鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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1、 寧波工程學(xué)院過(guò)程控制期末論文 10 鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要：鍋爐是熱電廠重要且基本的設(shè)備，其最主要的輸出變量之一就是主蒸汽壓力。主蒸汽壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持過(guò)熱器出口氣溫在允許范圍內(nèi)，以確保機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。鍋爐所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動(dòng)透平的動(dòng)力源[1]，又可以作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過(guò)程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，作為動(dòng)力和熱源的過(guò)濾，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。在控制算法上、綜合運(yùn)用了單回路控制、串級(jí)控制、比值

2、控制等控制方法實(shí)現(xiàn)了燃料量控制調(diào)節(jié)蒸汽壓力、送風(fēng)量控制調(diào)節(jié)煙氣含氧量、引風(fēng)量控制爐膛負(fù)壓，并有效克服了彼此的擾動(dòng)，使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：鍋爐；蒸汽壓力；單回路控制； Control system design of the boiler combustion system Abstract: The boiler is important and basic equipment of the thermal power plant, one of the main output variable is the main steam pressure. The task o

3、f the automatic adjustment of the main steam pressure is to maintain the superheater outlet temperature within the allowable range, to ensure the safety and economy of the unit operation. The boilers produce high pressure steam can be used as a source of power-driven turbine, but also as a distillat

4、ion, drying, reaction, heating and process heat source. With industrial production expanding, as a filter for power and heat, but also toward the high-capacity, high-parameter, high-efficiency direction. In the control algorithm, the integrated use of single-loop control, cascade control, ratio cont

5、rol, the control method of fuel control to adjust the vapor pressure, air volume control to adjust the flue gas oxygen content, the wind control the furnace negative pressure, and effectively overcome each other disturbances so that the whole stability of the system. Key words: Boiler; Vapor pressu

6、re; Single-loop control 引言 隨著城市的快速發(fā)展，我們對(duì)用電的需求也越來(lái)越大，如何利用好有限的能源來(lái)保證供電是一個(gè)重要的話題，在能源的利用過(guò)程中如何更加提高能源的利用率是一個(gè)可研究性的話題，本文基于上述話題對(duì)電廠的燃燒鍋爐控制進(jìn)行了研究。 火力發(fā)電是我國(guó)電力能源的主要來(lái)源，大型火力發(fā)電機(jī)組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組等設(shè)備構(gòu)成，它利用鍋爐生產(chǎn)的過(guò)熱蒸汽來(lái)推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)動(dòng)。 在火力發(fā)電廠中，鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組采用一機(jī)一爐方式。它們作為蒸汽的供需雙方，必須保持一定平衡，并且作為一個(gè)整體分析，否則會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 綜上所述，火力發(fā)電生

7、產(chǎn)過(guò)程的控制部分包括三部分：鍋爐控制、汽輪機(jī)控制、鍋爐與汽輪機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制。 1 電廠生產(chǎn)過(guò)程 火力發(fā)電廠的主要工藝如圖1-1所示可以把它劃分為鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組兩部分，其中鍋爐又可以劃分為燃料系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)。 1)鍋爐燃燒系統(tǒng)中，燃料和熱空氣按一定比例送入爐膛，燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給鍋筒，通過(guò)熱交換，生成飽和蒸汽。同時(shí)，燃燒后剩余的煙氣（廢氣）通過(guò)煙道，經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪，排入大氣。由于煙氣本省具有一定余熱，可以通過(guò)空氣預(yù)熱器為輸入的冷空氣加熱，獲得的熱空氣又可以循環(huán)送入燃燒系統(tǒng)，從而節(jié)約能源。 2）鍋爐汽水系統(tǒng)中，給水經(jīng)省煤器預(yù)熱后進(jìn)入鍋筒，再經(jīng)過(guò)與燃料系統(tǒng)的熱交換過(guò)程，產(chǎn)生

8、飽和蒸汽；然后經(jīng)過(guò)多級(jí)過(guò)熱器，形成具有一定氣溫和壓力的過(guò)熱蒸汽，匯集至蒸汽母管，推動(dòng)單元機(jī)組的工作。 3)汽輪發(fā)電機(jī)組接受鍋爐提供的過(guò)熱蒸汽，推動(dòng)高壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生電能。同時(shí)，溫度和壓力都降低的蒸汽冷凝為凝結(jié)水，又被作為給水進(jìn)入鍋爐汽水系統(tǒng)，從而加以循環(huán)利用，節(jié)約資源。 圖1-1火力發(fā)電廠主要工藝流程圖 1.1 鍋爐控制 鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。鍋爐控制的目的是供給合格的蒸汽，使鍋爐產(chǎn)汽量適應(yīng)負(fù)荷需要，同時(shí)保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性、安全性[2]。要實(shí)現(xiàn)該控制目的，必須對(duì)鍋爐生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)主要工藝參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

9、 負(fù) 荷 給水量 鍋筒水位 減溫水量 過(guò)熱蒸汽溫度 燃燒量 鍋爐設(shè)備 蒸汽壓力 送風(fēng)量 過(guò)?？諝? 引風(fēng)量 爐膛負(fù)壓 圖1-2 鍋爐的輸入/輸出變量示意圖

10、 鍋爐設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的被控對(duì)象，主要輸入變量包括負(fù)荷的蒸汽需求量、給水量、燃料量、減溫水量、送風(fēng)量和引風(fēng)量等；主要輸出變量有鍋筒水位、蒸汽壓力、過(guò)熱蒸汽溫度、爐膛負(fù)壓、過(guò)剩空氣（煙氣含氧量）等，圖1-2所示為輸入變量與輸出變量之間相互關(guān)聯(lián)。如果蒸汽負(fù)荷變化或給水量發(fā)生變化，會(huì)引起鍋筒水位、蒸汽壓力和過(guò)熱蒸汽溫度等的變化；而燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，還會(huì)影響鍋筒水位、過(guò)熱蒸汽溫度、過(guò)?？諝夂蜖t膛負(fù)壓。 可見(jiàn)，鍋爐是一個(gè)具有多輸入/多輸出變量，且變量之間相互關(guān)聯(lián)的被控對(duì)象，其主要控制系統(tǒng)如下。 1）鍋爐鍋筒水位的控制：鍋筒水位時(shí)保證鍋爐、汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件之一，是鍋爐正常運(yùn)行的重要

11、指標(biāo)。其控制目的是基于鍋筒內(nèi)部的物料平衡關(guān)系，使給水量滿足鍋爐的蒸汽量需求（即負(fù)荷要求），并將鍋筒中水位維持在工藝允許的范圍內(nèi)。 2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制：通過(guò)控制燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量，使燃料所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷需要；使燃料量與空氣里保持一定的比例，以保證最經(jīng)濟(jì)的燃燒，提高鍋爐的燃燒效率;使引風(fēng)量與送風(fēng)量的控制相匹配，以保持爐膛內(nèi)負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)。 3）過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制：維持過(guò)熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。 1.2 單元機(jī)組的出力控制 對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，要求單元機(jī)組的出力能快速適應(yīng)負(fù)荷的需求，而機(jī)組的出力大小事由鍋爐和汽輪機(jī)共同決定的。兩者在適應(yīng)負(fù)

12、荷變化的能力上有很大的差別：鍋爐從給水到形成過(guò)熱蒸汽式一個(gè)慣性較大的熱交換過(guò)程，而汽輪機(jī)從蒸汽進(jìn)入到產(chǎn)生電能是一個(gè)反應(yīng)相對(duì)較快的環(huán)節(jié)。如何合理地控制鍋爐和汽輪機(jī)的各自出力[3]，使其彼此適應(yīng)，最終滿足負(fù)荷需求是出力控制的核心任務(wù)。 2 鍋爐燃燒過(guò)程控制 鍋爐燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料所產(chǎn)生的熱量能夠滿足蒸汽負(fù)荷的需求，同時(shí)要保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐的安全性。為達(dá)到上訴目的，該系統(tǒng)劃分為三個(gè)子系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)維持汽壓、保持最佳空燃比和保證爐膛負(fù)壓不變的控制任務(wù)。 1）蒸汽壓力控制系統(tǒng)。蒸汽壓力反映了鍋爐生產(chǎn)的蒸汽量和汽輪機(jī)消耗的蒸汽量相適應(yīng)的程度。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)燃料量使

13、蒸汽壓力穩(wěn)定。 2經(jīng)濟(jì)燃燒控制系統(tǒng)。當(dāng)燃料量改變時(shí)，必須按照一定的比例調(diào)節(jié)送風(fēng)量，以保證充分燃燒和經(jīng)濟(jì)性。 3）爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。爐膛壓力的高低關(guān)系到鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，燃燒控制系統(tǒng)必須配合引風(fēng)量與送風(fēng)量，以保證爐膛壓力穩(wěn)定。 2.1 主蒸汽壓力的動(dòng)態(tài)特性 汽壓調(diào)節(jié)對(duì)象結(jié)構(gòu)如圖2-1所示?？梢?jiàn)，主蒸汽壓力主要受到燃料量和汽輪機(jī)耗汽量的影響。 圖2-1 汽壓調(diào)節(jié)對(duì)象示意圖 Qc-燃料量 Qo-進(jìn)風(fēng)量 H-爐膛發(fā)熱量 Qw-進(jìn)水量 Pb-鍋筒壓力 Pt-主蒸汽壓力 Ug-汽輪機(jī)進(jìn)汽閥開(kāi)度 Qt-汽輪機(jī)耗汽量 N-機(jī)組實(shí)發(fā)功率 燃料熱值或成分的變化，會(huì)引

14、起燃料供熱量的變化。如果燃料量增加，爐膛熱負(fù)荷隨之增加，鍋筒壓力Pb升高。在保持汽輪機(jī)進(jìn)汽閥開(kāi)度Ug不變的條件下，主蒸汽壓力Pt將隨著蒸汽的累積而升高。 當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷變化時(shí)，改變汽輪機(jī)進(jìn)汽閥開(kāi)度Ug，使汽輪機(jī)耗汽量發(fā)生突然改變，主蒸汽壓力也相應(yīng)變化。如果汽輪機(jī)進(jìn)汽閥開(kāi)度加大，則汽輪機(jī)耗汽量會(huì)增加，主蒸汽量壓力隨之降低。 為克服燃料量和蒸汽負(fù)荷對(duì)主蒸汽壓力產(chǎn)生的擾動(dòng)，在蒸汽壓力發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過(guò)控制燃料量來(lái)滿足控制要求，這種單回路控制系統(tǒng)雖然簡(jiǎn)單，但適用于蒸汽負(fù)荷及燃料量波動(dòng)較小的情況。當(dāng)燃料量波動(dòng)較大時(shí)，為及時(shí)抑制燃料量自身的擾動(dòng)，采用蒸汽壓力-燃料量構(gòu)成的串級(jí)控制。 2.2 經(jīng)濟(jì)燃燒控

15、制 經(jīng)濟(jì)燃燒以燃料量跟蹤蒸汽負(fù)荷需求為前提，保證空氣量（進(jìn)風(fēng)量）能與燃料量滿足一定比例關(guān)系，使燃燒過(guò)程充分，從而以最經(jīng)濟(jì)[4]的燃料供給量提供最大的燃燒量。因此，燃料量與進(jìn)風(fēng)量之間采用比值控制，其中，燃料量跟隨蒸汽負(fù)荷變化而變化，為主流量；進(jìn)風(fēng)量為副流量。其控制方案如圖2-2所示。 圖2-2 經(jīng)濟(jì)燃燒控制方案 圖2-2a是將蒸汽壓力控制器PtC的輸出同時(shí)作為燃料量控制器FbC和進(jìn)風(fēng)量控制器FiC的設(shè)定值。這種控制方案可以保持蒸汽壓力的穩(wěn)定，空燃比通過(guò)FbC和FiC的正確動(dòng)作而間接得到保證；圖2-2b中蒸汽壓力與燃料量構(gòu)成串級(jí)控制，進(jìn)風(fēng)量跟隨燃料量變化而變化，從而確?？杖急取＿@種控制在

16、負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，進(jìn)風(fēng)量的變化落后于燃料量，會(huì)導(dǎo)致燃燒的不完全，為克服上述兩種控制方案的不足，圖2-2c在控制方案a的基礎(chǔ)上增加了選擇性控制。當(dāng)負(fù)荷減少時(shí)，通過(guò)低值選擇器LS，先減少燃料量，后減少空氣量；當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，通過(guò)高值選擇器HS，先增加空氣量，再加大燃料量，從而保證充分燃燒。 上述燃燒控制方案雖然考慮了燃料量與進(jìn)風(fēng)量的比例，但不能保證在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中始終保持最經(jīng)濟(jì)的燃燒。這是因?yàn)椋涸诓煌呢?fù)荷下，兩流量的最優(yōu)化比值是不同的；燃料成分（如水分、灰分的含量）和熱值有可能變化；流量測(cè)量得不夠準(zhǔn)確。這些因素都不會(huì)痛程度地引起空氣過(guò)量或燃燒不玩去昂，造成鍋爐熱效率下降。因此，有必要選擇一個(gè)指標(biāo)來(lái)

17、檢驗(yàn)空燃比是否恰當(dāng)，并通過(guò)校正進(jìn)風(fēng)量來(lái)修正空燃比。目前，常選用煙氣中的含氧量作為衡量空燃比的指標(biāo)。 理論和實(shí)踐已證明，煙氣中的各種成分，如O2、CO2、CO和未燃燒烴的含量，基本上可以反映燃料燃燒的情況，最簡(jiǎn)便的方法是用煙氣中的含氧量A來(lái)表示。根據(jù)燃燒時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式，可以計(jì)算出使燃料完全燃燒所需要的含氧量，進(jìn)而可以折算出所需的空氣量，稱(chēng)為理想空氣量，用QT表示。但實(shí)際上完全燃燒時(shí)所需的空氣量QP，要超過(guò)理論計(jì)算的QT，既要有一定的過(guò)?？諝饬?。由于煙氣的熱損失占鍋爐熱損失的絕大部分，當(dāng)過(guò)?？諝饬吭龆鄷r(shí)，會(huì)使?fàn)t膛溫度降低，同時(shí)使煙氣熱損失增加。因此，過(guò)?？諝饬繉?duì)不同的燃料都有一個(gè)最優(yōu)值，以達(dá)

18、到最優(yōu)經(jīng)濟(jì)燃燒。 過(guò)?？諝饬砍Ｓ眠^(guò)?？諝庀禂?shù)α來(lái)表示，即實(shí)際空氣量Qp與理想空氣量QT之比 α=QpQt (2—1) 因此，α是衡量經(jīng)濟(jì)燃燒的一種指標(biāo)。保證鍋爐熱效率最高的α值稱(chēng)為最佳α值，最佳α值與鍋爐負(fù)荷有關(guān)，一般α=1.2-1.4。但是α很難直接測(cè)量，需要利用它與煙氣含氧量之間的近似關(guān)系來(lái)間接計(jì)算 α=2121-A=1+A21-A （2—2） 由上式可以折算出最佳α值：α=1

19、.2-1.4，此時(shí)，煙氣含氧量A=3.5%-6%。因此，煙氣含氧量也可以作為一種衡量經(jīng)濟(jì)燃燒的指標(biāo)。根據(jù)煙氣含氧量對(duì)圖2-2中的送風(fēng)量加以校正，構(gòu)成圖2-3所示的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)燃燒控制系統(tǒng)。 圖2-3 鍋爐最優(yōu)經(jīng)濟(jì)燃燒控制方案 為保證不同負(fù)荷下，鍋爐始終保持最優(yōu)經(jīng)濟(jì)燃燒，根據(jù)煙氣含氧量與蒸汽流量（負(fù)荷）之間的近似關(guān)系，獲得當(dāng)前負(fù)荷條件下的煙氣含氧量設(shè)定值。氧含量成分控制器再根據(jù)該最佳值對(duì)過(guò)?？諝饬窟M(jìn)行校正，使鍋爐在不同負(fù)荷下始終處于最優(yōu)過(guò)?？諝饬肯逻\(yùn)行，從而保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性最高，熱效率最高。 2.3 爐膛壓力控制 為了保證爐膛安全，一般要求爐膛壓力略低于大氣壓力，保持在微負(fù)壓；-

20、8—-2mmH2O(1mmH2O=9.80665Pa)。若爐膛負(fù)壓太小，爐膛內(nèi)熱煙氣甚至火焰會(huì)向外冒出，危機(jī)人員設(shè)備安全；若爐膛負(fù)壓太大，冷空氣進(jìn)入爐內(nèi)，使熱量損失增加，熱效率降低。 爐膛壓力控制可以通過(guò)調(diào)節(jié)煙道引風(fēng)機(jī)開(kāi)度來(lái)改變引風(fēng)量，維持爐膛負(fù)壓一定。但由于爐膛壓力不僅受到引風(fēng)量的影響，還對(duì)送風(fēng)量很敏感，特別是當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時(shí)，送風(fēng)量變化會(huì)引起爐膛負(fù)壓的較大波動(dòng)。為此，引入送風(fēng)量FiT作為前饋信號(hào)，與引風(fēng)量FoT單回路控制系統(tǒng)共同構(gòu)成前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)，從而有效維持引風(fēng)量與送風(fēng)量之間的平衡關(guān)系，其控制結(jié)果原理如圖2-4所示。 圖2-4 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng) 2.4 安全保護(hù)

21、系統(tǒng) 燃燒嘴背壓大小直接影響到燃料給入系統(tǒng)的安全。燃料嘴背壓過(guò)高，容易引起脫火現(xiàn)象；燃燒嘴背壓過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致回火。 為避免上述現(xiàn)象，在蒸汽壓力控制系統(tǒng)中增加安全保護(hù)措施，如圖2-4所示。在燃料嘴背壓正常的情況下，由蒸汽壓力控制器PtC控制燃料給入量，維持主蒸汽壓力穩(wěn)定；當(dāng)燃燒嘴背壓過(guò)高時(shí)，背壓控制器PrC通過(guò)低值選擇器LS，減小燃料閥開(kāi)度，降低背壓，避免發(fā)生脫火；當(dāng)燃燒嘴背壓過(guò)低時(shí)，有PSA系統(tǒng)帶動(dòng)聯(lián)鎖裝置，切斷燃料上游閥門(mén)，避免回火引發(fā)事故。 3過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)由一級(jí)過(guò)熱器、減溫器、二級(jí)過(guò)熱器構(gòu)成。其中，過(guò)熱器工作在高溫高壓條件下，過(guò)熱器出口溫度是全廠設(shè)備溫度

22、的最高點(diǎn)，在正常運(yùn)行時(shí)已接近材料允許的最高溫度。如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，容易燒壞過(guò)熱器，還會(huì)引起汽輪機(jī)內(nèi)部零件過(guò)熱，影響生產(chǎn)過(guò)程順利進(jìn)行；過(guò)度過(guò)低則會(huì)降低全廠熱效率，引起汽輪機(jī)葉片磨損。因此，必須對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度加以嚴(yán)格控制，一般電廠鍋爐要求過(guò)熱蒸汽溫度偏差保持在5℃以內(nèi)。 影響過(guò)熱蒸汽溫度的因素較多，如蒸汽流量、燃燒工況等。表3-1列出了幾種擾動(dòng)對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度的影響。 由于過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)是由多個(gè)熱交換設(shè)備構(gòu)成，因此，系統(tǒng)除存在較多干擾因素外，還具有較大的容量滯后，這給控制帶來(lái)困難。一般，過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)可用KTs+1e-τs來(lái)近似。根據(jù)減溫器類(lèi)型不同，τ、T取值也有所不同，如表面式減溫器的參數(shù)為6

23、0s，T=100s。 表3-1 過(guò)熱蒸汽溫度和擾動(dòng)因素關(guān)系 擾 動(dòng) 因 素 溫度變化/℃ 鍋爐負(fù)荷10% 10 爐膛過(guò)量空氣系數(shù)10% （10-20） 給水溫度10% （4-5） 燃煤水分1% 1.5

24、 燃煤灰分10% 5 目前，廣泛采用減溫水流量作為控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)。但該控制通道的容量滯后較大，僅采用單回路控制系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)要求。為改善控制質(zhì)量，采用減溫器后蒸汽溫度T2與過(guò)熱蒸汽溫度T1構(gòu)成串級(jí)控制，如果3-1所示 圖3-1 過(guò)熱蒸汽溫度串級(jí)控制 可見(jiàn)，主回路以維持過(guò)熱蒸汽量溫度穩(wěn)定為目標(biāo)。副回路中，T2能發(fā)現(xiàn)反映減溫水壓力等擾動(dòng)對(duì)蒸汽溫度的影響，并通過(guò)副回路控制器T2C及時(shí)抑制這些擾動(dòng)。需注意的是，該串級(jí)控制方案使用的前提條件是減溫器出口允許安裝測(cè)溫元件。 4 機(jī)爐協(xié)調(diào)控制 單元機(jī)組

25、由鍋爐和汽輪機(jī)構(gòu)成，其控制任務(wù)是及時(shí)適應(yīng)外界負(fù)荷需求，并保持主汽壓穩(wěn)定。 由于鍋爐和汽輪機(jī)在動(dòng)態(tài)性能上存在較大差異，使單元機(jī)組控制存在困難。汽輪機(jī)是個(gè)快變對(duì)象，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷改變時(shí)，只要改變控制閥的開(kāi)度，就可以迅速改變蒸汽量，立即適應(yīng)負(fù)荷要求；而對(duì)于鍋爐，在負(fù)荷變化時(shí)，即使立即調(diào)整了燃料量和給水量，由于燃燒過(guò)程和過(guò)熱系統(tǒng)所具有的大容量滯后是時(shí)滯，使供給汽輪機(jī)的蒸汽量并不能立即變化。因此，如果汽輪機(jī)的進(jìn)氣閥開(kāi)度已改變，流入汽輪機(jī)的蒸汽量也隨之改變，而鍋爐提供的蒸汽量還未變化，就需要利用主汽壓力的改變來(lái)彌補(bǔ)這種供需差額，從而導(dǎo)致主汽壓力產(chǎn)生較大的波動(dòng)?？梢?jiàn)，提高機(jī)組的適應(yīng)能力和保持汽壓穩(wěn)定這兩個(gè)控制

26、目標(biāo)之間存在著矛盾。 為適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化，根據(jù)單元機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出三種不同的負(fù)荷控制[5]方式：爐跟機(jī)運(yùn)行方式、機(jī)跟爐運(yùn)行方式和機(jī)爐協(xié)調(diào)運(yùn)行方式。 4.1 爐跟機(jī)運(yùn)行方式 當(dāng)出力指令變化時(shí)，首先通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽控制閥，改變蒸汽機(jī)進(jìn)氣量，使發(fā)電機(jī)輸出的功率與出力指令一致，以迅速滿足電網(wǎng)負(fù)荷要求。同時(shí)，蒸汽控制閥開(kāi)度的改變，使主蒸汽壓力也隨之改變。主蒸汽壓力作為鍋爐燃燒控制的主要信號(hào)，將通過(guò)改變?nèi)剂狭縼?lái)保持器穩(wěn)定，并跟蹤汽輪機(jī)的負(fù)荷變化。顯然，這種控制方式是先有汽輪機(jī)跟蹤外界負(fù)荷需求，再讓鍋爐跟隨汽輪機(jī)的變化。因此，稱(chēng)為“爐跟機(jī)”方式，其原理圖如圖4-1所示 圖4-1 爐跟機(jī)運(yùn)行

27、方式 這種控制方式充分利用了鍋爐的蓄熱能力，使機(jī)組能較迅速地跟蹤出力指令的變化。在出力指令變化比較小時(shí)，鍋爐的蓄熱能力可以滿足快速反應(yīng)需求；但當(dāng)出力指令變化比較大時(shí)，由于鍋爐的蓄熱能力有限和鍋爐的大慣性特性，使主蒸汽壓力波動(dòng)比較大，不能及時(shí)滿足汽輪機(jī)負(fù)荷需求，不利于鍋爐的安全運(yùn)行。因此，它適用于參加電網(wǎng)調(diào)頻的機(jī)組。 4.2 機(jī)跟爐運(yùn)行方式 根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷要求，直接控制鍋爐的燃料量。鍋爐受熱量的變化，引起主蒸汽壓力改變。汽輪機(jī)壓力控制器通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽控制閥開(kāi)度來(lái)維持主蒸汽壓力穩(wěn)定，同時(shí)改變機(jī)組出力，使發(fā)電機(jī)組出力適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷需求。顯然，這種控制方式是先有鍋爐跟蹤外界負(fù)荷需求，再讓

28、汽輪機(jī)跟隨鍋爐的變化。因此，稱(chēng)為“機(jī)跟爐”方式，其原理如圖4-2所示 圖4-2 機(jī)跟爐運(yùn)行方式 4.3 機(jī)爐協(xié)調(diào)運(yùn)行方式 為兼顧鍋爐和汽輪機(jī)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的適應(yīng)能力，出力指令和主蒸汽壓力信號(hào)同時(shí)作用到汽輪壓力控制器過(guò)來(lái)了控制器，如圖4-3所示。這種控制方式既避免了“爐跟機(jī)”方式中調(diào)用鍋爐需熱量過(guò)大而導(dǎo)致過(guò)大的主蒸汽壓力波動(dòng)，又克服了“機(jī)跟爐”方式中負(fù)荷變化響應(yīng)緩慢的缺點(diǎn)。 圖4-3 機(jī)爐協(xié)同運(yùn)行方式 當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷增加時(shí)，出力指令通過(guò)汽輪機(jī)壓力控制器，增加汽輪機(jī)的進(jìn)氣量，充分利用鍋爐蓄熱能力。同時(shí)，出力指令作用到鍋爐控制器，使燃料增加，加大鍋爐的出力。由于鍋爐的容量滯后較大，所以其蒸

29、汽量增加的速度不能及時(shí)滿足汽輪機(jī)需求，導(dǎo)致主蒸汽壓力降低。而主蒸汽壓力變化又同時(shí)作用到汽機(jī)壓力控制器和鍋爐控制器，一方面使鍋爐的燃料量進(jìn)一步加大，另一方面減小蒸汽控制閥開(kāi)度[6]，限制主蒸汽壓力的下降幅度。 這種運(yùn)行方式還可以有效抑制鍋爐自身擾動(dòng)引起的出力波動(dòng)。當(dāng)鍋爐燃料量自發(fā)增加時(shí)，主蒸汽壓力升高，通過(guò)鍋爐控制器減少燃料量，同時(shí)通過(guò)汽輪機(jī)壓力控制器加大蒸汽控制閥開(kāi)度，增加汽輪機(jī)進(jìn)氣量，從而迅速抑制主蒸汽壓力的波動(dòng)。 可見(jiàn)，這種運(yùn)行方式綜合了“爐跟機(jī)”和“機(jī)跟爐”各自的優(yōu)點(diǎn)，兼顧了出力需求和主蒸汽壓力穩(wěn)定兩方面，能確保機(jī)組在安全的前提下最大限度地適應(yīng)負(fù)荷的需要。 5 結(jié)論

30、 本文對(duì)鍋爐的燃料控制進(jìn)行了闡述，從主蒸汽壓力到經(jīng)濟(jì)性的燃燒以及爐膛壓力的控制。對(duì)電廠的燃煤鍋爐控制進(jìn)行了解，產(chǎn)生了一種更經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)節(jié)省能源以及能量的最大化利用。 對(duì)火力發(fā)電廠中，鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組的采用一機(jī)一爐方式，保持一定的平衡，作為一個(gè)整體分析，否則會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 對(duì)鍋爐的燃燒系統(tǒng)的溫度控制的基本任務(wù)是使燃料所產(chǎn)生的熱量能夠滿足蒸汽負(fù)荷的需求，同時(shí)要保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐的安全性，從蒸汽壓力控制系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)燃燒控制系統(tǒng) 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行了比較，從而得出了最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性的燃燒方案，對(duì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中有很大的作用。 對(duì)過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的研究來(lái)確定它的最優(yōu)在正常時(shí)的材

31、料允許的最高溫度。如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，容易燒壞過(guò)熱器，還會(huì)引起汽輪機(jī)內(nèi)部零件過(guò)熱，影響生產(chǎn)過(guò)程順利進(jìn)行；過(guò)度過(guò)低則會(huì)降低全廠熱效率，引起汽輪機(jī)葉片磨損。因此，必須對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度加以嚴(yán)格控制，一般電廠鍋爐要求過(guò)熱蒸汽溫度偏差保持在5℃以內(nèi)。 單元機(jī)組由鍋爐和汽輪機(jī)構(gòu)成，其控制任務(wù)是及時(shí)適應(yīng)外界負(fù)荷需求，并保持主汽壓穩(wěn)定。為適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化，根據(jù)單元機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出三種不同的負(fù)荷控制方式：爐跟機(jī)運(yùn)行方式、機(jī)跟爐運(yùn)行方式和機(jī)爐協(xié)調(diào)運(yùn)行方式。 全面綜合的闡述了電廠發(fā)電的燃燒溫度控制，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的工作方式來(lái)獲得最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)燃燒方案，這對(duì)當(dāng)今特別是夏季高溫電力緊缺的情況下如何能利用現(xiàn)有的資源來(lái)獲取更多的電力有很多的參考作用。 參考文獻(xiàn)： [1] 郭一南.過(guò)程控制系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，2009 [2] 何衍慶.工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004 [3] 金以慧.過(guò)程控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，1993 [4] 王樹(shù)青.工業(yè)過(guò)程控制工程[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2003 [5] 張永德.過(guò)程控制裝置[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006 [6] 孫優(yōu)賢.工業(yè)過(guò)程控制技術(shù):應(yīng)用篇[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006