600MW機組燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計方案

1、600MWL組燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計方案600MWI組燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計方案目錄中文摘要I目錄II1緒論11.1單元機組的基本控制方式11.1.1爐跟機控制方式11.1.2機跟爐控制方式11.2燃燒過程自動控制的任務(wù)21.2.1鍋爐調(diào)氣壓與汽輪機調(diào)氣壓31.2.2維持爐膛內(nèi)壓力的穩(wěn)定31.3燃燒過程自動控制內(nèi)容與特點41.3.1燃料量控制41.3.2燃燒控制系統(tǒng)的特點42燃燒控制對象的動態(tài)特性52.1概述52.2汽壓控制對象的動態(tài)特性52.2.1汽壓調(diào)節(jié)對象的特性52.2.2汽壓被控對象的生產(chǎn)流程及環(huán)節(jié)劃分52.3燃燒系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對象52.3.1內(nèi)擾下汽壓控制對象的動態(tài)特性82.3.2外擾下的汽壓控制對

2、象的動態(tài)特性92.4爐煙含量動態(tài)特性92.4.1爐膛負壓動態(tài)特性93燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計103.1燃料控制系統(tǒng)103.2.1燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)103.2.2燃料調(diào)節(jié)一一測量系統(tǒng)113.3總風量調(diào)節(jié)一一測量系統(tǒng)124燃燒控制系統(tǒng)組態(tài)圖分析134.1燃料量控制134.1.2燃料主控144.1.3燃料主控15錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。1.1單元機組的基本控制方式隨著電力工業(yè)的發(fā)展，高參數(shù)大容量的火力發(fā)電機組在電網(wǎng)中所占比例越來越大因此要求大型機組具有帶變動負荷運行的能力，以便迅速滿足負荷變化的需要及參加電網(wǎng)調(diào)頻。因此通常采用鍋爐汽輪發(fā)電機組的單元制運行方式，按鍋爐、汽輪機在控制過

3、程中的任務(wù)和相互關(guān)系的不同，可以構(gòu)成三種基本控制方式，即機跟爐和爐跟機、機爐協(xié)調(diào)等控制方式。1.1.1爐跟機控制方式圖1.1爐跟機控制方式這種控制方式的特點：調(diào)壓，機調(diào)功，負荷響應(yīng)快，可以利用鍋爐蓄能，壓力波動大。這種控制方式的的優(yōu)點是充分利用了鍋爐的蓄熱來迅速適應(yīng)負荷的變化，對機組調(diào)峰調(diào)頻有利。缺點是主汽壓力變化較大，甚至超出允許范圍，將對機組的安全經(jīng)濟運行不利。1.1.2機跟爐控制方式p。圖1.2機跟爐控制方式這種控制方式的特點：機調(diào)壓，爐調(diào)功，壓力波動小，負荷響應(yīng)慢，不能利用鍋爐蓄能。這種控制方式的優(yōu)點是在運行中主蒸汽壓力相當穩(wěn)定（氣壓變化很小），有利丁機組的安全經(jīng)濟運行。缺點是由丁沒有

4、利用鍋爐的蓄熱，而只有當鍋爐改變?nèi)紵试斐烧舭l(fā)量改變后，才能改變機組的出力，這樣適應(yīng)負荷變化能力較差，不利丁機組帶變動負荷和參加電網(wǎng)調(diào)頻。這種控制方式適用丁承擔基本負荷的單元機組或當機組剛剛投入運行經(jīng)驗還不夠時，采用這種系統(tǒng)可使氣壓穩(wěn)定而為機組穩(wěn)定運行創(chuàng)造條件。當單元機組中汽輪機設(shè)備及其輔機運行正常，而機組的輸出功率受到鍋爐設(shè)備及其輔機的原因限制時，也可以采用這種汽輪機跟隨鍋爐的控制方式。1.2燃燒過程白動控制的任務(wù)1.維持汽壓。汽壓的設(shè)定值是根據(jù)生產(chǎn)要求設(shè)定的；負荷量是由生產(chǎn)需要隨時調(diào)整；鍋爐的蒸汽流量是由蒸汽壓力和負荷的閥門開度共同決定的。汽壓的變化表明蒸汽流出量與負荷需求量不相符，需改變

5、給煤量以維持汽壓包定，使蒸汽流量滿足負荷要求。2 .保證燃燒的經(jīng)濟性。改變給煤量時，必須相應(yīng)地改變送風量，使之與燃料量相配合，保證燃燒過程的經(jīng)濟性。送入空氣量不足，則燃料不能充分燃燒；送入空氣量過大，則過?？諝鈳ё郀t膛的熱量，造成熱損失。3 .保證引風和鼓風的正確配比，維持爐膛負壓值。膛壓為正，會使爐膛有爆炸危險,并且使爐火外噴，對鍋爐周圍設(shè)備及操作人員造成威脅；負壓過大，則過剩空氣會帶走爐膛中的熱量。1.2.1鍋爐調(diào)氣壓與汽輪機調(diào)氣壓(1) 維持機前壓力PT(過熱器出口汽壓)機前壓力應(yīng)保持在給定值土0.2Mpa范圍。(2) 維持單元機組的負荷。(3) 維持爐內(nèi)過?？諝夥€(wěn)定，以保證燃燒經(jīng)濟性，

6、控制系統(tǒng)應(yīng)能保持爐內(nèi)氧量在給定值±0.5%£圍內(nèi)。維持爐膛負壓要求控制系統(tǒng)應(yīng)能保持爐膛壓力在給定值土30pa范圍內(nèi)1.2.2維持爐膛內(nèi)壓力的穩(wěn)定明引風量、送風量二者之間出現(xiàn)失衡，故當送風量變化時，必須相應(yīng)地調(diào)整引風量的大小。另外爐膛壓力大小還與爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定性密切相關(guān)，直接影響機組的安全經(jīng)濟運行。從上述可知，一臺鍋爐的三項基本調(diào)節(jié)任務(wù)是彼此相關(guān)，不可全然分開的，但三者問乂有相對的獨立性，可以用三個子系統(tǒng)來完成各自的調(diào)節(jié)任務(wù)，如圖所示。燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)變量時燃料量B,相對應(yīng)的被調(diào)量是鍋爐出口汽壓或機前壓力PT;送風調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)變量時送風量V,相對應(yīng)的被調(diào)量為爐內(nèi)過量空氣系

7、數(shù)a；引風調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)變量為引風量VS,相對應(yīng)的被調(diào)量為爐膛壓力PS圖中雖沒有表示出三個子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，但實際的燃燒控制系統(tǒng)中三個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合是相當重要的鍋爐燃燒過程自動控制的任務(wù)在丁使鍋爐的燃燒工況與鍋爐的蒸汽負荷要求相適應(yīng)，同時保證鍋爐燃燒過程安全經(jīng)濟地運行。因此，當鍋爐的負荷改變時，需要進行燃燒的調(diào)整。每臺鍋爐燃燒過程的具體控制任務(wù)及控制策略因燃燒種類、制粉系統(tǒng)、燃燒設(shè)備以及鍋爐的運行方式不同而異。1.3燃燒過程白動控制內(nèi)容與特點1.3.1燃料量控制燃料量控制就使進入鍋爐的燃料燃燒所產(chǎn)生的蒸汽量滿足的外部負荷要求信號。燃料量控制是鍋爐控制中最基本也是最主要的一個系統(tǒng)。因為給煤量的

8、多少既影響主汽壓力，也影響送、引風量的控制，還影響到汽包中蒸汽蒸發(fā)量及汽溫等參數(shù)，所以燃料量控制的好壞對鍋爐運行有重大影響。當單元機組采取機跟爐負荷控制方式時，鍋爐調(diào)機組負荷，汽機調(diào)汽壓，直接將電網(wǎng)的符合要求N0作為鍋爐的負荷要求信號；當單元機組采取爐跟機負荷控制方式時，汽機調(diào)機組負荷，鍋爐調(diào)汽壓，由丁鍋爐出口汽壓是表征鍋爐生產(chǎn)的蒸汽量與汽機耗氣量之間的平衡指標，所以去鍋爐出口汽壓作為鍋爐的負荷要求信號；當單元機組采用機爐協(xié)調(diào)負荷方式，負荷控制系統(tǒng)（主控系統(tǒng)）的鍋爐主控信號作為鍋爐的負荷要求信號。1.3.2燃燒控制系統(tǒng)的特點燃燒過程的控制對象之間存在著相互影響，每個被控量都同時受到幾個控制量的

9、影響，每個控制量乂能同時影響幾個被控量。嚴格講，燃燒過程控制對象為多輸入多輸出的多變量對象，對多變量對象應(yīng)采取多變量控制理論設(shè)計方法來設(shè)計控制系統(tǒng)。但目前電廠廣泛使用單變量控制理論來設(shè)計控制系統(tǒng)，這是由丁用單變量控制方法加上一些改進措施（如前饋信號等）已滿足電廠設(shè)計生產(chǎn)過程的要求。2燃燒控制對象的動態(tài)特性2.1概述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。主蒸汽是平衡蒸汽量與外界負荷兩者是否相適應(yīng)的一個標志。因此，要了解燃燒過程的動態(tài)特性主要是弄活汽壓對象的動態(tài)特性。2.2汽壓控制對象的動態(tài)特性鍋爐燃燒過程自動控制的基本任務(wù)是既要提供熱量適應(yīng)蒸

10、汽負荷的需要，乂要保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐運行的安全性。為了達到上述目的，燃燒過程的控制系統(tǒng)應(yīng)包括三個調(diào)節(jié)任務(wù)：即維持汽壓、保證最佳空燃比和保證爐膛負壓不變。與此相對應(yīng)，應(yīng)有三個控制回路分別調(diào)節(jié)燃料量、送風量和引風量，從而構(gòu)成了多參數(shù)的燃燒過程控制系統(tǒng)。為了能正確地設(shè)計控制系統(tǒng)，應(yīng)先了解對象的動態(tài)特性。2.2.1汽壓調(diào)節(jié)對象的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)生用汽設(shè)備所需蒸汽的過程。主汽壓力是衡量蒸汽量與外界負荷兩者是否相適應(yīng)的一個標志。因此，要了解燃燒過程的動態(tài)特性主要是弄活汽壓對象的動態(tài)特性。2.2.2汽壓被控對象的生產(chǎn)流程及環(huán)節(jié)劃分鍋爐汽包壓力是燃燒

11、過程控制的主要被控量，分析燃燒過程對象的動態(tài)特性，是確定燃燒系統(tǒng)自動控制方案的主要依據(jù)。汽壓被控對象的生產(chǎn)流程示意圖如圖2.1所示，整個系統(tǒng)由爐膛1,汽包、水冷壁組成的蒸發(fā)受熱面2,過熱器3,母管4和用汽設(shè)備5組成。工質(zhì)（水）通過爐膛吸收了燃料燃燒發(fā)出的熱量，不斷升溫，直到產(chǎn)生飽和蒸汽匯集丁汽包內(nèi)，最后經(jīng)過過熱器成為過熱蒸汽，輸送到用汽設(shè)備作功。2.3燃燒系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對象燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般有3個被調(diào)參數(shù)，氣壓p、過?？諝庀禂?shù)a（或最佳含氧量O2和爐膛負壓Pf;有3個調(diào)節(jié)量，它們是燃料量M送風量F和引風量Y。燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對象對丁燃料量，根據(jù)燃料種類的不同可能是爐排電機，也可能是燃料閥。對丁送風

12、量和引風量一般是鼓風電機和引風電機。圖2.1汽壓對象生產(chǎn)流程示意圖1-爐膛；2-蒸發(fā)受熱面；3-汽包；4-過熱器；5-汽輪機汽壓對象生產(chǎn)流程如圖12-5所示，主蒸汽壓力PT受到的主要擾動來源有兩個，其一是燃燒率擾動稱為基本擾動或內(nèi)部擾動；其二是汽輪機調(diào)節(jié)閥門開度的擾動，稱為外部擾動。圖示系統(tǒng)由爐膛，蒸發(fā)受熱面(水冷壁)，汽包，過熱器和汽輪機等組成。工質(zhì)(水)通過爐膛吸收了燃料燃燒發(fā)出的熱量，不斷升溫，直接產(chǎn)生寶盒真去匯集丁汽包內(nèi)，最后通過過熱器成為過熱蒸汽，輸送到汽輪機做功。環(huán)節(jié)1:其輸入量為單位時間內(nèi)爐膛燃燒的燃料量M(kg/s),輸出量為單位時間內(nèi)傳給爐膛受熱面的燃料發(fā)熱量Q(kJ/s)，

13、乂稱爐膛熱負荷。在鍋爐運行中，當燃料量M發(fā)生變化時，送風量與引風量應(yīng)同時協(xié)調(diào)變化，這時的燃料量M的變化，表示鍋爐燃燒率的變化，Q的變化與燃燒率的變化(相當丁M的變化)成正比。燃料從煤斗下來落在爐排上，形成均勻的、有一定厚度的燃料層進行燃燒。所謂“火床”即是形象地表達了這種燃燒方式的特點。根據(jù)給煤量階躍擾動響應(yīng)曲線求得床溫被控對象的近似傳遞函數(shù)為：Wr(s)=,efs(2.1)M(s)1T1s燃燒和傳熱過程是一個復(fù)雜的化學物理過程，燃料量改變后，首先需要經(jīng)過一定的吸熱、燃燒、放熱時間，而后將熱量傳給受熱面的金屆管壁(輻射傳熱和對流傳熱同時進行)然后將熱量傳給鍋爐的汽水容積。根據(jù)熱力學定律，當物體

14、吸收熱量時其溫度將升高，并有下列等式成立(式中認為物體質(zhì)量為單位質(zhì)量)Q=CT(2.2)式中T溫度（K；C比熱（kJ/kg-K）；Q熱量（kJ）。由此得到汽壓被控對象環(huán)節(jié)1的近似傳遞函數(shù)為:Qr(s)Km_msW1(s)=*eM(s)1T1s(2.3)式中KMM變化引起Q變化的比例系數(shù)（kJ/kg）；TmM改變至Q變化的滯后時間（s）;TiM變化引起Q變化的慣性時間（s）;環(huán)節(jié)1的方框圖如圖2.2所示。圖2.2環(huán)節(jié)1方框圖M（s）降廣二|以s）*環(huán)節(jié)2的動態(tài)熱平衡方程式可以表示如下：Qrdt=(i-is)DdtWbdib(2.4)式中ib汽包水焰值（kJ/kg）；Wb汽包蓄水量（kg）。由丁鍋

15、爐內(nèi)飽和水的熱焰是飽和蒸汽壓力Pb的函數(shù)，即ib=f（Pb）將上式代入式（24）得：Qrdt=（i-is）DdtWb也*dPbIsd（Pb）d。業(yè)i-isi-isdt(2.5)環(huán)節(jié)2的輸入量取為熱量信號與蒸汽流量信號之差，輸出量為R,對式（27）進行拉氏反變換，得環(huán)節(jié)2的傳遞函數(shù)為:雙（S）=（=（2.6）Dq（s）D（s）CbS環(huán)節(jié)2的方框圖如圖2.3所示。2+c1做）福一氏）式中圖2.3環(huán)節(jié)2方框圖d（R-Pm）壓力變化增量（MP）；dD蒸汽變化增量（kg/s）;Rgr過熱器動態(tài)阻力（cm2/s）。Rgr的大小與D有關(guān)，隨負荷增加而增加。將式（210）進行拉氏變換，得到環(huán)節(jié)3的傳遞函數(shù)：W

16、3(s)=R(s)-Pm(s)(2.7)2.3.1內(nèi)擾下汽壓控制對象的動態(tài)特性圖2.2內(nèi)擾作用下的汽壓反應(yīng)曲線特點：(a) 有遲延，慣性，無自平衡能力。(b) 有遲延，慣性，有自平衡能力。2.3.2外擾下的汽壓控制對象的動態(tài)特性特點：(a) 無遲延，有慣性，無自平衡能力。(b) 無遲延，有慣性，有自平衡能力。2.4爐煙含量動態(tài)特性VL圖2.4送風量擾動下氧量階躍相應(yīng)曲線2.4.1爐膛負壓動態(tài)特性燃燒過程被控對象的被調(diào)量a和pf都是保證良好燃燒條件的鍋爐內(nèi)部參數(shù)。只要是送風量V和引風量G隨時與燃料量B在變化時保持適當?shù)谋壤湍鼙ＷCa和pf不會有多大變化。當送風量V或引風量G單獨變化時，爐膛負壓p

17、f的慣性很小。很近似地被認為是比例環(huán)節(jié)。當燃料量B或送風量(相應(yīng)的引風量)單獨改變時，燃燒經(jīng)濟性a也立即地發(fā)生變化。根據(jù)以上所述，這樣的動態(tài)特性是容易調(diào)節(jié)的。3燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1燃料控制系統(tǒng)燃料控制系統(tǒng)的任務(wù)是保證進入鍋爐的燃料量隨時與外界負荷要求相適應(yīng)，控制系統(tǒng)大都設(shè)計成申級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其接受的是鍋爐指令，反饋信號是熱量信號，控制的是給煤機轉(zhuǎn)速，以給煤機轉(zhuǎn)速代表煤量信號3.2.1燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)MEU伸曲同曹版另W4圖3.1燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)3.2.1.1暖爐油的調(diào)節(jié)燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖3-2所示，暖爐油流量與暖爐回油流量通過減法器輸出燃油總油量，輸出的燃油總油量一路與熱量信號作代數(shù)和。另一路與給定油

18、量作比較經(jīng)過PID調(diào)節(jié)，再通過高低限幅，輸出控制信號作用丁暖爐油流量調(diào)節(jié)閥，控制燃油總油量的大小。其中高低限幅是由暖爐油母管壓力與給定值經(jīng)過PID調(diào)節(jié)得出的值。當暖爐油母管壓力與給定值偏差過高時，跟蹤器選擇經(jīng)燃油總油量PID調(diào)節(jié)后的信號作為燃油的壓力。這樣保證燃油有足夠的壓力使油霧化，達到充分燃燒。暖爐油流量調(diào)節(jié)閥也可以通過手動進行調(diào)節(jié)。當暖爐油流量調(diào)節(jié)閥為手動時，由模擬信號發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)節(jié)量。3.2.1.2燃煤量指令的形成鍋爐負荷與總風量在小值選擇器中進行比較，選擇小者作為燃料量指令的定值信號。通過小值選擇器選擇定值信號的作用是為了保證鍋爐在燃燒過程中穩(wěn)定，鍋爐負荷指令與風量信號及燃煤量近似相

19、等，達到適當?shù)娜剂?風量靜態(tài)配比。3.2.1.3給煤指令的形成小值選擇器的輸出作為PID燃料控制器的給定值，熱量信號作為燃料控制器的反饋信號，同時小值選擇器的輸出還作為前饋信號送至加法器，以加快燃料量的響應(yīng)速度。調(diào)節(jié)得出給煤機轉(zhuǎn)速指令。當限制煤量增加或減少作用時，切換開關(guān)選通右邊的信號。3.2.2燃料調(diào)節(jié)一一測量系統(tǒng)凡始收日站煤機5K4*圖3.2燃料調(diào)節(jié)一一測量如圖3-3所示，進入鍋爐燃燒的總煤量由所有運行磨煤機的給煤量相加。當其中一臺給煤機測速變送器發(fā)生故障時，將直接產(chǎn)生給煤機轉(zhuǎn)速故障信號，送入邏輯控制系統(tǒng)，進行邏輯控制。為了防止給煤機檢修試轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)誤動，需要對該給煤機采取相應(yīng)的措施。3.

20、3總風量調(diào)節(jié)測量系統(tǒng)二次風管道有左右兩側(cè)，故二次風測量分左右兩側(cè)，每側(cè)的二次風量經(jīng)各自的二次風溫進行補償，兩側(cè)補償后的二次風相加稱為補償后總二次風量。補償后總一次風和補償后總二次風量相加，便得到補償后總風量測量值。如圖3-11所示。A送傾MrsICmhu:MK%I*IF2Hzth圖3.3總風量調(diào)節(jié)一一測量系統(tǒng)圖3-1,二次風量采用雙變送器測量，一個為主變送器，一個為副變送器，兩個變送器之間有偏差比較器。將兩臺送風機A、B補償后的二次風量相加便得到總二次風量。補償后總一次風加補償后總二次風，便得到補償后總風量測量值。補償后總風量再經(jīng)過氧量校正便得到校正后的總風量。4燃燒控制系統(tǒng)組態(tài)圖分析4.1燃

21、料量控制為了充分說明在燃燒控制系統(tǒng)中，燃燒量控制系統(tǒng)的工作流程瀾UM4風劇1叩1舊IUAT0U1ZS|明|舊即刮由1塞1叫1也UARUIZSD蹴臥腰辟ILHIB4U心LU12Se并im褂惜IUHIBS1AJ:W1ZSR航髓愜f滿luHIHtiUAJti.ilZS；:圖4.1燃料主控系統(tǒng)圖工作流程分析：T為切換開關(guān)，N為計數(shù)器，該燃料主控組態(tài)圖的整體作用是將A-F臺給煤機的運行狀態(tài)進行統(tǒng)計。然后進入計數(shù)器記錄下某時刻正在工作的給煤機數(shù)。然后送入總的切換開關(guān)進行判斷。丁此同時，求和器也將各個給煤機的工作狀態(tài)通過各自的切換開關(guān)進行判斷，然后送入求和器進行求和。最后，系統(tǒng)將其求和結(jié)果進行提取并除以計數(shù)

22、器同時收集到的數(shù)據(jù)，得到結(jié)果即為給煤機輸出的平均給煤信號，即平均位置信號。此時，整個系統(tǒng)的作用完成。4.1.2燃料主控"調(diào)為田押加成1北1lULRBUlCbWl1UERBU5CJ;IOIJi3IKJAO1DU0O3典1lULAliSLAAlllIMfl和辦職晰lilLAlAAlOlshl也lULAAlH地IVHL引臉碩皿IOLAE34AA1D1sb1(21QLA14IM101411/IIUJU42AA10IMfl幫十戟.希制q-iMMULtXi測1shj.4IUCJAUIDUW1sh!4圖4.2燃料主控系統(tǒng)圖工作流程分析：單元機組燃燒控制系統(tǒng)如圖3.1所示，在系統(tǒng)中采用鍋爐主控指令（燃料信號Pb）和總風量測量信號12共同輸入小值選擇器。經(jīng)過小值選擇器之后輸出為燃料量指令信號11作為圖4.3中PID調(diào)節(jié)器的SP端（煤量信號給定值）。同時，燃料量信號Pb,和煤量測量信號值信號9共同送入大值選擇器，經(jīng)過大值選擇器輸出為總風量的給定值信號14。并將總風量的給定值信號14繼續(xù)送往風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行調(diào)風量。丁此同時，煤量測量值信號9與油量信號BAD1/2進入求和疊加器，輸出為總?cè)剂狭啃盘栔档男盘?3。并將總?cè)剂狭繙y量值