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

第二章 燃烧控制系统基本方案

2.1 燃烧过程控制系统的基本组成原则

在不同情况下，燃烧过程控制的任务和对象不尽相同，然而归纳起来，可以看出燃烧过程控制系统组成的基本原则：

1.能迅速改变炉膛燃烧率，适应外界负荷变化。燃烧过程控制的主要任务之一是维持蒸汽压力稳定。由对象动态特性的分析可以看出，在外界负荷变化时，只有迅速改变锅炉的燃烧率，维持燃烧过程的能量平衡，才能保持蒸汽压力稳定。燃烧率的改变，主要是燃料量的改变，而蒸汽压力对于燃料量变化的响应，有一定的延迟时间，延迟时间?M的大小，受燃料系统的影响较大。因此对于变动负荷锅炉，以及采用延迟时间大的燃料系统锅炉，如直吹式锅炉，在设计燃烧控制系统时，如何迅速改变炉膛内燃烧率是不容忽视的。

2.能迅速并消除燃烧率扰动。燃烧率的扰动通常是指燃料量的自发扰动，这不仅影响蒸汽压力的稳定，在并列运行方式下，还会引起其它锅炉汽包压力Pb及锅炉负荷的变化，改变各锅炉运行工况。

3.确保燃料、送风和引风等参数协调变化。当燃烧率改变时，只有保持送风量与燃料量成比例变化，才能保证燃烧的经济性。只有保持引风量与送风量协调变化，才能保证炉膛压力稳定。因此确保燃料、送风、引风等参数协调变化是确保燃烧工况稳定必不可少的条件。

对于以上几点，在组成控制系统时，需根据锅炉本身特点及燃烧过程的具体情况，有所侧重。如对于带基本负荷锅炉燃烧系统，比较侧重提高经济性及运行工况的稳定性；对于带变动负荷的锅炉，则比较侧重对负荷变化的响应速度，而兼顾其它。

2.2 燃烧过程控制系统的基本结构

燃烧过程控制系统的基本结构图如图2-1所示。系统由主蒸汽压力控制和燃烧率

控制组成串级型系统。其燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制以及引风量控制等子系统组成。各子系统相互间构成比值控制关系。

压力控制的任务是维持主蒸汽压力PM稳定。主控制器PI1根据PM的变化，向燃烧率控制中各子系统发出负荷指令LD。以使锅炉燃烧率与外界相适应。

燃烧率控制的各子系统，根据燃烧率指令LD调节炉膛热负荷，并保持燃料、送风、引风等参数协调动作。其中燃料量控制和送风量控制两个子系统根据燃烧率指令分别调节进入炉膛的燃料量和送风量，保证炉膛热负荷满足外界负荷变化需要，同时

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保证燃烧经济性。引风量控制子系统根据炉膛压力PS调节引风量，由于炉膛压力能迅速反映送风和引风的扰动，因此根据炉膛压力调节引风量能够保证引风与送风的协调变化，维持炉膛压力稳定。

图2-1 燃烧控制系统结构图

2.3 单元制锅炉燃烧过程控制系统组成

单元制锅炉与汽轮机之间有着密切联系,锅炉的蒸汽压力控制与汽轮机功率控制存在相互关系,由单元机组协调控制系统控制。由协调控制系统根据机组运行状态，发出锅炉负荷指令。燃烧控制系统的任务是根据负荷指令LD，调整锅炉炉膛内燃烧率。

单元制运行锅炉燃烧的主要特点是：

1.单元制运行锅炉通常是大容量高参数锅炉，蓄热系数Cb较小，因此对于外界负荷的扰动，汽压变化的时间常数小，变化速度快。所以对单元制运行锅炉控制系统的组成，要求其燃烧控制有较高的响应速度。即负荷变化的适应能力，这对于保证汽压稳定是十分重要的。

2.由于单元制运行锅炉没有并列方式下各锅炉相互影响的问题，运行过程中允许汽压在一定范围内波动。特别是在滑压方式下运行时，汽压变化范围大。因此单元制运行锅炉燃烧控制系统的有关参数（也包括其他系统的有关参数），应加以温度及压力修正，以确保测量的精确性。

2.4 燃烧过程控制系统基本方案

2.4.1 “燃料-空气”系统

“燃料-空气”系统为燃烧控制系统的基本方案，其原理框图如图2-2所示。主调节器PI1接受主蒸汽压力信号PM，根据PM与给定值PM0的偏差，给出负荷指令LD。燃料调节器PI2和送风调节器PI3根据负荷指令LD，分别调节燃料量M和送风

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量V。引风调节器PI4接受炉膛压力信号PS，通过调节引风量Vs确保炉膛压力为给定值。

图2-2 燃料-空气系统

由于均采用比例积分规律调节器，静态时有：

PM0-PM=0 （2-1）

LD-KVV=0 （2-2） LD-KMM=0 （2-3） PS0-PS=0 （2-4）

显然，控制过程结束后，主蒸汽压力PM与炉膛压力PS均等于给定值。由式（2-2）及（2-3）两式，可得：

M1 （2-5） ?LDkM

kV?M （2-6） Mkv 即：燃料控制与送风控制两个子系统为比值控制系统。其作用是保持燃料量与负荷、送风量与燃料量之间的比值关系不变。式中KM，KV为燃料量与送风量的反馈系数。

该方案的优点是结构简单，整定方便。由于直接以燃料量信号代表燃烧率与负荷指令LD相平衡，因此在外界负荷变化时，能迅速改变燃料量，保持汽压稳定。

然而该方案燃料量控制与送风量控制的精度，依赖燃料与送风的准确测量。当发生燃料侧扰动，即燃料量自发改变和燃料品种变化，需由主汽压力调节器PI1改变负荷指令LD来消除。这对汽压稳定是不利的。而且无法保证风-煤之间最佳比值。

2.4.2 利用热量信号的燃料调节系统

1.理想热量信号

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对于煤粉锅炉，直接测量进入炉膛燃烧的煤粉量目前还有困难，或者很难做到精确计量，因此直接用燃料量作为调节的信号是不准确的。这样又研究出用热量信号来间接代替燃料量信号。因为燃料量发生变化后，炉内燃料燃烧产生的热量就要变化，它不仅影响锅炉的蒸发量，也将使汽压发生变化，引起锅炉的蓄热量随之发生变化。而蓄热量的变化和汽压的变化速度成正比。所以用蒸汽量和汽压的变化速度适当地综合，就可以代替燃料量。这样热量信号可用下式表示：

DQ=D+Cb

式中DQ—热量信号；

D—蒸汽流量； Cb—锅炉的蓄热系数； Pb—蒸汽压力； t—时间。

由于式（2-7）中所采用的是理想微分，所以按式（2-7）组成的信号又被称作理想热量信号，记作DQ理。

图2-3给出了理想热量信号在不同情况下的响应曲线。图中(a)为DQ对于燃料量扰动的阶跃响应曲线，(b)为汽轮机耗汽量DT扰动下DQ的阶跃响应曲线。显然，不论蒸汽流量D和汽包压力Pb在各扰动下如何变化，DQ都能正确反映照料量的变化。

dpbdt

（2-7）

(a) (b) 图2-3 热量信号在各种扰动下的响应曲线

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