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1、汽包锅炉燃烧系统简介汽包锅炉燃烧系统简介 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，结构复杂，系统组成如下图所示：第1页/共38页第2页/共38页一、燃烧过程自动控制的任务一、燃烧过程自动控制的任务 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。归纳为：归纳为：稳定性稳定性 经济性经济性 安全性安全性第3页/共38页锅炉燃烧过程自动控制系统的组成与特点锅炉燃烧过程自动控制系统的组成与特点以以燃料量燃料量为为调节量调节量，主蒸汽压主蒸汽压力力为为被调量被调量，通
2、过调节进入炉，通过调节进入炉膛的燃料量，维持主蒸汽压力膛的燃料量，维持主蒸汽压力的稳定。的稳定。燃料量控制系统燃料量控制系统 送风控制系统以以送风量送风量为为调节量调节量，烟气含氧烟气含氧量量为为被调量被调量，通过调节进入炉，通过调节进入炉膛的送风量，使烟气含氧量达膛的送风量，使烟气含氧量达到设定的最佳值，保证燃料燃到设定的最佳值，保证燃料燃烧所需的空气量和燃烧过程的烧所需的空气量和燃烧过程的经济性。经济性。引风控制系统以引风量为调节量，炉膛压力为被调量，通过调节引风量维持炉膛压力的稳定。锅炉燃烧控制系统第4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
3、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。锅炉燃烧控制过程中各调节变量和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的非线性多变量强耦合控制系统。第5页/共38页二、锅炉燃烧过程被控对象的动态特性二、锅炉燃烧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）主蒸汽压力的动态特性（一）主蒸汽压力的动态特性 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个
4、，其一是燃烧率燃烧率 B扰动扰动称为基本扰动或内部扰动；其二是称为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，称为的扰动，称为外部扰动。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u 内扰下主蒸汽压力的动态特性内扰下主蒸汽压力的动态特性 主蒸汽压力pT 的动态特性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：此时主蒸汽压力pT是一个无自平衡能力的被控对象。汽包压pb与主蒸汽压力pT 之差p2与主蒸汽流量以
5、及过热器的阻力成正比。第7页/共38页 根据阶跃响应曲线确定迟延时间 ，可以求出：l 飞升速度：l 响应（飞升）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 此时此时主蒸汽压力主蒸汽压力pT是一个是一个有自平衡能力的被控对象。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；D 主蒸汽流量；主蒸汽流量；h 饱和蒸汽焓；饱和蒸
6、汽焓；C 蒸发受热面热容。蒸发受热面热容。第9页/共38页根据以上热平衡关系式可得：（101）式中式中Cb称为称为蓄热系数蓄热系数，其物理意义为，其物理意义为汽包压力汽包压力pb改变一个单改变一个单位，蒸发受热面所吞吐的蒸汽量。位，蒸发受热面所吞吐的蒸汽量。式（式（10101 1）表明，测出）表明，测出主蒸汽流量主蒸汽流量D和和汽包压力汽包压力pb的变化速的变化速度度dpb/dt，与一定的，与一定的蓄热系数蓄热系数Cb配合配合,就可得到代表就可得到代表热负荷热负荷Qr的的热热量信号量信号，可以迅速反映燃料量的变化。，可以迅速反映燃料量的变化。u 外扰下主蒸汽压力的动态特性外扰下主蒸汽压力的动态
7、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）分别为汽轮机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压力pT 变化的阶跃响应曲线：变化的阶跃响应曲线：第10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（二）烟气含氧量的动态特性（二）烟气含氧量的动态特性 烟气含氧量烟气含氧量O2是影响燃烧过
8、程经济性的重要指标，主要通过是影响燃烧过程经济性的重要指标，主要通过改变进入炉膛的改变进入炉膛的送风量送风量V 对对烟气含氧量烟气含氧量O2进行调节进行调节。送风量送风量V 扰扰动下动下烟气含氧量烟气含氧量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阶跃响应曲线可知，其动态特性具有滞后、惯性和自平衡能力。第12页/共38页（三）炉膛压力的动态特性（三）炉膛压力的动态特性 炉膛压力炉膛压力pf 对锅炉运行的安全性有重要影响，主要通过改变对锅炉运行的安全性有重要影响，主要通过改变引风量引风量G 对对炉膛压力炉膛压力pf进行调节进行调节。引风量引风量G 扰动扰动下下炉膛压力炉膛
9、压力pf变化变化的阶跃响应曲线为：的阶跃响应曲线为：在在送风量送风量V 和和引风量引风量G 的扰动下，的扰动下，炉膛压力炉膛压力pf 的动态特性的动态特性惯性很小惯性很小，可，可近似认为是近似认为是比例环节比例环节。第13页/共38页第二节第二节 锅炉燃烧过程自动控制的基本方案锅炉燃烧过程自动控制的基本方案一、燃烧过程控制系统基本方案一、燃烧过程控制系统基本方案 (一一)“燃料空气燃料空气”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，其原理框图如系统为燃烧控制系统的基本方案，其原理框图如右图所示。右图所示。pT0pfPI1PI3PI2PI4ZZZVpT+-+-+-BVGpf0
10、主调节器主调节器PI1接受主蒸汽压力信接受主蒸汽压力信号，根据号，根据pT与给定值与给定值pT0的偏差，给的偏差，给出负荷指令。出负荷指令。燃料调节器燃料调节器PI2和送风调节器和送风调节器PI3 根据负荷指令，分别去调节燃料量根据负荷指令，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 燃料控制与送风控制两个子系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、送风量与燃料量之燃料量与负荷、送风量与燃料量之间的比值关系不变。间的比值关系不变。该方案的优点是结构简单，整定方便。由
11、于直接以燃料量信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，能迅速改变燃料量，保持汽压稳定。速改变燃料量，保持汽压稳定。pfPI1PI3PI2PI4ZZZVpT+-+-+-BVGpf0pT0第15页/共38页(二二)带氧量校正信号的带氧量校正信号的“燃料空气燃料空气”系统系统 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。保持一定的过剩空气系剩空气系数。保持一定的过剩空气系数，即保证了总燃料量与总风量之间数，即保证了总燃料量与总风量之间的最佳比值。的最佳比值
12、。DPI1PI3PI2PI4ZZZpfpf0VpT0+-+-MVGpT+DPI5O2f(x)+此为此为“燃空燃空”系统改进方案，如下图。系统改进方案，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，对燃料量与送风量之间比值进行修正。行修正。第16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，经函数转换器后，作为烟气最佳含氧量的给定值。作为烟气最佳含氧量的给定值。由于烟气含氧量的测量有较
13、大惯性迟延，因此氧量校正回路由于烟气含氧量的测量有较大惯性迟延，因此氧量校正回路工作频率通常低于送风量调节回路。工作频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，送风量调节器同时按比例改变当燃料量依负荷指令而改变时，送风量调节器同时按比例改变送风量。以减少动态过程中风煤比例失调。随着燃料量调节过送风量。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 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
14、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信号，动态补偿装置通常采用微分器，以保证静态时炉膛压力前馈信号，动态补偿装置通常采用微分器，以保证静态时炉膛压力等于给定值。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,对送风量进行细调。确保对送风量进行细调。确保烟气含氧量为最佳值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页第三节第三节 单元机组锅炉燃烧过程自动控制系统单元机组锅炉燃烧过程自动控制系统
15、 在单元制汽轮发电机组中，锅炉按运行方式不同可以分为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控制自动控制系统系统第19页/共38页l 热量信号热量信号 热量信号热量信号，是指燃料进入炉膛燃烧时在单位时间内产生的热，是指燃料进入炉膛燃烧时在单位时间内产生的热量。可以用静态下的量。可以用静态下的主蒸汽流量主蒸汽流量D 和动态下的汽包压力变化速度和动态下的汽包压力变化速度dpb/dt 表示，其计算公式为：表示，其计算公式为：式中式中:Cb 锅炉的蓄热系数。锅炉的蓄热系数。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号，不但可以反映燃
16、料燃料量的变化量的变化，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对燃烧过程的影响，从而提高锅炉运行过程的稳定性。响，从而提高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页热量信号在燃料量B 和汽轮机调节门开度T 扰动下的阶跃响应曲线分别如图（a）和图（b）所示：根据前面分析，当燃烧率不变而负荷
17、变化时热量信号不变，即：负荷变化过程中，在t0t1时间段内对上式进行积分运算可得：第21页/共38页因此锅炉蓄热系数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 变化的曲线如下图所示：第22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dpb/dt 测量不到，只能测得带有惯性的速度信号 ，同时再加入主蒸汽流
18、量D的实际微分信号，可以得到实际热量信号：第23页/共38页（二）直吹式锅炉燃烧过程自动控制系统（二）直吹式锅炉燃烧过程自动控制系统 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：特点如下：u 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。u 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，才能改变进入炉膛的燃料量，负荷适应能力较差，且容易引起才能改变进入炉膛的燃料量，负荷
19、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页采用直吹式制粉系统的锅炉生产过程 （a）示意图；（b）方框图 第25页/共38页一次风量作为燃料控制手段的燃烧控制系统 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u 采用一次风量为反馈信号的燃烧控制系统 采用一次风量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，其原理图如下：第27页/共38页第四节 锅炉燃烧过程自动控制系统实例分析 采用直吹式制粉系统，燃烧控制系统主要包括6个
20、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页一、燃料控制系统第29页/共38页二、磨煤机风量、温度控制系统 第30页/共38页（一）磨煤机一次风量控制系统 第31页/共38页（二）磨煤机出口温度控制系统 第32页/共38页三、风量控制系统 风量控制系统有一次风和二次风两个相互独立的系统，一次风主要用于将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膛中完全燃烧。第33页/共38页（一）一次风压力控制系统 第34页/共38页第35页/共38页（二）二次风量（送风）控制系统第36页/共38页四、炉膛压力控制系统 第37页/共38页感谢您的观看！第38页/共38页