【正文】 上升，要有一個過程，所以汽壓變化一開始有遲延，以后直線上升。由于燃料量增加后燃燒所放出的熱量始終大于蒸汽流量所帶走的熱量，因此鍋爐汽壓調(diào)節(jié)對象是一個無自平衡能力的調(diào)節(jié)對象。由于過熱器內(nèi)蒸汽流量 D 不變；因而有 ? PM=? Pb，即 PM與 Pb以相同速度變化。 DT 擾動下， Pb、 PM 的傳遞函數(shù) 為 ： sCCsCCRsD sPG bMbMgrTbbT )( 1)( )( ????? （ 13） sCCsCCR sCRsD sPG bMbMgr bgrTMMT )( )1()( )( ?? ???? （ 14） 由以上兩式可以看出， DT 擾動下， Pb為反向積分特性， PM 為反向比例加積分特性。均無自平衡能力。圖 17 所示為 DT 擾動下 Pb、 PM 的階躍響應(yīng)曲線。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 圖 17 DT擾動下汽壓響應(yīng)曲線 第 二 章 燃燒控制系統(tǒng)基本方案 燃燒過程控制系統(tǒng)的基本組成原則 在不同情況下，燃燒過程控制的任務(wù)和對象不盡相同，然而歸納起來，可以看出燃燒過程控制系統(tǒng)組成的基本原則： ，適應(yīng)外界負(fù)荷變化。燃燒過程控制的主要任務(wù)之一是維持蒸汽壓力穩(wěn)定。由對象動態(tài)特性的分析可以看出，在外界負(fù)荷變化時，只有迅速改變鍋爐的燃燒率，維持燃燒過程的能量平衡，才能保持蒸汽壓力穩(wěn)定。燃燒率的改變，主要是燃料量的改變，而蒸汽壓力對于燃料量變化的響應(yīng)，有一定的延遲時間，延遲時 間 M? 的大小，受燃料系統(tǒng)的影響較大。因此對于變動負(fù)荷鍋爐，以及采用延遲時間大的燃料系統(tǒng)鍋爐，如直吹式鍋爐，在設(shè)計燃燒控制系統(tǒng)時，如何迅速改變爐膛內(nèi)燃燒率是不容忽視的。 。 燃燒率的擾動通常是指燃料量的自發(fā)擾動 ， 這不僅影響蒸汽壓力的穩(wěn)定 ， 在并列運(yùn)行方式下 ， 還會引起其它鍋爐汽包壓力 Pb 及鍋爐負(fù)荷的變化 ， 改變各鍋爐運(yùn)行工況 。 、 送風(fēng)和引風(fēng)等參數(shù)協(xié)調(diào)變化。當(dāng)燃燒率改變時，只有保持送風(fēng)量與燃料量成比例變化，才能保證燃燒的經(jīng)濟(jì) 性。只有 保持引風(fēng)量與送風(fēng)量協(xié)調(diào)變化，才能保證爐膛壓力穩(wěn)定。因此確保燃料、送風(fēng)、 引風(fēng)等參數(shù)協(xié)調(diào)變化是確保燃燒工況穩(wěn)定必不可少的條件。 對于以上幾點，在組成控制系統(tǒng)時，需根據(jù)鍋爐本身特點及燃燒過程的具體情況，有所側(cè)重。如對于帶基本負(fù)荷鍋爐燃燒系統(tǒng)，比較側(cè)重提高經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行工況的穩(wěn)定性；對于帶變動負(fù)荷的鍋爐，則比較側(cè)重對負(fù)荷變化的響應(yīng)速度，而兼顧其它。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 10 燃燒過程控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 燃燒過程控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖如圖 21 所示。系統(tǒng)由主蒸汽壓力控制和燃燒率控制組成串級型系統(tǒng)。其燃燒 率控制由燃料 量控制、 送風(fēng)量控制以及引風(fēng)量控制等子系統(tǒng)組成。各子系統(tǒng)相互間構(gòu)成比值控制關(guān)系。 壓力控制的任務(wù)是維持主蒸汽壓力 PM 穩(wěn)定。主控制器 PI1 根據(jù) PM 的變化，向燃燒率控制中各子系統(tǒng)發(fā)出負(fù)荷指令 LD。以使鍋爐燃燒率與外界相適應(yīng)。 燃燒率控制的各子系統(tǒng)，根據(jù)燃燒率指令 LD 調(diào)節(jié)爐膛熱負(fù)荷，并保持燃料、送風(fēng)、 引風(fēng)等參數(shù)協(xié)調(diào)動作。其中燃料量控制和送風(fēng)量控制兩個子系統(tǒng)根據(jù)燃燒率指令分別調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的燃料量和送風(fēng)量，保證爐膛熱負(fù)荷滿足外界負(fù)荷變化需要，同時保證燃燒經(jīng)濟(jì)性。引風(fēng)量控制子系統(tǒng)根據(jù)爐膛壓力 PS 調(diào)節(jié)引 風(fēng)量，由于爐 膛壓力能迅速反映送風(fēng)和引風(fēng)的擾動，因此根據(jù)爐膛壓力 調(diào)節(jié)引風(fēng)量能夠保證引風(fēng)與送風(fēng)的協(xié)調(diào)變化，維持爐膛壓力穩(wěn)定。 圖 21 燃燒控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 單元制鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)組成 單元制鍋爐與汽輪機(jī)之間有著密切聯(lián)系 ,鍋爐的蒸汽壓力控制與汽輪機(jī)功率控制存在相互關(guān)系 ,由單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制。由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出鍋爐負(fù)荷指令。燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)負(fù)荷指令 LD，調(diào)整鍋爐爐膛內(nèi)燃燒率。 單元制運(yùn)行鍋爐燃燒的主要特點是： ，蓄熱系數(shù) Cb 較小，因此對于外界負(fù)荷的擾動，汽壓變化的時間常數(shù)小，變化速度快。所以對單元制運(yùn)行鍋爐控制系統(tǒng)的組成，要求其燃燒控制有較高的響應(yīng)速度。即負(fù)荷變化的適應(yīng)能力，這對于保證汽壓穩(wěn)定是十分重要的。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 11 鍋爐沒有并列 方 式 下 各鍋爐相互影響的問題，運(yùn)行過程中允許汽壓在一定范圍內(nèi)波動。特別是 在滑壓方式下運(yùn)行時，汽壓變化范圍大。因此單元制運(yùn)行鍋爐燃燒控制 系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)（也包括其他系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)），應(yīng)加以溫度及壓力修正，以確保測量的精確性。 燃燒過程 控制系統(tǒng)基本方案 “燃料 空氣”系統(tǒng) “ 燃料 空氣”系統(tǒng)為燃燒控制系統(tǒng)的基本方案，其原理框圖如圖 22 所示。 主調(diào)節(jié)器 PI1 接受主蒸汽壓力信號 PM，根據(jù) PM 與給定值 PM0 的偏差，給出負(fù)荷指令LD。燃料調(diào)節(jié)器 PI2 和送風(fēng)調(diào)節(jié)器 PI3 根據(jù)負(fù)荷指令 LD，分別調(diào)節(jié)燃料量 M 和送風(fēng)量 V。引風(fēng)調(diào)節(jié)器 PI4 接受爐膛壓力信號 PS，通過調(diào)節(jié)引風(fēng)量 Vs 確保爐膛壓力為給定值。 圖 22 燃料 空氣系統(tǒng) 由于均采用比例積分 規(guī)律 調(diào)節(jié)器，靜態(tài)時有： PM0PM=0 （ 21） LDKVV=0 （ 22） LDKMM=0 （ 23） PS0PS=0 （ 24） 顯然，控制過程結(jié)束后，主蒸汽壓力 PM 與爐膛壓力 PS均等于給定值。由式（ 22）及（ 23）兩式，可得： MkLDM 1? （ 25） vMkkMV? （ 26） 即： 燃料控制與送風(fēng)控制兩個子系統(tǒng)為比值控制系統(tǒng)。其 作用是保持燃料量與負(fù)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 12 荷、 送風(fēng)量與燃料量之間的比值 關(guān)系 不變。式中 KM， KV為燃料量與送風(fēng)量的反饋系數(shù)。 該方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，整定方便。由于直接以燃料量信號代表燃燒率與負(fù)荷指令 LD 相平衡，因此在外界負(fù)荷變化時，能迅速改變?nèi)剂狭?，保持汽壓穩(wěn)定。 然而該方案燃料量控制與送風(fēng)量控制的精度，依賴燃料 與送風(fēng)的準(zhǔn)確測量。當(dāng)發(fā)生燃料側(cè)擾動，即燃料量自發(fā) 改變和燃料品種 變化，需由主汽壓力調(diào)節(jié)器 PI1 改變負(fù)荷指令 LD 來消除。這對汽壓穩(wěn)定是不利的。而且無法保證風(fēng) 煤之間最佳比值 。 利用熱量信號的燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng) 對于煤粉鍋爐，直接測量進(jìn)入爐膛燃燒的煤粉量目前還有困難，或者很難做到精確計量，因此直接用燃料量作為調(diào)節(jié)的信號是不準(zhǔn)確的。這樣又研究出用熱量信號來間接代替燃料量信號。因為燃料量發(fā)生變化后，爐內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的熱量就要變化，它不僅影響鍋爐的蒸發(fā)量，也將使汽壓發(fā)生變化，引起鍋爐的 蓄 熱量隨之發(fā)生變化。而 蓄 熱量的 變化和汽壓的變化速度成正比 。 所以用蒸汽量和汽壓的變化速度適當(dāng)?shù)鼐C合，就可以代替燃料量。這樣熱量信號可用下式表示： DQ=D+Cbdtdpb （ 27） 式中 DQ— 熱量信號； D— 蒸汽流量； Cb— 鍋爐的蓄熱系數(shù)； Pb— 蒸汽壓力； t— 時間。 由于式 （ 27） 中所采用的是理想微分，所以按式 （ 27） 組成的信號又被稱作理想熱量信號，記作 DQ 理 。 圖 23 給出了理想熱量信號在不同情況下的響應(yīng)曲線 。圖 中 (a)為 DQ 對于燃料量擾動的階 躍響應(yīng)曲線， (b)為汽輪機(jī)耗汽量 DT 擾動下 DQ 的階躍響應(yīng)曲線。顯然，不論蒸汽流量 D 和汽包壓力 Pb在各擾動下如何變化， DQ 都能正確反映照料量的變化。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 (a) (b) 圖 23 熱量信號在各種擾動下的響應(yīng)曲線 若以實際微分代入式（ 27）組成熱量信號時，信號在負(fù)荷擾動下的階躍響應(yīng)曲線如圖 24 所示 。 圖 24 汽輪機(jī)耗 汽 量 DT擾動下的熱量信號響應(yīng)曲線 不難看出，由于汽包壓力的實際微分信號帶有慣性延遲，不能完全抵消蒸汽流量內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 14 信號的變化，因此，以此 組成的熱量信號不能正確反映外擾下的燃料量的變化。 然而，若引入蒸汽流量的負(fù)向?qū)嶋H微分信號，以補(bǔ)償汽包壓力微分的慣性遲延部分，則可使熱量信號在燃料量不變而負(fù)荷改變的情況下保持不變。這就是實際熱量信號，記作 DQ 實 。 即 DQ 實 DST SKTpST SKTCD dddDbdddb ?????? 11 ? （ 28） 式中 D? 為 蒸汽流量信號的分流系數(shù) 。 若調(diào)整 D? ，使 KD D? =1，同時，令 ddbb TKCC ?? ， 則有： DQ 實 ? ?bbdddbdb pSCDSTDSTSTpST SCD ???????? 1 111 （ 29） 比較式（ 28）和式（ 29）兩式，實際熱量信號 DQ 實 相當(dāng)于理想熱量信號 DQ 理 與慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)。由于熱量信號是根據(jù)蒸汽流量 D 和汽包壓力 Pb的變化反映爐膛發(fā)熱量，所以它不僅能反映燃料量的變化，而且可以反映燃料品質(zhì)的變化。 帶氧量校正信號的“燃料 空氣”系統(tǒng) 在前面介紹的 燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，燃燒的經(jīng)濟(jì)性是由燃料量和送風(fēng)量成一定比例來保證的。實際 上，由于燃料品種的變化，燃燒工況的改變以及測量上的問題，即使這兩個流量的信號成固定比例，也不一定能保證燃燒的最佳條件。而煙氣中的含氧量是檢查燃料量和送風(fēng)量是否恰當(dāng)配合的重要指標(biāo)，因此在上面的系統(tǒng)中， 在燃料量與送風(fēng)量基本上成比例的基礎(chǔ)上再利用煙氣中的含氧量來校正送風(fēng)量，就能更有效地保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。 圖 25 是利用氧量信號作為經(jīng)濟(jì)燃燒校正信號的燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)與圖 22 系統(tǒng)的不同點就是加入了氧量的校正信號，以彌補(bǔ)單純采用熱量信號來校正的不足。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 15 圖 25 帶氧量校正的 燃料 空氣 系統(tǒng) 與“燃料 空氣”系統(tǒng)相 比，此方案的送風(fēng)量控制采用串級型比值控制系統(tǒng)，引入鍋爐煙氣含氧量信號 O2 ，經(jīng)校正調(diào)節(jié)器 PI5，對燃料量與送風(fēng)量之間的比值進(jìn)行校正。由于煙氣含氧量代表煙氣中過剩空氣系數(shù)。保持一定過?？諝庀禂?shù)，即保證了總?cè)剂狭颗c總風(fēng)量之間的最佳比值。最佳煙氣含氧量與負(fù)荷有關(guān)，通常隨負(fù)荷增加而略有減少。因此以代表鍋爐實際負(fù)荷的蒸汽流量信號 D 經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換器后，作為煙氣最佳含氧量的給定值。 由于煙氣含氧量的測量有較大的慣性延遲，因此氧量校正回路的工作頻率通常低