超超臨界火電機組燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-10-02 21:12 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 行加熱形成水蒸汽，水蒸汽推動汽輪機做工實現(xiàn)發(fā)電。可見，燃料的燃燒過程是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵一步 。 燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是保證燃料燃燒提供的熱量和蒸汽負荷需求的能量相平衡，同時保證鍋爐安全經(jīng)濟地運行。一臺超超臨界機組的具體燃燒控制任務(wù)，受該機組鍋爐的運行方式、燃料種類、燃燒設(shè)備等因素影響，因此所需的控制方案不盡相同。但就一般來說，機組燃燒控制系統(tǒng)的控制任務(wù)可概括為以下幾點： （ 1） 滿足機組負荷需求，維持主汽壓在允許范圍 機組靠燃料燃燒提供能量輸入，所以燃燒控制系統(tǒng)響應(yīng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負荷指令所需的時間越短越好。機組主汽壓的變化是對鍋爐與汽輪機之間的能量需求平衡關(guān)系的反映。維持主汽壓在一定范圍內(nèi)變化，就保證了 熱量供給與蒸汽負荷的平衡。通過對進入爐膛的燃料量的控制來控制主汽壓的數(shù)值，是滿足機組能量平衡的主要控制手段。 （ 2） 保證燃燒過程的經(jīng)濟性，減少對環(huán)境的污染 在保證鍋爐、汽輪機能量需求平衡的前提下，燃燒控制系統(tǒng)的另一任務(wù)就是提高燃燒的經(jīng)濟效益，減少環(huán)境污染。即在改變?nèi)剂狭康耐瑫r，及時對送風(fēng)量進行控制，保證充分燃燒，提高燃料的燃燒率，盡量令燃料得到充分地燃燒。煙氣的含氧量系數(shù)α是衡量燃燒經(jīng)濟程度的一種指標。根據(jù)不同的燃料，α有一個相應(yīng)的最高效率區(qū)。當(dāng)α過大時，爐膛溫度降低，排煙損失增大。當(dāng)α過小時，燃料不能充分燃燒，導(dǎo)致燃料的浪費。所以，經(jīng)測量計算實驗等手段后得出α的最佳值，并推算出對應(yīng)其所需的同時輸入空氣與燃料的風(fēng)煤比例。保持合適的風(fēng)煤比例是保證經(jīng)濟燃燒并減少污 染的基本措施。鍋爐運行中仍然存在很多其他不確定因素，如測量信號不準確、燃料品質(zhì)變化、鍋爐負荷變化等，因此僅采用控制送風(fēng)量和煤的比例是不夠的。煙氣中各成分如 O CO、 CO2 等也上可以反映燃料燃燒的情況，但對燃料燃燒率影響的反映不如α那么明顯。因此，α常用來作為一種直接衡量經(jīng)濟燃燒的指標，用含氧量信號對風(fēng)煤比例控制加以校正。至于其他變化可以看作擾動，在系統(tǒng)的設(shè)計中設(shè)法消除。 （ 3） 維持爐膛壓力穩(wěn)定 電站鍋爐燃燒過程基本都為負壓運行方式，維持爐膛負壓的主要目的是保證運行人員和設(shè)備安全。 若爐膛出現(xiàn)正壓時，爐內(nèi)火焰和煙 氣會從爐膛內(nèi)噴出，不僅危及運行人員和設(shè)備安全，還會污染環(huán)境。若爐膛負壓過大時，又會造成大量冷空氣進入爐膛， 8 影響燃燒的經(jīng)濟性。因此，需要將爐膛內(nèi)的壓力維持在一個安全穩(wěn)定的區(qū)間。一般采用引風(fēng)量來控制爐膛壓力 ,維持爐膛壓力在一個穩(wěn)定值。 鍋爐燃燒控制的三項主要任務(wù)間既有聯(lián)系，又有一定的獨立性。 燃燒過程控制系統(tǒng)的組成與許多因素有關(guān)，例如鍋爐的運行方式、鍋爐結(jié)構(gòu)形式、制粉系統(tǒng)及磨煤機的類別等。但無論哪種情況，燃燒控制系統(tǒng)的組成應(yīng)符合一個總原則，即當(dāng)控制變量發(fā)生變化時，燃料量、送風(fēng)量及給水量應(yīng)同時相應(yīng)地成比例改變，以迅速適應(yīng)符合改變的要求，令燃燒系統(tǒng)重新回歸穩(wěn)態(tài)，同時維持主汽壓、過?？諝庀禂?shù)、爐膛負壓穩(wěn)定在安全范圍之內(nèi)，不至于偏離其給定值過大。穩(wěn)態(tài)時，保持各被調(diào)量等于其給定值。當(dāng)某調(diào)節(jié)量出現(xiàn)自發(fā)性變化時，應(yīng)能迅速消除其帶來的一系列不利影響，將系統(tǒng)的波動對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響降低。 因此，燃燒過程控制系統(tǒng)一 般分為三個子系統(tǒng)，分別為：燃料量控制系統(tǒng)、送風(fēng)量控制系統(tǒng)、給水量控制系統(tǒng)。這三個系統(tǒng)分別對應(yīng)燃燒調(diào)節(jié)對象的三個控制變量（燃料量 B、送風(fēng)量 V、給水量 W）和三個被控量（主蒸汽壓力 Pt、煙氣含氧量系數(shù)α、微過熱蒸汽溫度 T）。具體關(guān)系如圖 2 所示。 圖 2 燃燒過程控制子系統(tǒng) 當(dāng)然，三個控制變量和三個被控量之間還有其他多種組合方式，但圖 2 中的組合方式最為常見。 從燃燒控制系統(tǒng)的組成中我們可以總結(jié)出它的幾個特點： （ 1） 由于超超臨界機組中的鍋爐是一個多輸入、多輸出的被控對象，所以，在不同的 運行情況下，其加熱部分、蒸發(fā)部分和過熱部分之間的界限不是一成不變的，有些情況下，這個界限甚至?xí)l(fā)生連續(xù)的波動 。因此，為了保持機組運行狀態(tài)下鍋爐中各部分的溫度、濕度等參數(shù)維持在規(guī)定的范圍以內(nèi)，要求燃燒控制系統(tǒng)嚴格保持其三大子系統(tǒng)之間的平衡關(guān)系 。這種平衡不僅要再 穩(wěn)態(tài)的 情況下，在 動態(tài)的 情況下更應(yīng)如此 。 （ 2） 由于如今為了提高機組的發(fā)電效率，以應(yīng)對國內(nèi)越來越重的用電需求，對機組在控制循環(huán)過程中的控制速度要求越來越高，控制系統(tǒng)必須快速對各變量產(chǎn)生的變化做出相應(yīng)的反應(yīng)，比以前更加具有實時性。換句話說，控 9 制要求的響應(yīng)時間必須越 來越短。 （ 3） 由于超超臨界機組一般為直流機組，所以燃燒系統(tǒng)的三大子系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)性比較強，所以在控制某一個控制變量的改變時，除了關(guān)注其對應(yīng)的被控量變化，還需要留意其對其他被控量的影響。在之后的燃燒過程控制系統(tǒng)設(shè)計中需要留意通過對各控制變量之間的解耦等辦法來減少個控制變量之間的相互干擾。 綜上所述，超超臨界機組燃燒控制系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng)具有控制過程穩(wěn)定安全、系統(tǒng)實時性高、響應(yīng)速度快、耦合性強等特點。 第三章 超超臨界火電機組燃燒控制方案設(shè)計 由上文可知，燃燒控制系統(tǒng)可看作一個三輸入三輸出的多變量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。但是，由于汽機閥門開度對中間點溫度的影響很小，可以忽略其影響。因此，系統(tǒng)可以看成為一個主要研究鍋爐燃水比的控制系統(tǒng)，從而簡化為一個雙輸入雙輸出的模型，建模后如圖 3 所示。 圖 3 鍋爐燃水比控制框圖 圖中 W 為給水量， B 為燃料量， T 為微過熱蒸汽溫度， PT 為主蒸汽壓力。 此為一個典型電廠燃燒控制系統(tǒng)，但由圖可見，這是一個典型的雙輸入雙輸出開環(huán)系統(tǒng)，兩個輸入量 W、 B 會互相影響，相互干擾，從而引起輸出量的偏差，而且系統(tǒng)沒有考慮到輸出量的反饋干擾能力，抗干擾能力也不是十分好。此系統(tǒng)長久運行下去不僅影響電廠的發(fā)電效率，還可能造成安全事故，與超超臨界機組 10 對響應(yīng)速度和響應(yīng)質(zhì)量的要求不符，因此需要對此系統(tǒng)進行改進。 由于兩個輸入量間穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)比較嚴重，且動態(tài)特性相近，所以需要采用解耦的辦法來減少它們之間的關(guān)聯(lián)。本文采用前饋補償法對系統(tǒng)進行解耦，具體的控制框圖如圖 4 所示。 圖 4 改進的燃燒控制系統(tǒng) Gc1(s)和 Gc2(s)為兩個 PID 調(diào)節(jié)函數(shù)，將兩系統(tǒng)進行閉環(huán)處理，通過 PID 控
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