1、确定控制任务确定控制任务分析被控对象特性分析被控对象特性确定被控量确定被控量确定控制量确定控制量确定影响因素（干扰量）确定影响因素（干扰量）分析确定控制功能分析确定控制功能确定控制系统结构和方案确定控制系统结构和方案燃烧控制分析燃烧控制分析1 1、与燃烧相关的量、与燃烧相关的量燃料量燃料量送风量送风量2 2、引起燃料量、送风量变化的原、引起燃料量、送风量变化的原因因用电负荷用电负荷3 3、负荷变化对锅炉和汽机的影、负荷变化对锅炉和汽机的影响响单元机组的基本控制方式单元机组的基本控制方式第十二章第十二章 燃烧过程自动控制系统燃烧过程自动控制系统 1 1、引言、引言任务任务对象特性对象特性2 2、
2、燃烧控制系统、燃烧控制系统系统结构和方案系统结构和方案3 3、典型燃烧控制系统、典型燃烧控制系统4 4、600MW600MW机组燃烧控制系统机组燃烧控制系统实例 补充电网调频的概念和原理补充电网调频的概念和原理参见：参见：关于我国电网调频问题的建议关于我国电网调频问题的建议.pdf.pdf关于缩小我国电网频率变动范围的关于缩小我国电网频率变动范围的建议建议.pdf.pdf参与电网调频的汽轮机电子调节系参与电网调频的汽轮机电子调节系统功能分析统功能分析.pdf.pdf第一节第一节 引言引言一、单元机组的基本控制方式一、单元机组的基本控制方式 要求大型机组具有带变动负荷运行的能力，以要求大型机组具
3、有带变动负荷运行的能力，以便迅速满足负荷变化的需要及参加电网调频。便迅速满足负荷变化的需要及参加电网调频。机组容量不断地增加，锅炉的蓄热量相对减少，机组容量不断地增加，锅炉的蓄热量相对减少，采用机炉分别控制方式已不适应外界负荷的要采用机炉分别控制方式已不适应外界负荷的要求和保持机炉之间的平衡求和保持机炉之间的平衡通常采用锅炉汽轮发电机组的通常采用锅炉汽轮发电机组的单元制运行单元制运行方式方式。在这种运行方式下，按锅炉、汽轮。在这种运行方式下，按锅炉、汽轮机在控制过程中的任务和相互关系不同，机在控制过程中的任务和相互关系不同，构成三种基本控制方式，即构成三种基本控制方式，即机跟炉机跟炉和和炉跟炉
4、跟机机、机炉协调控制机炉协调控制方式。方式。1 1、炉跟机控制方式、炉跟机控制方式 当外界当外界“负荷要求负荷要求”增大时，负荷要求增大时，负荷要求P P0 0与机组与机组实发功率实发功率P PE E出现偏差出现偏差P PO OP PE E，通过汽机控制器立即，通过汽机控制器立即开大汽机进汽阀，增加汽机进汽量开大汽机进汽阀，增加汽机进汽量,从而迅速改变从而迅速改变发电机的输出功率发电机的输出功率,使其和负荷指令相一致。使其和负荷指令相一致。当汽机进汽阀开度增大后，锅炉主蒸汽压力当汽机进汽阀开度增大后，锅炉主蒸汽压力p pT T随随之降低，通过锅炉控制器增加锅的燃烧率之降低，通过锅炉控制器增加锅
5、的燃烧率(包括调包括调煤调风煤调风)及调节给水量，使输入锅炉的能量和物及调节给水量，使输入锅炉的能量和物质与锅炉的输出量相平衡。质与锅炉的输出量相平衡。不足之处不足之处燃料的燃烧、传热、水的蒸发等过燃料的燃烧、传热、水的蒸发等过程都需要一定的时间，则程都需要一定的时间，则容易造成容易造成汽压的波动汽压的波动在燃烧率扰动时，即在燃烧率扰动时，即 B Bp pT T，蒸，蒸汽流量汽流量D D汽轮机侧为了保持输出汽轮机侧为了保持输出功率，通过汽机控制器使调节阀门功率，通过汽机控制器使调节阀门关小，即关小，即 T T p pT T，其结果将，其结果将进进一步加剧汽压的变化，造成更大的一步加剧汽压的变化
6、，造成更大的汽压波动汽压波动 3、保证燃烧过程的稳定性一般情况，通过燃料量调节主蒸汽压力，通过送风量调节过剩空气系数，通过引风量控制炉膛压力第四节 600MW机组燃烧控制系统实例送风调节的任务是要保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例对象具有无自平衡能力的特点。较少采用单纯热量信号；关于我国电网调频问题的建议.经过校正后的送风量将保证烟气中含氧量等于给定值。在扰动一开始，汽压PT立即下降P0(P0的大小与扰动量D以及过热器阻力成正比)，然后一直等速下降。蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽的生产量与负荷的耗汽量不适应，必须相应地改变燃料的供应量，以改变锅炉的蒸汽产量。当Pb等速变化时，它的实际微分如图12
7、-15中的曲线OB所示。第四节 600MW机组燃烧控制系统实例(b)汽轮机采用机械液压调节（汽轮机调节阀门开度T不变）燃烧过程是多输入多输出带耦合的复杂系统，锅炉结构、运行方式、燃料系统设备条件及工艺要求等因素都影响燃烧过程控制形式，其控制分析和实现都很难。由于燃料量不能直接测量，对于采用钢球磨煤机中储式制粉系统的锅炉，均用改变给粉机的转速的方法来改变燃料量。2、给粉机转速反馈的燃料控制系统负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。当燃料量作阶跃B增加后，炉膛热
8、负荷立即增大，致使汽包压力Pb上升，压差(PbPT)增大，使蒸汽流量D增加。(一）直吹制锅炉燃烧的特点1、中间粉仓式制粉设备的锅炉在燃烧设备与制粉系统之间具有明显可分的界限，而直吹式制粉设备的锅炉将制粉设备与锅炉本体紧密地联系成一个整体，制粉系统也成为燃烧过程自动控制不可分割的组成部分。炉跟机控制方式的特点炉跟机控制方式的特点控制方式的特点是控制方式的特点是汽机调负荷，锅炉汽机调负荷，锅炉调汽压调汽压。调负荷过程中，锅炉跟随汽。调负荷过程中，锅炉跟随汽机而动作，故称为机而动作，故称为炉跟机炉跟机（锅炉跟随（锅炉跟随汽机）控制方式。汽机）控制方式。优点是充分利用了锅炉的蓄热来迅速优点是充分利用了
9、锅炉的蓄热来迅速适应负荷的变化，对机组调峰调频有适应负荷的变化，对机组调峰调频有利。利。缺点是主汽压力变化较大，甚至超出缺点是主汽压力变化较大，甚至超出允许范围，将对机组的安全经济运行允许范围，将对机组的安全经济运行不利。不利。炉跟机控制的应用炉跟机控制的应用在大型单元机组中，锅炉的蓄热能力相对减小，在大型单元机组中，锅炉的蓄热能力相对减小，对于对于较小的负荷变化较小的负荷变化，在汽压允许的变化范围内，在汽压允许的变化范围内充分利用锅炉的蓄热以迅速适应负荷是有可能的，充分利用锅炉的蓄热以迅速适应负荷是有可能的，这对电网的频率控制也是有利的。这对电网的频率控制也是有利的。在在“负荷要求负荷要求”
10、变化较大变化较大时，汽压变化就太大，时，汽压变化就太大，会影响锅炉的正常运行。尤其对于直流锅炉，蓄会影响锅炉的正常运行。尤其对于直流锅炉，蓄热能力比汽包锅炉小得多，采用锅炉跟随的控制热能力比汽包锅炉小得多，采用锅炉跟随的控制方式适应较大的负荷变化，实际上是不可能的。方式适应较大的负荷变化，实际上是不可能的。当单元机组中锅炉设备及其辅机运行正常，而机当单元机组中锅炉设备及其辅机运行正常，而机组的输出功率受到汽机设备及其辅机的原因限制组的输出功率受到汽机设备及其辅机的原因限制时，可以采用这种锅炉跟随汽机的控制方式。时，可以采用这种锅炉跟随汽机的控制方式。2 2、机跟炉控制方式、机跟炉控制方式 当当
11、“负荷要求负荷要求”P PO O增加时，锅炉控制器输增加时，锅炉控制器输出信号控制锅炉的燃烧率出信号控制锅炉的燃烧率(煤、风及给水煤、风及给水)。经过一段迟延时间后，锅炉的蒸发量和蒸经过一段迟延时间后，锅炉的蒸发量和蒸汽压力汽压力PTPT逐渐增大，通过汽机控制器去开逐渐增大，通过汽机控制器去开大汽机进汽调节阀，使进入汽机的蒸汽量大汽机进汽调节阀，使进入汽机的蒸汽量增加，机组实发功率增加，机组实发功率P PE E增加，增加，以适应改变以适应改变了的负荷要求指令了的负荷要求指令P P0 0 。在主蒸汽调节阀门开度在主蒸汽调节阀门开度 T T变化后可以很快地变化后可以很快地改变汽压改变汽压p pT
12、T，因此可以使汽压，因此可以使汽压p pT T变化很小。变化很小。不足之处不足之处在负荷在负荷P P0 0发生变化时，锅炉燃烧率发生变化时，锅炉燃烧率 B B改变后需经一些时间才能改变输改变后需经一些时间才能改变输出功率出功率P PE E，因此，因此机组对负荷响应较机组对负荷响应较慢慢。在燃烧率扰动时，汽压和蒸汽流量在燃烧率扰动时，汽压和蒸汽流量将发生变化，汽机控制器为保持汽将发生变化，汽机控制器为保持汽压而动作调节阀门开度压而动作调节阀门开度 T T，使输出，使输出功率功率P PE E发生波动发生波动。机跟炉的特点机跟炉的特点特点是特点是锅炉调负荷，汽机调汽压锅炉调负荷，汽机调汽压。在保证。
13、在保证汽压稳定的情况下，锅炉供多少汽，汽机汽压稳定的情况下，锅炉供多少汽，汽机输出多少功率，汽机跟随锅炉而动作，故输出多少功率，汽机跟随锅炉而动作，故称为称为机跟炉机跟炉(汽机跟随锅炉汽机跟随锅炉)控制方式。控制方式。优点优点是在运行中主蒸汽压力相当稳定是在运行中主蒸汽压力相当稳定(汽压汽压变化很小变化很小)，有利于机组的安全经济运行。，有利于机组的安全经济运行。缺点缺点是由于没有利用锅炉的蓄热，而只有是由于没有利用锅炉的蓄热，而只有当锅炉改变燃烧率造成蒸发量改变后，才当锅炉改变燃烧率造成蒸发量改变后，才能改变机组的出力，这样能改变机组的出力，这样适应负荷变化能适应负荷变化能力较差，不利于机组
14、带变动负荷和参加电力较差，不利于机组带变动负荷和参加电网调频网调频。应用应用适用于承担适用于承担基本负荷基本负荷的单元机组或的单元机组或当机组刚刚投入运行经验还不够时，当机组刚刚投入运行经验还不够时，采用这种系统可使汽压稳定而为机采用这种系统可使汽压稳定而为机组稳定运行创造条件。当单元机组组稳定运行创造条件。当单元机组中汽机设备及其辅机运行正常，而中汽机设备及其辅机运行正常，而机组的输出功率受到锅炉设备及其机组的输出功率受到锅炉设备及其辅机的原因限制时，也可以采用这辅机的原因限制时，也可以采用这种汽机跟随锅炉的控制方式。种汽机跟随锅炉的控制方式。3.3.机炉协调控制方式机炉协调控制方式 当当“
15、负荷要求负荷要求”改变时，通过机炉主控制器对锅改变时，通过机炉主控制器对锅炉和汽轮机分别发出调节负荷的指令，并行地改炉和汽轮机分别发出调节负荷的指令，并行地改变锅炉的燃烧率和汽机的进汽量，同时为了使汽变锅炉的燃烧率和汽机的进汽量，同时为了使汽压变化幅度不致太大，还根据汽压压变化幅度不致太大，还根据汽压p pT T偏离给定值偏离给定值P P0 0的情况适当地限制汽机进汽阀的开度变化和适当的情况适当地限制汽机进汽阀的开度变化和适当地加强锅炉的控制作用。当调节结束时，机组的地加强锅炉的控制作用。当调节结束时，机组的输出功率输出功率P PE E等于等于“负荷要求负荷要求”P P0 0，而汽压，而汽压p
16、 pT T恢复恢复为给定值为给定值P P0 0特点特点在过渡过程中让汽压在允许的范围内在过渡过程中让汽压在允许的范围内变动而充分地利用锅炉的蓄热，使单变动而充分地利用锅炉的蓄热，使单元机组能较快地适应元机组能较快地适应“负荷要求负荷要求”的的变化，同时汽压变化，同时汽压P PT T的变动范围也不大，的变动范围也不大，因而使机组的运行工况比较稳定。因而使机组的运行工况比较稳定。当单元机组需要参加电网调频时，也当单元机组需要参加电网调频时，也应采用机组协调控制的方式。应采用机组协调控制的方式。为了为了适应不同的运行工况适应不同的运行工况，单元机组，单元机组的自动控制系统中的自动控制系统中应当具备几
17、种控制应当具备几种控制方式方式，但也有选择其中一种控制方式，但也有选择其中一种控制方式的系统。的系统。二、燃烧控制的任务二、燃烧控制的任务 1 1、满足机组负荷要求，维持主蒸汽压力稳、满足机组负荷要求，维持主蒸汽压力稳定定与机组运行方式密切相关与机组运行方式密切相关2 2、保证燃烧过程经济性、保证燃烧过程经济性风煤比风煤比烟气过剩空气系数（烟气含氧量）烟气过剩空气系数（烟气含氧量）3 3、保证燃烧过程的稳定性、保证燃烧过程的稳定性炉膛压力：送风量和引风量炉膛压力：送风量和引风量送风量送风量 引风量，炉膛压力增加，造成炉膛往外喷灰引风量，炉膛压力增加，造成炉膛往外喷灰或喷火或喷火送风量送风量 引
18、风量，增加炉膛漏风，炉温下降，影响燃引风量，增加炉膛漏风，炉温下降，影响燃烧烧炉膛压力波动，影响燃烧稳定性，对锅炉安全有影炉膛压力波动，影响燃烧稳定性，对锅炉安全有影响响单元机组运行时，锅炉送出的蒸汽直接通往汽轮机。锅单元机组运行时，锅炉送出的蒸汽直接通往汽轮机。锅炉的燃烧过程自动控制的任务就有两种基本情况：炉的燃烧过程自动控制的任务就有两种基本情况：1 1锅炉调汽压，汽机进汽阀门调负荷锅炉调汽压，汽机进汽阀门调负荷(炉跟机的方式炉跟机的方式)维持机前压力维持机前压力p pT T（过热器出口汽压），机前压力应保持在给定值（过热器出口汽压），机前压力应保持在给定值0.2Mpa0.2Mpa范围。范
19、围。维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性，控制系统应能保维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性，控制系统应能保持炉内氧量在给定值持炉内氧量在给定值0.5%0.5%范围内。范围内。维持炉膛负压要求，控制系统应能保持炉膛压力在给定值维持炉膛负压要求，控制系统应能保持炉膛压力在给定值30pa30pa范围内。范围内。2 2锅炉调负荷，汽机调汽压锅炉调负荷，汽机调汽压(机跟炉的方式机跟炉的方式)维持单元机组的负荷；维持单元机组的负荷；维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性；维持炉内过剩空气稳定，以保证燃烧经济性；维持炉膛负压，控制系统应能保持炉膛压力在给定值维持炉膛负压，控制系统应能保持炉膛压力在给定
20、值30pa30pa范范围内围内 。如果煤粉锅炉的煤粉供应为如果煤粉锅炉的煤粉供应为直吹制直吹制(没有中间粉仓没有中间粉仓)，则，则制粉系制粉系统统的控制也成为燃烧过程控制的组成部分。的控制也成为燃烧过程控制的组成部分。负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。缺点是主汽压力变化较大，甚至超出允许范围，将对机组的安全经济运行不利。补充：汽机DEH控制系统这个系统是用乘法器构成的单闭环比值送风控制系统，燃料量的修正值作为送风量的给定值，实现B与V的比值控制。（一）采
21、用热量信号的燃烧控制系统2、给粉机转速反馈的燃料控制系统煤量变化、炉膛负压变化（引风量）也影响含氧量，称为外扰。其二是汽轮机耗汽量的扰动，称为外部扰动。在保证汽压稳定的情况下，锅炉供多少汽，汽机输出多少功率，汽机跟随锅炉而动作，故称为机跟炉(汽机跟随锅炉)控制方式。2炉烟含量动态特性送风量的变化是引起负压波动的主要原因，为了能使引风量快速地跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送风量作为前馈引入引风调节器，这样当送风控制系统动作时，引风控制系统立即跟着动作，而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作，从而能使炉膛负压基本不变。热量信号，是指燃料进入炉膛燃烧后，在单位时间内所产生的热量当锅炉负荷不变时，能及
22、早地发现原煤量B0的扰动就成为组织直吹式锅炉燃烧自动控制系统时的两个需要特别予以考虑的问题。3、一次风量控制子系统负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。燃料控制的任务：与单元机组的运行方式有关在“负荷要求”变化较大时，汽压变化就太大，会影响锅炉的正常运行。确定影响因素（干扰量）当锅炉负荷不变时，能及早地发现原煤量B0的扰动就成为组织直吹式锅炉燃烧自动控制系统时的两个需要特别予以考虑的问题。适用于承担基本负荷的单元机组或当机组刚刚投入运行经验还不够时，采用这种
23、系统可使汽压稳定而为机组稳定运行创造条件。关于我国电网调频问题的建议.三、燃烧过程的调节量三、燃烧过程的调节量蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽的生产蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽的生产量与负荷的耗汽量不适应，必须相应量与负荷的耗汽量不适应，必须相应地改变地改变燃料的供应量燃料的供应量，以改变锅炉的，以改变锅炉的蒸汽产量。蒸汽产量。当燃料量改变时，必须相应地改变当燃料量改变时，必须相应地改变送送风量风量，使燃料量与空气量相适应，保，使燃料量与空气量相适应，保证燃烧过程有较高的经济性。证燃烧过程有较高的经济性。当送风量改变时必须及时地改变当送风量改变时必须及时地改变引风引风量量，使引风量与送风量相配合，以保
24、，使引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。证炉膛压力不变。用三个调节量改变三个流量，即用三个调节量改变三个流量，即燃料量燃料量、送风量送风量和和引风量引风量，以维持三个被控制量，以维持三个被控制量汽压汽压(或负或负荷荷)、过剩空气系数过剩空气系数(或或最佳含氧量最佳含氧量)和和炉膛负压炉膛负压。汽压是锅炉燃料热量与汽机需求能量是否平衡的指标汽压是锅炉燃料热量与汽机需求能量是否平衡的指标过剩空气系数是燃料量和送风量是否保持适当比例的指过剩空气系数是燃料量和送风量是否保持适当比例的指标标炉膛压力是送风量和引风量是否平衡的指标炉膛压力是送风量和引风量是否平衡的指标三个调节量对三个被调量都有影响，
25、为多输入多三个调节量对三个被调量都有影响，为多输入多输出的耦合系统输出的耦合系统但只要但只要严格保持严格保持燃料量、送风量和引风量的比例燃料量、送风量和引风量的比例变化，就能保持蒸汽压力、过剩空气系数和炉膛变化，就能保持蒸汽压力、过剩空气系数和炉膛压力基本不变。压力基本不变。四、燃烧控制对象的动态特性四、燃烧控制对象的动态特性 一般情况，通过燃料量调节一般情况，通过燃料量调节主蒸汽压力，通过送风量调主蒸汽压力，通过送风量调节过剩空气系数，通过引风节过剩空气系数，通过引风量控制炉膛压力量控制炉膛压力 1 1、汽压控制对象的动态特、汽压控制对象的动态特性性汽压对象生产流程示意图汽压对象生产流程示意
26、图主蒸汽压力主蒸汽压力P PT T受到的主要扰受到的主要扰动来源有二个，其一是动来源有二个，其一是燃料燃料量扰动量扰动称为基本扰动或内部称为基本扰动或内部扰动。其二是扰动。其二是汽轮机耗汽量汽轮机耗汽量的扰动的扰动，称为外部扰动。，称为外部扰动。Tp补充：汽机补充：汽机DEHDEH控制系统控制系统参见：参见：汽轮机功频电液控制系统工作原汽轮机功频电液控制系统工作原理理.pdf.pdf汽轮机液压调节系统与数字电液控汽轮机液压调节系统与数字电液控制系统的分析比较制系统的分析比较.pdf.pdf图书：汽轮机控制、监视和保护图书：汽轮机控制、监视和保护-谷谷俊杰俊杰.pdf.pdf图书：汽轮机的调节图
27、书：汽轮机的调节.pdf.pdf(1)(1)燃料量扰动燃料量扰动下汽压控制对象的动态特性下汽压控制对象的动态特性 汽压变化的动态特性与汽压变化的动态特性与汽机的汽机的控制控制方式有关方式有关(a)(a)汽轮机采用频率汽轮机采用频率-功率控制功率控制系统时系统时(用汽量不变用汽量不变)汽压变化一开始有迟延，迟延时汽压变化一开始有迟延，迟延时间为间为B B，最后直线上升。，最后直线上升。锅炉汽压是一个无自平衡能力的锅炉汽压是一个无自平衡能力的控制对象，汽包压力控制对象，汽包压力P Pb b与出口汽压与出口汽压P PT T之差之差PP2 2与蒸汽流量以及过热器与蒸汽流量以及过热器的阻力成正比。的阻力
28、成正比。由于在燃烧率阶跃扰动后，用由于在燃烧率阶跃扰动后，用汽量不变汽量不变(需要相应地调整汽轮需要相应地调整汽轮机进汽阀机进汽阀)，所以两者的压力差，所以两者的压力差(P(Pb bP PT TPP2 2)不变，即不变，即PP1 1=P=P2 2 蒸汽流量蒸汽流量燃料量扰动燃料量扰动锅炉汽压锅炉汽压(b)(b)汽轮机采用机械液压调节汽轮机采用机械液压调节（汽轮机调节阀门开度（汽轮机调节阀门开度T T不变）不变）当燃料量作阶跃当燃料量作阶跃B B增加后，炉增加后，炉膛热负荷立即增大，致使汽包压膛热负荷立即增大，致使汽包压力力P Pb b上升，压差上升，压差(P(Pb bP PT T)增大，使增大
29、，使蒸汽流量蒸汽流量D D增加增加。由于汽机调汽门。由于汽机调汽门开度不变，主汽压开度不变，主汽压P PT T将随着蒸汽将随着蒸汽的积累而增大。的积累而增大。P PT T的升高又会使的升高又会使蒸汽通向汽轮机的流出量蒸汽通向汽轮机的流出量D D增加，增加，自发地限制了汽压的增加，最终自发地限制了汽压的增加，最终达到新平衡。达到新平衡。过程具有自平衡特性，其传递函过程具有自平衡特性，其传递函数可以写为：数可以写为：汽包压力汽包压力P Pb b与汽压与汽压P PT T之差之差PP2 2也随着也随着燃料量和进入汽轮机的蒸汽流量的增燃料量和进入汽轮机的蒸汽流量的增加而增加即加而增加即PP1 1PP2
30、2 1BsBBBKWseT s(2(2）汽机耗汽量扰动汽机耗汽量扰动下的汽压控制对象的动态下的汽压控制对象的动态特性特性(a)(a)汽机采用功率调节汽机采用功率调节在扰动一开始，汽压在扰动一开始，汽压P PT T立即下降立即下降PP0 0(P(P0 0的大的大小与扰动量小与扰动量DD以及过热以及过热器阻力成正比器阻力成正比)，然后一，然后一直等速下降。直等速下降。P Pb b和和P PT T的的压差始终保持压差始终保持PP1 1PP0 0的数值的数值对象具有无自平衡能力对象具有无自平衡能力的特点。的特点。(b)(b)汽机采用机械液压调节汽机采用机械液压调节当增大阶跃当增大阶跃T T时，汽机进汽
31、量突然时，汽机进汽量突然增加，致使主汽压力增加，致使主汽压力P PT T跳跃地下降跳跃地下降PP0 0 。此时由于燃料量不变，用汽量。此时由于燃料量不变，用汽量的增加使汽包压力的增加使汽包压力P Pb b开始缓慢下降，开始缓慢下降，主汽压力主汽压力P PT T也跟着缓慢下降，并导致也跟着缓慢下降，并导致用汽量逐渐回降，最后回到扰动前的用汽量逐渐回降，最后回到扰动前的数值。数值。汽压动态特性具有自平衡特性，其传汽压动态特性具有自平衡特性，其传递函数可以写为：递函数可以写为：在在外扰的开始瞬间主汽压力会有跳跃外扰的开始瞬间主汽压力会有跳跃变化，不存在迟延变化，不存在迟延，因而会很快地反，因而会很快
32、地反映外部扰动映外部扰动 01TTTKWsKT s 2 2炉烟含量动态特性炉烟含量动态特性 维持含氧量的主要调节手段是调维持含氧量的主要调节手段是调节送风机入口挡板控制的送风量，节送风机入口挡板控制的送风量，称为内扰。称为内扰。煤量变化、炉膛负压变化（引风煤量变化、炉膛负压变化（引风量）也影响含氧量，称为外扰。量）也影响含氧量，称为外扰。含氧量的动态特性是指在含氧量的动态特性是指在送风量送风量阶跃扰动阶跃扰动下，含氧量随时间变化下，含氧量随时间变化的特性。的特性。该动态特性具有滞后、惯性和自平该动态特性具有滞后、惯性和自平衡能力。其传递函数一般为：衡能力。其传递函数一般为：ttVO2%VkVT
33、图 12-8 送风量扰动下氧量阶跃响应曲线 1VsVVVKWseT s负荷指令通过函数模块f2(x)的运算，送出在不同负荷下所需要的理论空气量，并把它作为送风调节器的给定值信号，这样系统输出的送风量信号对应锅炉的负荷值，以使炉内维持最佳燃烧工况。(一）直吹制锅炉燃烧的特点炉膛压力波动，影响燃烧稳定性，对锅炉安全有影响要求大型机组具有带变动负荷运行的能力，以便迅速满足负荷变化的需要及参加电网调频。关于我国电网调频问题的建议.为了减小锅炉对负荷响应的迟延和惯性，可以采用功率的微分信号作为前馈信号送入汽压调节器。在保证汽压稳定的情况下，锅炉供多少汽，汽机输出多少功率，汽机跟随锅炉而动作，故称为机跟炉
34、(汽机跟随锅炉)控制方式。当单元机组中汽机设备及其辅机运行正常，而机组的输出功率受到锅炉设备及其辅机的原因限制时，也可以采用这种汽机跟随锅炉的控制方式。当外界“负荷要求”增大时，负荷要求P0与机组实发功率PE出现偏差POPE，通过汽机控制器立即开大汽机进汽阀，增加汽机进汽量,从而迅速改变发电机的输出功率,使其和负荷指令相一致。只要使送风量V和引风量G随时与燃料量B在变化时保持适当比例，就能保证和pf不会有多大变化。用各给粉机转速的和来反映燃料量或燃烧率的大小，构成采用给粉机转速反馈信号的燃料控制系统。送风量的变化是引起负压波动的主要原因，为了能使引风量快速地跟踪送风量，以保持二者的比例，可将送
35、风量作为前馈引入引风调节器，这样当送风控制系统动作时，引风控制系统立即跟着动作，而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作，从而能使炉膛负压基本不变。燃烧过程被控对象的被调量和pf都是保证良好燃烧条件的锅炉内部参数。参与电网调频的汽轮机电子调节系统功能分析.2、引起燃料量、送风量变化的原因即负荷指令与总送风量信号送到小值选择器，取较小值作为燃料副调节器的给定值；还有采用汽轮机调速级后压力P1作为前馈信号送入副调节器，由于汽轮机调速级后压力P1与汽轮机负荷成比例关系，因此可以用它来协调锅炉的燃风比，另外，P1信号对汽轮机负荷反映灵敏，测量简单、准确，用它来粗调燃风比，比采用蒸汽负荷D或燃料量B更优越。为
36、了使氧量给定值随负荷改变而变化，可将负荷信号D通过一个函数器f1(x)，产生一个随负荷而改变的最佳氧量信号作为氧量校正调节器的给定值在这种运行方式下，按锅炉、汽轮机在控制过程中的任务和相互关系不同，构成三种基本控制方式，即机跟炉和炉跟机、机炉协调控制方式。用三个调节量改变三个流量，即燃料量、送风量和引风量，以维持三个被控制量汽压(或负荷)、过剩空气系数(或最佳含氧量)和炉膛负压。缺点是主汽压力变化较大，甚至超出允许范围，将对机组的安全经济运行不利。用三个调节量改变三个流量，即燃料量、送风量和引风量，以维持三个被控制量汽压(或负荷)、过剩空气系数(或最佳含氧量)和炉膛负压。实际热量信号Qr的表达
37、式为:(a)汽轮机采用频率-功率控制系统时(用汽量不变)汽轮机液压调节系统与数字电液控制系统的分析比较.进入磨煤机中煤量的测量方法随着磨煤机的类型不同而不同，例如对于中速磨、钢球磨，有提出以磨煤机进出口风压差Pm 的大小来间接代表磨煤机中的煤量的多少；锅炉蒸发受热面的热平衡方程为：为了减小锅炉对负荷响应的迟延和惯性，可以采用功率的微分信号作为前馈信号送入汽压调节器。还有采用汽轮机调速级后压力P1作为前馈信号送入副调节器，由于汽轮机调速级后压力P1与汽轮机负荷成比例关系，因此可以用它来协调锅炉的燃风比，另外，P1信号对汽轮机负荷反映灵敏，测量简单、准确，用它来粗调燃风比，比采用蒸汽负荷D或燃料量
38、B更优越。汽包压力Pb与汽压PT之差P2也随着燃料量和进入汽轮机的蒸汽流量的增加而增加即P1P2在主蒸汽调节阀门开度T变化后可以很快地改变汽压pT，因此可以使汽压pT变化很小。较少采用单纯热量信号；在大型单元机组中，锅炉的蓄热能力相对减小，对于较小的负荷变化，在汽压允许的变化范围内充分利用锅炉的蓄热以迅速适应负荷是有可能的，这对电网的频率控制也是有利的。单元机组运行时，锅炉送出的蒸汽直接通往汽轮机。6、一次风压控制子系统燃煤锅炉，运行中的煤量自发性扰动(煤粉的阻塞与自流)是经常容易出现的优点是充分利用了锅炉的蓄热来迅速适应负荷的变化，对机组调峰调频有利。煤量变化、炉膛负压变化（引风量）也影响含
39、氧量，称为外扰。当燃料量作阶跃B增加后，炉膛热负荷立即增大，致使汽包压力Pb上升，压差(PbPT)增大，使蒸汽流量D增加。根据锅炉指令BD保证汽压稳定(1)由于直吹式锅炉在单独改变给煤量B0时并不能快速地使煤粉量B发生变化(因磨煤机有较大的迅延和惯性)，但改变一次风量V1却能迅速改变进入炉膛的煤粉量B。可见，在有氧量校正的送风控制系统中，送风量除了需要与燃料量保持比例外，还要附加一个校正送风量信号02，才能使烟气中含氧量达到最佳值。3 3炉膛负压动态特性炉膛负压动态特性 炉膛负压的控制对象，是炉膛负压的控制对象，是引风机入口挡板所控制的引风机入口挡板所控制的引风量，称为内扰。引风量，称为内扰。
40、送风量变化会影响炉膛负送风量变化会影响炉膛负压，称为外扰。压，称为外扰。炉膛负压动态特性是炉膛负压动态特性是引风引风量阶跃变化量阶跃变化时，炉膛负压时，炉膛负压随时间变化的特性。随时间变化的特性。由于炉膛负压反应很快，可由于炉膛负压反应很快，可作比例特性来处理。作比例特性来处理。t tGPfG图 12-9 引风量扰动下负压阶跃响应曲线0 燃烧过程被控对象的被调量燃烧过程被控对象的被调量和和p pf f都是保证良好燃烧条件的锅炉内部都是保证良好燃烧条件的锅炉内部参数。参数。只要使送风量只要使送风量V V和引风量和引风量G G随随时与燃料量时与燃料量B B在变化时保持适当比在变化时保持适当比例，就
41、能保证例，就能保证和和p pf f不会有多大变不会有多大变化化。返回返回第二节第二节 燃烧控制系统燃烧控制系统 燃烧过程是多输入多输出带耦合的复杂系统，锅燃烧过程是多输入多输出带耦合的复杂系统，锅炉结构、运行方式、燃料系统设备条件及工艺要炉结构、运行方式、燃料系统设备条件及工艺要求等因素都影响燃烧过程控制形式，其控制分析求等因素都影响燃烧过程控制形式，其控制分析和实现都很难。如果从工程实用的观点出发，具和实现都很难。如果从工程实用的观点出发，具体分析生产过程的运行要求和被控对象动态特性体分析生产过程的运行要求和被控对象动态特性的特点，有针对性的制定相应的控制系统设计方的特点，有针对性的制定相应
42、的控制系统设计方案，也可以得到较为满意的控制效果。案，也可以得到较为满意的控制效果。根据燃烧过程对象特点和燃烧过程控制的任务，根据燃烧过程对象特点和燃烧过程控制的任务，将燃烧控制系统分为三个相对独立的子系统：将燃烧控制系统分为三个相对独立的子系统：燃料控制系统燃料控制系统送风控制系统送风控制系统引风控制系统引风控制系统一、燃料控制系统一、燃料控制系统燃料控制系统的被燃料控制系统的被调量：调量：汽压汽压燃料控制的任务：燃料控制的任务：与单元机组的运行与单元机组的运行方式有关方式有关炉跟机（或以此为炉跟机（或以此为基础的协调控制）基础的协调控制）根据锅炉指令根据锅炉指令BDBD保保证汽压稳定证汽压
43、稳定机跟炉（或以此为机跟炉（或以此为基础的协调控制）基础的协调控制）根据锅炉指令保证根据锅炉指令保证机组负荷机组负荷BB课本上的方案是以课本上的方案是以此为例讲述的此为例讲述的1 1、燃料反馈的燃料控制系统、燃料反馈的燃料控制系统 燃煤锅炉，运行中的煤量燃煤锅炉，运行中的煤量自发性扰动自发性扰动(煤粉的阻塞与煤粉的阻塞与自流自流)是经常容易出现的是经常容易出现的所以采用主控制器调汽压，所以采用主控制器调汽压，副控制器调燃料量的副控制器调燃料量的串级串级控制系统控制系统，使系统能够快，使系统能够快速消除燃料的自发性扰动速消除燃料的自发性扰动由于燃料量不能直接测量，对于采用由于燃料量不能直接测量，
44、对于采用钢球磨煤机钢球磨煤机中储式制粉系统中储式制粉系统的锅炉，的锅炉，均用改变均用改变给粉机的转速给粉机的转速的方法来改变的方法来改变燃料量。燃料量。2 2、给粉机转速反馈的燃料控制系、给粉机转速反馈的燃料控制系统统用各给粉机转速的和来反映燃料用各给粉机转速的和来反映燃料量或燃烧率的大小，构成采用给粉机量或燃烧率的大小，构成采用给粉机转速反馈信号的燃料控制系统。转速反馈信号的燃料控制系统。用给用给粉机转速之和作为总燃料量反馈信号粉机转速之和作为总燃料量反馈信号，并进入副调节器与燃料量的给定值既并进入副调节器与燃料量的给定值既锅炉负荷要求指令进行比较，对其偏锅炉负荷要求指令进行比较，对其偏差值
45、进行运算，副调节器根据偏差的差值进行运算，副调节器根据偏差的大小去调节燃料量的数值。大小去调节燃料量的数值。燃料量的测量，后面再讲燃料量的测量，后面再讲 给粉机转速只能反映燃料量的大给粉机转速只能反映燃料量的大小而不能反映燃料品质的变化，为小而不能反映燃料品质的变化，为此此引入燃料品种校正信号引入燃料品种校正信号。当改换。当改换煤种时，相应地调整校正系数的值，煤种时，相应地调整校正系数的值，经乘法器修正燃料量反馈信号，以经乘法器修正燃料量反馈信号，以消除煤种变化对系统的影响。消除煤种变化对系统的影响。为了消除燃料侧自发性扰动，系统为了消除燃料侧自发性扰动，系统引入了汽包压力的微分信号引入了汽包
46、压力的微分信号。当发。当发生燃料量内扰时，汽包压力能较快生燃料量内扰时，汽包压力能较快地反映燃料量内扰，汽包压力的微地反映燃料量内扰，汽包压力的微分信号有超前和加强调节的作用，分信号有超前和加强调节的作用，所以汽包压力的微分信号有助于尽所以汽包压力的微分信号有助于尽快消除内扰。稳态时汽包压力的微快消除内扰。稳态时汽包压力的微分信号消失不影响副调节器入口平分信号消失不影响副调节器入口平衡关系。衡关系。3 3、前馈、前馈+反馈的燃料控制系统反馈的燃料控制系统锅炉对负荷变化的响应比汽机锅炉对负荷变化的响应比汽机慢得多慢得多。为了减小锅炉对负荷响应的迟延和惯为了减小锅炉对负荷响应的迟延和惯性，可以性，
47、可以采用功率的微分信号作为前采用功率的微分信号作为前馈信号馈信号送入汽压调节器。功率的微分送入汽压调节器。功率的微分信号有超前和加强调节的作用，以提信号有超前和加强调节的作用，以提前平衡负荷扰动，提高锅炉对负荷的前平衡负荷扰动，提高锅炉对负荷的响应速度。响应速度。前馈信号前馈信号还可以采用还可以采用电网频率电网频率f f、发电、发电机功率机功率NENE、汽轮机调速级汽压、汽轮机调速级汽压P1P1、调、调速级后压力与主汽压力的比值速级后压力与主汽压力的比值P1/PTP1/PT、汽机调速系统二次油压汽机调速系统二次油压等信号。等信号。汽包压力微分信号汽包压力微分信号的作用与前述一样。的作用与前述一
48、样。二、送风控制系统二、送风控制系统 1 1、单闭环比值送风控制系统、单闭环比值送风控制系统送风调节的任务是要保证燃烧过程中送风调节的任务是要保证燃烧过程中有有合适的燃料与风量比例合适的燃料与风量比例采用采用保持燃料量与送风量成比例关系保持燃料量与送风量成比例关系的送风控制系统的送风控制系统，燃料量信号，燃料量信号B B以前馈以前馈形式引入送风控制系统，作为送风调形式引入送风控制系统，作为送风调节器的给定值，送风量信号节器的给定值，送风量信号V V作为反馈作为反馈信号引入送风调节器，构成一个信号引入送风调节器，构成一个单闭单闭环比值控制系统环比值控制系统。可以实现送风量快。可以实现送风量快速跟
49、踪燃料量的变化。速跟踪燃料量的变化。0VBKVKB稳态时，在实际运行中，燃料量和送风量在实际运行中，燃料量和送风量的最佳比例值的最佳比例值K K不是常数，不是常数，K K是随是随不同的负荷和燃烧品种变化的不同的负荷和燃烧品种变化的。因此，可以因此，可以选用随负荷、燃料品选用随负荷、燃料品种变化而修正送风量的送风控制种变化而修正送风量的送风控制系统系统。这个系统是用乘法器构成。这个系统是用乘法器构成的单闭环比值送风控制系统，燃的单闭环比值送风控制系统，燃料量的修正值作为送风量的给定料量的修正值作为送风量的给定值，实现值，实现B B与与V V的比值控制。的比值控制。根据负荷、燃料品种的变化去修根据
50、负荷、燃料品种的变化去修正最佳风煤比系数正最佳风煤比系数K K，此系统结构，此系统结构简单、整定投运方便，但简单、整定投运方便，但负荷和负荷和燃料品种的修正系数在实际应用燃料品种的修正系数在实际应用中较难确定中较难确定。2 2、串级比值送风控制系统、串级比值送风控制系统采用有采用有燃烧经济性指标燃烧经济性指标(烟气氧量烟气氧量)的校正调节器来修正送的校正调节器来修正送风量，使送风量与燃料量之间的比值达到最佳风量，使送风量与燃料量之间的比值达到最佳（1 1）采用）采用氧化锆仪器氧化锆仪器测量锅炉排烟中的含氧量，氧量信测量锅炉排烟中的含氧量，氧量信号反应迅速可靠，号反应迅速可靠，烟气中最佳含氧量与
