《热工控制系统燃烧过程控制系统学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热工控制系统燃烧过程控制系统学习教案.pptx（38页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1热工控制系统热工控制系统(kn zh x tn)燃烧过程燃烧过程控制系统控制系统(kn zh x tn)第一页，共38页。汽包锅炉燃烧系统汽包锅炉燃烧系统(xtng)简介简介 电站汽包锅炉燃烧系统包括燃料量控制、送风控制和引风控制三个子系统，设备众多(zhngdu)，结构复杂，系统组成如下图所示：第1页/共38页第二页，共38页。第2页/共38页第三页，共38页。一、燃烧过程一、燃烧过程(guchng)自动控制的任务自动控制的任务 汽包锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是根据机组负荷(fh)的变化，使燃料燃烧所提供的热量适应锅炉输出蒸汽量的需求，同时保证燃烧过程的经济性和锅炉运行的安全性。
2、归纳归纳(gun)为：为：稳定性稳定性 经济性经济性 安全性安全性第3页/共38页第四页，共38页。锅炉燃烧过程锅炉燃烧过程(guchng)自动控制系统的组成与特点自动控制系统的组成与特点以燃料以燃料(rnlio)(rnlio)量为调节量，量为调节量，主蒸汽压力为被调量，通过调主蒸汽压力为被调量，通过调节进入炉膛的燃料节进入炉膛的燃料(rnlio)(rnlio)量，量，维持主蒸汽压力的稳定。维持主蒸汽压力的稳定。燃料量控制系统燃料量控制系统 送风控制系统以送风量为调节量，烟气含氧以送风量为调节量，烟气含氧量为被调量，通过调节进入炉量为被调量，通过调节进入炉膛的送风量，使烟气含氧量达膛的送风量，
3、使烟气含氧量达到到(d do)(d do)设定的最佳值，保设定的最佳值，保证燃料燃烧所需的空气量和燃证燃料燃烧所需的空气量和燃烧过程的经济性。烧过程的经济性。引风控制系统以以引风量引风量为为调节量调节量，炉膛压力炉膛压力为为被调量被调量，通过调节引风量维持炉，通过调节引风量维持炉膛压力的稳定。膛压力的稳定。锅炉燃烧控制系统第4页/共38页第五页，共38页。在锅炉燃烧控制过程中，通过燃料量控制、送风控制和引风控制三个子系统分别对三个调节变量（燃料量B、送风量V、引风量G）进行调节，以维持三个被调量（主蒸汽压力pT、烟气含氧量O2、炉膛压力pf）的稳定(wndng)。锅炉燃烧控制过程中各调节变量和
4、被调量之间的关系如下图所示：因此电站锅炉燃烧控制系统是一个多输入多输出因此电站锅炉燃烧控制系统是一个多输入多输出(shch)(shch)的非线性多变量强耦的非线性多变量强耦合控制系统。合控制系统。第5页/共38页第六页，共38页。二、锅炉燃烧二、锅炉燃烧(rnsho)过程被控对象的动态特性过程被控对象的动态特性 锅炉燃烧过程被控对象的动态特性是指机组运行(ynxng)过程中各种扰动引起的各被调量变化的动态关系，锅炉燃烧过程被控对象的动态特性主要有以下三个：（一）主蒸汽压力（一）主蒸汽压力(yl)(yl)的动态特性的动态特性 主蒸汽压力主蒸汽压力pT受到的主要扰动有二个，其一是受到的主要扰动有二
5、个，其一是燃烧率燃烧率 B扰动称为扰动称为基本扰动或内部扰动；其二是基本扰动或内部扰动；其二是汽轮机耗汽量汽轮机耗汽量D的扰动，称为外部扰动。的扰动，称为外部扰动。l 主蒸汽压力pT 在内、外扰动下的动态特性；l 烟气含氧量O2在送风量扰动下的动态特性；l 炉膛压力pf 在引风量扰动下的动态特性。第6页/共38页第七页，共38页。u 内扰下主蒸汽内扰下主蒸汽(zhn q)压力的动态特性压力的动态特性 主蒸汽压力pT 的动态特性(txng)与汽轮机的调节装置有关，图（a）为汽轮机功率不变时，锅炉燃烧率B扰动下主蒸汽压力pT 变化的阶跃响应曲线：此时主蒸汽此时主蒸汽(zhn q)(zhn q)压力
6、压力pTpT是是一个无自平衡能力的被控对象。汽包一个无自平衡能力的被控对象。汽包压压pbpb与主蒸汽与主蒸汽(zhn q)(zhn q)压力压力pT pT 之之差差p2p2与主蒸汽与主蒸汽(zhn q)(zhn q)流量以及流量以及过热器的阻力成正比。过热器的阻力成正比。第7页/共38页第八页，共38页。根据(gnj)阶跃响应曲线确定迟延时间 ，可以求出：l 飞升(fi shn)速度：l 响应（飞升(fi shn)）时间：图（b）为汽轮机调节阀门开度不变时，锅炉燃烧率B扰动下主蒸汽压力pT 变化的阶跃响应曲线：第8页/共38页第九页，共38页。此时此时主蒸汽压力主蒸汽压力pT是一个是一个有自平
7、衡能力的被控对象。有自平衡能力的被控对象。汽汽包压包压pb与与主蒸汽压力主蒸汽压力pT 之差之差p2随燃料量和进入汽轮机的蒸随燃料量和进入汽轮机的蒸汽流量的增加而增加。汽流量的增加而增加。根据锅炉(gul)蒸发受热面的热量平衡关系可得：式中式中:Qr 热负荷阶跃变化热负荷阶跃变化(binhu)；D 主蒸汽流量；主蒸汽流量；h饱和蒸汽焓；饱和蒸汽焓；C 蒸发受热面热容。蒸发受热面热容。第9页/共38页第十页，共38页。根据(gnj)以上热平衡关系式可得：（101）式中式中Cb称为蓄热系数，其物理意义为汽包压力称为蓄热系数，其物理意义为汽包压力pb改变改变(gibin)一个单位，蒸发受热面所吞吐的
8、蒸汽量。一个单位，蒸发受热面所吞吐的蒸汽量。式（式（101）表明，测出主蒸汽流量）表明，测出主蒸汽流量D和汽包压力和汽包压力pb的变化速的变化速度度dpb/dt，与一定的蓄热系数，与一定的蓄热系数Cb配合配合,就可得到代表热负荷就可得到代表热负荷Qr的的热量信号，可以迅速反映燃料量的变化。热量信号，可以迅速反映燃料量的变化。u 外扰下主蒸汽压力外扰下主蒸汽压力(yl)的动态特性的动态特性 外部扰动是指电网负荷变化的扰动，图（外部扰动是指电网负荷变化的扰动，图（a）和图（）和图（b）分别为汽轮机）分别为汽轮机进汽量进汽量D和汽轮机和汽轮机调节阀门调节阀门开度开度 T 扰动下扰动下主蒸汽压力主蒸汽
9、压力pT 变化的阶跃响应变化的阶跃响应曲线：曲线：第10页/共38页第十一页，共38页。图（a）中，主蒸汽压力pT 在阶跃下降p0后，一直维持等速下降，为无自平衡能力的被控对象。图（b）中，主蒸汽压力pT 在阶跃下降p0后，下降速度逐渐变慢，最后稳定于一个较低的压力值，为有自平衡能力的被控对象。第11页/共38页第十二页，共38页。（二）烟气含氧量的动态（二）烟气含氧量的动态(dngti)特性特性 烟气含氧量烟气含氧量O2是影响燃烧是影响燃烧(rnsho)过程经济性的重要指过程经济性的重要指标，主要通过改变进入炉膛的送风量标，主要通过改变进入炉膛的送风量V 对烟气含氧量对烟气含氧量O2进行调进
10、行调节。送风量节。送风量V 扰动下烟气含氧量扰动下烟气含氧量O2变化的阶跃响应曲线为：变化的阶跃响应曲线为：由图中烟气含氧量的由图中烟气含氧量的阶跃响应阶跃响应(xingyng)(xingyng)曲曲线可知，其动态特性具有线可知，其动态特性具有滞后、惯性和自平衡能力。滞后、惯性和自平衡能力。第12页/共38页第十三页，共38页。（三）炉膛压力（三）炉膛压力(yl)的动态特性的动态特性 炉膛压力炉膛压力(yl)pf 对锅炉运行的安全性有重要影响，主要通过对锅炉运行的安全性有重要影响，主要通过改变引风量改变引风量G 对炉膛压力对炉膛压力(yl)pf进行调节。引风量进行调节。引风量G 扰动下炉膛扰动
11、下炉膛压力压力(yl)pf变化的阶跃响应曲线为：变化的阶跃响应曲线为：在送风量在送风量V 和引风量和引风量G 的扰动下，炉膛压力的扰动下，炉膛压力pf 的动的动态特性惯性态特性惯性(gunxng)很小，很小，可近似认为是比例环节。可近似认为是比例环节。第13页/共38页第十四页，共38页。第二节第二节 锅炉锅炉(gul)(gul)燃烧过程自动控制的基本燃烧过程自动控制的基本方案方案一、燃烧过程一、燃烧过程(guchng)(guchng)控制系统基本方案控制系统基本方案 (一一)“)“燃料燃料(rnlio)(rnlio)空气空气”系统系统 “燃料空气燃料空气”系统为燃烧控制系统的基本方案，其原理
12、框图如右图所示。系统为燃烧控制系统的基本方案，其原理框图如右图所示。pT0pfPI1PI3PI2PI4ZZZVpT+-+-+-BVGpf0 主调节器主调节器PI1接受主蒸汽压力信号，接受主蒸汽压力信号，根据根据pT与给定值与给定值pT0的偏差，给出负的偏差，给出负荷指令。荷指令。燃料调节器燃料调节器PI2和送风调节器和送风调节器PI3 根据根据负荷指令，分别去调节燃料量负荷指令，分别去调节燃料量B与送风量与送风量V。-+引风调节为单回路控制系统。引风调节为单回路控制系统。第14页/共38页第十五页，共38页。燃料燃料(rnlio)(rnlio)控制与送风控制两个控制与送风控制两个子系统为比值控
13、制系统。其作用是保持燃子系统为比值控制系统。其作用是保持燃料料(rnlio)(rnlio)量与负荷、送风量与燃料量与负荷、送风量与燃料(rnlio)(rnlio)量之间的比值关系不变。量之间的比值关系不变。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相平衡，因此在外界负荷变化时，能迅速表燃烧率与负荷指令相平衡，因此在外界负荷变化时，能迅速(xn(xn s)s)改变燃料量，保持汽压稳定。改变燃料量，保持汽压稳定。pfPI1PI3PI2PI4ZZZVpT+-+-+-BVGpf0pT0第15页/共38页第十六页，共
14、38页。(二二)带氧量校正信号带氧量校正信号(xnho)(xnho)的的“燃料空气燃料空气”系系统统 由于烟气含氧量代表烟气中的过由于烟气含氧量代表烟气中的过剩空气系数。保持剩空气系数。保持(boch)(boch)一定的过一定的过剩空气系数，即保证了总燃料量与总剩空气系数，即保证了总燃料量与总风量之间的最佳比值。风量之间的最佳比值。DPI1PI3PI2PI4ZZZpfpf0VpT0+-+-MVGpT+DPI5O2f(x)+此为此为“燃空燃空”系统改进系统改进(gijn)(gijn)方案，如下图。方案，如下图。此方案送风量控制采用串级此方案送风量控制采用串级型比值控制系统，引入锅炉烟气型比值控制
15、系统，引入锅炉烟气含氧量信号，经校正调节器含氧量信号，经校正调节器 PI5，对燃料量与送风量之间比值进行修，对燃料量与送风量之间比值进行修正。正。第16页/共38页第十七页，共38页。因此以代表锅炉实际负荷的蒸汽流量信号因此以代表锅炉实际负荷的蒸汽流量信号D D经函数转换器后，作为经函数转换器后，作为(zuwi)(zuwi)烟气最佳含氧量的给定值。烟气最佳含氧量的给定值。由于烟气含氧量的测量有较大惯性迟延，因此由于烟气含氧量的测量有较大惯性迟延，因此(ync)氧量校正回路工作频氧量校正回路工作频率通常低于送风量调节回路。率通常低于送风量调节回路。当燃料量依负荷指令而改变时，送风当燃料量依负荷指
16、令而改变时，送风(sn fn)量调节器同时量调节器同时按比例改变送风按比例改变送风(sn fn)量。以减少动态过程中风煤比例失量。以减少动态过程中风煤比例失调。随着燃料量调节过程结束调。随着燃料量调节过程结束,燃料量燃料量B基本稳定。基本稳定。通常通常,最佳烟气含氧量与负荷有关最佳烟气含氧量与负荷有关,通常随负荷通常随负荷而略有而略有。第17页/共38页第十八页，共38页。为减少送风量改变时，送引风之间动态失调而造成炉膛压力为减少送风量改变时，送引风之间动态失调而造成炉膛压力波动波动,自送风调节器的输出经动态补偿装置自送风调节器的输出经动态补偿装置,向引风量调节器引入一向引风量调节器引入一前馈
17、信号，动态补偿装置通常采用微分器，以保证前馈信号，动态补偿装置通常采用微分器，以保证(bozhng)(bozhng)静态静态时炉膛压力等于给定值。时炉膛压力等于给定值。由调节器由调节器PI5根据烟气含氧量信号根据烟气含氧量信号O2,对送风量进行对送风量进行(jnxng)细调。确细调。确保烟气含氧量为最佳值保烟气含氧量为最佳值,即间接保证燃料量与送风量之间最佳比值。即间接保证燃料量与送风量之间最佳比值。第18页/共38页第十九页，共38页。第三节第三节 单元单元(dnyun)机组锅炉燃烧过程自动控制系机组锅炉燃烧过程自动控制系统统 在单元制汽轮发电机组中，锅炉按运行方式(fngsh)不同可以分为
18、中储式和直吹式两种。（一）中（一）中储式锅炉储式锅炉燃烧过程燃烧过程自动自动(zdng)控制系统控制系统第19页/共38页第二十页，共38页。l 热量热量(rling)信号信号 热量信号，是指燃料热量信号，是指燃料(rnlio)进入炉膛燃烧时在单位时间内进入炉膛燃烧时在单位时间内产生的热量。可以用静态下的主蒸汽流量产生的热量。可以用静态下的主蒸汽流量D 和动态下的汽包压力和动态下的汽包压力变化速度变化速度dpb/dt 表示，其计算公式为：表示，其计算公式为：式中式中:Cb 锅炉锅炉(gul)的蓄热系数。的蓄热系数。在系统中，以在系统中，以热量信号热量信号代替燃料量信号，不但可以反映代替燃料量信
19、号，不但可以反映燃料量的燃料量的变化变化，而且还可以克服，而且还可以克服燃料单位发热量变化燃料单位发热量变化对燃烧过程的影响，从而提高对燃烧过程的影响，从而提高锅炉运行过程的稳定性。锅炉运行过程的稳定性。在锅炉运行过程中在锅炉运行过程中,热量信号热量信号只应该反映只应该反映燃烧率的变化燃烧率的变化（内扰内扰）,而不应该反映而不应该反映负荷的变化负荷的变化（外扰外扰）。即）。即热量信号热量信号只与只与燃烧率的变化燃烧率的变化有关有关,而与而与负荷的变化负荷的变化无关。无关。第20页/共38页第二十一页，共38页。热量信号在燃料量B 和汽轮机调节(tioji)门开度T 扰动下的阶跃响应曲线分别如图
20、（a）和图（b）所示：根据前面(qin mian)分析，当燃烧率不变而负荷变化时热量信号不变，即：负荷变化过程(guchng)中，在t0t1时间段内对上式进行积分运算可得：第21页/共38页第二十二页，共38页。因此锅炉(gul)蓄热系数Cb的计算公式为：时间t0t1期间蒸汽流量 变化的累积量 用试验方法求取锅炉蓄热系数Cb时，保持锅炉燃烧率不变而使负荷作任意扰动，记录蒸汽流量 D 和汽包压力pb 变化的曲线(qxin)如下图所示：第22页/共38页第二十三页，共38页。锅炉蓄热系数锅炉蓄热系数Cb的物理意的物理意义为：在燃烧率不变时汽包压义为：在燃烧率不变时汽包压力每变化一个单位，释放或吸力
21、每变化一个单位，释放或吸收的蒸汽量。收的蒸汽量。在锅炉运行过程中，汽包压力变化速度在锅炉运行过程中，汽包压力变化速度(sd)dpb/dt (sd)dpb/dt 测量不到，测量不到，只能测得带有惯性的速度只能测得带有惯性的速度(sd)(sd)信号信号 ，同时再加入主，同时再加入主蒸汽流量蒸汽流量D D的实际微分信号，可以得到实际热量信号：的实际微分信号，可以得到实际热量信号：第23页/共38页第二十四页，共38页。（二）直吹式锅炉燃烧过程自动（二）直吹式锅炉燃烧过程自动(zdng)控控制系统制系统 现代大型单元机组中锅炉普遍采用直吹式制粉系统，其主要特点如下：现代大型单元机组中锅炉普遍采用直吹式
22、制粉系统，其主要特点如下：制粉系统与锅炉燃烧过程紧密联系，是燃烧过程自动控制不可制粉系统与锅炉燃烧过程紧密联系，是燃烧过程自动控制不可 分割的组成部分。分割的组成部分。在运行过程中燃料量指令变化后，还需经过磨煤制粉的过程，在运行过程中燃料量指令变化后，还需经过磨煤制粉的过程，才能才能(cinng)改变进入炉膛的燃料量，负荷适应能力较差，且容易引起改变进入炉膛的燃料量，负荷适应能力较差，且容易引起 主蒸汽压力的较大波动。主蒸汽压力的较大波动。采用直吹式制粉系统的锅炉生产过程如下图所示：采用直吹式制粉系统的锅炉生产过程如下图所示：第24页/共38页第二十五页，共38页。采用直吹式制粉系统的锅炉生产
23、(shngchn)过程 （a）示意图；（b）方框图 第25页/共38页第二十六页，共38页。一次风量作为燃料控制一次风量作为燃料控制一次风量作为燃料控制一次风量作为燃料控制(kngzh)(kngzh)(kngzh)(kngzh)手段的燃烧控制手段的燃烧控制手段的燃烧控制手段的燃烧控制(kngzh)(kngzh)(kngzh)(kngzh)系统系统系统系统 煤粉量t燃料与一次风一起扰动燃料扰动一次风扰动第26页/共38页第二十七页，共38页。u 采用一次风量为反馈(fnku)信号的燃烧控制系统 采用一次风量(fngling)为反馈信号的锅炉燃烧过程自动控制系统适用于采用中速磨制粉系统的锅炉，其原
24、理图如下：第27页/共38页第二十八页，共38页。第四节第四节第四节第四节 锅炉燃烧过程自动控制系统锅炉燃烧过程自动控制系统锅炉燃烧过程自动控制系统锅炉燃烧过程自动控制系统(kn zh x(kn zh x(kn zh x(kn zh x tn)tn)tn)tn)实例分析实例分析实例分析实例分析 采用直吹式制粉系统，燃烧控制系统主要包括(boku)6个子控制系统，即燃料控制系统、磨煤机一次风量、磨煤机出口温度、一次风压力、二次风量、炉膛压力控制系统。第28页/共38页第二十九页，共38页。一、燃料一、燃料(rnlio(rnlio)控制系控制系统统第29页/共38页第三十页，共38页。二、磨煤机风
25、量、温度二、磨煤机风量、温度(wnd)(wnd)控制系统控制系统 第30页/共38页第三十一页，共38页。（一一一一）磨磨磨磨煤煤煤煤机机机机一一一一次次次次风风风风量量量量(f f f f n n n ng g g gl l l li i i i n n n ng g g g)控控控控制制制制系系系系统统统统 第31页/共38页第三十二页，共38页。（二二）磨磨煤煤机机出出口口(c ch h k k u u)温温度度控控制制系系统统 第32页/共38页第三十三页，共38页。三、风量控制系统三、风量控制系统 风量控制系统有一次风和风量控制系统有一次风和二次风两个二次风两个(lin)(lin)相
26、互独相互独立的系统，一次风主要用于将立的系统，一次风主要用于将煤粉从磨煤机输送到燃烧器，煤粉从磨煤机输送到燃烧器，二次风主要用来帮助燃料在炉二次风主要用来帮助燃料在炉膛中完全燃烧。膛中完全燃烧。第33页/共38页第三十四页，共38页。（一一一一）一一一一次次次次风风风风压压压压力力力力(y y l l)控控控控制制制制系系系系统统统统 第34页/共38页第三十五页，共38页。第35页/共38页第三十六页，共38页。（二二二二）二二二二次次次次风风风风量量量量（送送送送风风风风(s s n n f f n n)）控控控控制制制制系系系系统统统统第36页/共38页第三十七页，共38页。四四、炉炉膛膛压压力力(y y l l)控控制制系系统统 第37页/共38页第三十八页，共38页。