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1、华北电力大学600MW机组集控运行培训班 热控第三章 锅炉燃烧控制系统第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University3-1 3-1 3-1 3-1 概概概概 述述述述2第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University一
2、、燃烧控制系统的基本任务一、燃烧控制系统的基本任务一、燃烧控制系统的基本任务一、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。锅炉安全经济运行。1 1维持蒸汽压力稳定维持蒸汽压力稳定维持蒸汽压力稳定维持蒸汽压力稳定 锅锅炉炉蒸蒸汽汽压压力力作作为为表表征征锅锅炉炉运运行行状状态态的的重重要要参参数数，不不仅仅直直接接关关系系
3、到到锅锅炉炉设设备备的的安安全全运运行行，而而且且其其是是否否稳稳定定反反映映了了燃燃烧烧过过程程中中能能量量供供求求关关系系。在在单单元元机机组组中中，锅锅炉炉蒸蒸汽汽压压力力控控制制与与汽汽机机负负荷荷控控制制是是相相互互关关联联的的，锅锅炉炉燃燃烧烧控控制制系系统统的的任任务务是是及及时时调调整整锅锅炉炉燃燃料料量量，使使锅锅炉炉的的能能量量输输出出与与汽汽机机为为适适应应对对外外界界负负荷荷需需求求而而需需要要的的能能量量输输入入相相适应，其标志是蒸汽压力的稳定。适应，其标志是蒸汽压力的稳定。3第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统N
4、orth China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University2 2保证燃烧过程的经济性保证燃烧过程的经济性保证燃烧过程的经济性保证燃烧过程的经济性 保保证证燃燃烧烧过过程程的的经经济济性性是是提提高高锅锅炉炉效效率率的的重重要要方方面面，它它是是通通过过维维持持进进入入炉炉膛膛的的燃燃燃燃料料料料量量量量与与与与送送送送风风风风量量量量之之之之间间间间的的的的最最最最佳佳佳佳比比比比值值值值来来实实现现，即即在在有有足足够够的的风风量量使使燃燃料料得得以以充充分分燃燃烧烧的的同同时，尽可能减少排烟造成的热损失
5、。时，尽可能减少排烟造成的热损失。3 3维持炉膛压力稳定维持炉膛压力稳定维持炉膛压力稳定维持炉膛压力稳定 锅锅炉炉炉炉膛膛压压力力是是否否稳稳定定反反映映了了燃燃烧烧过过程程中中进进入入炉炉膛膛的的风风量量与与流流出出炉炉膛膛的的烟烟气气量量之之间间的的工工质质平平衡衡关关系系。若若送送风风量量大大于于引引风风量量，炉炉膛膛压压力力升升高高，太太高高的的压压力力会会造造成成炉炉膛膛向向外外喷喷火火；反反之之，送送风风量量小小于于引引风风量量炉炉膛膛压压力力下下降降，过过低低的的压压力力会会造造成成漏漏风风而而降降低低炉炉膛膛温温度度，影影响响炉炉内内燃燃烧烧工工况况，经经济济性性下下降降。所所
6、以以说说，炉炉膛膛压压力力是是否否在在允允许许范范围围内变化，关系到锅炉的安全经济运行。内变化，关系到锅炉的安全经济运行。4第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University锅炉燃烧过程的上述三项控制任务是不可分开的，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（即燃料系数或
7、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。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二、汽压被控对象的动态特性二、汽压被控对象的动态特性二、汽压被控对象的动态特性（1 1）燃烧率扰动下的汽压动态特性。）燃烧率扰动下的汽压动态特性。）燃烧率扰动下的汽压动态特性。）燃烧率扰动下的汽压动态特性。保持汽机调节阀保持汽机调节阀开度不变，阶跃变化燃料量开度不变，阶跃变化燃料量MM：5第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制
8、系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth C
9、hina Electric Power University三、燃烧控制系统组成的基本原则三、燃烧控制系统组成的基本原则三、燃烧控制系统组成的基本原则三、燃烧控制系统组成的基本原则 （1 1）燃燃烧烧控控制制系系统统在在外外界界负负荷荷需需求求改改变变后后应应立立即即改改变变锅锅炉炉的的燃燃料料量量，维维持持燃燃烧烧过过程程的的能能量量平平衡衡。然然而而，主主蒸蒸汽汽压压力力对对燃燃料料量量的的响响应应呈呈现现较较大大的的迟迟延延和和惯惯性性，特特别别是是采采用用直直吹吹式式制制粉粉系系统统的的燃燃烧烧过过程程，如如何何迅迅速速改改变燃烧率至关重要。变燃烧率至关重要。8第三章第三章第三章第三章
10、 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University （2 2）燃烧控制系统应能迅速发现并消除燃料量的自发）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。扰动，维持主汽压力稳定。（3 3）当当外外界界负负荷荷需需要要改改变变时时，锅锅炉炉的的送送风风量量和和引引风风量量应应与与燃燃料料量量协协调调动动作作，使使锅锅炉炉燃燃烧烧经经济济性性指指标标及及炉炉膛膛压压力参数保持平衡，即锅炉燃烧工况的稳定。力参数保持平衡，
11、即锅炉燃烧工况的稳定。（4 4）对对于于单单元元制制运运行行的的锅锅炉炉允允许许主主汽汽压压力力在在一一定定范范围围内内波波动动，特特别别是是滑滑压压运运行行时时汽汽压压变变动动范范围围更更大大。故故，系系统统中中有有关关参参数数应应加加以以温温度度和和压压力力的的修修正正，以以提提高高参参数数测测量的精确性。量的精确性。9第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University四、直流锅炉的燃水比控制四、直流锅炉
12、的燃水比控制四、直流锅炉的燃水比控制四、直流锅炉的燃水比控制 在在直直流流锅锅炉炉中中，一一次次工工质质在在给给水水泵泵压压力力作作用用下下，经经省省煤煤器器加加热热后后，进进入入下下辐辐射射区区蒸蒸发发为为湿湿蒸蒸汽汽，再再经经对对流流过过渡渡区区、上上辐辐射射区区和和对对流流过过热热区区加加热热成成过过热热蒸蒸汽汽，送送至至汽汽轮轮机机。可可见见，直直流流锅锅炉炉是是由由各各受受热热面面及及连连接接这这些些受受热热面面的的的的管管道道组组成成。其其汽汽水水流流程程中中没没有有汽汽包包和和锅锅内小循环回路。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，直流锅炉没有汽包，整个锅炉是
13、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，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。之间都没有固定的分界线。10第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power University
14、North China Electric Power University 从从控控制制特特性性角角度度来来看看，直直流流锅锅炉炉与与汽汽包包锅锅炉炉的的主主要要不不同同点点表表现现在在燃燃水水比比例例的的变变化化，引引起起锅锅炉炉内内工工质质储储量量的的变变化化，从从而而改改变变各各受受热热面面积积比比例例。影影响响锅锅炉炉内内工工质质储储量量的的因因素素很很多多，主主要要有有外外界界负负荷荷、燃燃料料流流量量和和给给水水流流量量。保保持持燃燃料料量量与与给给水水流流量量之之间间比比值值关关系系不不变变，保保证证过过热热汽汽温温为额定值。为额定值。1 1 1 1微过热汽温微过热汽温微过热汽温
15、微过热汽温(中间点温度中间点温度中间点温度中间点温度)动态特性动态特性动态特性动态特性 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，通常为较大的迟延，通常为 400s 400s左右；因此不能以过热蒸汽左右；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
16、性，如下图所示。动和燃料量扰动下具有相似的动态特性，如下图所示。11第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University图图图图.微过热汽温动态特性响应曲线微过热汽温动态特性响应曲线微过热汽温动态特性响应曲线微过热汽温动态特性响应曲线（a a a a）燃料量扰动；）燃料量扰动；）燃料量扰动；）燃料量扰动；（b b b b）给水流量扰动；）给水流量扰动；）给水流量扰动；）给水流量扰动；12第三章第三章第三章第三章
17、 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University (1)(1)燃料量扰动下微过热汽温动态特性燃料量扰动下微过热汽温动态特性燃料量扰动下微过热汽温动态特性燃料量扰动下微过热汽温动态特性 图图(a)(a)为燃料量扰动下不同压力等级直流锅炉微过热为燃料量扰动下不同压力等级直流锅炉微过热汽温汽温 的响应曲线。对于次高压直流锅炉，由于蒸发受的响应曲线。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，而热面比例较大
18、，附加蒸发量比高压直流锅炉的要多，而过热段较短，使微过热汽温过热段较短，使微过热汽温 在初始阶段有所下降，如在初始阶段有所下降，如图中曲线图中曲线1 1所示。同时，过热段较短又使得微过热汽温所示。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。所增加。13第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃
19、烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University (2)(2)给水流量扰动下微过热汽温动态特性给水流量扰动下微过热汽温动态特性给水流量扰动下微过热汽温动态特性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，由于附样。对于次高压直流锅炉，在给水流量扰动下，由于附加
20、蒸发量较大，在初始阶段也有反向变化现象，随着压加蒸发量较大，在初始阶段也有反向变化现象，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。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结论：微过热汽温在给水流量扰动和燃料量扰动下结论：微过热汽温在给水流量扰动和燃料量扰动下结论：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。具有相似的动态特性。具有相似的动态特性。具有相似的动态特性。14第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric
21、 Power UniversityNorth China Electric Power University2.2.微过热汽温的选择微过热汽温的选择微过热汽温的选择微过热汽温的选择 图图图图.蒸汽等温线的焓值与汽压的关系蒸汽等温线的焓值与汽压的关系蒸汽等温线的焓值与汽压的关系蒸汽等温线的焓值与汽压的关系 15第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University 以以微微过过热热汽汽温温作作为为燃燃水水比比的的校
22、校正正信信号号时时，其其过过热热度度的的选选择择是是非非常常重重要要的的。从从控控制制系系统统品品质质指指标标的的角角度度考考虑虑，所所取取的的微微过过热热汽汽温温过过热热度度越越小小，迟迟延延越越小小。然然而而，由由上上图图所所示示蒸蒸汽汽等等温温线线上上焓焓值值与与汽汽压压关关系系曲曲线线可可以以看看出出：若若焓焓值值小小于于2847kJ2847kJkgkg（680kcal/kg680kcal/kg），则则图图中中虚虚线线以以下下，曲曲线线进进入入明明显显的的非非线线性性区区，汽汽温温随随焓焓值值变变化化的的放放大大系系数数明明显显减减小小，而而受受汽汽压压变变化化的的影影响响很很大大，变
23、变得得不不稳稳定定。这这影响微过热汽温对于燃水比例关系的代表性。影响微过热汽温对于燃水比例关系的代表性。经验证明，微过热蒸汽的焓值在经验证明，微过热蒸汽的焓值在2847kJ/kg2847kJ/kg左右时，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下图 所示所示:16第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University 按按照照反反应应较较快快和和
24、便便于于检检测测等等条条件件，通通常常在在过过过过热热热热段段段段的的的的起起起起始始始始部部部部分分分分选选取取一一个个合合适适的的地地点点，根根据据该该点点工工质质温温度度来来控控制制燃燃水水比比。这这一一点点称称为为中中间间点点，中中间间点点汽汽温温变变化化的的时时滞滞应应不不超超过过303040s40s。但但应应说说明明，在在不不同同负负荷荷时时，中中间间点点的的汽温不是固定不变，而是机组负荷的函数。汽温不是固定不变，而是机组负荷的函数。图图图图.微过热汽温推荐值与压力的关系微过热汽温推荐值与压力的关系微过热汽温推荐值与压力的关系微过热汽温推荐值与压力的关系 17第三章第三章第三章第三
25、章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University 3 3燃水比控制方案燃水比控制方案燃水比控制方案燃水比控制方案 （1 1）方案一）方案一）方案一）方案一 以以燃燃料料调调节节器器作作为为负负荷荷调调节节器器，而而以以给给水水调调节节器器作作为为汽汽温温粗粗调调。即即采采用用以以燃燃料料量量作作为为主主动动流流量量，调调节节锅锅炉炉负负荷荷，以以给给水水流流量量作作为为从从动动流流量量，跟跟随随燃燃料料量量变变化化，保保持燃水比
26、例不变，调节微过热汽温的配对选择方案。持燃水比例不变，调节微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。的控制过程及系统与汽包锅炉相同。18第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNo
27、rth China Electric Power University19第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University （1 1）由单回路调节系统调节汽机调节汽门开度由单回路调节系统调节汽机调节汽门开度 ，维持机前蒸汽压力维持机前蒸汽压力 为给定值为给定值 。考虑到汽机本身带有。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，当电网频率独立的调节系统，接受汽轮机转速信号，当电网频率f f变化时，改
28、变汽门开度变化时，改变汽门开度 ，维持汽轮机转速，显然，这，维持汽轮机转速，显然，这对于汽压稳定是不利的。因此，调节器对于汽压稳定是不利的。因此，调节器PI1PI1引入电网频引入电网频率率f f的微分信号，以抵销或减弱调节系统的动作，的微分信号，以抵销或减弱调节系统的动作，稳定稳定稳定稳定汽压汽压汽压汽压。(2)(2)燃燃料料量量调调节节与与给给水水流流量量调调节节均均采采用用串串级级调调节节系系统统。PI2PI2接接受受机机组组功功率率指指令令信信号号与与机机组组实实际际功功率率，以以功功率率偏偏差差信信号号经经PI2PI2输输出出，作作为为锅锅炉炉燃燃烧烧率率（或或锅锅炉炉负负荷荷）的的修
29、修正正指指令令，与与机机组组功功率率指指令令相相加加，组组成成锅锅炉炉燃燃烧烧率率（或或负负荷荷）指指令令LDLD，燃燃料料调调节节器器PI3PI3根根据据LDLD调调节节燃燃料料量量，同时克服燃料量的扰动。同时克服燃料量的扰动。20第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University 注注注注意意意意：对对于于燃燃煤煤锅锅炉炉，可可采采用用热热量量信信号号代代替替燃燃料料量量信信号号，反反映映燃燃料料量量的的
30、自自发发扰扰动动。热热量量信信号号中中的的汽汽包包压压力力信信号号可采用汽水流程的可采用汽水流程的中间点压力中间点压力中间点压力中间点压力信号代替。信号代替。（3 3）燃燃水水比比调调节节系系统统中中，由由主主调调节节器器PI4PI4维维持持作作为为燃燃水水比比例例标标志志的的微微过过热热汽汽温温为为给给定定值值，发发出出给给水水流流量量修修正正指指令令。副副调调节节器器PI5PI5根根据据前前馈馈信信号号燃燃料料量量信信号号，以以及及PI4PI4输输出出的的流量校正信号调节给水流量，确保燃水比例不变。流量校正信号调节给水流量，确保燃水比例不变。由于燃水比调节系统与功率控制系统之间是相互关联由
31、于燃水比调节系统与功率控制系统之间是相互关联的，的，燃料量信号作为前馈信号引入给水流量调节器燃料量信号作为前馈信号引入给水流量调节器燃料量信号作为前馈信号引入给水流量调节器燃料量信号作为前馈信号引入给水流量调节器PI5PI5，起着串联解耦的作用起着串联解耦的作用起着串联解耦的作用起着串联解耦的作用。由串级系统分析方法，考虑两个系。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，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。效调节器或等效对
32、象内。21第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University 特点：当燃料量发生扰动时，燃料和给水调节特点：当燃料量发生扰动时，燃料和给水调节器都将动作，从而使由燃料量内扰而引起的温度偏器都将动作，从而使由燃料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粉机运行不稳定的锅炉，因为没有给水调节系统的配合动
33、作，是难以保证过热汽温的稳定的。配合动作，是难以保证过热汽温的稳定的。22第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University （2 2）方案二）方案二）方案二）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。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，主控系统通常采用协调控
34、制方式，控制机组功率和蒸汽压力。单元机组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的需要，而汽压控制的任务是保持锅炉出口压力（或机
35、前压力）稳定。炉出口压力（或机前压力）稳定。23第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University 1 1）主控制系统）主控制系统采用和差解耦系统采用和差解耦系统。将功率偏差信号。将功率偏差信号和压力偏差信号同时引入汽轮机调节器和压力偏差信号同时引入汽轮机调节器PI1PI1及锅炉主控制及锅炉主控制器器PI2PI2。当出现功率偏差时（功率指令增加），功率偏差。当出现功率偏差时（功率指令增加），功率偏差信号通过信
36、号通过PI1PI1和和PI2PI2同时增大调节汽门开度和锅炉负荷指令同时增大调节汽门开度和锅炉负荷指令LDLD，考虑到，考虑到锅炉负荷锅炉负荷锅炉负荷锅炉负荷的变化具有的变化具有较大迟延，功率指令经较大迟延，功率指令经较大迟延，功率指令经较大迟延，功率指令经PDPD调节器后作为前馈信号调节器后作为前馈信号调节器后作为前馈信号调节器后作为前馈信号与与PI2PI2输出相加。输出相加。2.2.控制方案及分析控制方案及分析控制方案及分析控制方案及分析 （1 1）主控制系统）主控制系统）主控制系统）主控制系统 2 2）当压力出现偏差时，偏差信号通过）当压力出现偏差时，偏差信号通过PI1 PI1 减小汽轮
37、机减小汽轮机调节汽门的开度，而通过调节汽门的开度，而通过PI2PI2增大锅炉的负荷。由于两个增大锅炉的负荷。由于两个偏差信号引入偏差信号引入PI1PI1的方向相反，负荷变化时，在调节的动的方向相反，负荷变化时，在调节的动态过程中，态过程中，允许压力保留一定偏差，以利用锅炉蓄热允许压力保留一定偏差，以利用锅炉蓄热允许压力保留一定偏差，以利用锅炉蓄热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。差，以防止汽压波动过大。24第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧
38、控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University（2 2）锅炉负荷控制及燃水比控制两个子系统）锅炉负荷控制及燃水比控制两个子系统）锅炉负荷控制及燃水比控制两个子系统）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，对于直流锅炉来说，给水流量的改变可以有效给水流量的改变可以有效的改变蒸汽流量。的改变蒸汽流量。因此该方案以因此该方案以给水流给水流给水流给水流量作为主动流量，调节锅量作为主动流量，调节锅量作为主动流量，调节锅量作为主动流量，调节锅炉负荷炉负荷炉负荷炉负荷。
39、以燃料量作为从以燃料量作为从以燃料量作为从以燃料量作为从动流量，跟随给水流量变动流量，跟随给水流量变动流量，跟随给水流量变动流量，跟随给水流量变化，调节燃水比及汽温。化，调节燃水比及汽温。化，调节燃水比及汽温。化，调节燃水比及汽温。图图图图.锅炉控制系统框图锅炉控制系统框图锅炉控制系统框图锅炉控制系统框图 加热段某点水温加热段某点水温加热段某点水温加热段某点水温代表烟气温度代表烟气温度代表烟气温度代表烟气温度25第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth Chin
40、a Electric Power University 1 1）负负荷荷控控制制采采用用单单回回路路调调节节系系统统，由由调调节节器器PI3PI3根根据据负负荷荷指指令令LDLD调调节节给给水水流流量量。以以给给水水流流量量信信号号WW代代表表锅锅炉炉负负荷荷与与LDLD相相平平衡衡。燃燃水水比比控控制制仍仍采采用用串串级级型型比比值值控控制制系系统统，由由副副调调节节器器PI5PI5根根据据给给水水流流量量的的变变化化调调节节燃燃料料量量，然然后后由由主主调调节节器器PI4PI4根根据据微微过过热热汽汽温温对对燃燃水水比比例例进行校正。进行校正。2 2）微过热点工质的汽温是其焓值及压力的函数
41、。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，应按图力变化时，应按图5 58 8所示的汽温一压力关系曲线改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变微过热汽温给定值。因此将微过热点压力信号 经经函数转换器引入函数转换器引入PI4PI4，作为微过热汽温的给定值。，作为微过热汽温的给定值。26第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统N
42、orth China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University 3 3）考考虑虑到到燃燃料料量量内内扰扰很很大大，对对于于燃燃煤煤锅锅炉炉，燃燃料料量量无无法法准准确确测测量量。因因此此内内回回路路难难以以有有效效克克服服燃燃料料量量扰扰动动。系系统统中中引引引引入入入入烟烟烟烟气气气气温温温温度度度度信信信信号号号号经经经经微微微微分分分分器器器器后后后后作作作作为为为为导导导导前前前前微微微微分分分分信信信信号号号号引引引引入入入入PI4PI4，补补补补偿偿偿偿（克克克克服服服服）燃燃燃燃料料料料量量量量扰
43、扰扰扰动动动动时时时时微微微微过过过过热热热热汽汽汽汽温温温温变变变变化化化化的的的的迟迟迟迟延延延延。这这这这既既既既有有有有利利利利于于于于克克克克服服服服内内内内扰扰扰扰，也也也也有有有有利利利利于于于于改改改改善善善善汽汽汽汽温温温温调调调调节节节节品品品品质质质质。采采用用烟烟气气温温度度作作为为导导前前微微分分信信号号反反映映燃燃料料量量扰扰动动的的关关键键，在在于于能能否否设设计计出出能能够够长长期期稳稳定定运运行行，并并且且反反应应快快的的热热电电偶偶装装置置。一一般般情情况况下下，也也可可采采用用汽汽水水流流程程中中加加热热段段某某点点水水温温信信号号 作作为为导导前前信信号
44、。号。4 4）给给水水流流量量信信号号引引入入调调节节器器PI5PI5，并并适适当当调调整整与与燃燃料料量量信信号号之之间间的的比比例例系系数数，可可以以认认为为消消除除了了给给水水流流量变化对微过热汽温的影响。量变化对微过热汽温的影响。27第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University （3 3）方案三）方案三）方案三）方案三 系统采用系统采用“和差和差”解耦，以消除汽压与汽温两个系解耦，以消除汽压与汽
45、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。案之一，如下图所示。28第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University 1)1)压压力力偏偏差差 与与汽汽温温偏偏差差 同同时时引引入入调调节节器器PI1PI1和和PI2PI2。PI1PI1与与PI2PI2的的输输出出和和机机组组负负荷荷指指令令LDLD相相加加，作作为为给给水水流流量量
46、与与燃燃料料量量的的给给定定值值引引入入PI3PI3与与PI4PI4，调调节节给给水水流流量量与与燃燃料量。料量。2 2）机机组组负负荷荷指指令令改改变变（增增加加）时时，首首先先通通过过 PI3PI3和和PI4PI4增增加加给给水水流流量量和和燃燃料料量量。这这不不仅仅有有利利于于保保持持微微过过热热汽汽温温不不变变，而而且且有有利利于于尽尽快快改改变变锅锅炉炉负负荷荷，保保持持汽汽压压稳定。稳定。3)3)汽压偏低时，汽压偏差信号使调节器汽压偏低时，汽压偏差信号使调节器PI1PI1和和PI2PI2输输出增加，增加给水流量和燃料量。当微过热汽温偏低，出增加，增加给水流量和燃料量。当微过热汽温偏
47、低，由偏差信号由偏差信号 使使PI1PI1输出减少而输出减少而PI2PI2输出增大，因而减少输出增大，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，保持汽压稳定。迅速校正微过热汽温，保持汽压稳定。29第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power Universi
48、ty （4 4）方案四）方案四）方案四）方案四 采用串联解耦法，实现汽压、汽温解耦控制。由调采用串联解耦法，实现汽压、汽温解耦控制。由调节器节器PI1PI1和和PI2PI2分别校正汽压与微过热汽温。分别校正汽压与微过热汽温。PI1 PI1和和PI2PI2两个调节两个调节器的输出同时引入器的输出同时引入PI3PI3和和PI4PI4，这使得校正汽压和，这使得校正汽压和汽温的过程中，燃料量汽温的过程中，燃料量与给水流量协调动作，与给水流量协调动作，以保持汽温与汽压稳定。以保持汽温与汽压稳定。工作过程与方案三相同。工作过程与方案三相同。30第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉
49、燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University3-2 3-2 3-2 3-2 中储式锅炉燃烧中储式锅炉燃烧中储式锅炉燃烧中储式锅炉燃烧控制策略控制策略控制策略控制策略31第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth China Electric Power University一、概述一、概述一、概述一、概述中间储仓式锅炉的燃料系统和燃烧
50、过程是相互独立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。送入炉膛。二、制粉控制系统二、制粉控制系统二、制粉控制系统二、制粉控制系统 中储式钢球磨的控制。中储式钢球磨的控制。中储式钢球磨的控制。中储式钢球磨的控制。32第三章第三章第三章第三章 锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统锅炉燃烧控制系统North China Electric Power UniversityNorth Ch