电厂锅炉燃烧控制系统分析与研究Word格式文档下载.doc
《电厂锅炉燃烧控制系统分析与研究Word格式文档下载.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电厂锅炉燃烧控制系统分析与研究Word格式文档下载.doc（69页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
二〇〇九年六月
内蒙古工业大学本科毕业论文
摘要
对于火力发电机组，在系统组成与结构一定时，机组运行的安全性和经济性主要取决于锅炉安全经济的运行，而锅炉运行的安全性和经济性又主要取决于锅炉燃烧系统的性能。
本文结合燃煤锅炉运行的具体情况，以自动控制原理为基础，对锅炉燃烧系统的运行进行了深入的研究，主要内容为：
描述了锅炉燃烧控制系统的工作过程及基本原理，分析了锅炉燃烧系统的动态特性并依托被调参数的特点介绍了不同类型锅炉控制系统的具体调节方案：
1.炉膛负压控制系统采用以送风量为前馈信号，引风量为控制量的控制系统。
2.烟气含氧量控制系统采用以烟气含氧量为主要调节量的控制系统。
3.详细介绍了直吹式锅炉及燃油锅炉的负荷调节过程。
4.以600MW锅炉机组的运行情况为例，具体分析了锅炉燃烧过程中燃料量、送风量、引风量的变化情况。
5.采用工程整定方法对燃烧系统的参数进行了详细整定。
同时文中还分析了目前燃煤锅炉所存在的问题及当前的发展前景，展望了循环流化床技术在锅炉燃烧过程中所起的重要作用。
关键词：
锅炉；
自动控制；
燃烧系统
Abstract
Inpowerplants,whenthestructureisincertain,thesecurityandeconomyoftheunitdependsontheperformanceoftheboiler.However,theperformanceoftheboilerdependsonthesecurityandtheperformanceoftheboilercombustionsystem.
Inthispassage,contacttothespecificoperationofcoal-firedboilerandbasedontheprincipleoftheautomaticcontrolsystem,researchtheboilercombustionsystemforanpenetrateresearch,themaincontentsasfollows:
Descripingtheboilercombustioncontrolsystemandthebasicprinciplesoftheprocess,analysisingdynamiccharacteristicsoftheboilercombustionsystemandrelyonthecharacteristicsoftheparameterstointroducethespecificprogramofthedifferenttypesofboilerregulatesystems.1.Thefurnacepressurecontrolsystemwasusedtosupplyfeed-forwardsignal,citedthevolumeofairflowforthecontroloftheregulatesystem.2.Oxygencontentoffluegascontrolsystemusedoxygencontentofthefluegastoadjustthevolumeasthemaincontrolsystem.3.Detailtointroducetheblowingofthestraightboilersandfuelloadontheadjustmentprocessintheboiler.4.Usethe600MWboilerunitoperationasanexample,detailtointroducetheboilerfuelcombustionprocess,inwhichthefuel,theairtrafficandthecitinginthechangesofairvolume.5.Theuseofengineeringmethodsoftuningtoparameterthecombustionsystemindetailways.Atthesametimetherewasalsoanalyzingtheproblemsofthecurrentcoal-firedboilerandthecurrentdevelopmentprospectsandlookforwardtotheimportantroleofthecirculatingfluidizedbedtechnologyinthecourseofthecombustionboiler.
Keywords:
boiler;
automaticcontrol;
combustionsystem
目录
引言 1
第一章控制系统理论 3
1.1控制系统的简介 3
1.2控制系统的组成及热工对象的特性 4
1.2.1自动控制系统的组成 4
1.2.2热工对象动态特性的特点 4
1.3自动控制系统的性能指标 9
1.4热工控制对象的基本调节策略 13
1.4.1自动调节器的基本调节规律及其作用 13
1.4.2自动控制系统调节器的控制规律 14
1.4.3复杂调节系统 17
1.5电厂自动控制系统的整定方法 21
1.5.1控制系统性能的整定 22
1.5.2典型控制系统的工程整定 23
第二章锅炉燃烧过程 29
2.1燃烧设备在锅炉机组中的作用 29
2.2锅炉燃烧过程的实现 29
2.3锅炉燃烧技术的发展 31
第三章锅炉燃烧过程自动控制系统 32
3.1锅炉燃烧控制系统简介 32
3.1.1锅炉燃烧控制系统的组成 32
3.1.2燃烧控制系统的基本任务 32
3.1.3燃烧控制系统基本任务之间的联系及意义 33
3.2锅炉燃烧控制对象的动态特性 33
3.2.1汽压控制对象的动态特性 33
3.2.2炉膛负压的动态特性 37
3.3锅炉燃烧过程自动控制系统 37
3.3.1“燃料—空气”燃烧控制系统 37
3.3.2采用具有氧量校正的燃烧控制系统 39
3.3.3采用“氧量信号”的燃烧控制反系统 39
3.3.4几种控制系统间性能的比较 40
3.4几种典型燃烧控制系统的调节方案 41
3.4.1燃烧调节系统的基本方案 41
3.4.2中间储仓式的燃烧调节方案 43
3.4.3燃油锅炉的燃烧调节方案 44
3.4.4直吹式煤粉炉的燃烧调节方案 45
3.5燃烧控制系统的参数整定 46
3.5.1燃烧控制系统的整定原则 46
3.5.2燃烧控制系统的工程整定 47
第四章600MW单元机组燃烧控制系统实例 51
4.1燃料控制系统 51
4.2风量控制系统 53
4.2.1一次风压力控制系统 53
4.2.2二次风量（送风）控制系统 55
4.3炉膛压力控制系统 56
第五章锅炉燃烧技术的发展及最新研究成果 59
5.1锅炉燃烧技术的发展过程 59
5.2目前锅炉燃烧技术所存在的问题 59
5.3锅炉燃烧技术的发展前景 60
结论 62
参考文献 63
谢辞 64
引言
随着我国电力工业的迅猛发展以及锅炉燃烧技术的不断提高，高参数、大容量的火电机组已成为主力机组，特别是近十多年来新增的火电机组大部分为300MW及600MW的大机组，这些机组几乎全部采用集控运行方式和分散控制系统。
然而在我国的电力发展中，大部分的中、小型电厂自动化水平较低，锅炉运行的主要控制方式仍然停留在手动阶段，自动投入率较低，造成电站锅炉运行工况很不稳定，燃烧效率低，厂用电率高，严重影响锅炉的安全经济运行。
因此，如何提高中、小型电站锅炉的安全，经济运行水平，减少事故，提高设备效率，降低煤耗和厂用电率，成为尚待解决的问题。
火电厂锅炉燃烧控制系统是一个较大的综合性控制系统，它主要由燃料量控制、送风量控制和引风量控制三个子系统组成。
燃烧控制对象的三个控制量对三个被控量相互间有显著的影响，是一个多变量控制对象。
燃烧控制系统的组成与许多因素有关，例如，锅炉运行方式、结构形式、制粉系统及磨煤机的类别等等。
但不论哪种情况，燃烧控制系统的组成应符合一个总原则：
当负荷改变时，燃料量、送风量、引风量应协调地成比例改变，以迅速适应负荷改变的要求；
同时维持主汽压、过剩空气系数、炉膛压力不致偏离其给定值过大。
稳态时，保持各被控量等于其给定值。
当燃料量或送风量出现自发性扰动时，能迅速予以消除。
在锅炉燃烧控制系统中现代控制策略得到广泛的发展，其中有代表性的是：
最优化控制，自适应控制，预测控制等，这些优化控制技术将模型与控制系统的设计结合起来考虑，重点在于使所设计的控制系统具有鲁棒性，而模型则不像先前那样要求得很严格。
例如1981年英国学者P.H.Jenkins等根据对锅炉燃烧产物的检测分析，提出了一个能反映燃烧状况的性能指标，通过控制风/煤配比，来达到性能指标的最优化。
1993年德国学者I.Kocaarslan在一台750MW燃煤锅炉上进行了自适应控制研究，现场运行结果表明，自适应控制在提高锅炉热效率和改善蒸汽品质方面，效果良好。
20世纪60-70年代，对锅炉燃烧控制的研究主要集中在锅炉动态特性和数学模型，从线性到非线性，从单变量到多变量等进行了广泛而深入的研究。
而当前研究的目标是使锅炉燃烧控制系统能统一到机、炉、电控制的高效智能一体化，以及信息管理与控制的集成化中，使现场总线控制系统和智能仪表融入到分散控制系统的新型控制及保护策略的网络自动化中，国内外许多公司在这方面已经作了有益的研究。
随着电力生产自动化水平的提高，我国目前所投产的300MW及以上机组均采用分散控制系统（DCS），同时随着环保意识的增强以及节能减排要求的提出，现代火力发电厂普遍采用循环流化床技术，该技术具有燃烧效率高，燃料适应性广，低污染等优点。
因此得到普遍的应用。
从锅炉容量及其燃烧效率的角度来看，我国锅炉技术正在向超临界，超超临界压力锅炉的方向发展。
因此火电机组高参数，大容量，高效率的发展要求，对锅炉燃烧控制系统的控制品质提出了更高的要求。
本文着重研究电厂锅炉燃烧控制系统，该选题具有应用和理论的双重研究价值。
第一章控制系统理论
1.1控制系统的简介
20世纪人类的科学文明获得了巨大的进步，控制科学与控制技术随着控制理论与计算机技术的发展也得到了迅速的发展。
自动控制技术极大地提高了劳动生产率，推动了现代工农业及国民经济各部门的巨大发展，在许多现代化科学技术部门中控制技术是不可缺少的；
可以说，综合自动化水平是一个国家科学技术水平的反映。
自动控制的含义是：
一个正在进行的过程或一个正在运行的设备不需要人的连续直接干预便能自动地按预期要求进行的一切技术手段都称自动控制。
自动控制面对的是一个正在进行的过程或一个正在运行的设备，反映过程进行或设备运行的各种参数都是随时间变化的，所以是一个动态系统。
这样的过程或设备可能很大很复杂，如火力发电厂的锅炉，或一个简单的加热器。
在过程进行或设备运行中人的干预不是直接的，但仍是需要的。
所谓“预期要求”一般就是表征过程进行或设备运行性能“优劣”的性能指标或目标函数[1]。
现代火力发电厂是典型的涉及热能转换和利用的大型热工过程，由于电能生产的重要性和电能不能大规模储存的特性，自动控制技术已是确保电厂安全、经济生产所必需的技术手段；
火电厂热工过程自动控制主要包括如下内容：
（1）自动检测：
自动地检查和测量反映生产过程运行情况的各种物理量、化学量以及生产设备的工作状况，以监视生产过程进行的情况和趋势，称为自动检测。
（2）顺序控制：
根据预先拟定的程序和条件，自动地对设备进行一系列的操作，称为顺序控制。
顺序控制也称自动操作，在发电厂中主要用于主机或辅机的启动和停止。
（3）自动保护：
在发生事故时，自动采取保护措施，以防止事故进一步扩大或保护生产设备使之不受严重破坏，称为自动保护。
（4）自动调节：
自动维持生产过程在规定的工况下进行，称为自动调节。
生产过程中，必须保证产品一定的数量和质量要求，同时也要保证生产的安全和经济，这就要求生产过程在预期的工况下进行。
但是，生产过程总会经常地受到各种因素的干扰和影响，使运行工况发生偏离，必须通过自动调节实现正常运行的要求。
因此，自动调节是最经常起作用的一种自动控制职能，它对生产过程的正常进行有很大影响。
1.2控制系统的组成及热工对象的特性
1.2.1自动控制系统的组成
一个自动控制系统由以下几部分组成：
（1）测量变送器：
用来测量被调量，并把被调量转换为与之成比例的某种便于传递和综合的信号。
（2）调节器：
接受被调量信号和给定值信号比较后的偏差信号，输出一定规律的控制指令给执行器。
（3）给定元件：
用来设置被调量的给定值或与该给定值对应的电信号。
（4）执行器：
根据调节器送来的控制指令去推动执行机构，改变调节量。
（5）控制对象：
被控制的热工生产过程或设备。
（6）被调量：
表征热工过程是否符合规定工况的物理量（如汽包水位H）。
（7）扰动：
生产过程中引起被调量偏离给定值的各种因素（如蒸汽量D变化）。
（8）调节量：
由控制作用来改变并去控制被调量变化的物理量（如给水量W）。
（9）调节机关：
接受控制作用去改变调节量变化的具体设备（如给水调节阀）。
当被调量偏离给定值，自动调节设备就自动地对生产过程进行调节，直到被调量等于给定值不再进一步变化时为止。
应该指出，并不是自动调节设备一经安装好就能执行调节任务、实现生产过程自动调节的。
1.2.2热工对象动态特性的特点
控制系统设计的任务就是根据被控对象的动态特性，选择或设计控制器使系统满足规定的性能指标。
被控对象的动态特性是指对象在输入扰动（调节作用和外部扰动）发生变化时，其输出（被调量）随时间的变化规律，实际上就是要建立只有一个被调量y的Go（s），Go1（s），…，Gon（s）的表达式。
对线性系统来说，输出被调量y的变化是各种扰动分别作用时输出y的叠加。
显然，扰动源不同，输出y的反映也是不同的。
也就是Go（s），Go1（s），…，Gon（s）是不相同的。
如果一个系统有两个或两个以上的被调量，如图1-1所示。
那么它就是一个多输入多输出系统。
图1-1两个输入两个输出系统
被控对象的动态模型可以用分析方法建立，但由于过程机理复杂，用分析法建立的模型常常只能给出定性的结果。
实际热工过程被控对象的动态模型常用试验的方法建立。
最简单的试验方法是阶跃响应试验：
输入阶跃扰动时得到阶跃响应，通过一些简单方便的处理得到近似传递函数。
大多数热工对象的动态特性可用阶跃响应来描述，具有如图1-2中两大类的形状：
图（a）是有自平衡能力的对象，在阶跃扰动下，输出y最终会稳定下来；
图（b）是无自平衡能力的对象，在阶跃扰动下，输出y最终不可能稳定下来。
可以用阶跃响应曲线上的某些特征参数值来表示它们的动态特性[2]。
（a）有自平衡能力（b）无自平衡能力
图1-2热工对象阶跃响应曲线
一、有自平衡能力的对象
所谓对象有自平衡能力，就是指在阶跃输入扰动下，不需要经过外加调节作用，被调节对象的被调量经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态。
图1-2（a）所示为有自平衡能力对象的单位阶跃响应曲线，在此阶跃响应曲线的拐点q处画切线，与被调量的起始值和最终平衡值的横坐标轴线相交，得时间和T，并把被调量的稳态变化量记作y（），由此可定义下列持征参数：
1．自平衡系数（或自平衡率）
（1-1）
式中：
u—阶跃输入量的幅值。
—表示对象的输出量每变化一个单位，能克服多大的输入不平衡。
越大，对象的自平衡能力就越强。
=0表示对象没有自平衡能力。
的倒数是对象的静态放大系数K。
2．时间常数T
如果被调量以曲线上的最大速度（即阶跃响应曲线上拐点q处的速度）变化，则从起始值至最终平衡值所需的时间，就是对象的时间常数T。
T=
也可用拐点q处的变化速度来代替T作为特征参数，即
（1-2）
式中，称为对象的响应速度，它表示对象在单位阶跃输入作用下，输出量可能出现的最大变化速度。
3．延迟时间
它是指从输入信号阶跃变化瞬间至切线与被调量起始值横轴交点间的距离，如图1-2（a）所示：
=t
由阶跃响应实验得到的阶跃响应曲线是对象动态模型的非参数表示方法，有时不能直接用到系统分析中去，因此还需要将非参数模型处理成近似传递函数的表达形式。
下面简单说明一下由实验阶跃响应曲线求取近似传递函数的方法。
（1）采用切线法
有自平衡能力对象的阶跃响应曲线如图1-2（a）。
选用
的高阶惯性环节来表示对象的近似传递函数，则利用阶跃响应曲线上的特征参数，来确定传递函数中的常数K，T和n的原理及方法如下：
若则输入阶跃扰动时，其输
出为：
（1-3）
在响应曲线的拐点处作的切线可得到时间T和，以及的稳态值y（）。
拐点处的输出的变化速度是的最大变化速度，其值为：
（1-4）
时间T是以最大变化速度变化，从=0变化到时所经历的时间。
即：
（1-5）
迟延时间为：
（1-6）
将上述计算结果整理成拟和公式：
（时，误差为）（1-7）
（时，误差为）（1-8）
当计算的n不为整数时，即：
则可用
（1-9）
表示近似传递函数[3]。
二、无自平衡能力的对象
所谓对象无自平衡能力，是指在阶跃输入扰动下，被调量在最后阶段以一定的速度不断变化，不能稳定下来。
图1-2（b）所示为无自平衡能力对象的单位阶跃响应曲线，作该曲线的渐进线，与时间坐标轴交于D点，得到时间间隔和倾斜角，由此可定义下列特征参数：
1．延迟时间
从输入信号阶跃变化瞬间至渐近线与时间坐标轴交点的距离，即：
＝OD（1-10）
反映了对象在阶跃输入作用下，被调量的变化速度由零变到接近于渐近线斜率所需的时间的长短。
2．响应速度
（1-11）
u—阶跃输入量的幅值；
表示当输入信号为单位阶跃输入时，阶跃响应曲线上被调量的最大变化速度。
有时也采用的倒数代替作为特征参数，即：
无自平衡能力对象的阶跃响应曲线如上图，选择带有高阶惯性作用的积分环节来近似，其近似传递函数为：
（1-12）
那么，可以用作图的方法，从阶跃响应曲线上的特征参数，决定传递函数中的常数，和n。
其原理和方法为：
如果环节的传递函数，则当输入为阶跃函数时，输出为：
（1-13）
由渐近线与时间轴及纵坐标的交点，可得当时间时的输出值为：
（1
升级会员 