【正文】 所示 。其二是汽輪機耗 汽 量擾動，稱為外部擾動。 汽壓調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性 鍋爐的燃燒過程是一個能量轉(zhuǎn)換 、 傳遞的過程 ， 也就是利用燃料燃燒的熱量產(chǎn)生汽輪機所需蒸汽的過程。但采用直吹制粉系統(tǒng)的鍋爐的燃料系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)是緊密聯(lián)系在一起的，因而其燃燒過程的控制，隨著鍋爐燃燒率的變化，不僅改變制粉系統(tǒng)的給煤量，同時相應(yīng)改變各有關(guān)風(fēng)量，以維持燃燒系統(tǒng)的正常運行。對于燃煤鍋爐，為防止爐膛向 外噴灰，通常采用微負壓運行。 鍋爐爐膛壓力反映了燃燒過程中進入爐膛的 送風(fēng)量與流出爐膛煙氣量之間的工質(zhì)平衡關(guān)系。目前燃燒過程的經(jīng)濟性是靠維持進入爐膛的燃料量與送風(fēng)量之間的最佳比值來保證的。在單元制運行方式下，由一臺鍋爐向一臺汽輪機供汽，機爐之間存在緊密聯(lián)系。 維持蒸汽壓力穩(wěn)定 鍋爐蒸汽壓力作為表征鍋爐運行狀態(tài)的重要參數(shù)，不僅直接關(guān)系到鍋爐設(shè)備的安全運行，而且其是否穩(wěn)定反映了燃燒過程中能量供求關(guān)系。引風(fēng)調(diào)節(jié)器 PI4 通過調(diào)節(jié)引風(fēng)量 VS，維持爐膛壓力為給定值。 圖 13 燃燒控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 送風(fēng)量控制子系統(tǒng)同樣經(jīng)大值選擇器及動態(tài)補償后的負荷指令信號，作為給定值調(diào)節(jié)送風(fēng)量，大值選擇器的作用與燃料調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中小值選擇器的作用相同，即大值選擇器與小值選擇器相配合，以保證負荷增加時先增加送風(fēng)量， 而負荷降低時先減少燃料量。圖 13所示為其對應(yīng)的 方框圖。風(fēng)量過大， 則會造成煤粉顆粒變大，風(fēng)量過小不僅影響送粉，而且容易造成磨煤機堵塞。在鍋爐的負荷不變時，制粉系統(tǒng)應(yīng)供應(yīng)與負荷相適應(yīng)的 煤 粉量，并應(yīng)迅速消除給煤量的自發(fā)擾動。一次風(fēng)用于制粉及輸送煤粉， 一次風(fēng)量的大小亦隨鍋爐的負荷而增減。因此，采用直吹式制粉系統(tǒng) 是大 機組發(fā)展的方向。爐膛負壓的變化反映了引風(fēng)量與送風(fēng)量的不適應(yīng)。如果蒸汽壓力變了，說明鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與 負荷設(shè)備的蒸汽消耗量不適應(yīng)，因此必須改變?nèi)剂狭恳愿淖冨仩t燃燒發(fā)熱量從而改變鍋爐的蒸發(fā)量以恢復(fù)蒸汽母管壓力為 額定值。目前已逐步把常規(guī)控制與計算機控制結(jié)合起來， 有的已開始完全采用計算機來進行控制。 大型火力發(fā)電機組是典型的過程控制對象，它是由鍋爐、汽輪發(fā)電機組和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 直吹制煤粉爐燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計及仿真研究 引 言 火力發(fā)電廠在我國電力工業(yè)中占有主要地位，是我國的重點能源工業(yè)之一。由于其工藝流程復(fù)雜，設(shè)備眾多，管道縱橫交錯，有上千個參數(shù)需要監(jiān)視、操作或控制，沒有先進的自動化設(shè)備和控制系統(tǒng)要正常運行是根本不可能的。在本設(shè)計中將以汽包鍋爐為控制對象，主要討論大型單元機組燃燒控制過程 方案的特點以及系統(tǒng)的整定 。二，維持鍋爐燃燒的最佳狀態(tài)和經(jīng)濟性。這三者是相互關(guān)聯(lián)的。 在直吹式鍋爐運行時，制粉設(shè)備是與鍋爐緊密地聯(lián)系在一起的。在煤粉直吹制鍋爐中制粉系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)是為了保證制粉系統(tǒng)正常運行和適應(yīng)鍋爐負荷的需要，成為燃燒過程自動調(diào)節(jié)的一個組成部分。 在組織 直 吹式 鍋 爐燃燒過程控制系統(tǒng)時需注意以下幾點： (1)由于燃料調(diào)節(jié)機構(gòu)在磨煤機之前，制粉過程被包括在汽壓調(diào)節(jié)通道中，增大了汽 壓調(diào)節(jié)通道的慣性和遲延，尤其是采用裝煤量 大的磨煤機的制粉系統(tǒng)。同時， 一次風(fēng)通過磨煤機后，經(jīng)分支管向一組燃燒內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 3 器輸送煤粉 (通常是幾臺磨煤機同時工作 )，進入各燃燒器的煤粉量與其一次風(fēng)量有關(guān)。該系統(tǒng)采用帶氧量校正信號的“燃料 空氣”系統(tǒng)方案。 大值選擇器中引入給定信號的作用，在于防止低負荷情況下，風(fēng)量過小而造成燃燒不穩(wěn)定。 燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù) 鍋爐燃燒過程是一個將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，以蒸汽形式向設(shè)備（以汽輪機為代表）提供熱能的能量轉(zhuǎn)換過程。在母管制運行方式下，考慮的是多臺鍋爐與多臺汽輪機之間總的能量需求關(guān)系。鍋爐的蒸汽壓力值與機組的運行狀態(tài)及運行方式有關(guān)。也就是要保證有足夠的送風(fēng)量使燃料充分燃燒，同時盡可能減少排煙造成的熱損失。爐膛壓力是否正常，關(guān)系著鍋爐的安全運行。對于燃油鍋爐，通常采用微正壓運行 ，以防止爐膛漏風(fēng)，使煙氣中過剩空氣系數(shù)上升，造成過熱器管壁腐蝕。 綜上所述，燃燒過程的幾項任務(wù)是不可分割的。主蒸汽壓力是衡量蒸汽量與外界負荷是否相適應(yīng)的一個標志。圖 14 是其生產(chǎn)流程示意圖。 圖 15 汽壓對象的方框圖 其中 )(5sW =3)281( s?； Cb=70[kg/MPa]是汽包蓄熱系數(shù)； CM=30[kg/MPa]是蒸汽母管容量系數(shù)； 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 7 Rgr=[Mpa/t/h]是過熱器動態(tài)阻力系數(shù)； M— 燃料量； DQ— 熱量信號； Pb— 汽包 壓力； D— 蒸汽流量； DT— 汽輪機耗 汽 量； PM— 主蒸汽壓力 引起汽壓變化的主要擾動為以燃料量為代表的燃燒率擾動 和汽輪機耗 汽 量代表的外界負荷擾動 。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。圖 17 所示為 DT 擾動下 Pb、 PM 的階躍響應(yīng)曲線。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。 、 送風(fēng)和引風(fēng)等參數(shù)協(xié)調(diào)變化。 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。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。以使鍋爐燃燒率與外界相適應(yīng)。 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之間有著密切聯(lián)系 ,鍋爐的蒸汽壓力控制與汽輪機功率控制存在相互關(guān)系 ,由單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制。所以對單元制運行鍋爐控制系統(tǒng)的組成，要求其燃燒控制有較高的響應(yīng)速度。因此單元制運行鍋爐燃燒控制 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。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。式中 KM， KV為燃料量與送風(fēng)量的反饋系數(shù)。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 改變負荷指令 LD 來消除。這樣又研究出用熱量信號來間接代替燃料量信號。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。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。這就是實際熱量信號，記作 DQ 實 。 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)濟性是由燃料量和送風(fēng)量成一定比例來保證的。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，以彌補單純采用熱量信號來校正的不足。最佳煙氣含氧量與負荷有關(guān)，通常隨負荷增加而略有減少。以減少動態(tài)過程中風(fēng) 煤比例失調(diào)。 為減少送風(fēng)量改變時送 引風(fēng)之間動態(tài)失調(diào)而造成爐膛壓力 PS波動，自送風(fēng)調(diào)節(jié)器 PI3 的輸出經(jīng)動態(tài)補償裝置，向引風(fēng)量調(diào)節(jié) PI4 引入一前饋信號，動態(tài)補償裝置通常采用微分器，以保證靜態(tài)時爐膛壓力 PS等于給定值。圖中 PI1 為主汽壓力調(diào)節(jié)器， PI2 代表燃燒率調(diào)節(jié)器。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 17 圖 31 燃燒控制系統(tǒng)等效框圖 燃燒控制系統(tǒng)整定原則 由于燃燒系統(tǒng)的組成綜合了串級控制系統(tǒng)及比例控制系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)特點，其系統(tǒng)的整定應(yīng)按照串級控制系統(tǒng)及比值控制系統(tǒng)的原則進行。其整定的品質(zhì)指標，應(yīng)該保證調(diào)整過程有足夠的時間，通常其衰減率Ψ=,即調(diào)節(jié)過程基本不出現(xiàn)振蕩。 考慮到燃燒過程中引風(fēng)量為送風(fēng)量的從動流量，而送風(fēng)量為燃料量的從動量，因此，為保證整定過程中燃燒過程能安全經(jīng)濟運行，應(yīng)先整定從動流量的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并按此順序?qū)⒏髯酉到y(tǒng)投入自動狀態(tài)。 爐膛壓力控制系統(tǒng)參數(shù)整定 爐膛壓力控制系統(tǒng)的任務(wù)是保證引風(fēng)量與送風(fēng)量協(xié)調(diào)變化，維持爐膛壓力 為 給定內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 18 值。 V? 代表前饋支路 中 調(diào)節(jié)器。 用六邊形法則判斷調(diào)節(jié)器 WPI4(S)的正反作用開關(guān)。調(diào)節(jié)器參數(shù) Tis 越小， Kps越內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 19 大特征方程負實根越大，調(diào)節(jié)過程越快。 圖 33 爐膛壓力控制系統(tǒng)仿真框圖 在熱工控制系統(tǒng)中，由于被控對象通常存在一定的純滯后和容積滯后，因而從干擾產(chǎn)生到被調(diào)量發(fā)生變化需要一定的時間。由于干擾發(fā)生后被控量還未顯示出變化之前，調(diào)節(jié)器就產(chǎn)生了控制作用，這在理論上就可以把偏差徹底消除。 送風(fēng) V 擾動下 PS響應(yīng)曲線如圖 36所示。 此系統(tǒng)為一帶前饋作用的串級系統(tǒng)，由于送風(fēng)系統(tǒng)是一快速響應(yīng)系統(tǒng)，而氧量變化要慢，故可 按照先內(nèi)后外的整定原則，先整定送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路，再整定氧量校正回路，最后確定前饋調(diào)節(jié)器的參數(shù)。記錄風(fēng)量 V 變化。 其響應(yīng)曲線如圖 39 所示。 圖 310 加入氧量調(diào)節(jié)器的送風(fēng)系統(tǒng)仿真方框圖 觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線， 系統(tǒng)的響應(yīng)時間很長，說明按經(jīng)驗公式所計算出的參數(shù) 不能 使系統(tǒng)輸出 達到理想的 4:1 曲線 。由圖 12 所示，燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由熱量信號 DQ 與負荷指令 LD 相平衡。 圖 314 LD 擾動下送風(fēng)控制系統(tǒng)仿真方框圖（ a） 由圖可得： 2 3 ?? mA PaLDV （ 39） 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 26 圖 315 LD 擾動下送風(fēng) V 響應(yīng)曲線（ a） 改變階躍擾動 LD 的 幅值，做負荷擾動試驗，仿真方框圖如圖 316 所示，其響應(yīng)曲線如圖 317 所示。而且前饋的加入可以使系統(tǒng)提前動作，更好地改善系統(tǒng)的性能。熱量信號的整定在于選擇微分器參數(shù) TD、 KD。由于按外擾信號整定比較簡便，因此采用比較普遍。 熱量信號 對于燃料量擾動 的仿真方框圖如圖 320所示。 圖 322 DT擾動下熱量信號仿真方框圖 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 30 熱量信號在汽輪機耗汽量擾動下響應(yīng)曲線如圖 323 所示。 顯然，燃料調(diào)節(jié)器 WPI2 為正作用調(diào)節(jié)器。所以要重新 調(diào)整比例帶和積分時間，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整，使得曲線的輸出為 4:1 的衰減曲線，此時的 M? =600%，TiM=1。圖 330 給出了在負荷指令 LD擾動下，一臺鍋爐運行時主蒸汽壓力 PM 的響應(yīng)曲線。 主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器參數(shù) P? 、 Tip 的選擇按內(nèi)擾整定時，通常保證主蒸汽壓力穩(wěn)定而令 Ψ? 1，因此按下列公式計算： ?????? ?? ???? ippT （ 317） 按式（ 317）計算時可得 單機單爐運行時： ?????? ???? ???? sT