1、火電機組現(xiàn)代化燃料控制分析研究 摘要：燃料控制系統(tǒng)是大型火電機組重要的控制子系統(tǒng)，其控制的合理安全性對單元機組的安全工作非常重要。通過對燃料控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的分析研究，分析燃料控制系統(tǒng)的基本原理，通過分析風量控制系統(tǒng)中風量和負荷之間的關(guān)系及燃料充分安全燃燒的條件，明確了其控制系統(tǒng)的基本原理和思路。 關(guān)鍵詞：火電機組；自動化控制；燃料控制系統(tǒng) 0引言 火電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，主控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)指揮作用要由機、爐各子控制系統(tǒng)來具體執(zhí)行，才能最終完成整個系統(tǒng)的控制任務(wù)。燃燒控制系統(tǒng)是火電機組鍋爐控制系統(tǒng)中最重要的子系統(tǒng)，其控制過程的合理性直接影響到整個火電機組的工作效率。單元機組在工作過程中需要有持續(xù)的

2、能量輸入來維持正常工作，能量是由煤炭在爐膛內(nèi)燃燒提供的，所以燃燒控制系統(tǒng)的智能合理化在火電機組運行中尤為重要，目前供煤系統(tǒng)大多采用直吹式糊粉系統(tǒng)。燃燒控制系統(tǒng)有幾個重要的子控系統(tǒng)組成，其中燃料控制系統(tǒng)、風量控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)是燃燒控制系統(tǒng)最為主要的子控系統(tǒng)。 1燃料控制系統(tǒng)分析 燃料控制系統(tǒng)是子控系統(tǒng)中針對燃料量進入爐膛控制的系統(tǒng)，其主要任務(wù)是根據(jù)單元機組的工作狀況及負荷要求合理調(diào)整燃料量的輸入。由于爐膛內(nèi)燃燒工作環(huán)境的特殊性，目前還沒有較好的儀器設(shè)備對其內(nèi)部的燃煤量進行直接測量。由于燃煤品質(zhì)的變化，燃燒后所產(chǎn)生的能量效應(yīng)也在變化，所以很難實時檢測。根據(jù)爐膛燃煤工作狀況特征，對于燃料量

3、的測量目前多使用熱量信號來表征燃料量的大小，即通過間接測量爐膛內(nèi)熱量大小的變化來確定鍋爐內(nèi)燃料量的大小。為了達到控制系統(tǒng)智能化及爐膛內(nèi)燃料量合理化，燃燒控制系統(tǒng)多采用多輸出控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對熱量的檢測，獲得爐膛內(nèi)熱量的有關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)作為控制系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，然后系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)智能化處理，輸出信號，以有效控制送煤機械設(shè)備的工作狀態(tài)，使得送煤量和爐膛內(nèi)燃料的需要量達到平衡狀態(tài)。控制系統(tǒng)中的鍋爐煤量信號受鍋爐負荷和總風量的影響，為了保障鍋爐工作的安全穩(wěn)定性，還需要確定合理的風量和爐膛內(nèi)燃煤量的比值。在爐膛內(nèi)，燃料必須要保證過氧燃燒，所以在發(fā)電機組負荷變化過程時，相對應(yīng)的需要有合理充裕的風量。小選器在爐

4、膛負荷變化時，對風量的調(diào)節(jié)起到至關(guān)重要的作用，即當爐膛負荷變大時，前總風量沒有改變前，小選器輸出的指令是原爐膛燃料量，只有在總風量加大的情況下，爐膛燃料量相應(yīng)變大，一直增大到爐膛燃料量和爐膛負荷相互對應(yīng)，即爐膛內(nèi)燃料量和風量達到新的平衡。在以上控制過程中，主要控制信號包括熱量信號和燃料量測量信號，通過對控制信號的數(shù)學(xué)模型分析，可以有效優(yōu)化燃料控制系統(tǒng)。 1.1熱量信號 熱量信號主要受到主蒸汽流量和汽包壓力的影響，其數(shù)學(xué)模型表達式如下1-2：式(1)中，HR為熱量，kJ；D為主蒸汽流量，m3/s；pb為汽包壓力，MPa；Ck為鍋爐蓄熱系數(shù)。式(1)中，主蒸汽流量為鍋爐爐膛內(nèi)部穩(wěn)定狀態(tài)下的發(fā)熱量。

5、通過對汽包壓力進行數(shù)學(xué)處理后可以表示鍋爐蓄熱的變化。爐膛燃料燃燒率變化時，通過公式可知汽流量的改變是有慣性的，雖然其慣性不可避免，即可通過汽包壓力的微分信號來表現(xiàn)，公式中汽包壓力的微分和主蒸汽流量的和與燃燒率改變是相同的。 1.2燃料量的測量和信號綜合 由上述可知，直接測量爐膛內(nèi)燃料用量比較難，所以目前對于燃料量的測量一般是間接測量，如直吹式燃燒控制系統(tǒng)中爐膛燃料量的測量是通過送煤機械設(shè)備的輸送量來間接測量燃料量的。目前常用的送煤機械是電子重力式皮帶，這種送煤機械可以通過自身設(shè)置的有關(guān)儀器來測定機械轉(zhuǎn)速，然后確定其送煤的重量。但是送煤量和鍋爐輸入熱量之間不容易協(xié)調(diào)一致，難以精確確定送煤量和鍋爐

6、輸入熱量，需要采用相應(yīng)的控制系統(tǒng)。目前常采用動態(tài)和熱值補償回路來控制送煤量和鍋爐輸入熱量之間的關(guān)系2。整定參數(shù)的選擇在控制信號計算過程中非常重要，只有合適的參數(shù)才能有較好的補償結(jié)果。n臺送煤機械由上述補償信號后進行動態(tài)給煤量信號的總加，即確定了總的燃煤量信號。燃料量的熱值補償環(huán)節(jié)用積分調(diào)節(jié)器的無差調(diào)節(jié)特性來保持燃料量信號與鍋爐蒸發(fā)量之間的對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)熱值修正后的燃煤量信號和油流量信號相加作為鍋爐總?cè)剂狭俊?2風量控制系統(tǒng)分析 大型火電機組風量控制系統(tǒng)是進行風量控制的智能系統(tǒng)，其系統(tǒng)是保障鍋爐內(nèi)燃料有效燃燒、最大化釋放燃料能量的基本條件。大型火電機組的送風過程一般包括兩次送風，兩次送風中分別使用

7、兩臺風機送風。第一次送風風機設(shè)置在煤炭粉碎系統(tǒng)中，通過一次送風可以攜帶煤粉進入爐膛，第一次送風系統(tǒng)的控制主要是要考慮制粉和煤粉噴燃的因素，煤炭粉碎系統(tǒng)中的送風量要和粉磨機械設(shè)備的工作狀況相互協(xié)調(diào)。目前大型火電機組現(xiàn)代化風量控制系統(tǒng)通常使用串級控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中主調(diào)的作用是調(diào)節(jié)氧量，副調(diào)的作用是確定通風量和燃料量的比例。風量控制系統(tǒng)中先是保證有持續(xù)不變的通風量，這個工作由副調(diào)來完成，然后調(diào)節(jié)氧量達到精確的調(diào)節(jié)校正，此工作由主調(diào)完成。鍋爐在工作過程中，必須要保證有一定的過量空氣，增減負荷時才能保證生產(chǎn)過程安全穩(wěn)定，所以在控制過程中，堅持總風量大于或等于總?cè)剂狭?，設(shè)計了風煤交叉限制回路見圖1。由風煤

8、交叉限制原理圖可知，機組在增加負荷過程中，煤炭控制和風量控制同一時間接受到鍋爐的負荷指令。系統(tǒng)中大值選擇器可以改變風量大小，其大小的改變是由鍋爐負荷指令的變化而進行控制的；鍋爐增加負荷的過程中，控制系統(tǒng)必須先調(diào)節(jié)風量變大，才能再調(diào)節(jié)燃料量變大。鍋爐減少負荷的過程中，控制系統(tǒng)先調(diào)節(jié)燃料量變小，再調(diào)節(jié)風量變小，控制系統(tǒng)中風量始終控制在30%及以上。 2.1風量測量 在風量測量過程中，需要各自測量第一次風量和二次風量，然后把兩次風量相加，得到最后的總風量。 2.2氧量校正 煙氣含氧量控制非常重要，因為只要控制了煙氣含氧量就能夠控制過量空氣系數(shù)，就能夠使得爐膛內(nèi)的燃料充分釋放能量。控制系統(tǒng)中必須要保證

9、氧量定值，其控制校正使用無差控制理論。負荷和氧量定值兩數(shù)據(jù)之間存在一定的線性關(guān)系。2.3風量控制系統(tǒng)的保護功能風量測量一般采用兩只或三只差壓變送器，差值報警器監(jiān)視變進器的工作。爐膛壓力高于一定值，風量控制系統(tǒng)閉鎖增；爐膛壓力低于一定值，風量控制系統(tǒng)閉鎖減。在特殊情況下，可以手動控制氧量。 3結(jié)語 燃燒控制系統(tǒng)是大型火電機組比較重要的子控系統(tǒng)，其控制過程比較復(fù)雜。通過燃料控制系統(tǒng)和風量控制系統(tǒng)的分析，對燃燒控制系統(tǒng)的控制思路進行研究。通過燃料控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的分析，研究確定燃料控制系統(tǒng)中控制信號，為燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計提供基礎(chǔ)。通過對風量控制系統(tǒng)控制原理的分析、爐膛風量變化和機組負荷變化之間的關(guān)系，為控制系統(tǒng)的設(shè)計提供相關(guān)理論基礎(chǔ)。 參考文獻： 1楊靜，沈安德.熱工自動裝置檢修M.北京：中國電力出版