火電燃燒控制系統(tǒng)設計

1、火電機組燃燒控制系統(tǒng)設計王瑋王瑋Email：1 1 單元機組基本流程單元機組基本流程21 1 單元機組基本流程單元機組基本流程燃料系統(tǒng)燃料系統(tǒng)風煙系統(tǒng)風煙系統(tǒng)汽水系統(tǒng)汽水系統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)發(fā)配電系統(tǒng)發(fā)配電系統(tǒng)灰渣系統(tǒng)灰渣系統(tǒng)31 1 單元機組基本流程單元機組基本流程汽水循環(huán)汽水循環(huán)4燃燒控制系統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng)問題：問題：一個穩(wěn)態(tài)運行的機組，因何要調整燃燒一個穩(wěn)態(tài)運行的機組，因何要調整燃燒控制系統(tǒng)？誘因是什么？控制系統(tǒng)？誘因是什么？火電機組燃燒控制系統(tǒng)5單元機組過程控制系統(tǒng)簡介單元機組過程控制系統(tǒng)簡介負荷控制負荷控制6單元機組過程控制系統(tǒng)簡介單元機組過程控制系統(tǒng)簡介 負荷控制系統(tǒng)可接受負荷控

2、制系統(tǒng)可接受AGCAGC指令、運行人員的手動負荷指令指令、運行人員的手動負荷指令(MAN)(MAN)和頻差指令和頻差指令f f； 對于幅度較小、變動周期短的電網頻差，可由汽輪發(fā)電機組自對于幅度較小、變動周期短的電網頻差，可由汽輪發(fā)電機組自身的調節(jié)系統(tǒng)完成，頻差指令稱為一次調頻指令；響應速度快，身的調節(jié)系統(tǒng)完成，頻差指令稱為一次調頻指令；響應速度快，但屬于有差調節(jié)（原動機調速器）；但屬于有差調節(jié)（原動機調速器）； 對于變化幅度較大、周期較長的變動負荷，則需改變汽輪發(fā)電對于變化幅度較大、周期較長的變動負荷，則需改變汽輪發(fā)電機的同步器來實現，稱為二次調頻。機的同步器來實現，稱為二次調頻。7單元機組過

3、程控制系統(tǒng)簡介單元機組過程控制系統(tǒng)簡介負荷控制負荷控制l基本控制方式基本控制方式l汽輪機跟隨控制方式汽輪機跟隨控制方式l鍋爐跟隨控制方式鍋爐跟隨控制方式l機機爐負荷協(xié)調控制方式爐負荷協(xié)調控制方式l注：一般都有上述四種控制方式，可根據需要通過注：一般都有上述四種控制方式，可根據需要通過邏輯開關切換到任意一種方式。邏輯開關切換到任意一種方式。8單元機組過程控制系統(tǒng)簡介單元機組過程控制系統(tǒng)簡介鍋爐控制鍋爐控制l主要參數：主要參數：主汽壓力、溫度主汽壓力、溫度，汽包水位汽包水位，爐膛負壓爐膛負壓，煙氣含氧量煙氣含氧量等。等。u鍋爐汽包水位的控制：鍋爐汽包水位的控制：給水調節(jié)門開度給水調節(jié)門開度、給水泵

4、轉速給水泵轉速；u鍋爐蒸汽溫度的控制鍋爐蒸汽溫度的控制 過熱蒸汽過熱蒸汽：燃燒器擺角、噴水減溫：燃燒器擺角、噴水減溫 再再熱蒸汽熱蒸汽：分隔煙道擋板法、改變燃燒器傾角、噴水減溫：分隔煙道擋板法、改變燃燒器傾角、噴水減溫( (不不經濟經濟) )u鍋爐的燃燒過程控制：鍋爐的燃燒過程控制：燃料量燃料量的控制，的控制，送風、引風送風、引風的控的控制。爐膛負壓制。爐膛負壓( (穩(wěn)定性穩(wěn)定性) )，煙氣含氧量，煙氣含氧量( (經濟性經濟性) )。9單元機組過程控制系統(tǒng)簡介單元機組過程控制系統(tǒng)簡介汽輪機控制汽輪機控制l目的：使汽輪發(fā)電機組盡快滿足外界負荷的變目的：使汽輪發(fā)電機組盡快滿足外界負荷的變化，同時保

5、持轉速恒定?；瑫r保持轉速恒定。l控制方案：轉速為控制信號，以汽門開度為調控制方案：轉速為控制信號，以汽門開度為調節(jié)手段改變汽輪機功率，使汽輪機的主動力力節(jié)手段改變汽輪機功率，使汽輪機的主動力力矩與發(fā)電機的發(fā)力矩相平衡。矩與發(fā)電機的發(fā)力矩相平衡。10單元機組過程控制系統(tǒng)簡介單元機組過程控制系統(tǒng)簡介旁路系統(tǒng)旁路系統(tǒng)l機組啟停過程中和機組事故狀態(tài)下起調節(jié)和保機組啟停過程中和機組事故狀態(tài)下起調節(jié)和保護作用，保安系統(tǒng)。護作用，保安系統(tǒng)。l正常運行時，可靠地完全關閉，截斷流量特性；正常運行時，可靠地完全關閉，截斷流量特性；l汽輪機甩負荷時，旁路系統(tǒng)迅速打開，泄壓、汽輪機甩負荷時，旁路系統(tǒng)迅速打開，泄壓

6、、保護再熱器、維持鍋爐正常運行。保護再熱器、維持鍋爐正常運行。11單元機組過程控制系統(tǒng)簡介單元機組過程控制系統(tǒng)簡介輔機控制輔機控制l磨煤磨煤機控制：機控制：u給煤機轉速給煤機轉速給給煤煤率率磨煤機負荷磨煤機負荷u一次一次風壓、一次風流量調整風壓、一次風流量調整u熱風門、冷風門擋板開度熱風門、冷風門擋板開度出口溫度出口溫度l除氧器控制：除氧器控制：u壓力控制：抽汽進汽閥門；壓力控制：抽汽進汽閥門；u水箱水位：進入除氧器的凝結水。水箱水位：進入除氧器的凝結水。12燃燒控制系統(tǒng)的任務燃燒控制系統(tǒng)的任務鍋爐鍋爐燃燒過程是將燃料化學能轉變?yōu)檎羝紵^程是將燃料化學能轉變?yōu)檎羝麩崮艿霓D換過程。燃燒過程控制

7、的任務是熱能的轉換過程。燃燒過程控制的任務是使燃燒所提供的熱量適應鍋爐蒸汽負荷的使燃燒所提供的熱量適應鍋爐蒸汽負荷的需要，并保證鍋爐安全經濟運行。需要，并保證鍋爐安全經濟運行。火電機組燃燒控制系統(tǒng)13燃燒控制系統(tǒng)的任務燃燒控制系統(tǒng)的任務（1 1）維持）維持蒸汽壓力蒸汽壓力穩(wěn)定穩(wěn)定 鍋爐出口壓力或機前壓力信號反映了燃料鍋爐出口壓力或機前壓力信號反映了燃料燃燒所釋放的熱量與蒸汽所攜帶熱量間的平燃燒所釋放的熱量與蒸汽所攜帶熱量間的平衡關系，汽壓的變化表示兩者間失衡，此時衡關系，汽壓的變化表示兩者間失衡，此時必須相應地調整燃料供應量，以適應變化了必須相應地調整燃料供應量，以適應變化了的蒸汽負荷的需要。

8、的蒸汽負荷的需要?；痣姍C組燃燒控制系統(tǒng)14燃燒控制系統(tǒng)的任務燃燒控制系統(tǒng)的任務（2 2）保證燃燒過程的經濟性）保證燃燒過程的經濟性 保證燃燒過程的經濟性是提高鍋爐效率保證燃燒過程的經濟性是提高鍋爐效率的重要方面，它是通過維持進入爐膛的燃料的重要方面，它是通過維持進入爐膛的燃料量與送風量之間的最佳比值來實現，即在有量與送風量之間的最佳比值來實現，即在有足夠的風量使燃料得以充分燃燒的同時，盡足夠的風量使燃料得以充分燃燒的同時，盡可能減少排煙造成的熱損失可能減少排煙造成的熱損失。（如何獲得最。（如何獲得最大燃燒效率？無法直接測量）大燃燒效率？無法直接測量）火電機組燃燒控制系統(tǒng)15過量空氣系數（氧量）

9、燃燒控制系統(tǒng)的任務燃燒控制系統(tǒng)的任務（3 3）維持）維持爐膛壓力穩(wěn)定爐膛壓力穩(wěn)定鍋爐爐膛壓力是否穩(wěn)定反映了燃燒過程中進入爐膛鍋爐爐膛壓力是否穩(wěn)定反映了燃燒過程中進入爐膛的風量與流出爐膛的煙氣量之間的工質平衡關系。若的風量與流出爐膛的煙氣量之間的工質平衡關系。若送風量大于引風量，爐膛壓力升高，太高的壓力會造送風量大于引風量，爐膛壓力升高，太高的壓力會造成爐膛向外噴火；反之，送風量小于引風量爐膛壓力成爐膛向外噴火；反之，送風量小于引風量爐膛壓力下降，過低的壓力會造成漏風而降低爐膛溫度，影響下降，過低的壓力會造成漏風而降低爐膛溫度，影響爐內燃燒工況，經濟性下降。所以說，爐膛壓力是否爐內燃燒工況，經濟

10、性下降。所以說，爐膛壓力是否在允許范圍內變化，關系到鍋爐的安全經濟運行在允許范圍內變化，關系到鍋爐的安全經濟運行?；痣姍C組燃燒控制系統(tǒng)16燃燒控制系統(tǒng)的任務燃燒控制系統(tǒng)的任務鍋爐鍋爐燃燒過程的上述三項控制任務是不可燃燒過程的上述三項控制任務是不可分開的，它的三個被控參數（被調量）（即分開的，它的三個被控參數（被調量）（即蒸汽壓力、過?？諝庀禂祷蜃罴押趿俊t蒸汽壓力、過?？諝庀禂祷蜃罴押趿俊t膛壓力）與三個調節(jié)量（即燃料量、送風量、膛壓力）與三個調節(jié)量（即燃料量、送風量、引風量）間存在著關聯。因此燃燒控制系統(tǒng)引風量）間存在著關聯。因此燃燒控制系統(tǒng)內的各子系統(tǒng)應協(xié)調動作，共同完成其控制內的各子

11、系統(tǒng)應協(xié)調動作，共同完成其控制任務。任務。 火電機組燃燒控制系統(tǒng)17燃燒燃燒控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成火電機組燃燒控制系統(tǒng)18以燃料量為調節(jié)變量，主蒸汽壓力為被調量，通過調節(jié)進入爐膛的燃料量，維持主蒸汽壓力的穩(wěn)定。燃料量控制系統(tǒng) 送風控制系統(tǒng)以送風量為調節(jié)變量，煙氣含氧量為被調量，通過調節(jié)進入爐膛的送風量，使煙氣含氧量達到設定的最佳值，保證燃料燃燒所需的空氣量和燃燒過程的經濟性。 引風控制系統(tǒng)以引風量為調節(jié)變量，爐膛壓力為被調量，通過調節(jié)引風量維持爐膛壓力的穩(wěn)定。鍋爐燃燒控制系統(tǒng)燃燒燃燒控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)火電機組燃燒控制系統(tǒng)19鍋爐燃燒控制系統(tǒng)是一個多輸入多輸出的非線性多變量強耦合控制系統(tǒng)。2

12、 2 燃燒過程控制對象的動態(tài)特性燃燒過程控制對象的動態(tài)特性 鍋爐燃燒過程被控對象的動態(tài)特性是指機鍋爐燃燒過程被控對象的動態(tài)特性是指機組運行過程中各種擾動引起的各被調量變組運行過程中各種擾動引起的各被調量變化的動態(tài)關系，鍋爐燃燒過程被控對象的化的動態(tài)關系，鍋爐燃燒過程被控對象的動態(tài)特性主要有以下三個：動態(tài)特性主要有以下三個：火電機組燃燒控制系統(tǒng)20l 主蒸汽壓力pT 在內、外擾動下的動態(tài)特性；l 煙氣含氧量O2在送風量擾動下的動態(tài)特性；l 爐膛壓力plt 在引風量擾動下的動態(tài)特性。2 2 燃燒過程控制對象的動態(tài)特性燃燒過程控制對象的動態(tài)特性主蒸汽壓力的動態(tài)特性主蒸汽壓力的動態(tài)特性主主蒸汽壓力蒸汽

13、壓力pT受到的主要擾動有二個，其受到的主要擾動有二個，其一是一是燃燒率燃燒率 B擾動稱為基本擾動或內部擾動；擾動稱為基本擾動或內部擾動；其二是其二是汽輪機耗汽量汽輪機耗汽量D的擾動，稱為外部擾動。的擾動，稱為外部擾動?；痣姍C組燃燒控制系統(tǒng)212 2 燃燒過程控制對象的動態(tài)特性燃燒過程控制對象的動態(tài)特性( (1) 1)內擾（燃燒率）下內擾（燃燒率）下主蒸汽壓力的主蒸汽壓力的動態(tài)特性動態(tài)特性火電機組燃燒控制系統(tǒng)22主蒸汽壓力pT 的動態(tài)特性與汽輪機的調節(jié)裝置有關，下圖為汽輪機功率不變時，鍋爐燃燒率B擾動下主蒸汽壓力pT 變化的階躍響應曲線：2 2 燃燒過程控制對象的動態(tài)特性燃燒過程控制對象的動態(tài)特

14、性 汽輪機調節(jié)閥門開度不變時，鍋爐汽輪機調節(jié)閥門開度不變時，鍋爐燃燒率燃燒率 B擾動下擾動下主蒸汽壓力主蒸汽壓力pT 變化變化的階躍響應曲線的階躍響應曲線：火電機組燃燒控制系統(tǒng)23 此時主蒸汽壓力pT是一個有自平衡能力的被控對象。汽包壓力pb與主蒸汽壓力pT 之差p2隨燃料量和進入汽輪機的蒸汽流量的增加而增加。2 2 燃燒過程控制對象的動態(tài)特性燃燒過程控制對象的動態(tài)特性火電機組燃燒控制系統(tǒng)242 2 燃燒過程控制對象的動態(tài)特性燃燒過程控制對象的動態(tài)特性火電機組燃燒控制系統(tǒng)252 2 燃燒過程控制對象的動態(tài)特性燃燒過程控制對象的動態(tài)特性火電機組燃燒控制系統(tǒng)262 2 燃燒過程控制對象的動態(tài)特性燃燒過程控制對象的動態(tài)特性火電機組燃燒控制系統(tǒng)272 2 燃燒過程控制對象的動態(tài)特性燃燒過程控制對象的動態(tài)特性火電機組燃燒控制系統(tǒng)282 2 燃燒過程控制對象的動態(tài)特性燃燒過程控制對象的動