华北电力大学600MW机组集控运行培训班 热控第三章 锅炉燃烧控制系统

1、1第三章 锅炉燃烧控制系统3.1 锅炉燃烧过程概述 3.2 中储式锅炉燃烧控制策略 3.3 中储式锅炉燃烧控制系统实例3.4 直吹式锅炉燃烧控制策略3.5 直吹式锅炉燃烧控制系统实例23-1 概 述3一、燃烧控制系统的基本任务电站锅炉燃烧过程实质是将燃料化学能转变为蒸汽热能的能量形式转换过程。燃烧过程控制的根本任务是使燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，并保证锅炉安全经济运行。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。在单元机组中，锅炉蒸汽压力控制与汽机负荷控制是相互关联的，锅炉燃烧控制系统

2、的任务是及时调整锅炉燃料量，使锅炉的能量输出与汽机为适应对外界负荷需求而需要的能量输入相适应，其标志是蒸汽压力的稳定。 42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重要方面，它是通过维持进入炉膛的燃料量与送风量之间的最佳比值来实现，即在有足够的风量使燃料得以充分燃烧的同时，尽可能减少排烟造成的热损失。3维持炉膛压力稳定 锅炉炉膛压力是否稳定反映了燃烧过程中进入炉膛的风量与流出炉膛的烟气量之间的工质平衡关系。若送风量大于引风量，炉膛压力升高，太高的压力会造成炉膛向外喷火；反之，送风量小于引风量炉膛压力下降，过低的压力会造成漏风而降低炉膛温度，影响炉内燃烧工况，经济性下降。所以说

3、，炉膛压力是否在允许范围内变化，关系到锅炉的安全经济运行。5锅炉燃烧过程的上述三项控制任务是不可分开的，它的三个被控参数（被调量）（即蒸汽压力、过剩空气系数或最佳含氧量、炉膛压力）与三个调节量（即燃料量、送风量、引风量）间存在着关联。因此燃烧控制系统内的各子系统应协调动作，共同完成其控制任务。 二、汽压被控对象的动态特性（1）燃烧率扰动下的汽压动态特性。保持汽机调节阀开度不变，阶跃变化燃料量M： 6燃料量扰动下的汽压对象的动态响应曲线 7（2）汽机调门开度扰动下的汽压动态特性 汽机调节阀开度扰动下的汽压响应曲线 锅炉燃料量不变，汽机调门开度阶跃变化。 8三、燃烧控制系统组成的基本原则 （1）燃

4、烧控制系统在外界负荷需求改变后应立即改变锅炉的燃料量，维持燃烧过程的能量平衡。然而，主蒸汽压力对燃料量的响应呈现较大的迟延和惯性，特别是采用直吹式制粉系统的燃烧过程，如何迅速改变燃烧率至关重要。9 （2）燃烧控制系统应能迅速发现并消除燃料量的自发扰动，维持主汽压力稳定。 （3）当外界负荷需要改变时，锅炉的送风量和引风量应与燃料量协调动作，使锅炉燃烧经济性指标及炉膛压力参数保持平衡，即锅炉燃烧工况的稳定。 （4）对于单元制运行的锅炉允许主汽压力在一定范围内波动，特别是滑压运行时汽压变动范围更大。故，系统中有关参数应加以温度和压力的修正，以提高参数测量的精确性。10四、直流锅炉的燃水比控制 在直流

5、锅炉中，一次工质在给水泵压力作用下，经省煤器加热后，进入下辐射区蒸发为湿蒸汽，再经对流过渡区、上辐射区和对流过热区加热成过热蒸汽，送至汽轮机。可见，直流锅炉是由各受热面及连接这些受热面的的管道组成。其汽水流程中没有汽包和锅内小循环回路。 直流锅炉没有汽包，整个锅炉是由许多管子并联，然后用联箱连接串联而成。在给水泵的压头作用下，工质顺序一次通过加热、蒸发和过热受热面。进口工质为水，出口工质为过热蒸汽。由于没有汽包，所以在加热和蒸发受热面之间，以及在蒸发和过热受热面之间都没有固定的分界线。 11 从控制特性角度来看，直流锅炉与汽包锅炉的主要不同点表现在燃水比例的变化，引起锅炉内工质储量的变化，从而

6、改变各受热面积比例。影响锅炉内工质储量的因素很多，主要有外界负荷、燃料流量和给水流量。保持燃料量与给水流量之间比值关系不变，保证过热汽温为额定值。 1微过热汽温(中间点温度)动态特性 过热蒸汽温度能正确反映燃水比例的改变，但存在较大的迟延，通常为 400s左右；因此不能以过热蒸汽温度作为燃水比例的控制信号，通常采用微过热汽温作为燃水比例的校正信号。在这个意义下，微过热汽温的动态特性具有特殊的重要性。微过热汽温在给水流量扰动和燃料量扰动下具有相似的动态特性，如下图所示。 12图. 微过热汽温动态特性响应曲线（a）燃料量扰动；（b）给水流量扰动；13 (1) 燃料量扰动下微过热汽温动态特性 图(a

7、)为燃料量扰动下不同压力等级直流锅炉微过热汽温 的响应曲线。对于次高压直流锅炉，由于蒸发受热面比例较大，附加蒸发量比高压直流锅炉的要多，而过热段较短，使微过热汽温 在初始阶段有所下降，如图中曲线1所示。同时，过热段较短又使得微过热汽温变化的惯性小，经附加蒸发量影响之后，曲线很快趋于稳定值。随着压力等级的提高，附加蒸发量减少，曲线逐渐无明显反向变化。而过热段的加长使惯性和迟延有所增加。14 (2) 给水流量扰动下微过热汽温动态特性 直流锅炉微过热汽温在给水流量扰动下的响应曲线与燃料量扰动下的阶跃响应曲线相似，迟延时间基本一样。对于次高压直流锅炉，在给水流量扰动下，由于附加蒸发量较大，在初始阶段也

8、有反向变化现象，随着压力等级的提高，反向变化现象逐渐减小时，惯性和迟延逐步增加。 结论：微过热汽温在给水流量扰动和燃料量扰动下具有相似的动态特性。 152. 微过热汽温的选择 图. 蒸汽等温线的焓值与汽压的关系 16 以微过热汽温作为燃水比的校正信号时，其过热度的选择是非常重要的。从控制系统品质指标的角度考虑，所取的微过热汽温过热度越小，迟延越小。然而，由上图所示蒸汽等温线上焓值与汽压关系曲线可以看出：若焓值小于2847kJkg（680kcal/kg），则图中虚线以下，曲线进入明显的非线性区，汽温随焓值变化的放大系数明显减小，而受汽压变化的影响很大，变得不稳定。这影响微过热汽温对于燃水比例关系

9、的代表性。 经验证明，微过热蒸汽的焓值在2847kJ/kg左右时，其特性比较稳定。微过热汽温的推荐值与汽压的关系如下图 所示: 17 按照反应较快和便于检测等条件，通常在过热段的起始部分选取一个合适的地点，根据该点工质温度来控制燃水比。这一点称为中间点，中间点汽温变化的时滞应不超过3040s。但应说明，在不同负荷时，中间点的汽温不是固定不变，而是机组负荷的函数。图. 微过热汽温推荐值与压力的关系 18 3燃水比控制方案 （1）方案一 以燃料调节器作为负荷调节器，而以给水调节器作为汽温粗调。即采用以燃料量作为主动流量，调节锅炉负荷，以给水流量作为从动流量，跟随燃料量变化，保持燃水比例不变，调节微

10、过热汽温的配对选择方案。 燃料量变化之后，由送、引风控制系统相应协调改变送风量与引风量，保证燃烧过程经济性及炉膛压力稳定。此控制过程及系统以及通过喷水减温校正过热汽温的控制过程及系统与汽包锅炉相同。 1920 （1）由单回路调节系统调节汽机调节汽门开度 ，维持机前蒸汽压力 为给定值 。考虑到汽机本身带有独立的调节系统，接受汽轮机转速信号，当电网频率f变化时，改变汽门开度 ，维持汽轮机转速，显然，这对于汽压稳定是不利的。因此，调节器PI1引入电网频率f的微分信号，以抵销或减弱调节系统的动作，稳定汽压。 21 (2) 燃料量调节与给水流量调节均采用串级调节系统。PI2接受机组功率指令信号与机组实际

11、功率，以功率偏差信号经PI2输出，作为锅炉燃烧率（或锅炉负荷）的修正指令，与机组功率指令相加，组成锅炉燃烧率（或负荷）指令LD，燃料调节器PI3根据LD调节燃料量，同时克服燃料量的扰动。22 注意：对于燃煤锅炉，可采用热量信号代替燃料量信号，反映燃料量的自发扰动。热量信号中的汽包压力信号可采用汽水流程的中间点压力信号代替。 （3）燃水比调节系统中，由主调节器PI4维持作为燃水比例标志的微过热汽温为给定值，发出给水流量修正指令。副调节器PI5根据前馈信号燃料量信号，以及PI4输出的流量校正信号调节给水流量，确保燃水比例不变。 23 特点：当燃料量发生扰动时，燃料和给水调节器都将动作，从而使由燃料

12、量内扰而引起的温度偏差由给水流量变化来消除。适用于燃用劣质煤和给粉机运行不稳定的锅炉，因为没有给水调节系统的配合动作，是难以保证过热汽温的稳定的。 由于燃水比调节系统与功率控制系统之间是相互关联的，燃料量信号作为前馈信号引入给水流量调节器PI5，起着串联解耦的作用。由串级系统分析方法，考虑两个系统中作为内回路的燃料量调节回路和给水流量调节回路，调节过程的快速性，其内回路可等效为比例环节而归于等效调节器或等效对象内。24 （2）方案二 以改变给水流量作为负荷的调节手段，而以燃料量跟踪给水流量，保持规定的燃水比，作为过热汽温的粗调。 主控系统通常采用协调控制方式，控制机组功率和蒸汽压力。单元机组功

13、率控制的任务是能迅速改变汽机功率，以满足外界负荷的需要，而汽压控制的任务是保持锅炉出口压力（或机前压力）稳定。主控系统通常采用协调控制方式，控制机组功率和蒸汽压力。单元机组功率控制的任务是能迅速改变汽机功率，以满足外界负荷的需要，而汽压控制的任务是保持锅炉出口压力（或机前压力）稳定。 25 1）主控制系统采用和差解耦系统。将功率偏差信号和压力偏差信号同时引入汽轮机调节器PI1及锅炉主控制器PI2。当出现功率偏差时（功率指令增加），功率偏差信号通过PI1和PI2同时增大调节汽门开度和锅炉负荷指令LD，考虑到锅炉负荷的变化具有较大迟延，功率指令经PD调节器后作为前馈信号与PI2输出相加。 2.控制

14、方案及分析 （1）主控制系统 2）当压力出现偏差时，偏差信号通过PI1 减小汽轮机调节汽门的开度，而通过PI2增大锅炉的负荷。由于两个偏差信号引入PI1的方向相反，负荷变化时，在调节的动态过程中，允许压力保留一定偏差，以利用锅炉蓄热，同时由压力偏差信号限制小开得过大，保持一定功率偏差，以防止汽压波动过大。 26（2）锅炉负荷控制及燃水比控制两个子系统 对于直流锅炉来说，给水流量的改变可以有效的改变蒸汽流量。 因此该方案以给水流量作为主动流量，调节锅炉负荷。以燃料量作为从动流量，跟随给水流量变化，调节燃水比及汽温。 图. 锅炉控制系统框图 加热段某点水温代表烟气温度27 1）负荷控制采用单回路调

15、节系统，由调节器PI3根据负荷指令LD调节给水流量。以给水流量信号W代表锅炉负荷与LD相平衡。燃水比控制仍采用串级型比值控制系统，由副调节器PI5根据给水流量的变化调节燃料量，然后由主调节器PI4根据微过热汽温对燃水比例进行校正。28 2）微过热点工质的汽温是其焓值及压力的函数。对于带变动负荷的机组，尤其是变压运行机组，压力变化范围较大，要保持微过热点工质焓值不变，当压力变化时，应按图58所示的汽温一压力关系曲线改变微过热汽温给定值。因此将微过热点压力信号 经函数转换器引入PI4，作为微过热汽温的给定值。 29 3）考虑到燃料量内扰很大，对于燃煤锅炉，燃料量无法准确测量。因此内回路难以有效克服

16、燃料量扰动。系统中引入烟气温度 信号经微分器后作为导前微分信号引入PI4，补偿（克服）燃料量扰动时微过热汽温变化的迟延。这既有利于克服内扰，也有利于改善汽温调节品质。采用烟气温度作为导前微分信号反映燃料量扰动的关键，在于能否设计出能够长期稳定运行，并且反应快的热电偶装置。一般情况下，也可采用汽水流程中加热段某点水温信号 作为导前信号。 4）给水流量信号引入调节器PI5，并适当调整与燃料量信号之间的比例系数，可以认为消除了给水流量变化对微过热汽温的影响。30 （3）方案三 系统采用“和差”解耦，以消除汽压与汽温两个系统之间的关联，是汽压、汽温完全解耦控制系统的方案之一，如下图所示。 31 1)压

17、力偏差 与汽温偏差 同时引入调节器PI1和PI2。PI1与PI2的输出和机组负荷指令LD相加，作为给水流量与燃料量的给定值引入PI3与PI4，调节给水流量与燃料量。32 2）机组负荷指令改变（增加）时，首先通过 PI3和PI4增加给水流量和燃料量。这不仅有利于保持微过热汽温不变，而且有利于尽快改变锅炉负荷，保持汽压稳定。 3) 汽压偏低时，汽压偏差信号使调节器PI1和PI2输出增加，增加给水流量和燃料量。当微过热汽温偏低，由偏差信号 使PI1输出减少而PI2输出增大，因而减少给水流量及增加燃料量。由于给水流量与燃料量对汽压作用方向相同，而对汽温作用方向相反，因而可以迅速校正微过热汽温，保持汽压

18、稳定。33 （4）方案四 采用串联解耦法，实现汽压、汽温解耦控制。由调节器PI1和PI2分别校正汽压与微过热汽温。 PI1和PI2两个调节器的输出同时引入PI3和PI4，这使得校正汽压和汽温的过程中，燃料量与给水流量协调动作，以保持汽温与汽压稳定。工作过程与方案三相同。343-2 中储式锅炉燃烧控制策略35一、概述中间储仓式锅炉的燃料系统和燃烧过程是相互独立运行的。燃料系统的任务是将原煤制成煤粉并存入煤粉仓；进入炉膛的燃料量是由给粉机将存于煤粉仓的煤粉送入炉膛。二、制粉控制系统 中储式钢球磨的控制。 36 燃煤火力发电厂进入锅炉炉膛的是磨碎的煤粉，将原煤块磨成煤粉的机械就是磨煤机。目前在电厂中

19、采用的磨煤机有钢球磨煤机、竖井式磨煤机、风扇磨煤机等。 原煤进入磨煤机被磨成煤粉，由送入磨煤机的风作为动力，将煤粉送入煤粉仓储存起来。37 （一）控制任务 (1) 保证磨煤机磨成煤粉的细度符合规定，在我国煤粉细度是用70号筛子上煤粉颗粒的百分数（R70%）来表示。煤粉太粗会增加机械未完全燃烧损失；煤粉太细又会增加磨煤机的耗电量。因此，煤粉细度是制粉系统的主要的质量指标。 38 (2) 解决煤粉的输送和防爆，必须对磨煤机出口风粉混合物的温度提出要求。如果磨制的煤粉温度过高，则容易引起自燃而导致煤粉爆炸；煤粉温度太低，即意味着煤粉因流动性差而无法采用气力输送，且易积粉。如果保证了风粉混合物的温度不

20、变，则煤粉的湿度也基本上保持不变。 39 (3) 力求降低磨制每吨煤粉的耗电量，提高经济性。钢球磨煤机制粉的耗电率除了与煤粉细度有关外，还与钢球的装载量、煤的装载量有关，与煤种、管道阻力、制粉系统的漏风量也有关。因此，要保持磨煤机处于最佳出力的工作状态，则必须及时消除来自各方面的扰动。40 1) 给煤量扰动 制粉系统运行中常会发生因煤块过大、煤太湿、给煤机工作不正常以及管道布置不合理等造成的断煤现象；此外还有通风阻力变化引起的通风量变化和煤粉细度的波动。 在通风量一定时，磨煤机装煤量不仅影响煤粉细度R70%，而且影响磨煤机出力B，它们之间的关系如图所示。在保证煤粉细度符合要求的前提下，为使磨煤

21、机有最大出力，应保持磨煤机的装载量为最佳值。41 2通风量扰动 进入磨煤机的风量变化将引起磨煤机出力B以及煤粉细度R70%的变化，其关系曲线如上图所示。在其它条件不变时，可通过控制磨煤机入口负压来调整通风量。在保证煤粉细度符合要求的前提下，加大通风量可提高磨煤机的出力。 Gm-B曲线 Gm与R70%和B的关系 装煤量磨煤机出力风量细度42 3原煤水分的扰动 进入磨煤机原煤水分的变化将直接影响煤粉的湿度，使煤粉湿度保持在一定范围，既有利于储存和输送，又有利于保证磨煤机的最大出力。因此对不同水分的原煤要向磨煤机加入不同的热风，在不产生煤粉爆炸的前提下，尽量减小煤粉的湿度。（二）控制系统组成 根据磨

22、煤机装煤量扰动、通风量扰动和原煤水分扰动的分析，磨煤机控制设计有三个控制回路，即磨煤机负荷控制回路、磨煤机入口负压控制回路和磨煤机出口温度控制回路，三个回路均设计为单回路控制系统。43 1磨煤机负荷控制系统 由于钢球磨在不同出力工况下，其耗电量变化较小，因此在保证煤粉细度的前提下，应使磨煤机工作在最大负荷下。磨煤机装煤量目前尚无直接的且准确的测量手段，一般采用间接方法，如磨煤机前后的压差代表装煤量。磨煤机负荷控制方案 （a）（b）（c）风粉混合物流量D44 方案(a): 工作原理是，磨煤机差压信号pm经排粉机前节流元件差压p修正后的信号C作为被调量；被调量C与其给定值R比较后的差值信号E送到比

23、例积分调节器，经运算后输出控制信号U。控制信号U作用到给煤单元控制给煤机，从而改变进入磨煤机的原煤并保持在最佳值。 磨煤机差压pm与装煤量之间有球磨机阻力系数 风粉混合物流速 节流元件差压p与装煤量之间有节流元件阻力系数 过节流元件的气体流速 45其中： 以比值C作为球磨机负荷控制系统的被调量，目的是消除气体的流速等因素对磨煤机差压的影响。实际上，球磨机的制粉系统是负压运行，球磨机本身负压较小，而排粉机进口负压较大，故漏风量对pm的影响较小，对p的影响却较大。因此，比值C并不能消除漏风对装煤量的影响，即测量误差仍然存在；只有在漏风量一定的条件下，经过p修正后的磨煤机差压pm才能较准确地反映装煤

24、量。46 此外，给煤量改变时首先改变的是磨煤机喉部阻力，之后才改变煤位。如给煤量增加，磨煤机喉部阻力增大，机身筒内的流速降低，故磨煤机差压首先减小；在磨煤机内存煤量增多之后，差压才开始增大。由此可见，在给煤量扰动之后，响应有一段时间的虚假信号，且扰动量越大这种虚假现象就越严重。Gm与Im和B的关系 球磨机的负荷特性 磨煤机出力装煤量装煤量47 方案（b）: 工作过程是，用磨煤机工作电流变化来间接反映装煤量的变化，磨煤机的工作电流经转换器转换成电压信号，然后与其给定值R比较，其偏差值E送入比例积分调节器运算，控制信号U通过执行机构改变进入磨煤机的原煤量。如上图（b）。 由于球煤机工作电流变化较小

25、，所以电流电压转换器应有较高的灵敏度。此外，还要每天按时给磨煤机加钢球，以避免钢球重量变化对磨煤机工作电流产生影响。48 方案（c）： 对磨煤机而言，原煤量是流入物质，而风粉混合物则是流出物质。引入风粉混合物流量D的磨煤机负荷控制系统如上图 (c)。方案（c）中，磨煤机差压pm与风粉混合物流量信号D综合后作为负荷控制系统的被调量，其工作过程与方案（a）、（b）一样。风粉混合物流量信号是保证干燥风量的信号，在D保持不变时，pm越大，磨煤机装煤量越大。 方案（d）： 对磨煤机而言，装煤量越大，噪声越小，通过测量磨煤机的噪声，来实现磨煤机负荷的控制，其工作过程与方案（a）、（b）、（c）一样。磨煤机

26、的噪声越大，磨煤机装煤量越小。 49 2.磨煤机入口负压控制系统 磨煤机入口负压控制的目的是维持制粉系统的通风量，同时保证制粉系统各点负压。制粉系统负压过大则增加漏风量，负压过小又会出现漏粉。 左图是磨煤机入口负压控制系统组成原理方框图。磨煤机入口负压p负作为被调量，与其给定值R求偏差后送入比例积分调节器运算，调节器输出的控制作用U通过执行机构改变冷风挡板开度，从而改变磨煤机通风量以维持入口负压在给定值。50 3磨煤机出口温度控制系统 磨煤机出口温度控制系统如左图。其组成原理及工作过程与入口负压控制系统是一样的，它是通过改变热风门挡板开度调整热风量来控制出口温度的。 对磨煤机出口温度来说，在热

27、风门开度变化后，其温度变化有一定的延迟和惯性，然而单独调整还是比较容易维持被调量的。但是，在热风量变化后进入磨煤机的通风量（热风量+冷风量）即随之变化，从而磨煤机入口负压也变化。实际上，在调整冷风量以维持入口负压时，也就影响了磨煤机出口温度。51 可见这两个系统之间是相互影响的，作为一个整体考虑时，这是一个双输入双输出的多变量系统。因此要想获得较好的调节效果，仅仅采用上述两个单回路系统是不够的。一般地，从负压控制系统中要引出冷风挡板位置指令信号，并以前馈的方式作用到热风挡板位置控制回路，使磨煤机出口温度控制系统改变为前馈加反馈的负荷控制系统，这样可以补偿冷风门开度对出口温度的影响。 对于磨煤机

28、控制回路来说，设计一个三输入三输出的多变量控制系统是合理的，可收到比三个独立的单回路控制系统要好得多的调节效果。52三、燃烧控制系统 1采用热量信号的燃烧控制系统 以热量信号DQ代替燃料量信号M 热量信号与进入炉膛的燃料量M间呈比例关系，仅在时间上存在迟延。因此，用热量信号代替燃料量信号是可行的。53锅炉主指令（燃烧率指令） 烟气中的实际含氧量 锅炉蒸汽流量 热量信号 进入炉膛的实际风量 炉膛压力 给粉机转速指令 送风指令 引风指令 “燃料空气”燃烧控制方案，又称“热量氧量”的燃烧控制 经热值修正后的给粉机转速信号 54工作过程： (1)当BD增加时，调节器PI1动作，增大给粉机转速增加燃料量

29、；PI2动作增大送风量，PI2输出的增大，经前馈通道增大引风机位置指令，增大引风量，引风量与送风量成比例变化，送风量与燃料量成比例变化。 (2)由热量信号DQ反映的进入炉膛燃料量与指令BD不相等时，比例积分特性的调节器PI1输出指令就继续增加，直到DQ与BD平衡为止。同样，风量调节器PI2的作用保证风量与主指令相平衡，而炉膛压力调节器PI3则保证炉膛压力Pf等于设定值。55 (3)风量控制子系统是由PI2、PI4组成的串级系统，其中PI2为内回路调节器，PI4为外回路调节器。由于燃烧控制系统的一个重要任务是保证燃烧的经济性，即燃料量与风量应有最佳的匹配。在该燃烧控制系统中，风量和燃料量是成比例

30、变化的，然而当煤种变化其发热量偏离其设计值时，这种成比例变化显然难以保证经济燃烧。 56 (4)燃烧的经济性可通过过剩空气系数或烟气含氧量反映，即保证燃烧过程中有最佳的烟气含氧量，无疑就保证了燃烧过程的经济性。调节器PI4的被调量是烟气含氧量 ，其目标值是锅炉蒸汽流量D经函数f（x）标定后给出的，即在不同的负荷下烟气含氧量应具备的最佳值。当实际含氧量偏离目标值时，PI4输出变化经乘法修正进入炉膛的实际风量，再次调整进入炉膛的风量，使 等于当前负荷下的最佳值。热量信号的运算实现：汽包压力 注：其实本身是一个实际微分 57 2采用给粉机转速信号的燃烧控制系统 基本点：采用给粉机转速信号代替进入炉膛

31、的燃料量信号。 不仅是因为通常情况下给粉机转速与给粉量成正比，而且在负荷扰动时给粉机转速信号要比热量信号反应快，对负荷侧扰动的适应性强，能使燃料控制子系统快速平衡下来。 系统特点：热量信号代替燃料量信号，并对风量施以氧量校正；能消除燃料自发扰动的影响。 经热值修正后的给粉机转速信号 热值校正回路 58结构分析：给粉机实测转速信号经乘法器运算后输出信号nQ。比较器、积分器I、乘法器组成一个闭合系统，其输入信号为热量信号DQ。根据积分特性，稳态时积分器输入信号必为零，即nQ=DQ，这表明在一定意义上nQ代表着热量信号，因而该方案具备采用热量信号的控制系统特征。加入这种热值修正功能，不仅能消除煤种变

32、化的影响，而且可消除给粉机转速自发变化的影响等。对于燃烧过程，无论是煤种变化，还是给粉机转速自身改变，都表现为炉膛发热量的变化，如DQnQ，积分器输出增大， 的乘法系数增大，nQ增大。在燃料子系统中，nQBD，调节器PI1输出减小，降低给粉机转速，减小进入炉膛的燃料量。当锅炉主指令BD增加时， 增大，nQ增大，因而DQ也增大，积分器输出基本不变。593-3 直吹式锅炉燃烧控制策略60一、直吹式锅炉燃烧过程的特点 不存在中间储煤仓，制成的煤粉直接送入炉膛，这样省去了细粉分离器和中间储粉仓而节约投资。 直吹式锅炉制粉系统所采用的磨煤机有钢球磨、中速磨、竖井磨和风扇磨。 钢球磨：运用于可磨性差的煤种

33、，运行中要求维持一定的装煤量，但适应负荷变化的能力差，通常用于带基本负荷的锅炉。 中速磨、竖井磨：通常用于带变动负荷的锅炉，具有一定装煤量。 风扇磨：通常用于带变动负荷的锅炉。61二、直吹式制粉系统结构类型 原煤仓自动磅秤给煤机磨煤机煤粉分离器一次风箱至燃烧器的煤粉管道燃烧器锅炉送风机空气预热器热风管道冷风管道排粉机二次风门冷风门磨煤机密封风门特点：排粉机14在磨煤机4之后，磨煤机在负压下工作。其优点是不会往外喷粉，工作环境比较干净。但排粉机叶片容易磨损。 1.负压直吹系统 62原煤仓自动磅秤给煤机磨煤机煤粉分离器一次风箱至燃烧器的煤粉管道燃烧器锅炉送风机空气预热器热风管道冷风管道排粉机二次风

34、门冷风门磨煤机密封风门密封风机 2.正压直吹系统 63 特点： 排粉机14在磨煤机4之前。磨煤机在正压下工作。这样解决了排粉机的磨损问题，但由于排粉机在200300高温下工作对其结构有特殊要求。 磨煤机在正压下工作，需解决密封问题，这通常是比较困难的。 64原煤仓自动磅秤给煤机磨煤机煤粉分离器一次风箱至燃烧器的煤粉管道燃烧器锅炉送风机空气预热器热风管道冷风管道二次风门3.风扇磨直吹系统 特点：风扇磨本身具有排粉功能，省去了排粉机，使整个系统变得简单。 一次风压受总风压干扰很大，这对于风扇磨的正常制粉及送粉是不利的。 65三、直吹式锅炉汽压生产过程 直吹式制粉系统共同之处在于省去了细粉分离器和中

35、间储粉仓，煤粉直接由磨煤机吹入炉膛燃烧。一次风由磨煤机前引入，其风量大小直接影响磨煤机的工作。 66四、直吹制粉系统的锅炉特点 （1）具有直吹制粉设备的锅炉，其磨煤机与锅炉紧密地联系在一起。 在稳定运行时，进入磨煤机的原煤量等于送入炉膛的煤粉量，并与负荷要求相适应。调节进入磨煤机的原煤量就等于调节进入炉膛的煤粉量。 因此，可以用原煤量作为控制变量。对于带基本负荷的锅炉可以配备球磨直吹设备，而带变动负荷的锅炉多配备中速磨、竖井磨或风扇磨的直吹制粉设备，至于采用哪种磨，应视煤的可磨性而定。 67 （2）直吹制粉设备的调节机构（如给煤机，一、二次风门）都设立在磨煤机前面，而磨煤机磨出的煤粉要分别进入

36、不同的管道送至喷燃器。 中间粉仓式锅炉：由于一、二次风门均设立在磨煤机之后，给粉机可均匀地向各喷燃器送粉，因而保证各喷燃器的风煤比例是比较容易实现的。 如何保证直吹式锅炉煤粉均匀地送入各喷燃器以及保证各喷燃器的风、煤比例，这是设计直吹制粉设备燃烧控制系统必须注意的问题。68 （3）为了更快地适应外负荷扰动，每个磨煤机的输出煤粉量，即进入炉膛的煤粉量，首先是依靠改变经过磨煤机的一次风量来调节的（风扇磨例外），因为一次风的变化可很快地将磨中的蓄粉吹出，暂时满足负荷变化的需要。为很好地输送煤粉，必须保持一次风的速度，但是为使喷燃器出口有满意的火焰形态和有比较稳定的炉膛火焰中心，就要限制一次风的调节范

37、围，其中球磨机的一次风调节范围可稍大于其他几种磨煤机。因此必须对磨煤机一次风调节范围进行限制，不能高于或低于一定数值。 69 （4）磨煤机控制系统：保持磨煤机出口的煤粉量与一次风量的比值，同时防止给煤机由于过量的给煤而堵塞。 给煤机必须能连续均匀地改变给煤量，给煤量的变差应尽可能小，其特性曲线应是线性的，而不是阶跃式的。虽然后者对磨煤机制粉工况影响不大，但它使进入喷燃器的一次风的风煤比波动，从而使燃烧工况不稳定。 磨煤机控制系统的其它子系统是控制出口温度，调节一次风压和轴封风压等。 （5）燃烧控制系统必须保证各并列运行磨煤机带上它们所能承担的不同负荷。由于并列运行磨煤机在工作期间本身的条件会产

38、生变化，因而燃烧控制系统在给它们加减负荷时，应视各磨煤机的具体情况发出不同的负荷指令。 70五、直吹式中速磨控制 原煤通过给煤机进入磨煤机被磨成煤粉，由送入磨煤机的风作为动力，将煤粉经喷燃器送入炉膛燃烧。 如：一些电厂的制粉系统采用正压直吹系统。制粉系统主要由下列设备组成：6个原煤仓，6台电子称重式给煤机，6台中速磨煤机。711. 中速磨工作原理有两个相对运动的碾磨部件组成，部件在弹簧力、液压力或其它外力作用下，将原煤挤压、碾磨。碾磨下部部件的转动，产生离心力，把煤粉送到风环。热空气将煤粉带到磨煤机上部的分离器。粗煤粉被分离出来，回磨煤机再磨。热风具有两重作用：输送煤粉、干燥煤粉。少量杂物在离

39、心力作用下，送到风环后，不能被热风托起，落入杂物箱。722. 磨煤机控制系统磨煤机的控制包括磨煤机的给煤量控制、一次风量控制和冷风量控制(磨煤机出口温度控制)。（1）给煤量控制 通过改变给煤机转速，并接受所供一次风量的限制，来调整燃烧率。73煤主控 1) 下列情况下煤主控强制手动：总风量信号故障、实际燃料量信号故障、送风机都不在自动、给煤机自动少于2台。 2) 煤主控根据锅炉主控输出、给煤量偏置和由总风量确定的燃料量小选与经过部BTU修正总料量偏差控制煤量输出，改变在自动状态下运行的给煤机出力。锅炉加负荷先加送风，后加煤；减负荷先减煤，后减风的风煤交叉限制功能。 3) 煤主控输出100%对应锅

40、炉燃料量300t/h74 4) 煤主控自动投入方法： 在FM画面选择 “1A”，选中标签1LAFUEM/A5570 （描述：FUEL MASTE STATION燃料主控控制站） 操作面板，检查无 “强制手动信号”，在操作键盘按“AUTO”，自动即可投入。 5) 当自动启动顺控发出煤主控投入自动时，没有强制手动条件煤主控投入自动。 757677给煤机煤量控制 1）下列情况下给煤机煤量控制强制手动：磨煤机热风调节门不在自动，磨煤机冷风调节门不在自动。 2）给煤机煤量控制根据煤主控输出和由一次风风量确定的给煤量小选，改变给煤机出力。实现磨煤机加负荷先加一次风，后加煤；减负荷先减煤，后减风的功能。 3

41、）煤主控输出100%对应锅炉燃料量60t/h。78 4）给煤机煤量控制自动投入方法： 在MAC1画面选择 “1A”，选中标签1LAFUEM/A5670 (描述：FEED F COAL DMD STATION给煤机煤量指令控制站) 操作面板，检查无 “强制手动信号”，在操作键盘按“AUTO”，自动即可投入，检查在自动状态运行的给煤机出力相同。在操作键盘按“SET”，即可用或直接输入设定偏置。根据需要改变给煤机的给煤量。 7980磨煤机磨辊加载压力控制 1）下列情况下磨煤机磨辊加载压力自动控制强制手动：给煤机停止，磨辊加载压力信号故障。 2）根据磨煤机给煤量对应的磨辊加载压力设定值与磨辊实际加载压

42、力的偏差调节输出控制比例溢流阀的开度。 3）在MAC1画面选择 “2A”，选中标签1LBMLAM/A1690 (描述：A MILL ROL PRS CTL STA 磨煤机A磨辊压力控制站) 操作面板，检查无 “强制手动信号”，在操作键盘按“AUTO”，自动即可投入。 8182 （2）一次风量控制 每台磨煤机均有一次风量测量，并用一次风温度对其进行温度补偿； 一次风量指令应由给煤机转速进行限制，以保证风量指令决不低于正在燃烧的燃料； 通过调节热一次风挡板，维持每台磨煤机的一次风量以达到指令要求，同时应与磨煤机运行联锁； 83磨煤机一次风量控制 1）下列情况下磨煤机一次风流量自动控制强制手动：磨煤

43、机停止，磨煤机一次风流量信号故障。 2）根据给煤指令与实际给煤量大选后给煤量对应的一次风量与磨煤机入口实际的一次风量的偏差调节输出加上大选后给煤量的要求热风挡板开度控制磨煤机热风调节门的开度。84 3）在MAC1画面选择 “4A”，选中标签1LBMLAM/A1440 (描述：A MILL HOT AIR CTL STA 磨煤机A热风控制强制手动制站) 操作面板，检查无 “强制手动信号”，在操作键盘按“AUTO”，自动即可投入 。 当磨煤机出口温度自动投入，在MAC1画面选择 “4B”，显示标签1LBMLAREM1406（ 描述：MILL A INT PR AIR FLW SP BIAS磨煤机A

44、一次风流量设定偏置） 操作面板上，在操作键盘按“SET”，即可或直接输入设定偏置。 8586（3）磨煤机出口温度控制 通过调节冷一次风挡板，来控制磨煤机出口温度。87磨煤机出口温度控制 1）下列情况下磨煤机出口温度自动控制强制手动：磨煤机停止，磨煤机出口温度信号故障。 2）根据磨煤机出口温度的设定值与实际出口温度的偏差调节输出加上磨给煤指令和热风门开度的前馈控制磨煤机冷风调节门的开度。 88 3）在MAC1画面选择 “5A”，选中标签1LBMLAM/A1550 (描述：A MILL COOL AIR CTL STA A磨煤机冷风控下列情况下磨煤机出口温度自动控制强制手动制站) 操作面板，检查无

45、 “强制手动信号”，在操作键盘按“AUTO”，自动即可投入。 当磨煤机出口温度自动投入，在MAC1画面选择 “5B”，显示标签1LBMLAREM1515 （ 描述：MILL A OUT AIRPVL TEM SP BIAS磨煤机A出口温度设定偏置） 操作面板上，在操作键盘按“SET”，即可或直接输入设定偏置。 8990六、锅炉燃烧控制系统的设计原则 （1）由于燃料量调节阀只能设在磨煤机前，即调节进入磨煤机的原煤量M0，因此制粉过程就被包括在汽压通道中，大大增加了汽压通道的惯性和迟延。 （2）由于一次风在磨煤机之前引入，因而对制粉系统的正常工作影响很大。一次风量过大，进入炉膛的煤粉颗粒大，风量过

46、小又影响送粉而易造成磨煤机堵塞。 （3）不同种类的制粉设备，不同工作方式，它们各具特点。因此设计燃烧控制系统时必须区别对待。91七、燃烧控制方案1. “一次风燃料”燃烧控制方案 对装煤量大的磨煤机，利用改变一次风量吹出磨煤机中的蓄粉，可有效地减小燃料系统的惯性和迟延。 图中炉膛负压控制子系统与中储式锅炉燃烧控制系统相同。92 工作过程：当锅炉主指令BD变化时，首先由一次风量调节器PI5和二次风量调节器PI2改变一次风量和二次风量。一次风量的改变可以迅速吹出磨煤机中的蓄粉，以适应负荷变化对炉膛发热量的需求。一次风量与二次风量成比例变化，即与进入炉膛的燃料量成比例变化，也有利于保证燃烧过程的经济性

47、。在一次风量V01变化后，燃料量调节器PI1输出改变，改变进入磨煤量M0。93 适用范围：适用于装载量大的钢球磨，中速磨和竖井磨制粉系统，要维持磨煤机的正常运行必维持一定的装煤量，这也是保持出粉量稳定变化的需要。 注意：磨煤机装煤量的测量目前尚无直接的测量方法，工程中有一种用测量一次风差压信号与磨煤机前后差压信号的比值代表装煤量。 二次风量控制反馈信号V02通常是经过烟气含氧量校正后的信号，其校正回路同前氧量校正回路。 942“燃料空气”燃烧控制方案 随着锅炉容量的增加，磨煤机的运行台数通常也随之增加，相对而言磨煤机的装煤量在减小。对于装煤量少的磨煤机，其蓄粉量相应也少，这就不宜采用“一次风-

48、燃料”燃烧控制方案，而采用“燃料-空气”控制方案。 工作过程：当锅炉主指令BD变化时，给煤量调节器PI1动作，改变进入磨煤机的原煤量；送风量调节器PI2动作，改变进入炉膛的风量。在给煤机转速指令n变化时，一次风量调节器PI5动作，改变一次风量，改变进入炉膛的煤粉量。95 燃料量信号M0的测量仍是问题。目前多采用给煤机转速信号并加以修正来代表给煤量，其修正回路的组成如左图所示。 修正回路的输入信号是P1而不是DQ。P1是汽机调速级压力，它代表着汽机的能量需求，即代表着汽机的进汽量。 在稳态时，上述修正回路输出信号M0即为P1，对锅炉而言即要求其燃料量的输入应与蒸汽量的输出相适应，即与汽机的进汽量

49、相适应。 给煤量信号的形成：963-5 直吹式锅炉燃烧控制系统实例97一、点火油压力调节阀控制 1. 下列情况下点火油压力调节阀强制手动：MFT动作、点火油压力信号故障。 2. 当MFT动作，点火油压力调节阀强制跟踪至0%；当FSSS要求置点火位动作，点火油压力调节阀关闭至10%；当FSSS要求置泄漏试验位动作，点火油压力调节阀关闭至20%。 3. 点火油压力调节阀控制根据点火油压力设定值与点火油压力调节阀后压力的偏差控制点火油压力调节阀开度。 98 4、点火油压力调节阀自动投入方法： 在画面选择 “1A”，选中标签1LAOILM/7070 （描述：IGNT 0IL PRS CTL STATI

50、ON点火油压力控制站） 操作面板，检查无 “强制手动信号”，在操作键盘按“AUTO”，点火油压力调节阀自动即可投入。在操作键盘按“SET”，即可或直接输入设定偏置。根据需要改变点火油压力设定值。 99点火油压力控制100 二、启动油调节阀控制 1、下列情况下启动压力调节阀强制手动： MFT动作、启动油压力信号故障、启动油流量信号故障。 2、当MFT动作，启动油压力调节阀强制手动并跟踪至0%；当FSSS要求置点火位动作，启动油压力调节阀关闭至10%；当FSSS要求置泄漏试验位动作，启动油压力调节阀关闭至20%。 3、当少于两对启动油枪运行时，启动油控制为压力控制。根据启动油压力设定值与启动油压力

51、调节阀后压力的偏差控制启动油压力调节阀开度。 101 4、当多于两对启动油枪运行时，启动油控制为流量控制。根据油枪运行的数量设定启动油流量与启动油实际流量的偏差控制开度。在流量控制方式下，设计了启动油调节阀后最小压力保护功能。 5、启动油调节阀自动投入方法：在画面选择 “1A”，选中标签1LAOILM/7188 （描述：STR 0IL PRS CTL STATION启动油压力控制站） 操作面板，检查无 “强制手动信号”，在操作键盘按“AUTO”，启动油调节阀自动即可投入。自动投入后在 画面选择 “1B” 设定启动油流量偏置，显示标签1LAOILREM7107（描述：STR 0IL FLOW S

52、P BIAS启动油流量设定偏置) 操作面板，在操作键盘按“SET”，即可直接输入设定偏置。根据需要改变启动油流量。 102启动油压力控制103 三、煤主控系统 1、下列情况下煤主控强制手动：总风量信号故障、实际燃料量信号故障、两台送风机都不在自动、少于2台给煤机自动。 2、煤主控根据锅炉主控输出和由总风量交叉限制的燃料量小选控制煤量输出，改变在自动状态下运行的给煤机出力。设计中考虑了煤量的发热量（BTU）校正。锅炉加负荷先加送风，后加煤；减负荷先减煤，后减风的风煤交叉限制功能。 3、煤主控输出代表对投入自动的给煤机的公用指令。 104 4、煤主控自动投入方法：在FM画面选择 “1A”，选中标签

53、1LAFUEM/A5570 （描述：FUEL MASTE STATION燃料主控控制站) 操作面板，检查无 “强制手动信号”，在操作键盘按“AUTO”，自动即可投入。105煤量主控系统106 四、给煤机煤量控制 1、下列情况下给煤机煤量控制强制手动：磨煤机热风调节门不在自动，磨煤机冷风调节门不在自动，给煤机未运行。 2、给煤机煤量控制根据煤主控输出和由一次风风量确定的给煤量小选，改变给煤机出力。实现磨煤机加负荷先加一次风，后加煤；减负荷先减煤，后减风的功能。107 3、给煤机煤量控制自动投入方法： 在MC1画面选择 “1A”，选中标签1LAFUEM/6171 (描述：FEED F COAL DMD STATION给煤机煤量指令控制站) 操作面板，检查无 “强制手动信号”，在操作键盘按“AUTO”，自动即可投入，检查在自动状态运行的给煤机出力相同。在操作键盘按“SET”，即可用或直接输入设定偏置。根据需要改变给煤机的给煤量。 108给煤机A控制109五、氧量校正、 总风量指令110 六、送风机动叶控制 1、下列情况下送风机动叶控制强制手动：锅炉总风量要求值信号故障、总风量信号故障、当送风机没有运行、两台引风机都在手动、送风机入口导叶控制强制手动并关闭至0%。当送风机强制全开信号来，送风机入口导叶全开。 2、当机组目标负荷信号故