600MW单元机组锅炉燃烧控制系统设计

林凤华,彭俊珍

(湖北职业技术学院机电工程学院,湖北孝感 432000)

600MW单元机组锅炉燃烧控制系统设计

林凤华,彭俊珍

(湖北职业技术学院机电工程学院,湖北孝感 432000)

燃烧系统由3个子系统即燃料控制系统、送风控制系统、引风控制系统构成,这3个系统相互独立又相互联系。在锅炉燃烧控制系统设计中,利用相应的控制规律和控制器进行优化设计,达到燃料量、送风量、引风量的最佳组合,实现锅炉燃烧的经济性、安全性。

锅炉;燃烧;自动控制

随着经济的发展,能源短缺问题显得越来越突出,这就给电厂的发展提出了新的要求,不仅要求电厂运行安全,而且还要经济。燃烧系统是电厂的重要组成部分,它效率的高低直接影响到整个电厂的效率,所以燃烧问题受到了科学工作者的普遍关注,并且这个领域也是发展较快的领域。

锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的需求,同时保证锅炉的安全经济运行。锅炉燃烧过程自动控制主要包括三项控制内容:控制燃料量、控制送风量、控制引风量。为实现对燃料量、送风量和引风量的控制,相应的有三个控制系统,即燃料量控制系统、送风量控制系统和引风量控制系统。以上三个控制系统之间存在着密切的相互关联,要控制好燃烧过程,必须使燃料量、送风量及引风量三者协调变化。

在锅炉燃料控制子系统中,有三种方案控制燃料量,分别为:燃料反馈的燃料控制系统、给煤机转速反馈的燃料控制系统和前馈+反馈的燃料控制子系统[1]。其中,给煤机转速反馈的燃料控制子系统是目前应用最多的。送风控制一般采取串级比值控制系统,辅之以含氧量校正信号。引风控制系统一般引入送风量前馈信号,使送风量与引风量相匹配。

1 燃烧过程分析

燃烧设备主要有磨煤机、给煤机、燃烧器、风机等[1],下面分别做简单介绍。

1.1 磨煤机的工作原理

球磨机主体是一个直径约2～4m、长3～10m的大圆筒,筒内装有大量直径为25～60mm的钢球。筒内壁衬装波浪形锰钢护甲,筒身两端是架在大轴承上的空心轴颈,一端是热空气和原煤的进口,另一端是气粉混合物的出口。

圆筒由电动机通过减速器拖动旋转,筒体转动时,将筒内钢球带到一定高度,这时波浪形护甲起着带动钢球、避免滑落的作用,钢球从一定高度落下将煤击碎。所以球抹机主要是以撞击作用磨制煤粉的,同时也兼有挤压、碾压作用。球磨机内干燥与磨煤是同时进行的,一般均采用热空气作为干燥剂,磨好的煤粉由干燥剂气流从筒体内带出。干燥剂气流在筒内的速度为1～3m/s,速度越大,带出的煤粉越粗,磨煤出力越大[2]。

1.2 给煤机的工作原理

8224型给煤机工作原理比较简单,原煤仓落煤经给煤机进口,由皮带驱动滚轮驱动皮带滚动,将皮带上原煤输送至给煤机出口进入磨煤机进行碾磨。皮带边缘的零星落煤由其下部的清扫装置连续清理刮至给煤机出口[3]。给煤机给煤量调节是通过电磁调速电动机控制启动滚轮转速来实现的。电子称重式给煤机给煤量的称重原理是通过负荷传感器测出的单位长度皮带上煤的重量 G,再乘以由编码器测出的皮带转速 v,就得到了给煤量 B,即 B=Gv。

1.3 空气预热器

空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交换装置。

1.4 一次风机工作原理

一次风机为前弯式离心风机,由叶轮组、机壳、进风口、调节门、传动组组成。其工作原理为当风机运转时,充满叶轮的气体被叶片带动一起旋转,旋转的气体因自身的质量产生了离心力。在离心力作用下,使气体沿叶片流道从叶轮四周出口处冲出,获得能量,同时,叶轮中心形成负压。进口侧气体在大气压力作用下不断的吸入,风机不停的旋转,气体就不断的被吸入、排出。

1.5 送、引风机工作原理

送、引风机为动叶可调轴流风机,它的工作原理是基于机翼型理论。气体以一个攻角β进入叶轮,在翼背上产生一个升力,同时必定在翼腹上产生一个大小相等方向相反的作用力,使气体排出叶轮呈螺旋形沿轴向向前运动。与此同时,风机进口处由于差压的作用,使气体不断地被吸入。而动叶可调轴流风机,攻角越大,翼背的周界越大,则升力越大,风机的压差越大,风量则小。当叶片攻角达到临界值时,气体将离开翼背的型线而发生涡流,此时风机压力大,风量下降,产生失速现象。

1.6 燃烧器布置

1025t/h亚临界自然循环煤粉炉采用四角布置切圆燃烧方式的直流式摆动燃烧器。在炉膛下部四个切角处各布置了一组燃烧器,每组燃烧器由八层二次风喷嘴、五层一次风喷嘴和两层三次风喷嘴组成。

2 燃烧控制的原则性方案

图1 燃烧自动控制基本设计方案

图1为采用热量信号的单元机组燃烧过程自动控制系统原理图,自动控制系统由气压调节器、燃料调节器、送风调节器、引风调节器等组成。图中各调节器都具有比例积分控制作用,静态时各调节器的输入偏差均等于零[3]。当锅炉负荷发生变化时,主气压力立即改变,气压调节器输出适应负荷要求的锅炉燃烧率指令B0,送至燃料调节器和送风调节器,同时改变燃料量和送风量。燃料调节器以B0为燃料量给定值,调节的目的是使燃料量与燃烧率要求相适应。送风调节器以燃烧率指令B0乘以风煤比系数 K为送风量给定值,调节的目的是使送风量与燃烧率要求相适应。引风调节器以炉膛压力为被调量,通过调节引风量保持送、引风量的平衡,维持炉膛压力在一定范围内。为防止负荷变动时炉膛压力的大幅度波动,送风量指令的变化通过前馈补偿器f(t)作用于引风调节器,改变引风量使之与送风量相适应,使炉膛压力波动很小,并通过引风调节器使炉膛压力等于给定值。控制结束后,燃料量、送风量、引风量都改变为与机组负荷要求相适应的数值上。

氧量校正回路的给定值O20是负荷的函数。在低负荷时,为了安全一般采用富风运行,随着负荷上升,炉内燃烧条件越来越好。经济燃烧需要的空气量下降,最佳氧量随着负荷上升是逐步下降的,f2(x)给出随机组负荷变化的最佳氧量给定值O20送入氧量校正器。当实际氧量O2不等于氧量给定值时,校正调节器输出校正信号进行细调,改变风煤比系数 K,从而维持炉膛处于最佳燃烧状态[4]。

3 燃烧过程控制分析

3.1 燃料量控制系统

燃料控制子系统的作用是燃料量适应负荷变化的需要,保证压力在允许范围内变化。该系统用给煤机转速表示燃料量(锅炉燃烧率)的大小,被调量是机前压力 PT,调节量是各给煤机的给煤量B0,反馈量是给煤机转速总和Σn,构成串级控制系统。燃料控制子系统是由给煤机转速测量回路、燃料发热量修正回路、燃料调节回路构成。给煤机转速测量回路的作用是提供给煤量的反馈信号;燃料发热量修正回路的作用是保证燃料变化时发热量不变化;燃料调节回路的作用是通过调节给煤量来适应外界负荷的需求。

3.2 送风控制系统

送风控制子系统的作用是通过调节总送风量,保证燃烧过程中总的风-煤比值。该系统中被调量是烟气含氧量,调节量是各台送风机的送风量,反馈量是各台送风机的风量信号与一次风总风量信号相加,构成串级控制系统。送风量控制子系统由总风量测量回路、烟气含氧量校正回路、送风量调节回路构成。总风量回路提供风量的反馈信号。烟气含氧量校正回路的作用是根据烟气含氧量与给定值之间的偏差对送风量进行校正,以保证最佳的过剩空气。送风量调节回路的作用是根据校正后的总风量与给定值之间的偏差,调节送风量,使副回路构成随动控制系统。

3.3 引风控制系统

引风控制子系统的作用是保持炉膛压力稳定在给定值。该系统的被调量是炉膛压力,调节量是引风量,前馈信号是送风量,构成前馈-反馈控制系统。

引入送风量前馈信号是协调送风和引风之间的关系,克服送风量对炉膛压力的扰动。PI调节器构成的调节系统可以消除其他扰动对炉膛压力的影响,静态时炉膛压力等于给定值。炉膛压力直接影响炉膛内燃料的燃烧质量和锅炉的安全性。炉膛压力控制系统的基本任务是通过控制两台引风机动叶或入口挡板的开度,使引风量与送风量相适应,从而保证炉膛压力在允许范围内,以稳定燃烧,减少污染,保障安全。

[1] 罗万金.电力热工过程自动调节[M].北京:水利电力出版社,1990:55.

[2] 宗士杰.发电厂电气设备及运行[M].北京:中国电力出版社,1997:46.

[3] 李遵基.热工自动控制系统[M].北京:中国电力出版社,1997:33.

[4] 俞金寿,何衍庆.集散控制系统原理及应用[M].北京:化学工业出版社,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

林凤华(1966— ),女,湖北孝感人,湖北职业技术学院机电工程学院副教授。彭俊珍(1965— ),女,湖北孝感人,湖北职业技术学院机电工程学院副教授。

(责任编辑:邹礼平)