热工控制系统第次课课件1

确定控制任务分析被控对象特性确定被控量确定控制量确定影响因素（干扰量）分析确定控制功能确定控制系统结构和方案确定控制任务1燃烧控制分析1、与燃烧相关的量燃料量送风量2、引起燃料量、送风量变化的原因用电负荷3、负荷变化对锅炉和汽机的影响——单元机组的基本控制方式燃烧控制分析1、与燃烧相关的量2第十二章燃烧过程自动控制系统

1、引言任务对象特性2、燃烧控制系统系统结构和方案3、典型燃烧控制系统4、600MW机组燃烧控制系统实例

第十二章燃烧过程自动控制系统1、引言3补充电网调频的概念和原理参见：关于我国电网调频问题的建议.pdf关于缩小我国电网频率变动范围的建议.pdf参与电网调频的汽轮机电子调节系统功能分析.pdf补充电网调频的概念和原理参见：4第一节引言一、单元机组的基本控制方式要求大型机组具有带变动负荷运行的能力，以便迅速满足负荷变化的需要及参加电网调频。机组容量不断地增加，锅炉的蓄热量相对减少，采用机炉分别控制方式已不适应外界负荷的要求和保持机炉之间的平衡通常采用锅炉汽轮发电机组的单元制运行方式。在这种运行方式下，按锅炉、汽轮机在控制过程中的任务和相互关系不同，构成三种基本控制方式，即机跟炉和炉跟机、机炉协调控制方式。第一节引言一、单元机组的基本控制方式51、炉跟机控制方式当外界“负荷要求”增大时，负荷要求P0与机组实发功率PE出现偏差PO－PE，通过汽机控制器立即开大汽机进汽阀，增加汽机进汽量,从而迅速改变发电机的输出功率,使其和负荷指令相一致。当汽机进汽阀开度增大后，锅炉主蒸汽压力pT随之降低，通过锅炉控制器增加锅的燃烧率(包括调煤调风)及调节给水量，使输入锅炉的能量和物质与锅炉的输出量相平衡。1、炉跟机控制方式当外界“负荷要求”增大时，负荷要求P0与6不足之处燃料的燃烧、传热、水的蒸发等过程都需要一定的时间，则容易造成汽压的波动在燃烧率扰动时，即BpT，蒸汽流量D汽轮机侧为了保持输出功率，通过汽机控制器使调节阀门关小，即T

pT，其结果将进一步加剧汽压的变化，造成更大的汽压波动

不足之处燃料的燃烧、传热、水的蒸发等过程都需要一定的时间，则73、保证燃烧过程的稳定性一般情况，通过燃料量调节主蒸汽压力，通过送风量调节过剩空气系数，通过引风量控制炉膛压力第四节600MW机组燃烧控制系统实例送风调节的任务是要保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例对象具有无自平衡能力的特点。较少采用单纯热量信号；关于我国电网调频问题的建议.经过校正后的送风量将保证烟气中含氧量等于给定值。在扰动一开始，汽压PT立即下降ΔP0(ΔP0的大小与扰动量ΔD以及过热器阻力成正比)，然后一直等速下降。蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽的生产量与负荷的耗汽量不适应，必须相应地改变燃料的供应量，以改变锅炉的蒸汽产量。当Pb等速变化时，它的实际微分如图12-15中的曲线OB所示。第四节600MW机组燃烧控制系统实例(b)汽轮机采用机械液压调节（汽轮机调节阀门开度μT不变）燃烧过程是多输入多输出带耦合的复杂系统，锅炉结构、运行方式、燃料系统设备条件及工艺要求等因素都影响燃烧过程控制形式，其控制分析和实现都很难。由于燃料量不能直接测量，对于采用钢球磨煤机中储式制粉系统的锅炉，均用改变给粉机的转速的方法来改变燃料量。2、给粉机转速反馈的燃料控制系统负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。当燃料量作阶跃ΔμB增加后，炉膛热负荷立即增大，致使汽包压力Pb上升，压差(Pb－PT)增大，使蒸汽流量D增加。(一）直吹制锅炉燃烧的特点1、中间粉仓式制粉设备的锅炉在燃烧设备与制粉系统之间具有明显可分的界限，而直吹式制粉设备的锅炉将制粉设备与锅炉本体紧密地联系成一个整体，制粉系统也成为燃烧过程自动控制不可分割的组成部分。炉跟机控制方式的特点控制方式的特点是汽机调负荷，锅炉调汽压。调负荷过程中，锅炉跟随汽机而动作，故称为炉跟机（锅炉跟随汽机）控制方式。优点是充分利用了锅炉的蓄热来迅速适应负荷的变化，对机组调峰调频有利。缺点是主汽压力变化较大，甚至超出允许范围，将对机组的安全经济运行不利。3、保证燃烧过程的稳定性炉跟机控制方式的特点控制方式的特点是8炉跟机控制的应用在大型单元机组中，锅炉的蓄热能力相对减小，对于较小的负荷变化，在汽压允许的变化范围内充分利用锅炉的蓄热以迅速适应负荷是有可能的，这对电网的频率控制也是有利的。在“负荷要求”变化较大时，汽压变化就太大，会影响锅炉的正常运行。尤其对于直流锅炉，蓄热能力比汽包锅炉小得多，采用锅炉跟随的控制方式适应较大的负荷变化，实际上是不可能的。当单元机组中锅炉设备及其辅机运行正常，而机组的输出功率受到汽机设备及其辅机的原因限制时，可以采用这种锅炉跟随汽机的控制方式。炉跟机控制的应用在大型单元机组中，锅炉的蓄热能力相对减小，对92、机跟炉控制方式当“负荷要求”PO增加时，锅炉控制器输出信号控制锅炉的燃烧率(煤、风及给水)。经过一段迟延时间后，锅炉的蒸发量和蒸汽压力PT逐渐增大，通过汽机控制器去开大汽机进汽调节阀，使进入汽机的蒸汽量增加，机组实发功率PE增加，以适应改变了的负荷要求指令P0

。在主蒸汽调节阀门开度T变化后可以很快地改变汽压pT，因此可以使汽压pT变化很小。2、机跟炉控制方式当“负荷要求”PO增加时，锅炉控制器输10不足之处在负荷P0发生变化时，锅炉燃烧率B改变后需经一些时间才能改变输出功率PE，因此机组对负荷响应较慢。在燃烧率扰动时，汽压和蒸汽流量将发生变化，汽机控制器为保持汽压而动作调节阀门开度T，使输出功率PE发生波动。不足之处在负荷P0发生变化时，锅炉燃烧率B改变后需经一些时11机跟炉的特点特点是锅炉调负荷，汽机调汽压。在保证汽压稳定的情况下，锅炉供多少汽，汽机输出多少功率，汽机跟随锅炉而动作，故称为机跟炉(汽机跟随锅炉)控制方式。优点是在运行中主蒸汽压力相当稳定(汽压变化很小)，有利于机组的安全经济运行。缺点是由于没有利用锅炉的蓄热，而只有当锅炉改变燃烧率造成蒸发量改变后，才能改变机组的出力，这样适应负荷变化能力较差，不利于机组带变动负荷和参加电网调频。机跟炉的特点特点是锅炉调负荷，汽机调汽压。在保证汽压稳定的情12应用适用于承担基本负荷的单元机组或当机组刚刚投入运行经验还不够时，采用这种系统可使汽压稳定而为机组稳定运行创造条件。当单元机组中汽机设备及其辅机运行正常，而机组的输出功率受到锅炉设备及其辅机的原因限制时，也可以采用这种汽机跟随锅炉的控制方式。应用适用于承担基本负荷的单元机组或当机组刚刚投入运行经验还不133.机炉协调控制方式当“负荷要求”改变时，通过机炉主控制器对锅炉和汽轮机分别发出调节负荷的指令，并行地改变锅炉的燃烧率和汽机的进汽量，同时为了使汽压变化幅度不致太大，还根据汽压pT偏离给定值P0的情况适当地限制汽机进汽阀的开度变化和适当地加强锅炉的控制作用。当调节结束时，机组的输出功率PE等于“负荷要求”P0，而汽压pT恢复为给定值P03.机炉协调控制方式当“负荷要求”改变时，通过机炉主控制器14特点在过渡过程中让汽压在允许的范围内变动而充分地利用锅炉的蓄热，使单元机组能较快地适应“负荷要求”的变化，同时汽压PT的变动范围也不大，因而使机组的运行工况比较稳定。当单元机组需要参加电网调频时，也应采用机组协调控制的方式。为了适应不同的运行工况，单元机组的自动控制系统中应当具备几种控制方式，但也有选择其中一种控制方式的系统。特点在过渡过程中让汽压在允许的范围内变动而充分地利用锅炉的蓄15二、燃烧控制的任务1、满足机组负荷要求，维持主蒸汽压力稳定与机组运行方式密切相关2、保证燃烧过程经济性风煤比——烟气过剩空气系数（烟气含氧量）3、保证燃烧过程的稳定性炉膛压力：送风量和引风量送风量>引风量，炉膛压力增加，造成炉膛往外喷灰或喷火送风量<引风量，增加炉膛漏风，炉温下降，影响燃烧炉膛压力波动，影响燃烧稳定性，对锅炉安全有影响二、燃烧控制的任务1、满足机组负荷要求，维持主蒸汽压力稳定16单元机组运行时，锅炉送出的蒸汽直接通往汽轮机。锅炉的燃烧过程自动控制的任务就有两种基本情况：1．锅炉调汽压，汽机进汽阀门调负荷(炉跟机的方式)①维持机前压力pT（过热器出口汽压），机前压力应保持在给定值±0.2Mpa范围。②维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性，控制系统应能保持炉内氧量在给定值±0.5%范围内。③维持炉膛负压要求，控制系统应能保持炉膛压力在给定值±30pa范围内。2．锅炉调负荷，汽机调汽压(机跟炉的方式)①维持单元机组的负荷；②维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性；③维持炉膛负压，控制系统应能保持炉膛压力在给定值±30pa范围内。如果煤粉锅炉的煤粉供应为直吹制(没有中间粉仓)，则制粉系统的控制也成为燃烧过程控制的组成部分。单元机组运行时，锅炉送出的蒸汽直接通往汽轮机。锅炉的燃烧过程17热工控制系统第次课课件118负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。缺点是主汽压力变化较大，甚至超出允许范围，将对机组的安全经济运行不利。补充：汽机DEH控制系统这个系统是用乘法器构成的单闭环比值送风控制系统，燃料量的修正值作为送风量的给定值，实现B与V的比值控制。（一）采用热量信号的燃烧控制系统2、给粉机转速反馈的燃料控制系统煤量变化、炉膛负压变化（引风量）也影响含氧量，称为外扰。其二是汽轮机耗汽量的扰动，称为外部扰动。在保证汽压稳定的情况下，锅炉供多少汽，汽机输出多少功率，汽机跟随锅炉而动作，故称为机跟炉(汽机跟随锅炉)控制方式。2．炉烟含量动态特性送风量的变化是引起负压波动的主要原因，为了能使引风量快速地跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈引入引风调节器，这样当送风控制系统动作时，引风控制系统立即跟着动作，而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作，从而能使炉膛负压基本不变。热量信号，是指燃料进入炉膛燃烧后，在单位时间内所产生的热量当锅炉负荷不变时，能及早地发现原煤量B0的扰动就成为组织直吹式锅炉燃烧自动控制系统时的两个需要特别予以考虑的问题。3、一次风量控制子系统负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。燃料控制的任务：与单元机组的运行方式有关在“负荷要求”变化较大时，汽压变化就太大，会影响锅炉的正常运行。确定影响因素（干扰量）当锅炉负荷不变时，能及早地发现原煤量B0的扰动就成为组织直吹式锅炉燃烧自动控制系统时的两个需要特别予以考虑的问题。适用于承担基本负荷的单元机组或当机组刚刚投入运行经验还不够时，采用这种系统可使汽压稳定而为机组稳定运行创造条件。关于我国电网调频问题的建议.三、燃烧过程的调节量蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽的生产量与负荷的耗汽量不适应，必须相应地改变燃料的供应量，以改变锅炉的蒸汽产量。当燃料量改变时，必须相应地改变送风量，使燃料量与空气量相适应，保证燃烧过程有较高的经济性。当送风量改变时必须及时地改变引风量，使引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要19用三个调节量改变三个流量，即燃料量、送风量和引风量，以维持三个被控制量——汽压(或负荷)、过剩空气系数α(或最佳含氧量)和炉膛负压。汽压是锅炉燃料热量与汽机需求能量是否平衡的指标过剩空气系数是燃料量和送风量是否保持适当比例的指标炉膛压力是送风量和引风量是否平衡的指标三个调节量对三个被调量都有影响，为多输入多输出的耦合系统但只要严格保持燃料量、送风量和引风量的比例变化，就能保持蒸汽压力、过剩空气系数和炉膛压力基本不变。用三个调节量改变三个流量，即燃料量、送风量和引风量，以维持三20四、燃烧控制对象的动态特性

一般情况，通过燃料量调节主蒸汽压力，通过送风量调节过剩空气系数，通过引风量控制炉膛压力1、汽压控制对象的动态特性汽压对象生产流程示意图主蒸汽压力PT受到的主要扰动来源有二个，其一是燃料量扰动称为基本扰动或内部扰动。其二是汽轮机耗汽量的扰动，称为外部扰动。四、燃烧控制对象的动态特性一般情况，通过燃料量调节主蒸汽压21补充：汽机DEH控制系统参见：汽轮机功频电液控制系统工作原理.pdf汽轮机液压调节系统与数字电液控制系统的分析比较.pdf图书：汽轮机控制、监视和保护-谷俊杰.pdf图书：汽轮机的调节.pdf补充：汽机DEH控制系统参见：22(1)燃料量扰动下汽压控制对象的动态特性

汽压变化的动态特性与汽机的控制方式有关(a)汽轮机采用频率-功率控制系统时(用汽量不变)汽压变化一开始有迟延，迟延时间为τB，最后直线上升。锅炉汽压是一个无自平衡能力的控制对象，汽包压力Pb与出口汽压PT之差ΔP2与蒸汽流量以及过热器的阻力成正比。由于在燃烧率阶跃扰动后，用汽量不变(需要相应地调整汽轮机进汽阀)，所以两者的压力差(Pb－PT＝ΔP2)不变，即ΔP1=ΔP2

蒸汽流量燃料量扰动锅炉汽压(1)燃料量扰动下汽压控制对象的动态特性汽压变化的动态特23(b)汽轮机采用机械液压调节（汽轮机调节阀门开度μT不变）当燃料量作阶跃ΔμB增加后，炉膛热负荷立即增大，致使汽包压力Pb上升，压差(Pb－PT)增大，使蒸汽流量D增加。由于汽机调汽门开度不变，主汽压PT将随着蒸汽的积累而增大。PT的升高又会使蒸汽通向汽轮机的流出量D增加，自发地限制了汽压的增加，最终达到新平衡。过程具有自平衡特性，其传递函数可以写为：(b)汽轮机采用机械液压调节（汽轮机调节阀门开度μT不变）24汽包压力Pb与汽压PT之差ΔP2也随着燃料量和进入汽轮机的蒸汽流量的增加而增加即ΔP1≠ΔP2

汽包压力Pb与汽压PT之差ΔP2也随着燃料量和进入汽轮机的蒸25(2）汽机耗汽量扰动下的汽压控制对象的动态特性(a)汽机采用功率调节在扰动一开始，汽压PT立即下降ΔP0(ΔP0的大小与扰动量ΔD以及过热器阻力成正比)，然后一直等速下降。Pb和PT的压差始终保持ΔP1＋ΔP0的数值对象具有无自平衡能力的特点。(2）汽机耗汽量扰动下的汽压控制对象的动态特性(a)汽机采26(b)汽机采用机械液压调节当增大阶跃ΔμT时，汽机进汽量突然增加，致使主汽压力PT跳跃地下降ΔP0

。此时由于燃料量不变，用汽量的增加使汽包压力Pb开始缓慢下降，主汽压力PT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。汽压动态特性具有自平衡特性，其传递函数可以写为：在外扰的开始瞬间主汽压力会有跳跃变化，不存在迟延，因而会很快地反映外部扰动(b)汽机采用机械液压调节272．炉烟含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，称为内扰。煤量变化、炉膛负压变化（引风量）也影响含氧量，称为外扰。含氧量的动态特性是指在送风量阶跃扰动下，含氧量随时间变化的特性。该动态特性具有滞后、惯性和自平衡能力。其传递函数一般为：ttVO2%τΔVkΔVT图12-8送风量扰动下氧量阶跃响应曲线2．炉烟含量动态特性维持含氧量的主要调节手段是调节送风机入28负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。(一）直吹制锅炉燃烧的特点炉膛压力波动，影响燃烧稳定性，对锅炉安全有影响要求大型机组具有带变动负荷运行的能力，以便迅速满足负荷变化的需要及参加电网调频。关于我国电网调频问题的建议.为了减小锅炉对负荷响应的迟延和惯性，可以采用功率的微分信号作为前馈信号送入汽压调节器。在保证汽压稳定的情况下，锅炉供多少汽，汽机输出多少功率，汽机跟随锅炉而动作，故称为机跟炉(汽机跟随锅炉)控制方式。当单元机组中汽机设备及其辅机运行正常，而机组的输出功率受到锅炉设备及其辅机的原因限制时，也可以采用这种汽机跟随锅炉的控制方式。当外界“负荷要求”增大时，负荷要求P0与机组实发功率PE出现偏差PO－PE，通过汽机控制器立即开大汽机进汽阀，增加汽机进汽量,从而迅速改变发电机的输出功率,使其和负荷指令相一致。只要使送风量V和引风量G随时与燃料量B在变化时保持适当比例，就能保证α和pf不会有多大变化。用各给粉机转速的＂和＂来反映燃料量或燃烧率的大小，构成采用给粉机转速反馈信号的燃料控制系统。送风量的变化是引起负压波动的主要原因，为了能使引风量快速地跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈引入引风调节器，这样当送风控制系统动作时，引风控制系统立即跟着动作，而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作，从而能使炉膛负压基本不变。燃烧过程被控对象的被调量α和pf都是保证良好燃烧条件的锅炉内部参数。参与电网调频的汽轮机电子调节系统功能分析.2、引起燃料量、送风量变化的原因即负荷指令与总送风量信号送到小值选择器，取较小值作为燃料副调节器的给定值；还有采用汽轮机调速级后压力P1作为前馈信号送入副调节器，由于汽轮机调速级后压力P1与汽轮机负荷成比例关系，因此可以用它来协调锅炉的燃风比，另外，P1信号对汽轮机负荷反映灵敏，测量简单、准确，用它来粗调燃风比，比采用蒸汽负荷D或燃料量B更优越。为了使氧量给定值随负荷改变而变化，可将负荷信号D通过一个函数器f1(x)，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在这种运行方式下，按锅炉、汽轮机在控制过程中的任务和相互关系不同，构成三种基本控制方式，即机跟炉和炉跟机、机炉协调控制方式。用三个调节量改变三个流量，即燃料量、送风量和引风量，以维持三个被控制量——汽压(或负荷)、过剩空气系数α(或最佳含氧量)和炉膛负压。缺点是主汽压力变化较大，甚至超出允许范围，将对机组的安全经济运行不利。用三个调节量改变三个流量，即燃料量、送风量和引风量，以维持三个被控制量——汽压(或负荷)、过剩空气系数α(或最佳含氧量)和炉膛负压。实际热量信号Qr的表达式为:(a)汽轮机采用频率-功率控制系统时(用汽量不变)汽轮机液压调节系统与数字电液控制系统的分析比较.进入磨煤机中煤量的测量方法随着磨煤机的类型不同而不同，例如对于中速磨、钢球磨，有提出以磨煤机进出口风压差ΔPm的大小来间接代表磨煤机中的煤量的多少；锅炉蒸发受热面的热平衡方程为：为了减小锅炉对负荷响应的迟延和惯性，可以采用功率的微分信号作为前馈信号送入汽压调节器。还有采用汽轮机调速级后压力P1作为前馈信号送入副调节器，由于汽轮机调速级后压力P1与汽轮机负荷成比例关系，因此可以用它来协调锅炉的燃风比，另外，P1信号对汽轮机负荷反映灵敏，测量简单、准确，用它来粗调燃风比，比采用蒸汽负荷D或燃料量B更优越。汽包压力Pb与汽压PT之差ΔP2也随着燃料量和进入汽轮机的蒸汽流量的增加而增加即ΔP1≠ΔP2在主蒸汽调节阀门开度T变化后可以很快地改变汽压pT，因此可以使汽压pT变化很小。较少采用单纯热量信号；在大型单元机组中，锅炉的蓄热能力相对减小，对于较小的负荷变化，在汽压允许的变化范围内充分利用锅炉的蓄热以迅速适应负荷是有可能的，这对电网的频率控制也是有利的。单元机组运行时，锅炉送出的蒸汽直接通往汽轮机。6、一次风压控制子系统燃煤锅炉，运行中的煤量自发性扰动(煤粉的阻塞与自流)是经常容易出现的优点是充分利用了锅炉的蓄热来迅速适应负荷的变化，对机组调峰调频有利。煤量变化、炉膛负压变化（引风量）也影响含氧量，称为外扰。当燃料量作阶跃ΔμB增加后，炉膛热负荷立即增大，致使汽包压力Pb上升，压差(Pb－PT)增大，使蒸汽流量D增加。根据锅炉指令BD保证汽压稳定(1)由于直吹式锅炉在单独改变给煤量B0时并不能快速地使煤粉量B发生变化(因磨煤机有较大的迅延和惯性)，但改变一次风量V1却能迅速改变进入炉膛的煤粉量B。可见，在有氧量校正的送风控制系统中，送风量除了需要与燃料量保持比例外，还要附加一个校正送风量信号σ02，才能使烟气中含氧量达到最佳值。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。由于炉膛负压反应很快，可作比例特性来处理。ttGPfΔG图12-9引风量扰动下负压阶跃响应曲线0负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要29燃烧过程被控对象的被调量α和pf都是保证良好燃烧条件的锅炉内部参数。只要使送风量V和引风量G随时与燃料量B在变化时保持适当比例，就能保证α和pf不会有多大变化。返回燃烧过程被控对象的被调量α和pf都是保证良好燃烧条件的锅炉内30第二节燃烧控制系统燃烧过程是多输入多输出带耦合的复杂系统，锅炉结构、运行方式、燃料系统设备条件及工艺要求等因素都影响燃烧过程控制形式，其控制分析和实现都很难。如果从工程实用的观点出发，具体分析生产过程的运行要求和被控对象动态特性的特点，有针对性的制定相应的控制系统设计方案，也可以得到较为满意的控制效果。根据燃烧过程对象特点和燃烧过程控制的任务，将燃烧控制系统分为三个相对独立的子系统：燃料控制系统送风控制系统引风控制系统第二节燃烧控制系统燃烧过程是多输入多输出带耦合的复杂系统31一、燃料控制系统燃料控制系统的被调量：汽压燃料控制的任务：与单元机组的运行方式有关炉跟机（或以此为基础的协调控制）根据锅炉指令BD保证汽压稳定机跟炉（或以此为基础的协调控制）根据锅炉指令保证机组负荷课本上的方案是以此为例讲述的一、燃料控制系统燃料控制系统的被调量：汽压课本上的方案是以此321、燃料反馈的燃料控制系统燃煤锅炉，运行中的煤量自发性扰动(煤粉的阻塞与自流)是经常容易出现的所以采用主控制器调汽压，副控制器调燃料量的串级控制系统，使系统能够快速消除燃料的自发性扰动1、燃料反馈的燃料控制系统燃煤锅炉，运行中的煤量自发性扰动33由于燃料量不能直接测量，对于采用钢球磨煤机中储式制粉系统的锅炉，均用改变给粉机的转速的方法来改变燃料量。2、给粉机转速反馈的燃料控制系统用各给粉机转速的＂和＂来反映燃料量或燃烧率的大小，构成采用给粉机转速反馈信号的燃料控制系统。用给粉机转速之和作为总燃料量反馈信号，并进入副调节器与燃料量的给定值既锅炉负荷要求指令进行比较，对其偏差值进行运算，副调节器根据偏差的大小去调节燃料量的数值。燃料量的测量，后面再讲由于燃料量不能直接测量，对于采用钢球磨煤机中储式制粉系统的锅34

给粉机转速只能反映燃料量的大小而不能反映燃料品质的变化，为此引入燃料品种校正信号。当改换煤种时，相应地调整校正系数的值，经乘法器修正燃料量反馈信号，以消除煤种变化对系统的影响。为了消除燃料侧自发性扰动，系统引入了汽包压力的微分信号。当发生燃料量内扰时，汽包压力能较快地反映燃料量内扰，汽包压力的微分信号有超前和加强调节的作用，所以汽包压力的微分信号有助于尽快消除内扰。稳态时汽包压力的微分信号消失不影响副调节器入口平衡关系。给粉机转速只能反映燃料量的大小而不能反映燃料品质的变化，为353、前馈+反馈的燃料控制系统锅炉对负荷变化的响应比汽机慢得多。为了减小锅炉对负荷响应的迟延和惯性，可以采用功率的微分信号作为前馈信号送入汽压调节器。功率的微分信号有超前和加强调节的作用，以提前平衡负荷扰动，提高锅炉对负荷的响应速度。前馈信号还可以采用电网频率f、发电机功率NE、汽轮机调速级汽压P1、调速级后压力与主汽压力的比值P1/PT、汽机调速系统二次油压等信号。汽包压力微分信号的作用与前述一样。3、前馈+反馈的燃料控制系统锅炉对负荷变化的响应比汽机慢得多36二、送风控制系统1、单闭环比值送风控制系统送风调节的任务是要保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例采用保持燃料量与送风量成比例关系的送风控制系统，燃料量信号B以前馈形式引入送风控制系统，作为送风调节器的给定值，送风量信号V作为反馈信号引入送风调节器，构成一个单闭环比值控制系统。可以实现送风量快速跟踪燃料量的变化。二、送风控制系统1、单闭环比值送风控制系统37在实际运行中，燃料量和送风量的最佳比例值K不是常数，K是随不同的负荷和燃烧品种变化的。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。这个系统是用乘法器构成的单闭环比值送风控制系统，燃料量的修正值作为送风量的给定值，实现B与V的比值控制。根据负荷、燃料品种的变化去修正最佳风煤比系数K，此系统结构简单、整定投运方便，但负荷和燃料品种的修正系数在实际应用中较难确定。在实际运行中，燃料量和送风量的最佳比例值K不是常数，K是随不382、串级比值送风控制系统采用有燃烧经济性指标(烟气氧量)的校正调节器来修正送风量，使送风量与燃料量之间的比值达到最佳（1）采用氧化锆仪器测量锅炉排烟中的含氧量，氧量信号反应迅速可靠，烟气中最佳含氧量与煤种无关，送风调节器仅接受氧量信号并与定值信号平衡，为一个单参数单回路控制系统，定值信号可将氧量定在最佳值。同时，送风调节器可采用纯比例型调节器。因为，锅炉最佳含氧量是随负荷增加而减小的2、串级比值送风控制系统采用有燃烧经济性指标(烟气氧量)的校39优点：送风调节器是单信号、单参数(纯比例调节)，故参数整定简单，系统稳定性好。省去了风量信号，无需风量测量装置，节约了设备，解决了风量信号难于测准问题，同时也解决了炉膛部分漏风问题，因为炉膛的漏风都包含在烟气里，故在漏风严重时(如除灰期间的漏风)送风系统会自动减少送风以维持最佳含氧量，这对减少漏风损失稍有好处。缺点：(1)很难找出能代表整个炉膛含氧量的准确测点，因而氧量计测出的信号是否能保证最佳含氧量值的考虑。(2)氧量计测出的是整个炉膛的平均最佳含氧量，它不能保证每个喷燃器的完全燃烧。对于大型锅炉，尤其是直吹式锅炉，氧量仍有可能达到最佳，而实际上这台锅炉燃烧并没有达到最佳。优点：40（2）采用氧量作为校正信号的送风控制系统

上述系统只适用于中、小型锅炉，对于大型锅炉还是用氧量作为校正信号为佳是一个串级比值控制系统，主调节器(氧量校正调节器)接受氧量与氧量定值信号。副调节器接受燃料信号B，反馈信号V及氧量校正调节器的输出，副回路保证风煤的基本比例，起粗调作用，主回路用来进行氧量校正，起细调作用。当烟气中含氧量高于给定值时，氧量校正调节器发生校正信号，修正送风控制系统的给定值，使送风调节器减少送风量。经过校正后的送风量将保证烟气中含氧量等于给定值。校正后的送风量信号为

V＝BK＋σ02

可见，在有氧量校正的送风控制系统中，送风量除了需要与燃料量保持比例外，还要附加一个校正送风量信号σ02

，才能使烟气中含氧量达到最佳值。（2）采用氧量作为校正信号的送风控制系统上述系统只适用于中413、前馈+反馈的送风控制系统烟气中的最佳含氧量的数值随锅炉的负荷改变而变化，一般在负荷增加时，最佳含氧量的值减小。为了使氧量给定值随负荷改变而变化，可将负荷信号D通过一个函数器f1(x)，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负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。另外为了克服送风调节通道中存在的迟延和惯性，系统中还引入了负荷指令的前馈调节作用，以改善动态过程中的燃风配合。3、前馈+反馈的送风控制系统烟气中的最佳含氧量的数值随锅炉的42还有采用汽轮机调速级后压力P1作为前馈信号送入副调节器，由于汽轮机调速级后压力P1与汽轮机负荷成比例关系，因此可以用它来协调锅炉的燃风比，另外，P1信号对汽轮机负荷反映灵敏，测量简单、准确，用它来粗调燃风比，比采用蒸汽负荷D或燃料量B更优越。有氧量校正的送风控制系统，其结构比较复杂，又由于其主、副回路的时间常数(工作速度)相差不大,所以系统的整定投入比较困难。还有采用汽轮机调速级后压力P1作为前馈信号送入副调节器，由于436、一次风压控制子系统发生内扰时，给粉机转速信号比热量信号反应快①维持机前压力pT（过热器出口汽压），机前压力应保持在给定值±0.含氧量的动态特性是指在送风量阶跃扰动下，含氧量随时间变化的特性。(a)汽机采用功率调节还有采用汽轮机调速级后压力P1作为前馈信号送入副调节器，由于汽轮机调速级后压力P1与汽轮机负荷成比例关系，因此可以用它来协调锅炉的燃风比，另外，P1信号对汽轮机负荷反映灵敏，测量简单、准确，用它来粗调燃风比，比采用蒸汽负荷D或燃料量B更优越。单元机组运行时，锅炉送出的蒸汽直接通往汽轮机。(b)汽轮机采用机械液压调节（汽轮机调节阀门开度μT不变）与机组运行方式密切相关（三）给煤机转数为反馈信号的燃烧控制系统3、二次风量、磨煤机出口温度控制子系统稳态时汽包压力的微分信号消失不影响副调节器入口平衡关系。副调节器接受燃料信号B，反馈信号V及氧量校正调节器的输出，副回路保证风煤的基本比例，起粗调作用，主回路用来进行氧量校正，起细调作用。用三个调节量改变三个流量，即燃料量、送风量和引风量，以维持三个被控制量——汽压(或负荷)、过剩空气系数α(或最佳含氧量)和炉膛负压。过程具有自平衡特性，其传递函数可以写为：1、中间粉仓式制粉设备的锅炉在燃烧设备与制粉系统之间具有明显可分的界限，而直吹式制粉设备的锅炉将制粉设备与锅炉本体紧密地联系成一个整体，制粉系统也成为燃烧过程自动控制不可分割的组成部分。负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。确定控制系统结构和方案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。图12-17采用热量信号的燃烧控制系统当汽机进汽阀开度增大后，锅炉主蒸汽压力pT随之降低，通过锅炉控制器增加锅的燃烧率(包括调煤调风)及调节给水量，使输入锅炉的能量和物质与锅炉的输出量相平衡。3、负荷变化对锅炉和汽机的影响——单元机组的基本控制方式三、引风控制系统引风控制的任务是保持炉膛负压在规定的范围之内。负压燃烧锅炉，如果炉膛压力接近于大气压力，则炉烟往外冒出，影响设备与工作人员的安全；如果炉膛压力太低，又会使大量的冷空气漏入炉膛内，降低了炉膛温度，增大了引风机负荷和排烟带走的热量损失。一般炉膛压力维持在比大气压力低2～5毫米水柱（20~50Pa）左右6、一次风压控制子系统三、引风控制系统引风控制的任务是保持44引风调节对象的动态响应快，测量容易，一般只需采取以炉膛负压Pf作为被调量的单回路控制系统

送风量的变化是引起负压波动的主要原因，为了能使引风量快速地跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈引入引风调节器，这样当送风控制系统动作时，引风控制系统立即跟着动作，而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作，从而能使炉膛负压基本不变。引风控制系统引入送风前馈信号以后，将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。引风调节对象的动态响应快，测量容易，一般只需采取以炉膛负压P45燃烧控制中的几个问题1、燃料量的测量热量信号基于给粉机转速信号修正的测量方法较少采用单纯热量信号；发生内扰时，给粉机转速信号比热量信号反应快2、风煤交叉限制3、风机调节改变管道特性曲线（如节流调节（节流挡板））改变风机性能曲线（如变角调节、变速调节）燃烧控制中的几个问题1、燃料量的测量46第三节典型燃烧控制系统燃烧控制系统，能迅速地适应负荷变化的要求，能及时地消除内扰，并且在控制的动态过程中和过程结束后能否保证燃烧的经济性及各被调量在允许的指标之内。第三节典型燃烧控制系统燃烧控制系统，能迅速地适应负荷变化47一、有中间煤粉仓的燃烧控制系统（一）采用热量信号的燃烧控制系统有中间煤粉仓的锅炉来说，可以认为制粉系统的运行与锅炉燃烧过程的调整并无直接关系燃料量(煤粉量)的直接测量还是一个尚待解决的问题，因此在设计燃烧控制系统时，一般都采用间接测量的方法，如采用给粉机转速、热量信号代表煤粉量。用给粉机转速代表煤粉量的方法简便，但转速信号不能反映煤粉量的自发性扰动。用“热量信号”代表煤粉量的方法采用的最为普遍。一、有中间煤粉仓的燃烧控制系统（一）采用热量信号的燃烧控制系481、热量信号锅炉蒸发受热面的热平衡方程为：如果能测量出蒸汽流量D和汽包压力变化速度dpb/dt，那么将两者按一定比例(比例系数Cb)配合，就能得到代表热负荷Qr的信号，称为热量信号，它能迅速地反映燃料量变化的情况。若控制系统采用热量信号必然能显著改善基本扰动下的控制品质。1、热量信号锅炉蒸发受热面的热平衡方程为：49稳态时，只需用蒸汽流量D即可准确地度量燃料发热量中被利用的部分；动态中，尚有部分热量储存(或放出)在锅炉内部，表现为汽包压力Pb的变化。热量信号，是指燃料进入炉膛燃烧后，在单位时间内所产生的热量稳态时，只需用蒸汽流量D即可准确地度量燃料发热量中被利用的部50热工控制系统第次课课件151用实际微分去接近理想微分,Pb的实际微分的传递函数为:当Pb等速变化时，它的实际微分如图12-15中的曲线OB所示。从图上看出，曲线OB不能完全补偿ΔD，尚缺一块阴影面积。这样在外扰ΔD作用下，热量信号就会变化。为解决此问题，需引入负的蒸汽流量实际微分信号:用实际微分去接近理想微分,Pb的实际微分的传递函数为:52实际热量信号Qr的表达式为:在燃料量不能准确测量的情况下，一般都采用热量信号代替燃料量信号。热量信号反映的是燃烧率，所以它不仅能反映燃料数量的变化，而且也能反映燃料质量的变化，因此比燃料量信号能更准确地反映燃烧率。实际热量信号Qr的表达式为:532、采用热量信号的燃烧控制系统分析

σPσPOPI＞＜√￣_图12-17采用热量信号的燃烧控制系统ΔddtΣ×f(x)PIf1(x)PIf2(x)PIPI___++++QrPTDDPbQ2PfVVGVB变比例带图12-10图12-112、采用热量信号的燃烧控制系统分析σPσPOPI＞＜√￣_54送风量应略富裕于燃料量，采用燃料、送风交叉限制措施。即负荷指令与总送风量信号送到小值选择器，取较小值作为燃料副调节器的给定值；锅炉负荷要求指令与热量信号送到大值选择器，取较大值作为送风副调节器的给定值。送风量应略富裕于燃料量，采用燃料、送风交叉限制措施。即负荷指55(二)采用给粉机转数的燃烧控制系统1、燃料控制系统(二)采用给粉机转数的燃烧控制系统1、燃料控制系统56热工控制系统第次课课件1572、送风控制系统2、送风控制系统58二、直吹制煤粉炉燃烧控制系统

(一）直吹制锅炉燃烧的特点1、中间粉仓式制粉设备的锅炉在燃烧设备与制粉系统之间具有明显可分的界限，而直吹式制粉设备的锅炉将制粉设备与锅炉本体紧密地联系成一个整体，制粉系统也成为燃烧过程自动控制不可分割的组成部分。2、在中间粉仓式制粉设备的锅炉中，改变燃料调节机构位置(给粉机转速)就能立即改变进入炉膛的煤粉量B，因此中间煤仓式锅炉无论在适应负荷变化或消除燃料的自发性扰动方面都比较及时，而在直吹式锅炉中，改变燃料调节机构的给煤机转速后，还需经过磨煤制粉的过程，才能使进入炉膛的煤粉量B发生变化，直吹式锅炉在适应负荷变化或消除燃料内扰方面的反应均较慢，从而引起汽压较大的变化。二、直吹制煤粉炉燃烧控制系统(一）直吹制锅炉燃烧的特点59热工控制系统第次课课件160因此，在锅炉负荷变化时，如何能快速改变进入炉膛的煤粉量B；当锅炉负荷不变时，能及早地发现原煤量B0的扰动就成为组织直吹式锅炉燃烧自动控制系统时的两个需要特别予以考虑的问题。解决上述两个问题的办法如下：(1)由于直吹式锅炉在单独改变给煤量B0时并不能快速地使煤粉量B发生变化(因磨煤机有较大的迅延和惯性)，但改变一次风量V1却能迅速改变进入炉膛的煤粉量B。因此，为了提高直吹式锅炉的负荷响应能力，在改变煤量B0时，应该同时改变一次风量V1。(2)为及早消除燃料量B0的自发性扰动，首先要及时地发现进入磨煤中的原煤量B0的变化，即要快速正确地测量出磨煤机中的煤量。进入磨煤机中煤量的测量方法随着磨煤机的类型不同而不同，例如对于中速磨、钢球磨，有提出以磨煤机进出口风压差ΔPm的大小来间接代表磨煤机中的煤量的多少；也有提出以磨煤机的电动功率Pm大小代表磨煤机中煤量等。因此，在锅炉负荷变化时，如何能快速改变进入炉膛的煤粉量B；当61（二）一次风量为反馈信号的燃烧控制系统

（二）一次风量为反馈信号的燃烧控制系统621、一次风、给煤量控制子系统2、送、引风控制子系统3、二次风量、磨煤机出口温度控制子系统1、一次风、给煤量控制子系统63（三）给煤机转数为反馈信号的燃烧控制系统

σPσPOPIPrI×∑PI∑∑∑×f(x)PI＞∑/nf(x)PI∑＜API∑÷√￣PIK∑PIPIP≮≯P1_速度级压力n给煤机转速Vm1磨一次风量送风量O2%P1___+IBPfPfo一次风温Qm1Vm1磨煤机温度n0θm0Pv1θmPv10n燃油量____一次风压B0VGVm1VrV1V2给煤量送风量引风量磨一次风量热风量一次风量层燃料风量图12-23给煤机转数为反馈信号的燃烧控制系统V给煤机转速指令（三）给煤机转数为反馈信号的燃烧控制系统σPσPOPIPr641、燃料控制子系统2、送风控制子系统3、一次风量控制子系统4、磨煤机出口温度控制子系统5、炉膛压力控制子系统6、一次风压控制子系统返回1、燃料控制子系统返回65解决上述两个问题的办法如下：在“负荷要求”变化较大时，汽压变化就太大，会影响锅炉的正常运行。由于炉膛负压反应很快，可作比例特性来处理。根据锅炉指令BD保证汽压稳定5、炉膛压力控制子系统一、单元机组的基本控制方式用给粉机转速代表煤粉量的方法简便，但转速信号不能反映煤粉量的自发性扰动。炉膛压力是送风量和引风量是否平衡的指标燃料控制的任务：与单元机组的运行方式有关要求大型机组具有带变动负荷运行的能力，以便迅速满足负荷变化的需要及参加电网调频。送风调节器是单信号、单参数(纯比例调节)，故参数整定简单，系统稳定性好。(一）直吹制锅炉燃烧的特点当锅炉负荷不变时，能及早地发现原煤量B0的扰动就成为组织直吹式锅炉燃烧自动控制系统时的两个需要特别予以考虑的问题。发生内扰时，给粉机转速信号比热量信号反应快(1)燃料量扰动下汽压控制对象的动态特性(b)汽轮机采用机械液压调节（汽轮机调节阀门开度μT不变）用三个调节量改变三个流量，即燃料量、送风量和引风量，以维持三个被控制量——汽压(或负荷)、过剩空气系数α(或最佳含氧量)和炉膛负压。炉膛压力波动，影响燃烧稳定性，对锅炉安全有影响2、串级比值送风控制系统汽包压力微分信号的作用与前述一样。在“负荷要求”变化较大时，汽压变化就太大，会影响锅炉的正常运行。第四节600MW机组燃烧控制系统实例

解决上述两个问题的办法如下：第四节600MW机组燃烧控制66返回返回671、炉跟机控制方式当外界“负荷要求”增大时，负荷要求P0与机组实发功率PE出现偏差PO－PE，通过汽机控制器立即开大汽机进汽阀，增加汽机进汽量,从而迅速改变发电机的输出功率,使其和负荷指令相一致。当汽机进汽阀开度增大后，锅炉主蒸汽压力pT随之降低，通过锅炉控制器增加锅的燃烧率(包括调煤调风)及调节给水量，使输入锅炉的能量和物质与锅炉的输出量相平衡。1、炉跟机控制方式当外界“负荷要求”增大时，负荷要求P0与68应用适用于承担基本负荷的单元机组或当机组刚刚投入运行经验还不够时，采用这种系统可使汽压稳定而为机组稳定运行创造条件。当单元机组中汽机设备及其辅机运行正常，而机组的输出功率受到锅炉设备及其辅机的原因限制时，也可以采用这种汽机跟随锅炉的控制方式。应用适用于承担基本负荷的单元机组或当机组刚刚投入运行经验还不69(1)燃料量扰动下汽压控制对象的动态特性

汽压变化的动态特性与汽机的控制方式有关(a)汽轮机采用频率-功率控制系统时(用汽量不变)汽压变化一开始有迟延，迟延时间为τB，最后直线上升。锅炉汽压是一个无自平衡能力的控制对象，汽包压力Pb与出口汽压PT之差ΔP2与蒸汽流量以及过热器的阻力成正比。由于在燃烧率阶跃扰动后，用汽量不变(需要相应地调整汽轮机进汽阀)，所以两者的压力差(Pb－PT＝ΔP2)不变，即ΔP1=ΔP2

蒸汽流量燃料量扰动锅炉汽压(1)燃料量扰动下汽压控制对象的动态特性汽压变化的动态特70(2）汽机耗汽量扰动下的汽压控制对象的动态特性(a)汽机采用功率调节在扰动一开始，汽压PT立即下降ΔP0(ΔP0的大小与扰动量ΔD以及过热器阻力成正比)，然后一直等速下降。Pb和PT的压差始终保持ΔP1＋ΔP0的数值对象具有无自平衡能力的特点。(2）汽机耗汽量扰动下的汽压控制对象的动态特性(a)汽机采71用实际微分去接近理想微分,Pb的实际微分的传递函数为:当Pb等速变化时，它的实际微分如图12-15中的曲线OB所示。从图上看出，曲线OB不能完全补偿ΔD，尚缺一块阴影面积。这样在外扰ΔD作用下，热量信号就会变化。为解决此问题，需引入负的蒸汽流量实际微分信号:用实际微分去接近理想微分,Pb的实际微分的传递函数为:722、采用热量信号的燃烧控制系统分析

σPσPOPI＞＜√￣_图12-17采用热量信号的燃烧控制系统ΔddtΣ×f(x)PIf1(x)PIf2(x)PIPI___++++QrPTDDPbQ2PfVVGVB变比例带图12-10图12-112、采用热量信号的燃烧控制系统分析σPσPOPI＞＜√￣_73热工控制系统第次课课件174二、直吹制煤粉炉燃烧控制系统

(一）直吹制锅炉燃烧的特点1、中间粉仓式制粉设备的锅炉在燃烧设备与制粉系统之间具有明显可分的界限，而直吹式制粉设备的锅炉将制粉设备与锅炉本体紧密地联系成一个整体，制粉系统也成为燃烧过程自动控制不可分割的组成部分。2、在中间粉仓式制粉设备的锅炉中，改变燃料调节机构位置(给粉机转速)就能立即改变进入炉膛的煤粉量B，因此中间煤仓式锅炉无论在适应负荷变化或消除燃料的自发性扰动方面都比较及时，而在直吹式锅炉中，改变燃料调节机构的给煤机转速后，还需经过磨煤制粉的过程，才能使进入炉膛的煤粉量B发生变化，直吹式锅炉在适应负荷变化或消除燃料内扰方面的反应均较慢，从而引起汽压较大的变化。二、直吹制煤粉炉燃烧控制系统(一）直吹制锅炉燃烧的特点75确定控制任务分析被控对象特性确定被控量确定控制量确定影响因素（干扰量）分析确定控制功能确定控制系统结构和方案确定控制任务76燃烧控制分析1、与燃烧相关的量燃料量送风量2、引起燃料量、送风量变化的原因用电负荷3、负荷变化对锅炉和汽机的影响——单元机组的基本控制方式燃烧控制分析1、与燃烧相关的量77第十二章燃烧过程自动控制系统

1、引言任务对象特性2、燃烧控制系统系统结构和方案3、典型燃烧控制系统4、600MW机组燃烧控制系统实例

第十二章燃烧过程自动控制系统1、引言78补充电网调频的概念和原理参见：关于我国电网调频问题的建议.pdf关于缩小我国电网频率变动范围的建议.pdf参与电网调频的汽轮机电子调节系统功能分析.pdf补充电网调频的概念和原理参见：79第一节引言一、单元机组的基本控制方式要求大型机组具有带变动负荷运行的能力，以便迅速满足负荷变化的需要及参加电网调频。机组容量不断地增加，锅炉的蓄热量相对减少，采用机炉分别控制方式已不适应外界负荷的要求和保持机炉之间的平衡通常采用锅炉汽轮发电机组的单元制运行方式。在这种运行方式下，按锅炉、汽轮机在控制过程中的任务和相互关系不同，构成三种基本控制方式，即机跟炉和炉跟机、机炉协调控制方式。第一节引言一、单元机组的基本控制方式801、炉跟机控制方式当外界“负荷要求”增大时，负荷要求P0与机组实发功率PE出现偏差PO－PE，通过汽机控制器立即开大汽机进汽阀，增加汽机进汽量,从而迅速改变发电机的输出功率,使其和负荷指令相一致。当汽机进汽阀开度增大后，锅炉主蒸汽压力pT随之降低，通过锅炉控制器增加锅的燃烧率(包括调煤调风)及调节给水量，使输入锅炉的能量和物质与锅炉的输出量相平衡。1、炉跟机控制方式当外界“负荷要求”增大时，负荷要求P0与81不足之处燃料的燃烧、传热、水的蒸发等过程都需要一定的时间，则容易造成汽压的波动在燃烧率扰动时，即BpT，蒸汽流量D汽轮机侧为了保持输出功率，通过汽机控制器使调节阀门关小，即T

pT，其结果将进一步加剧汽压的变化，造成更大的汽压波动

不足之处燃料的燃烧、传热、水的蒸发等过程都需要一定的时间，则823、保证燃烧过程的稳定性一般情况，通过燃料量调节主蒸汽压力，通过送风量调节过剩空气系数，通过引风量控制炉膛压力第四节600MW机组燃烧控制系统实例送风调节的任务是要保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例对象具有无自平衡能力的特点。较少采用单纯热量信号；关于我国电网调频问题的建议.经过校正后的送风量将保证烟气中含氧量等于给定值。在扰动一开始，汽压PT立即下降ΔP0(ΔP0的大小与扰动量ΔD以及过热器阻力成正比)，然后一直等速下降。蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽的生产量与负荷的耗汽量不适应，必须相应地改变燃料的供应量，以改变锅炉的蒸汽产量。当Pb等速变化时，它的实际微分如图12-15中的曲线OB所示。第四节600MW机组燃烧控制系统实例(b)汽轮机采用机械液压调节（汽轮机调节阀门开度μT不变）燃烧过程是多输入多输出带耦合的复杂系统，锅炉结构、运行方式、燃料系统设备条件及工艺要求等因素都影响燃烧过程控制形式，其控制分析和实现都很难。由于燃料量不能直接测量，对于采用钢球磨煤机中储式制粉系统的锅炉，均用改变给粉机的转速的方法来改变燃料量。2、给粉机转速反馈的燃料控制系统负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。当燃料量作阶跃ΔμB增加后，炉膛热负荷立即增大，致使汽包压力Pb上升，压差(Pb－PT)增大，使蒸汽流量D增加。(一）直吹制锅炉燃烧的特点1、中间粉仓式制粉设备的锅炉在燃烧设备与制粉系统之间具有明显可分的界限，而直吹式制粉设备的锅炉将制粉设备与锅炉本体紧密地联系成一个整体，制粉系统也成为燃烧过程自动控制不可分割的组成部分。炉跟机控制方式的特点控制方式的特点是汽机调负荷，锅炉调汽压。调负荷过程中，锅炉跟随汽机而动作，故称为炉跟机（锅炉跟随汽机）控制方式。优点是充分利用了锅炉的蓄热来迅速适应负荷的变化，对机组调峰调频有利。缺点是主汽压力变化较大，甚至超出允许范围，将对机组的安全经济运行不利。3、保证燃烧过程的稳定性炉跟机控制方式的特点控制方式的特点是83炉跟机控制的应用在大型单元机组中，锅炉的蓄热能力相对减小，对于较小的负荷变化，在汽压允许的变化范围内充分利用锅炉的蓄热以迅速适应负荷是有可能的，这对电网的频率控制也是有利的。在“负荷要求”变化较大时，汽压变化就太大，会影响锅炉的正常运行。尤其对于直流锅炉，蓄热能力比汽包锅炉小得多，采用锅炉跟随的控制方式适应较大的负荷变化，实际上是不可能的。当单元机组中锅炉设备及其辅机运行正常，而机组的输出功率受到汽机设备及其辅机的原因限制时，可以采用这种锅炉跟随汽机的控制方式。炉跟机控制的应用在大型单元机组中，锅炉的蓄热能力相对减小，对842、机跟炉控制方式当“负荷要求”PO增加时，锅炉控制器输出信号控制锅炉的燃烧率(煤、风及给水)。经过一段迟延时间后，锅炉的蒸发量和蒸汽压力PT逐渐增大，通过汽机控制器去开大汽机进汽调节阀，使进入汽机的蒸汽量增加，机组实发功率PE增加，以适应改变了的负荷要求指令P0

。在主蒸汽调节阀门开度T变化后可以很快地改变汽压pT，因此可以使汽压pT变化很小。2、机跟炉控制方式当“负荷要求”PO增加时，锅炉控制器输85不足之处在负荷P0发生变化时，锅炉燃烧率B改变后需经一些时间才能改变输出功率PE，因此机组对负荷响应较慢。在燃烧率扰动时，汽压和蒸汽流量将发生变化，汽机控制器为保持汽压而动作调节阀门开度T，使输出功率PE发生波动。不足之处在负荷P0发生变化时，锅炉燃烧率B改变后需经一些时86机跟炉的特点特点是锅炉调负荷，汽机调汽压。在保证汽压稳定的情况下，锅炉供多少汽，汽机输出多少功率，汽机跟随锅炉而动作，故称为机跟炉(汽机跟随锅炉)控制方式。优点是在运行中主蒸汽压力相当稳定(汽压变化很小)，有利于机组的安全经济运行。缺点是由于没有利用锅炉的蓄热，而只有当锅炉改变燃烧率造成蒸发量改变后，才能改变机组的出力，这样适应负荷变化能力较差，不利于机组带变动负荷和参加电网调频。机跟炉的特点特点是锅炉调负荷，汽机调汽压。在保证汽压稳定的情87应用适用于承担基本负荷的单元机组或当机组刚刚投入运行经验还不够时，采用这种系统可使汽压稳定而为机组稳定运行创造条件。当单元机组中汽机设备及其辅机运行正常，而机组的输出功率受到锅炉设备及其辅机的原因限制时，也可以采用这种汽机跟随锅炉的控制方式。应用适用于承担基本负荷的单元机组或当机组刚刚投入运行经验还不883.机炉协调控制方式当“负荷要求”改变时，通过机炉主控制器对锅炉和汽轮机分别发出调节负荷的指令，并行地改变锅炉的燃烧率和汽机的进汽量，同时为了使汽压变化幅度不致太大，还根据汽压pT偏离给定值P0的情况适当地限制汽机进汽阀的开度变化和适当地加强锅炉的控制作用。当调节结束时，机组的输出功率PE等于“负荷要求”P0，而汽压pT恢复为给定值P03.机炉协调控制方式当“负荷要求”改变时，通过机炉主控制器89特点在过渡过程中让汽压在允许的范围内变动而充分地利用锅炉的蓄热，使单元机组能较快地适应“负荷要求”的变化，同时汽压PT的变动范围也不大，因而使机组的运行工况比较稳定。当单元机组需要参加电网调频时，也应采用机组协调控制的方式。为了适应不同的运行工况，单元机组的自动控制系统中应当具备几种控制方式，但也有选择其中一种控制方式的系统。特点在过渡过程中让汽压在允许的范围内变动而充分地利用锅炉的蓄90二、燃烧控制的任务1、满足机组负荷要求，维持主蒸汽压力稳定与机组运行方式密切相关2、保证燃烧过程经济性风煤比——烟气过剩空气系数（烟气含氧量）3、保证燃烧过程的稳定性炉膛压力：送风量和引风量送风量>引风量，炉膛压力增加，造成炉膛往外喷灰或喷火送风量<引风量，增加炉膛漏风，炉温下降，影响燃烧炉膛压力波动，影响燃烧稳定性，对锅炉安全有影响二、燃烧控制的任务1、满足机组负荷要求，维持主蒸汽压力稳定91单元机组运行时，锅炉送出的蒸汽直接通往汽轮机。锅炉的燃烧过程自动控制的任务就有两种基本情况：1．锅炉调汽压，汽机进汽阀门调负荷(炉跟机的方式)①维持机前压力pT（过热器出口汽压），机前压力应保持在给定值±0.2Mpa范围。②维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性，控制系统应能保持炉内氧量在给定值±0.5%范围内。③维持炉膛负压要求，控制系统应能保持炉膛压力在给定值±30pa范围内。2．锅炉调负荷，汽机调汽压(机跟炉的方式)①维持单元机组的负荷；②维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性；③维持炉膛负压，控制系统应能保持炉膛压力在给定值±30pa范围内。如果煤粉锅炉的煤粉供应为直吹制(没有中间粉仓)，则制粉系统的控制也成为燃烧过程控制的组成部分。单元机组运行时，锅炉送出的蒸汽直接通往汽轮机。锅炉的燃烧过程92热工控制系统第次课课件193负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。缺点是主汽压力变化较大，甚至超出允许范围，将对机组的安全经济运行不利。补充：汽机DEH控制系统这个系统是用乘法器构成的单闭环比值送风控制系统，燃料量的修正值作为送风量的给定值，实现B与V的比值控制。（一）采用热量信号的燃烧控制系统2、给粉机转速反馈的燃料控制系统煤量变化、炉膛负压变化（引风量）也影响含氧量，称为外扰。其二是汽轮机耗汽量的扰动，称为外部扰动。在保证汽压稳定的情况下，锅炉供多少汽，汽机输出多少功率，汽机跟随锅炉而动作，故称为机跟炉(汽机跟随锅炉)控制方式。2．炉烟含量动态特性送风量的变化是引起负压波动的主要原因，为了能使引风量快速地跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈引入引风调节器，这样当送风控制系统动作时，引风控制系统立即跟着动作，而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作，从而能使炉膛负压基本不变。热量信号，是指燃料进入炉膛燃烧后，在单位时间内所产生的热量当锅炉负荷不变时，能及早地发现原煤量B0的扰动就成为组织直吹式锅炉燃烧自动控制系统时的两个需要特别予以考虑的问题。3、一次风量控制子系统负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。燃料控制的任务：与单元机组的运行方式有关在“负荷要求”变化较大时，汽压变化就太大，会影响锅炉的正常运行。确定影响因素（干扰量）当锅炉负荷不变时，能及早地发现原煤量B0的扰动就成为组织直吹式锅炉燃烧自动控制系统时的两个需要特别予以考虑的问题。适用于承担基本负荷的单元机组或当机组刚刚投入运行经验还不够时，采用这种系统可使汽压稳定而为机组稳定运行创造条件。关于我国电网调频问题的建议.三、燃烧过程的调节量蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽的生产量与负荷的耗汽量不适应，必须相应地改变燃料的供应量，以改变锅炉的蒸汽产量。当燃料量改变时，必须相应地改变送风量，使燃料量与空气量相适应，保证燃烧过程有较高的经济性。当送风量改变时必须及时地改变引风量，使引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要94用三个调节量改变三个流量，即燃料量、送风量和引风量，以维持三个被控制量——汽压(或负荷)、过剩空气系数α(或最佳含氧量)和炉膛负压。汽压是锅炉燃料热量与汽机需求能量是否平衡的指标过剩空气系数是燃料量和送风量是否保持适当比例的指标炉膛压力是送风量和引风量是否平衡的指标三个调节量对三个被调量都有影响，为多输入多输出的耦合系统但只要严格保持燃料量、送风量和引风量的比例变化，就能保持蒸汽压力、过剩空气系数和炉膛压力基本不变。用三个调节量改变三个流量，即燃料量、送风量和引风量，以维持三95四、燃烧控制对象的动态特性

一般情况，通过燃料量调节主蒸汽压力，通过送风量调节过剩空气系数，通过引风量控制炉膛压力1、汽压控制对象的动态特性汽压对象生产流程示意图主蒸汽压力PT受到的主要扰动来源有二个，其一是燃料量扰动称为基本扰动或内部扰动。其二是汽轮机耗汽量的扰动，称为外部扰动。四、燃烧控制对象的动态特性一般情况，通过燃料量调节主蒸汽压96补充：汽机DEH控制系统参见：汽轮机功频电液控制系统工作原理.pdf汽轮机液压调节系统与数字电液控制系统的分析比较.pdf图书：汽轮机控制、监视和保护-谷俊杰.pdf图书：汽轮机的调节.pdf补充：汽机DEH控制系统参见：97(1)燃料量扰动下汽压控制对象的动态特性

汽压变化的动态特性与汽机的控制方式有关(a)汽轮机采用频率-功率控制系统时(用汽量不变)汽压变化一开始有迟延，迟延时间为τB，最后直线上升。锅炉汽压是一个无自平衡能力的控制对象，汽包压力Pb与出口汽压PT之差ΔP2与蒸汽流量以及过热器的阻力成正比。由于在燃烧率阶跃扰动后，用汽量不变(需要相应地调整汽轮机进汽阀)，所以两者的压力差(Pb－PT＝ΔP2)不变，即ΔP1=ΔP2

蒸汽流量燃料量扰动锅炉汽压(1)燃料量扰动下汽压控制对象的动态特性汽压变化的动态特98(b)汽轮机采用机械液压调节（汽轮机调节阀门开度μT不变）当燃料量作阶跃ΔμB增加后，炉膛热负荷立即增大，致使汽包压力Pb上升，压差(Pb－PT)增大，使蒸汽流量D增加。由于汽机调汽门开度不变，主汽压PT将随着蒸汽的积累而增大。PT的升高又会使蒸汽通向汽轮机的流出量D增加，自发地限制了汽压的增加，最终达到新平衡。过程具有自平衡特性，其传递函数可以写为：(b)汽轮机采用机械液压调节（汽轮机调节阀门开度μT不变）99汽包压力Pb与汽压PT之差ΔP2也随着燃料量和进入汽轮机的蒸汽流量的增加而增加即ΔP1≠ΔP2

汽包压力Pb与汽压PT之差ΔP2也随着燃料量和进入汽轮机的蒸100(2）汽机耗汽量扰动下的汽压控制对象的动态特性(a)汽机采用功率调节在扰动一开始，汽压PT立即下降ΔP0(ΔP0的大小与扰动量ΔD以及过热器阻力成正比)，然后一直等速下降。Pb和PT的压差始终保持ΔP1＋ΔP0的数值对象具有无自平衡能力的特点。(2）汽机耗汽量扰动下的汽压控制对象的动态特性(a)汽机采101(b)汽机采用机械液压调节当增大阶跃ΔμT时，汽机进汽量突然增加，致使主汽压力PT跳跃地下降ΔP0

。此时由于燃料量不变，用汽量的增加使汽包压力Pb开始缓慢下降，主汽压力PT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。汽压动态特性具有自平衡特性，其传递函数可以写为：在外扰的开始瞬间主汽压力会有跳跃变化，不存在迟延，因而会很快地反映外部扰动(b)汽机采用机械液压调节1022．炉烟含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，称为内扰。煤量变化、炉膛负压变化（引风量）也影响含氧量，称为外扰。含氧量的动态特性是指在送风量阶跃扰动下，含氧量随时间变化的特性。该动态特性具有滞后、惯性和自平衡能力。其传递函数一般为：ttVO2%τΔVkΔVT图12-8送风量扰动下氧量阶跃响应曲线2．炉烟含量动态特性维持含氧量的主要调节手段是调节送风机入103负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。(一）直吹制锅炉燃烧的特点炉膛压力波动，影响燃烧稳定性，对锅炉安全有影响要求大型机组具有带变动负荷运行的能力，以便迅速满足负荷变化的需要及参加电网调频。关于我国电网调频问题的建议.为了减小锅炉对负荷响应的迟延和惯性，可以采用功率的微分信号作为前馈信号送入汽压调节器。在保证汽压稳定的情况下，锅炉供多少汽，汽机输出多少功率，汽机跟随锅炉而动作，故称为机跟炉(汽机跟随锅炉)控制方式。当单元机组中汽机设备及其辅机运行正常，而机组的输出功率受到锅炉设备及其辅机的原因限制时，也可以采用这种汽机跟随锅炉的控制方式。当外界“负荷要求”增大时，负荷要求P0与机组实发功率PE出现偏差PO－PE，通过汽机控制器立即开大汽机进汽阀，增加汽机进汽量,从而迅速改变发电机的输出功率,使其和负荷指令相一致。只要使送风量V和引风量G随时与燃料量B在变化时保持适当比例，就能保证α和pf不会有多大变化。用各给粉机转速的＂和＂来反映燃料量或燃烧率的大小，构成采用给粉机转