直吹制煤粉炉燃烧控制系统的设计及仿真研究正文

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书

1.2.1 维持蒸汽压力稳定

锅炉蒸汽压力作为表征锅炉运行状态的重要参数，不仅直接关系到锅炉设备的安全运行，而且其是否稳定反映了燃烧过程中能量供求关系。在母管制运行方式下，考虑的是多台锅炉与多台汽轮机之间总的能量需求关系。以蒸汽母管压力代表这种关系。汽压控制任务是维持蒸汽母管压力为一定值。在单元制运行方式下，由一台锅炉向一台汽轮机供汽，机炉之间存在紧密联系。锅炉的蒸汽压力值与机组的运行状态及运行方式有关。因此锅炉的汽压控制与汽轮机的负荷控制是相互关联的。

1.2.2 保证燃烧过程的经济性

保证燃烧过程的经济性是提高锅炉效率的一个重要方面。目前燃烧过程的经济性是靠维持进入炉膛的燃料量与送风量之间的最佳比值来保证的。也就是要保证有足够的送风量使燃料充分燃烧，同时尽可能减少排烟造成的热损失。然而在许多情况下，对于进入炉膛的燃料量难以准确测量，加上燃料品种的变化，因此难以确定并维持燃料量与送风量之间的最佳比值。因而常采用控制烟气中过剩空气系数，或以其校正燃料量与风量之间比值的办法来保证燃烧过程的经济性。

锅炉炉膛压力反映了燃烧过程中进入炉膛的送风量与流出炉膛烟气量之间的工

质平衡关系。炉膛压力是否正常，关系着锅炉的安全运行。若送风量大于排风量（引风机的引风量），则炉膛压力升高，会造成炉膛往外喷灰或喷火，压力过高时会造成炉膛爆炸的危险。若排风量大于送风量，炉膛压力下降，不仅增加引风机耗电量，而且会增加炉膛漏风，降低炉膛温度，影响炉内燃烧工况。对于燃煤锅炉，为防止炉膛向外喷灰，通常采用微负压运行。对于燃油锅炉，通常采用微正压运行，以防止炉膛漏风，使烟气中过剩空气系数上升，造成过热器管壁腐蚀。

1.2.3 维持燃料系统正常运行

燃料系统，对于燃油锅炉来说，包括燃油的加温及加压系统，而对于燃煤锅炉而言，则包括制粉及输送粉系统。对于燃油锅炉及采用具有中间粉仓的燃煤锅炉，燃料系统可以相互独立运行，因而燃料系统的控制与燃烧过程的控制是相互独立的。但采用直吹制粉系统的锅炉的燃料系统与燃烧系统是紧密联系在一起的，因而其燃烧过程的控制，随着锅炉燃烧率的变化，不仅改变制粉系统的给煤量，同时相应改变各有关风量，以维持燃烧系统的正常运行。

综上所述，燃烧过程的几项任务是不可分割的。随着锅炉运行方式的不同，燃料系统和燃料品种的不同，其具体任务也有所不同。这些都将是燃烧过程控制系统的具体组成。

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1.3 汽压调节对象的动态特性

锅炉的燃烧过程是一个能量转换、传递的过程，也就是利用燃料燃烧的热量产生

汽轮机所需蒸汽的过程。主蒸汽压力是衡量蒸汽量与外界负荷是否相适应的一个标志。因此，要了解燃烧过程的动态特性主要是弄清汽压对象的动态特性。主蒸汽压力PM受到主要扰动来源有二：其一是燃料量扰动，称为基本扰动或内部扰动。其二是汽轮机耗汽量扰动，称为外部扰动。图1-4是其生产流程示意图。它是由炉膛1，蒸发受热面（水冷壁）2，汽包3和过热器4，汽轮机5组成。工质（水）通过炉膛吸收了燃料燃烧发出的热量，不断升温，直到产生饱和蒸汽汇集于汽包内，最后经过过热器成为过热蒸汽，输送到汽轮机做功。

图1-4 汽压对象生产流程示意图

已知汽压被控对象的方框图如图1-5所示。

图1-5 汽压对象的方框图

其中W5(s)=

1.25； 3(1?28s)Cb=70[kg/MPa]是汽包蓄热系数； CM=30[kg/MPa]是蒸汽母管容量系数； Rgr=1.5[Mpa/t/h]是过热器动态阻力系数； M—燃料量；

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DQ—热量信号； Pb—汽包压力； D—蒸汽流量； DT—汽轮机耗汽量； PM—主蒸汽压力

引起汽压变化的主要扰动为以燃料量为代表的燃烧率扰动和汽轮机耗汽量代表的外界负荷扰动。以下分析在燃料量扰动下及在汽轮机耗汽量扰动下汽压对象的动态特性。

1.燃料量扰动下汽压被控对象的动态特性

由图1-5，根据梅逊公式，此时汽压对于燃料量扰动的传递函数为

Pb?S??M?S??1?1?1???CbS?RgrCMS??111??CbRgrSCMRgrSGb?S???W5?S?

?RgrCMS?1(RgrCbCMS?Cb?CM)S?W5?S? （1-1）

111??CbSCMSRgrP?S?GM?S??M??W5?S? 11M?S?1??CbRgrSCMRgrS?1?W5?S? （1-2）

(RgrCbCMS?Cb?CM)S由以上两式，可得Pb、PM在燃料量扰动下的响应曲线如图1-6所示。

图1-6 DT不变时汽压在燃料量扰动下的响应曲线

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由于燃烧率变化后（例如阶跃增加），从炉膛热负荷增加，汽水循环加强到汽压上升，要有一个过程，所以汽压变化一开始有迟延，以后直线上升。由于燃料量增加后燃烧所放出的热量始终大于蒸汽流量所带走的热量，因此锅炉汽压调节对象是一个无自平衡能力的调节对象。由于过热器内蒸汽流量D不变；因而有?PM=?Pb，即PM与Pb以相同速度变化。

2.汽轮机负荷扰动下汽压被控对象的动态特性 DT扰动下，Pb、PM的传递函数为：

GbT?Pb(s)?1 （1-3） ?DT(s)(RgrCMCbs?CM?Cb)sGMT?(RgrCbs?1)PM(s) （1-4） ??DT(s)(RgrCMCbs?CM?Cb)s由以上两式可以看出，DT扰动下，Pb为反向积分特性，PM为反向比例加积分特性。均无自平衡能力。图1-7所示为DT扰动下Pb、PM的阶跃响应曲线。

图1-7 DT扰动下汽压响应曲线

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