超超临界火电机组燃烧控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)

超超临界火电机组燃烧控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

行加热形成水蒸汽，水蒸汽推动汽轮机做工实现发电。 可见，燃料的燃烧过程是实现能量转换的关键一步。 燃烧控制系统的基本任务是保证燃料燃烧提供的热量和蒸汽负荷需求的能量相平衡，同时保证锅炉安全经济地运行。 一台超超临界机组的具体燃烧控制任务，受该机组锅炉的运行方式、燃料种类、燃烧设备等因素影响，因此所需的控制方案不尽相同。 但就一般来说，机组燃烧控制系统的控制任务可概括为以下几点： （ 1） 满足机组负荷需求，维持主汽压在允许范围 机组靠燃料燃烧提供能量输入，所以燃烧控制系统响应协调控制系统的负荷指令所需的时间越短越好。 机组主汽压的变化是对锅炉与汽轮机之间的能量需求平衡关系的反映。 维持主汽压在一定范围内变化，就保证了 热量供给与蒸汽负荷的平衡。 通过对进入炉膛的燃料量的控制来控制主汽压的数值，是满足机组能量平衡的主要控制手段。 （ 2） 保证燃烧过程的经济性，减少对环境的污染 在保证锅炉、汽轮机能量需求平衡的前提下，燃烧控制系统的另一任务就是提高燃烧的经济效益，减少环境污染。 即在改变燃料量的同时，及时对送风量进行控制，保证充分燃烧，提高燃料的燃烧率，尽量令燃料得到充分地燃烧。 烟气的含氧量系数α是衡量燃烧经济程度的一种指标。 根据不同的燃料，α有一个相应的最高效率区。 当α过大时，炉膛温度降低，排烟损失增大。 当α过小时，燃料不能充分燃烧，导致燃料的浪费。 所以，经测量计算实验等手段后得出α的最佳值，并推算出对应其所需的同时输入空气与燃料的风煤比例。 保持合适的风煤比例是保证经济燃烧并减少污 染的基本措施。 锅炉运行中仍然存在很多其他不确定因素，如测量信号不准确、燃料品质变化、锅炉负荷变化等，因此仅采用控制送风量和煤的比例是不够的。 烟气中各成分如 O CO、 CO2 等也上可以反映燃料燃烧的情况，但对燃料燃烧率影响的反映不如α那么明显。 因此，α常用来作为一种直接衡量经济燃烧的指标，用含氧量信号对风煤比例控制加以校正。 至于其他变化可以看作扰动，在系统的设计中设法消除。 （ 3） 维持炉膛压力稳定 电站锅炉燃烧过程基本都为负压运行方式，维持炉膛负压的主要目的是保证运行人员和设备安全。 若炉膛出现正压时，炉内火焰和烟 气会从炉膛内喷出，不仅危及运行人员和设备安全，还会污染环境。 若炉膛负压过大时，又会造成大量冷空气进入炉膛， 8 影响燃烧的经济性。 因此，需要将炉膛内的压力维持在一个安全稳定的区间。 一般采用引风量来控制炉膛压力 ,维持炉膛压力在一个稳定值。 锅炉燃烧控制的三项主要任务间既有联系，又有一定的独立性。 燃烧过程控制系统的组成与许多因素有关，例如锅炉的运行方式、锅炉结构形式、制粉系统及磨煤机的类别等。 但无论哪种情况，燃烧控制系统的组成应符合一个总原则，即当控制变量发生变化时，燃料量、送风量及给水量应同时相应地成比例改变，以迅速适应符合改变的要求，令燃烧系统重新回归稳态，同时维持主汽压、过剩空气系数、炉膛负压稳定在安全范围之内，不至于偏离其给定值过大。 稳态时，保持各被调量等于其给定值。 当某调节量出现自发性变化时，应能迅速消除其带来的一系列不利影响，将系统的波动对系统产生的影响降低。 因此，燃烧过程控制系统一 般分为三个子系统，分别为：燃料量控制系统、送风量控制系统、给水量控制系统。 这三个系统分别对应燃烧调节对象的三个控制变量（燃料量 B、送风量 V、给水量 W）和三个被控量（主蒸汽压力 Pt、烟气含氧量系数α、微过热蒸汽温度 T）。 具体关系如图 2 所示。 图 2 燃烧过程控制子系统 当然，三个控制变量和三个被控量之间还有其他多种组合方式，但图 2 中的组合方式最为常见。 从燃烧控制系统的组成中我们可以总结出它的几个特点： （ 1） 由于超超临界机组中的锅炉是一个多输入、多输出的被控对象，所以，在不同的 运行情况下，其加热部分、蒸发部分和过热部分之间的界限不是一成不变的，有些情况下，这个界限甚至会发生连续的波动。 因此，为了保持机组运行状态下锅炉中各部分的温度、湿度等参数维持在规定的范围以内，要求燃烧控制系统严格保持其三大子系统之间的平衡关系。 这种平衡不仅要再 稳态的 情况下，在 动态的 情况下更应如此。 （ 2） 由于如今为了提高机组的发电效率，以应对国内越来越重的用电需求，对机组在控制循环过程中的控制速度要求越来越高，控制系统必须快速对各变量产生的变化做出相应的反应，比以前更加具有实时性。 换句话说，控 9 制要求的响应时间必须越 来越短。 （ 3） 由于超超临界机组一般为直流机组，所以燃烧系统的三大子系统之间相互关联性比较强，所以在控制某一个控制变量的改变时，除了关注其对应的被控量变化，还需要留意其对其他被控量的影响。 在之后的燃烧过程控制系统设计中需要留意通过对各控制变量之间的解耦等办法来减少个控制变量之间的相互干扰。 综上所述，超超临界机组燃烧控制系统相较于传统燃烧控制系统具有控制过程稳定安全、系统实时性高、响应速度快、耦合性强等特点。 第三章 超超临界火电机组燃烧控制方案设计 由上文可知，燃烧控制系统可看作一个三输入三输出的多变量调节系统。 但是，由于汽机阀门开度对中间点温度的影响很小，可以忽略其影响。 因此，系统可以看成为一个主要研究锅炉燃水比的控制系统，从而简化为一个双输入双输出的模型，建模后如图 3 所示。 图 3 锅炉燃水比控制框图 图中 W 为给水量， B 为燃料量， T 为微过热蒸汽温度， PT 为主蒸汽压力。 此为一个典型电厂燃烧控制系统，但由图可见，这是一个典型的双输入双输出开环系统，两个输入量 W、 B 会互相影响，相互干扰，从而引起输出量的偏差，而且系统没有考虑到输出量的反馈干扰能力，抗干扰能力也不是十分好。 此系统长久运行下去不仅影响电厂的发电效率，还可能造成安全事故，与超超临界机组 10 对响应速度和响应质量的要求不符，因此需要对此系统进行改进。 由于两个输入量间稳态关联比较严重，且动态特性相近，所以需要采用解耦的办法来减少它们之间的关联。 本文采用前馈补偿法对系统进行解耦，具体的控制框图如图 4 所示。 图 4 改进的燃烧控制系统 Gc1(s)和 Gc2(s)为两个 PID 调节函数，将两系统进行闭环处理，通过 PID 控。