600MW單元機(jī)組鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計

林鳳華,彭俊珍

(湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,湖北孝感 432000)

600MW單元機(jī)組鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計

林鳳華,彭俊珍

(湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,湖北孝感 432000)

燃燒系統(tǒng)由3個子系統(tǒng)即燃料控制系統(tǒng)、送風(fēng)控制系統(tǒng)、引風(fēng)控制系統(tǒng)構(gòu)成,這3個系統(tǒng)相互獨立又相互聯(lián)系。在鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計中,利用相應(yīng)的控制規(guī)律和控制器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,達(dá)到燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量的最佳組合,實現(xiàn)鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性、安全性。

鍋爐;燃燒;自動控制

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,能源短缺問題顯得越來越突出,這就給電廠的發(fā)展提出了新的要求,不僅要求電廠運行安全,而且還要經(jīng)濟(jì)。燃燒系統(tǒng)是電廠的重要組成部分,它效率的高低直接影響到整個電廠的效率,所以燃燒問題受到了科學(xué)工作者的普遍關(guān)注,并且這個領(lǐng)域也是發(fā)展較快的領(lǐng)域。

鍋爐燃燒自動控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量適應(yīng)外界對鍋爐輸出的蒸汽負(fù)荷的需求,同時保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運行。鍋爐燃燒過程自動控制主要包括三項控制內(nèi)容:控制燃料量、控制送風(fēng)量、控制引風(fēng)量。為實現(xiàn)對燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量的控制,相應(yīng)的有三個控制系統(tǒng),即燃料量控制系統(tǒng)、送風(fēng)量控制系統(tǒng)和引風(fēng)量控制系統(tǒng)。以上三個控制系統(tǒng)之間存在著密切的相互關(guān)聯(lián),要控制好燃燒過程,必須使燃料量、送風(fēng)量及引風(fēng)量三者協(xié)調(diào)變化。

在鍋爐燃料控制子系統(tǒng)中,有三種方案控制燃料量,分別為:燃料反饋的燃料控制系統(tǒng)、給煤機(jī)轉(zhuǎn)速反饋的燃料控制系統(tǒng)和前饋+反饋的燃料控制子系統(tǒng)[1]。其中,給煤機(jī)轉(zhuǎn)速反饋的燃料控制子系統(tǒng)是目前應(yīng)用最多的。送風(fēng)控制一般采取串級比值控制系統(tǒng),輔之以含氧量校正信號。引風(fēng)控制系統(tǒng)一般引入送風(fēng)量前饋信號,使送風(fēng)量與引風(fēng)量相匹配。

1 燃燒過程分析

燃燒設(shè)備主要有磨煤機(jī)、給煤機(jī)、燃燒器、風(fēng)機(jī)等[1],下面分別做簡單介紹。

1.1 磨煤機(jī)的工作原理

球磨機(jī)主體是一個直徑約2～4m、長3～10m的大圓筒,筒內(nèi)裝有大量直徑為25～60mm的鋼球。筒內(nèi)壁襯裝波浪形錳鋼護(hù)甲,筒身兩端是架在大軸承上的空心軸頸,一端是熱空氣和原煤的進(jìn)口,另一端是氣粉混合物的出口。

圓筒由電動機(jī)通過減速器拖動旋轉(zhuǎn),筒體轉(zhuǎn)動時,將筒內(nèi)鋼球帶到一定高度,這時波浪形護(hù)甲起著帶動鋼球、避免滑落的作用,鋼球從一定高度落下將煤擊碎。所以球抹機(jī)主要是以撞擊作用磨制煤粉的,同時也兼有擠壓、碾壓作用。球磨機(jī)內(nèi)干燥與磨煤是同時進(jìn)行的,一般均采用熱空氣作為干燥劑,磨好的煤粉由干燥劑氣流從筒體內(nèi)帶出。干燥劑氣流在筒內(nèi)的速度為1～3m/s,速度越大,帶出的煤粉越粗,磨煤出力越大[2]。

1.2 給煤機(jī)的工作原理

8224型給煤機(jī)工作原理比較簡單,原煤倉落煤經(jīng)給煤機(jī)進(jìn)口,由皮帶驅(qū)動滾輪驅(qū)動皮帶滾動,將皮帶上原煤輸送至給煤機(jī)出口進(jìn)入磨煤機(jī)進(jìn)行碾磨。皮帶邊緣的零星落煤由其下部的清掃裝置連續(xù)清理刮至給煤機(jī)出口[3]。給煤機(jī)給煤量調(diào)節(jié)是通過電磁調(diào)速電動機(jī)控制啟動滾輪轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的。電子稱重式給煤機(jī)給煤量的稱重原理是通過負(fù)荷傳感器測出的單位長度皮帶上煤的重量 G,再乘以由編碼器測出的皮帶轉(zhuǎn)速 v,就得到了給煤量 B,即 B=Gv。

1.3 空氣預(yù)熱器

空氣預(yù)熱器是利用鍋爐尾部煙氣熱量來加熱燃燒所需空氣的一種熱交換裝置。

1.4 一次風(fēng)機(jī)工作原理

一次風(fēng)機(jī)為前彎式離心風(fēng)機(jī),由葉輪組、機(jī)殼、進(jìn)風(fēng)口、調(diào)節(jié)門、傳動組組成。其工作原理為當(dāng)風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)時,充滿葉輪的氣體被葉片帶動一起旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)的氣體因自身的質(zhì)量產(chǎn)生了離心力。在離心力作用下,使氣體沿葉片流道從葉輪四周出口處沖出,獲得能量,同時,葉輪中心形成負(fù)壓。進(jìn)口側(cè)氣體在大氣壓力作用下不斷的吸入,風(fēng)機(jī)不停的旋轉(zhuǎn),氣體就不斷的被吸入、排出。

1.5 送、引風(fēng)機(jī)工作原理

送、引風(fēng)機(jī)為動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī),它的工作原理是基于機(jī)翼型理論。氣體以一個攻角β進(jìn)入葉輪,在翼背上產(chǎn)生一個升力,同時必定在翼腹上產(chǎn)生一個大小相等方向相反的作用力,使氣體排出葉輪呈螺旋形沿軸向向前運動。與此同時,風(fēng)機(jī)進(jìn)口處由于差壓的作用,使氣體不斷地被吸入。而動葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī),攻角越大,翼背的周界越大,則升力越大,風(fēng)機(jī)的壓差越大,風(fēng)量則小。當(dāng)葉片攻角達(dá)到臨界值時,氣體將離開翼背的型線而發(fā)生渦流,此時風(fēng)機(jī)壓力大,風(fēng)量下降,產(chǎn)生失速現(xiàn)象。

1.6 燃燒器布置

1025t/h亞臨界自然循環(huán)煤粉爐采用四角布置切圓燃燒方式的直流式擺動燃燒器。在爐膛下部四個切角處各布置了一組燃燒器,每組燃燒器由八層二次風(fēng)噴嘴、五層一次風(fēng)噴嘴和兩層三次風(fēng)噴嘴組成。

2 燃燒控制的原則性方案

圖1 燃燒自動控制基本設(shè)計方案

圖1為采用熱量信號的單元機(jī)組燃燒過程自動控制系統(tǒng)原理圖,自動控制系統(tǒng)由氣壓調(diào)節(jié)器、燃料調(diào)節(jié)器、送風(fēng)調(diào)節(jié)器、引風(fēng)調(diào)節(jié)器等組成。圖中各調(diào)節(jié)器都具有比例積分控制作用,靜態(tài)時各調(diào)節(jié)器的輸入偏差均等于零[3]。當(dāng)鍋爐負(fù)荷發(fā)生變化時,主氣壓力立即改變,氣壓調(diào)節(jié)器輸出適應(yīng)負(fù)荷要求的鍋爐燃燒率指令B0,送至燃料調(diào)節(jié)器和送風(fēng)調(diào)節(jié)器,同時改變?nèi)剂狭亢退惋L(fēng)量。燃料調(diào)節(jié)器以B0為燃料量給定值,調(diào)節(jié)的目的是使燃料量與燃燒率要求相適應(yīng)。送風(fēng)調(diào)節(jié)器以燃燒率指令B0乘以風(fēng)煤比系數(shù) K為送風(fēng)量給定值,調(diào)節(jié)的目的是使送風(fēng)量與燃燒率要求相適應(yīng)。引風(fēng)調(diào)節(jié)器以爐膛壓力為被調(diào)量,通過調(diào)節(jié)引風(fēng)量保持送、引風(fēng)量的平衡,維持爐膛壓力在一定范圍內(nèi)。為防止負(fù)荷變動時爐膛壓力的大幅度波動,送風(fēng)量指令的變化通過前饋補償器f(t)作用于引風(fēng)調(diào)節(jié)器,改變引風(fēng)量使之與送風(fēng)量相適應(yīng),使?fàn)t膛壓力波動很小,并通過引風(fēng)調(diào)節(jié)器使?fàn)t膛壓力等于給定值?？刂平Y(jié)束后,燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量都改變?yōu)榕c機(jī)組負(fù)荷要求相適應(yīng)的數(shù)值上。

氧量校正回路的給定值O20是負(fù)荷的函數(shù)。在低負(fù)荷時,為了安全一般采用富風(fēng)運行,隨著負(fù)荷上升,爐內(nèi)燃燒條件越來越好。經(jīng)濟(jì)燃燒需要的空氣量下降,最佳氧量隨著負(fù)荷上升是逐步下降的,f2(x)給出隨機(jī)組負(fù)荷變化的最佳氧量給定值O20送入氧量校正器。當(dāng)實際氧量O2不等于氧量給定值時,校正調(diào)節(jié)器輸出校正信號進(jìn)行細(xì)調(diào),改變風(fēng)煤比系數(shù) K,從而維持爐膛處于最佳燃燒狀態(tài)[4]。

3 燃燒過程控制分析

3.1 燃料量控制系統(tǒng)

燃料控制子系統(tǒng)的作用是燃料量適應(yīng)負(fù)荷變化的需要,保證壓力在允許范圍內(nèi)變化。該系統(tǒng)用給煤機(jī)轉(zhuǎn)速表示燃料量(鍋爐燃燒率)的大小,被調(diào)量是機(jī)前壓力 PT,調(diào)節(jié)量是各給煤機(jī)的給煤量B0,反饋量是給煤機(jī)轉(zhuǎn)速總和Σn,構(gòu)成串級控制系統(tǒng)。燃料控制子系統(tǒng)是由給煤機(jī)轉(zhuǎn)速測量回路、燃料發(fā)熱量修正回路、燃料調(diào)節(jié)回路構(gòu)成。給煤機(jī)轉(zhuǎn)速測量回路的作用是提供給煤量的反饋信號;燃料發(fā)熱量修正回路的作用是保證燃料變化時發(fā)熱量不變化;燃料調(diào)節(jié)回路的作用是通過調(diào)節(jié)給煤量來適應(yīng)外界負(fù)荷的需求。

3.2 送風(fēng)控制系統(tǒng)

送風(fēng)控制子系統(tǒng)的作用是通過調(diào)節(jié)總送風(fēng)量,保證燃燒過程中總的風(fēng)-煤比值。該系統(tǒng)中被調(diào)量是煙氣含氧量,調(diào)節(jié)量是各臺送風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量,反饋量是各臺送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量信號與一次風(fēng)總風(fēng)量信號相加,構(gòu)成串級控制系統(tǒng)。送風(fēng)量控制子系統(tǒng)由總風(fēng)量測量回路、煙氣含氧量校正回路、送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路構(gòu)成。總風(fēng)量回路提供風(fēng)量的反饋信號。煙氣含氧量校正回路的作用是根據(jù)煙氣含氧量與給定值之間的偏差對送風(fēng)量進(jìn)行校正,以保證最佳的過?？諝狻Ｋ惋L(fēng)量調(diào)節(jié)回路的作用是根據(jù)校正后的總風(fēng)量與給定值之間的偏差,調(diào)節(jié)送風(fēng)量,使副回路構(gòu)成隨動控制系統(tǒng)。

3.3 引風(fēng)控制系統(tǒng)

引風(fēng)控制子系統(tǒng)的作用是保持爐膛壓力穩(wěn)定在給定值。該系統(tǒng)的被調(diào)量是爐膛壓力,調(diào)節(jié)量是引風(fēng)量,前饋信號是送風(fēng)量,構(gòu)成前饋-反饋控制系統(tǒng)。

引入送風(fēng)量前饋信號是協(xié)調(diào)送風(fēng)和引風(fēng)之間的關(guān)系,克服送風(fēng)量對爐膛壓力的擾動。PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以消除其他擾動對爐膛壓力的影響,靜態(tài)時爐膛壓力等于給定值。爐膛壓力直接影響爐膛內(nèi)燃料的燃燒質(zhì)量和鍋爐的安全性。爐膛壓力控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是通過控制兩臺引風(fēng)機(jī)動葉或入口擋板的開度,使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng),從而保證爐膛壓力在允許范圍內(nèi),以穩(wěn)定燃燒,減少污染,保障安全。

[1] 羅萬金.電力熱工過程自動調(diào)節(jié)[M].北京:水利電力出版社,1990:55.

[2] 宗士杰.發(fā)電廠電氣設(shè)備及運行[M].北京:中國電力出版社,1997:46.

[3] 李遵基.熱工自動控制系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社,1997:33.

[4] 俞金壽,何衍慶.集散控制系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995:75.

The Design of Automatic Combustion Control System of 600MW Boiler

Lin Fenghua,Peng Junzhen
(Department of Mechanical and Electrical Engineering,Hubei Polytechnic Institute,Xiaogan,Hubei 432000)

Automatic combustion system consists of three subsystem s.The subsystem s are named fuel control system,air control system and air-leading control system.The three subsystem s are separated in some extent but also interrelated in some part.We design it by using the controlling law corresponding to this system.In order to optimizing it,we use a controller to achieve the best balance among fuel consumption,air flow and leading air volume.The ultimate goal of this system is to make boiler combustion more economic and security.

boiler;combustion;automatic control

TK223.7

A

1671-2544(2010)03-0057-03

2010-04-06

林鳳華(1966— ),女,湖北孝感人,湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院副教授。彭俊珍(1965— ),女,湖北孝感人,湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院副教授。

(責(zé)任編輯:鄒禮平)