600MW單元機組鍋爐燃燒控制系統設計

林鳳華,彭俊珍

(湖北職業技術學院機電工程學院,湖北孝感 432000)

600MW單元機組鍋爐燃燒控制系統設計

林鳳華,彭俊珍

(湖北職業技術學院機電工程學院,湖北孝感 432000)

燃燒系統由3個子系統即燃料控制系統、送風控制系統、引風控制系統構成,這3個系統相互獨立又相互聯系。在鍋爐燃燒控制系統設計中,利用相應的控制規律和控制器進行優化設計,達到燃料量、送風量、引風量的最佳組合,實現鍋爐燃燒的經濟性、安全性。

鍋爐;燃燒;自動控制

隨著經濟的發展,能源短缺問題顯得越來越突出,這就給電廠的發展提出了新的要求,不僅要求電廠運行安全,而且還要經濟。燃燒系統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工作者的普遍關注,并且這個領域也是發展較快的領域。

鍋爐燃燒自動控制系統的基本任務是使燃料燃燒所提供的熱量適應外界對鍋爐輸出的蒸汽負荷的需求,同時保證鍋爐的安全經濟運行。鍋爐燃燒過程自動控制主要包括三項控制內容:控制燃料量、控制送風量、控制引風量。為實現對燃料量、送風量和引風量的控制,相應的有三個控制系統,即燃料量控制系統、送風量控制系統和引風量控制系統。以上三個控制系統之間存在著密切的相互關聯,要控制好燃燒過程,必須使燃料量、送風量及引風量三者協調變化。

在鍋爐燃料控制子系統中,有三種方案控制燃料量,分別為:燃料反饋的燃料控制系統、給煤機轉速反饋的燃料控制系統和前饋+反饋的燃料控制子系統[1]。其中,給煤機轉速反饋的燃料控制子系統是目前應用最多的。送風控制一般采取串級比值控制系統,輔之以含氧量校正信號。引風控制系統一般引入送風量前饋信號,使送風量與引風量相匹配。

1 燃燒過程分析

燃燒設備主要有磨煤機、給煤機、燃燒器、風機等[1],下面分別做簡單介紹。

1.1 磨煤機的工作原理

球磨機主體是一個直徑約2～4m、長3～10m的大圓筒,筒內裝有大量直徑為25～60mm的鋼球。筒內壁襯裝波浪形錳鋼護甲,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口,另一端是氣粉混合物的出口。

圓筒由電動機通過減速器拖動旋轉,筒體轉動時,將筒內鋼球帶到一定高度,這時波浪形護甲起著帶動鋼球、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。球磨機內干燥與磨煤是同時進行的,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帶出。干燥劑氣流在筒內的速度為1～3m/s,速度越大,帶出的煤粉越粗,磨煤出力越大[2]。

1.2 給煤機的工作原理

8224型給煤機工作原理比較簡單,原煤倉落煤經給煤機進口,由皮帶驅動滾輪驅動皮帶滾動,將皮帶上原煤輸送至給煤機出口進入磨煤機進行碾磨。皮帶邊緣的零星落煤由其下部的清掃裝置連續清理刮至給煤機出口[3]。給煤機給煤量調節是通過電磁調速電動機控制啟動滾輪轉速來實現的。電子稱重式給煤機給煤量的稱重原理是通過負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速 v,就得到了給煤量 B,即 B=Gv。

1.3 空氣預熱器

空氣預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 一次風機工作原理

一次風機為前彎式離心風機,由葉輪組、機殼、進風口、調節門、傳動組組成。其工作原理為當風機運轉時,充滿葉輪的氣體被葉片帶動一起旋轉,旋轉的氣體因自身的質量產生了離心力。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,葉輪中心形成負壓。進口側氣體在大氣壓力作用下不斷的吸入,風機不停的旋轉,氣體就不斷的被吸入、排出。

1.5 送、引風機工作原理

送、引風機為動葉可調軸流風機,它的工作原理是基于機翼型理論。氣體以一個攻角β進入葉輪,在翼背上產生一個升力,同時必定在翼腹上產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,風機進口處由于差壓的作用,使氣體不斷地被吸入。而動葉可調軸流風機,攻角越大,翼背的周界越大,則升力越大,風機的壓差越大,風量則小。當葉片攻角達到臨界值時,氣體將離開翼背的型線而發生渦流,此時風機壓力大,風量下降,產生失速現象。

1.6 燃燒器布置

1025t/h亞臨界自然循環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噴嘴、五層一次風噴嘴和兩層三次風噴嘴組成。

2 燃燒控制的原則性方案

圖1 燃燒自動控制基本設計方案

圖1為采用熱量信號的單元機組燃燒過程自動控制系統原理圖,自動控制系統由氣壓調節器、燃料調節器、送風調節器、引風調節器等組成。圖中各調節器都具有比例積分控制作用,靜態時各調節器的輸入偏差均等于零[3]。當鍋爐負荷發生變化時,主氣壓力立即改變,氣壓調節器輸出適應負荷要求的鍋爐燃燒率指令B0,送至燃料調節器和送風調節器,同時改變燃料量和送風量。燃料調節器以B0為燃料量給定值,調節的目的是使燃料量與燃燒率要求相適應。送風調節器以燃燒率指令B0乘以風煤比系數 K為送風量給定值,調節的目的是使送風量與燃燒率要求相適應。引風調節器以爐膛壓力為被調量,通過調節引風量保持送、引風量的平衡,維持爐膛壓力在一定范圍內。為防止負荷變動時爐膛壓力的大幅度波動,送風量指令的變化通過前饋補償器f(t)作用于引風調節器,改變引風量使之與送風量相適應,使爐膛壓力波動很小,并通過引風調節器使爐膛壓力等于給定值?？刂平Y束后,燃料量、送風量、引風量都改變為與機組負荷要求相適應的數值上。

氧量校正回路的給定值O20是負荷的函數。在低負荷時,為了安全一般采用富風運行,隨著負荷上升,爐內燃燒條件越來越好。經濟燃燒需要的空氣量下降,最佳氧量隨著負荷上升是逐步下降的,f2(x)給出隨機組負荷變化的最佳氧量給定值O20送入氧量校正器。當實際氧量O2不等于氧量給定值時,校正調節器輸出校正信號進行細調,改變風煤比系數 K,從而維持爐膛處于最佳燃燒狀態[4]。

3 燃燒過程控制分析

3.1 燃料量控制系統

燃料控制子系統的作用是燃料量適應負荷變化的需要,保證壓力在允許范圍內變化。該系統用給煤機轉速表示燃料量(鍋爐燃燒率)的大小,被調量是機前壓力 PT,調節量是各給煤機的給煤量B0,反饋量是給煤機轉速總和Σn,構成串級控制系統。燃料控制子系統是由給煤機轉速測量回路、燃料發熱量修正回路、燃料調節回路構成。給煤機轉速測量回路的作用是提供給煤量的反饋信號;燃料發熱量修正回路的作用是保證燃料變化時發熱量不變化;燃料調節回路的作用是通過調節給煤量來適應外界負荷的需求。

3.2 送風控制系統

送風控制子系統的作用是通過調節總送風量,保證燃燒過程中總的風-煤比值。該系統中被調量是煙氣含氧量,調節量是各臺送風機的送風量,反饋量是各臺送風機的風量信號與一次風總風量信號相加,構成串級控制系統。送風量控制子系統由總風量測量回路、煙氣含氧量校正回路、送風量調節回路構成?？傦L量回路提供風量的反饋信號。煙氣含氧量校正回路的作用是根據煙氣含氧量與給定值之間的偏差對送風量進行校正,以保證最佳的過?？諝狻Ｋ惋L量調節回路的作用是根據校正后的總風量與給定值之間的偏差,調節送風量,使副回路構成隨動控制系統。

3.3 引風控制系統

引風控制子系統的作用是保持爐膛壓力穩定在給定值。該系統的被調量是爐膛壓力,調節量是引風量,前饋信號是送風量,構成前饋-反饋控制系統。

引入送風量前饋信號是協調送風和引風之間的關系,克服送風量對爐膛壓力的擾動。PI調節器構成的調節系統可以消除其他擾動對爐膛壓力的影響,靜態時爐膛壓力等于給定值。爐膛壓力直接影響爐膛內燃料的燃燒質量和鍋爐的安全性。爐膛壓力控制系統的基本任務是通過控制兩臺引風機動葉或入口擋板的開度,使引風量與送風量相適應,從而保證爐膛壓力在允許范圍內,以穩定燃燒,減少污染,保障安全。

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

[2] 宗士杰.發電廠電氣設備及運行[M].北京:中國電力出版社,1997:46.

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

[4] 俞金壽,何衍慶.集散控制系統原理及應用[M].北京:化學工業出版社,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,湖北職業技術學院機電工程學院副教授。彭俊珍(1965— ),女,湖北孝感人,湖北職業技術學院機電工程學院副教授。

(責任編輯:鄒禮平)