火電燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)王瑋王瑋Email：1 1 單元機(jī)組基本流程單元機(jī)組基本流程21 1 單元機(jī)組基本流程單元機(jī)組基本流程燃料系統(tǒng)燃料系統(tǒng)風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)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(jī)組基本流程單元機(jī)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：?jiǎn)栴}：一個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的機(jī)組，因何要調(diào)整燃燒一個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的機(jī)組，因何要調(diào)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(jī)組燃燒控制系統(tǒng)5單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介負(fù)荷控制負(fù)荷控制6單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 負(fù)荷控制系統(tǒng)可接受負(fù)荷控

2、制系統(tǒng)可接受AGCAGC指令、運(yùn)行人員的手動(dòng)負(fù)荷指令指令、運(yùn)行人員的手動(dòng)負(fù)荷指令(MAN)(MAN)和頻差指令和頻差指令f f； 對(duì)于幅度較小、變動(dòng)周期短的電網(wǎng)頻差，可由汽輪發(fā)電機(jī)組自對(duì)于幅度較小、變動(dòng)周期短的電網(wǎng)頻差，可由汽輪發(fā)電機(jī)組自身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成，頻差指令稱為一次調(diào)頻指令；響應(yīng)速度快，身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成，頻差指令稱為一次調(diào)頻指令；響應(yīng)速度快，但屬于有差調(diào)節(jié)（原動(dòng)機(jī)調(diào)速器）；但屬于有差調(diào)節(jié)（原動(dòng)機(jī)調(diào)速器）； 對(duì)于變化幅度較大、周期較長(zhǎng)的變動(dòng)負(fù)荷，則需改變汽輪發(fā)電對(duì)于變化幅度較大、周期較長(zhǎng)的變動(dòng)負(fù)荷，則需改變汽輪發(fā)電機(jī)的同步器來實(shí)現(xiàn)，稱為二次調(diào)頻。機(jī)的同步器來實(shí)現(xiàn)，稱為二次調(diào)頻。7單元機(jī)組過

3、程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介負(fù)荷控制負(fù)荷控制l基本控制方式基本控制方式l汽輪機(jī)跟隨控制方式汽輪機(jī)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(jī)機(jī)爐負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方式爐負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方式l注：一般都有上述四種控制方式，可根據(jù)需要通過注：一般都有上述四種控制方式，可根據(jù)需要通過邏輯開關(guān)切換到任意一種方式。邏輯開關(guān)切換到任意一種方式。8單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介鍋爐控制鍋爐控制l主要參數(shù)：主要參數(shù)：主汽壓力、溫度主汽壓力、溫度，汽包水位汽包水位，爐膛負(fù)壓爐膛負(fù)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(diào)節(jié)門開度給水調(diào)節(jié)門開度、給水泵

4、轉(zhuǎn)速給水泵轉(zhuǎn)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?nèi)紵鲀A角、噴水減溫：分隔煙道擋板法、改變?nèi)紵鲀A角、噴水減溫( (不不經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)) )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(fēng)、引風(fēng)送風(fēng)、引風(fēng)的控的控制。爐膛負(fù)壓制。爐膛負(fù)壓( (穩(wěn)定性穩(wěn)定性) )，煙氣含氧量，煙氣含氧量( (經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性) )。9單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介汽輪機(jī)控制汽輪機(jī)控制l目的：使汽輪發(fā)電機(jī)組盡快滿足外界負(fù)荷的變目的：使汽輪發(fā)電機(jī)組盡快滿足外界負(fù)荷的變化，同時(shí)保

5、持轉(zhuǎn)速恒定?；?，同時(shí)保持轉(zhuǎn)速恒定。l控制方案：轉(zhuǎn)速為控制信號(hào)，以汽門開度為調(diào)控制方案：轉(zhuǎn)速為控制信號(hào)，以汽門開度為調(diào)節(jié)手段改變汽輪機(jī)功率，使汽輪機(jī)的主動(dòng)力力節(jié)手段改變汽輪機(jī)功率，使汽輪機(jī)的主動(dòng)力力矩與發(fā)電機(jī)的發(fā)力矩相平衡。矩與發(fā)電機(jī)的發(fā)力矩相平衡。10單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介旁路系統(tǒng)旁路系統(tǒng)l機(jī)組啟停過程中和機(jī)組事故狀態(tài)下起調(diào)節(jié)和保機(jī)組啟停過程中和機(jī)組事故狀態(tài)下起調(diào)節(jié)和保護(hù)作用，保安系統(tǒng)。護(hù)作用，保安系統(tǒng)。l正常運(yùn)行時(shí)，可靠地完全關(guān)閉，截?cái)嗔髁刻匦裕徽＿\(yùn)行時(shí)，可靠地完全關(guān)閉，截?cái)嗔髁刻匦?；l汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，旁路系統(tǒng)迅速打開，泄壓、汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，旁路系統(tǒng)迅速打開，泄壓

6、、保護(hù)再熱器、維持鍋爐正常運(yùn)行。保護(hù)再熱器、維持鍋爐正常運(yùn)行。11單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介單元機(jī)組過程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介輔機(jī)控制輔機(jī)控制l磨煤磨煤機(jī)控制：機(jī)控制：u給煤機(jī)轉(zhuǎn)速給煤機(jī)轉(zhuǎn)速給給煤煤率率磨煤機(jī)負(fù)荷磨煤機(jī)負(fù)荷u一次一次風(fēng)壓、一次風(fēng)流量調(diào)整風(fēng)壓、一次風(fēng)流量調(diào)整u熱風(fēng)門、冷風(fēng)門擋板開度熱風(fēng)門、冷風(fēng)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(jìn)汽閥門；壓力控制：抽汽進(jìn)汽閥門；u水箱水位：進(jìn)入除氧器的凝結(jié)水。水箱水位：進(jìn)入除氧器的凝結(jié)水。12燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)鍋爐鍋爐燃燒過程是將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝紵^程是將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麩崮艿霓D(zhuǎn)換過程。燃燒過程控制

7、的任務(wù)是熱能的轉(zhuǎn)換過程。燃燒過程控制的任務(wù)是使燃燒所提供的熱量適應(yīng)鍋爐蒸汽負(fù)荷的使燃燒所提供的熱量適應(yīng)鍋爐蒸汽負(fù)荷的需要，并保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。需要，并保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)13燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)（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(jī)前壓力信號(hào)反映了燃料鍋爐出口壓力或機(jī)前壓力信號(hào)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(guān)系，汽壓的變化表示兩者間失衡，此時(shí)衡關(guān)系，汽壓的變化表示兩者間失衡，此時(shí)必須相應(yīng)地調(diào)整燃料供應(yīng)量，以適應(yīng)變化了必須相應(yīng)地調(diào)整燃料供應(yīng)量，以適應(yīng)變化了的蒸汽負(fù)荷的需要。

8、的蒸汽負(fù)荷的需要。火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)14燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)（2 2）保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性）保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性 保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性是提高鍋爐效率保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性是提高鍋爐效率的重要方面，它是通過維持進(jìn)入爐膛的燃料的重要方面，它是通過維持進(jìn)入爐膛的燃料量與送風(fēng)量之間的最佳比值來實(shí)現(xiàn)，即在有量與送風(fēng)量之間的最佳比值來實(shí)現(xiàn)，即在有足夠的風(fēng)量使燃料得以充分燃燒的同時(shí)，盡足夠的風(fēng)量使燃料得以充分燃燒的同時(shí)，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(cè)量）大燃燒效率？無法直接測(cè)量）火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)15過量空氣系數(shù)（氧量）

9、燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)（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(jìn)入爐膛鍋爐爐膛壓力是否穩(wěn)定反映了燃燒過程中進(jìn)入爐膛的風(fēng)量與流出爐膛的煙氣量之間的工質(zhì)平衡關(guān)系。若的風(fēng)量與流出爐膛的煙氣量之間的工質(zhì)平衡關(guān)系。若送風(fēng)量大于引風(fēng)量，爐膛壓力升高，太高的壓力會(huì)造送風(fēng)量大于引風(fēng)量，爐膛壓力升高，太高的壓力會(huì)造成爐膛向外噴火；反之，送風(fēng)量小于引風(fēng)量爐膛壓力成爐膛向外噴火；反之，送風(fēng)量小于引風(fēng)量爐膛壓力下降，過低的壓力會(huì)造成漏風(fēng)而降低爐膛溫度，影響下降，過低的壓力會(huì)造成漏風(fēng)而降低爐膛溫度，影響爐內(nèi)燃燒工況，經(jīng)濟(jì)性下降。所以說，爐膛壓力是否爐內(nèi)燃燒工況，經(jīng)濟(jì)

10、性下降。所以說，爐膛壓力是否在允許范圍內(nèi)變化，關(guān)系到鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在允許范圍內(nèi)變化，關(guān)系到鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行?；痣姍C(jī)組燃燒控制系統(tǒng)16燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)鍋爐鍋爐燃燒過程的上述三項(xiàng)控制任務(wù)是不可燃燒過程的上述三項(xiàng)控制任務(wù)是不可分開的，它的三個(gè)被控參數(shù)（被調(diào)量）（即分開的，它的三個(gè)被控參數(shù)（被調(diào)量）（即蒸汽壓力、過?？諝庀禂?shù)或最佳含氧量、爐蒸汽壓力、過?？諝庀禂?shù)或最佳含氧量、爐膛壓力）與三個(gè)調(diào)節(jié)量（即燃料量、送風(fēng)量、膛壓力）與三個(gè)調(diào)節(jié)量（即燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量）間存在著關(guān)聯(lián)。因此燃燒控制系統(tǒng)引風(fēng)量）間存在著關(guān)聯(lián)。因此燃燒控制系統(tǒng)內(nèi)的各子系統(tǒng)應(yīng)協(xié)調(diào)動(dòng)作，共同完成其控制內(nèi)的各子

11、系統(tǒng)應(yīng)協(xié)調(diào)動(dòng)作，共同完成其控制任務(wù)。任務(wù)。 火電機(jī)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(jī)組燃燒控制系統(tǒng)18以燃料量為調(diào)節(jié)變量，主蒸汽壓力為被調(diào)量，通過調(diào)節(jié)進(jìn)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(fēng)控制系統(tǒng)以送風(fēng)量為調(diào)節(jié)變量，煙氣含氧量為被調(diào)量，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的送風(fēng)量，使煙氣含氧量達(dá)到設(shè)定的最佳值，保證燃料燃燒所需的空氣量和燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。 引風(fēng)控制系統(tǒng)以引風(fēng)量為調(diào)節(jié)變量，爐膛壓力為被調(diào)量，通過調(diào)節(jié)引風(fēng)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(jī)組燃燒控制系統(tǒng)19鍋爐燃燒控制系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出的非線性多變量強(qiáng)耦合控制系統(tǒng)。2

12、 2 燃燒過程控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性燃燒過程控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 鍋爐燃燒過程被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指機(jī)鍋爐燃燒過程被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指機(jī)組運(yùn)行過程中各種擾動(dòng)引起的各被調(diào)量變組運(yùn)行過程中各種擾動(dòng)引起的各被調(diào)量變化的動(dòng)態(tài)關(guān)系，鍋爐燃燒過程被控對(duì)象的化的動(dòng)態(tài)關(guān)系，鍋爐燃燒過程被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性主要有以下三個(gè)：動(dòng)態(tài)特性主要有以下三個(gè)：火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)20l 主蒸汽壓力pT 在內(nèi)、外擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性；l 煙氣含氧量O2在送風(fēng)量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性；l 爐膛壓力plt 在引風(fēng)量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。2 2 燃燒過程控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性燃燒過程控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性主蒸汽壓力的動(dòng)態(tài)特性主蒸汽壓力的動(dòng)態(tài)特性主主蒸汽壓力蒸汽

13、壓力pT受到的主要擾動(dòng)有二個(gè)，其受到的主要擾動(dòng)有二個(gè)，其一是一是燃燒率燃燒率 B擾動(dòng)稱為基本擾動(dòng)或內(nèi)部擾動(dòng)；擾動(dòng)稱為基本擾動(dòng)或內(nèi)部擾動(dòng)；其二是其二是汽輪機(jī)耗汽量汽輪機(jī)耗汽量D的擾動(dòng)，稱為外部擾動(dòng)。的擾動(dòng)，稱為外部擾動(dòng)。火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)212 2 燃燒過程控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性燃燒過程控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性( (1) 1)內(nèi)擾（燃燒率）下內(nèi)擾（燃燒率）下主蒸汽壓力的主蒸汽壓力的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性火電機(jī)組燃燒控制系統(tǒng)22主蒸汽壓力pT 的動(dòng)態(tài)特性與汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)裝置有關(guān)，下圖為汽輪機(jī)功率不變時(shí)，鍋爐燃燒率B擾動(dòng)下主蒸汽壓力pT 變化的階躍響應(yīng)曲線：2 2 燃燒過程控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性燃燒過程控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特

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