统19锅炉燃烧控制系统是一个多输入多输出的非线性多变量强耦合控制系统。2

12、 2 燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动态特性 锅炉燃烧过程被控对象的动态特性是指机锅炉燃烧过程被控对象的动态特性是指机组运行过程中各种扰动引起的各被调量变组运行过程中各种扰动引起的各被调量变化的动态关系，锅炉燃烧过程被控对象的化的动态关系，锅炉燃烧过程被控对象的动态特性主要有以下三个：动态特性主要有以下三个：火电机组燃烧控制系统20l 主蒸汽压力pT 在内、外扰动下的动态特性；l 烟气含氧量O2在送风量扰动下的动态特性；l 炉膛压力plt 在引风量扰动下的动态特性。2 2 燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动态特性主蒸汽压力的动态特性主蒸汽压力的动态特性主主蒸汽压力蒸汽

13、压力pT受到的主要扰动有二个，其受到的主要扰动有二个，其一是一是燃烧率燃烧率 B扰动称为基本扰动或内部扰动；扰动称为基本扰动或内部扰动；其二是其二是汽轮机耗汽量汽轮机耗汽量D的扰动，称为外部扰动。的扰动，称为外部扰动。火电机组燃烧控制系统212 2 燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动态特性( (1) 1)内扰（燃烧率）下内扰（燃烧率）下主蒸汽压力的主蒸汽压力的动态特性动态特性火电机组燃烧控制系统22主蒸汽压力pT 的动态特性与汽轮机的调节装置有关，下图为汽轮机功率不变时，锅炉燃烧率B扰动下主蒸汽压力pT 变化的阶跃响应曲线：2 2 燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动态特

14、性 汽轮机调节阀门开度不变时，锅炉汽轮机调节阀门开度不变时，锅炉燃烧率燃烧率 B扰动下扰动下主蒸汽压力主蒸汽压力pT 变化变化的阶跃响应曲线的阶跃响应曲线：火电机组燃烧控制系统23 此时主蒸汽压力pT是一个有自平衡能力的被控对象。汽包压力pb与主蒸汽压力pT 之差p2随燃料量和进入汽轮机的蒸汽流量的增加而增加。2 2 燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动态特性火电机组燃烧控制系统242 2 燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动态特性火电机组燃烧控制系统252 2 燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动态特性火电机组燃烧控制系统262 2 燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动态特性火电机组燃烧控制系统272 2 燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动态特性火电机组燃烧控制系统282 2 燃烧过程控制对象的动态特性燃烧过程控制对象的动