1、沈陽工程學院課程設計1 爐膛壓力控制系統概述1.1 選題意義爐膛壓力是反映燃燒工況穩定與否的重要參數，是運行中要控制和監視的重要參數之一。爐內燃燒工況一旦發生變化，爐膛壓力隨即發生相應變化。當鍋爐的燃燒系統發生故障或異常時，最先將在爐膛壓力上反映出來，而后才是火檢、火焰等的變化，其次才是蒸汽參數的變化。因此，監視和控制爐膛壓力對于保證爐內燃燒工況的穩定、分析爐內燃燒工況、煙道運行工況、分析某些事故的原因均有極其重要的意義。以symphony為基礎的爐膛壓力控制系統將運行程序、壓力調節、聯鎖、保護統一協調，為設備提供了可靠的安全保護系統。當爐膛壓力出現事故征兆時，控制系統能自動采取適當措施，防止

2、或減少事故，避免由于運行人員操作不及時而擴大事故。1.2 爐膛壓力控制系統概述爐膛壓力控制系統也叫引風控制系統，它的任務是通過調節引風機入口擋板的位置，使引風量與送風量相適應，從而維持爐膛壓力在允許的范圍內，確保鍋爐安全運行。鍋爐運行時，如果機組要求的負荷指令改變，則進入爐膛的燃料量和送風量將跟著改變，燃料在爐膛中燃燒后產生的煙氣量也將隨之改變。這時，為了維持爐膛內的正常壓力，必須對引風量進行相應的調節。如果爐膛壓力過低，爐膛和煙道的漏風量將增大，可能使燃燒惡化，燃燒損失增大，甚至會燃燒不穩定或滅火。此外，還可能會引起過熱氣溫升高或加大灰粒對受熱面的磨損及引風機的損耗。反之，如果爐膛壓力過高，

3、爐膛內火焰和高溫煙氣就會向外面泄露，影響鍋爐的安全運行。因此必須對爐膛壓力進行控制，以保證爐膛壓力保持在一定的允許范圍內。1.3 風機簡介風機是發電廠鍋爐設備中重要的輔機之一，在鍋爐上應用的主要是引風機、送風機和一次風機。風機擔負著連續輸送氣體的任務，風機的安全運行將直接影響到鍋爐的安全、可靠、經濟運行。風機按其工作原理的不同，主要有離心式風機和軸流式風機兩種。對離心式風機通常采用改變其進口導向擋板來調節風量；現在大型電站鍋爐為適應大流量通風的要求，普遍采用軸流式風機，其風量的調節時通過電動執行機構改變其東葉安裝角的大小來調節風量。2 爐膛壓力控制系統原理2.1 控制原理引風機提供了鍋爐的抽吸

4、力，把引風和送風加以平衡，爐膛壓力即可保持在適當的值。引風控制系統是以爐膛壓力為給定值的一個單回路調節系統，其被調量為爐膛負壓啊，調節變量為引風量（即引風機擋板開度或轉速），擾動來自送風和引風。由于爐膛負壓被控對象的動態特性基本上為比例環節，負壓容易波動，因此從送風機引進一前饋信號引入引風調節器。當送風系統動作時使引風系統也相應動作，從而使引風量隨送風量成比例的變化，以保持爐膛負壓基本不變。爐膛負壓控制用調節兩臺引風機的導葉開度，來滿足爐膛負壓略低于外界大氣壓的要求，控制系統為帶送風前饋的單回路控制系統，機組正常運行時，鍋爐爐膛負壓按傳統的前饋-反饋方案進行控制。本系統為單回路控制系統（即只有

5、一個PID調節器），單回路反饋控制系統又稱簡單控制系統，是指由一個被控過程、一個檢測變送器、一個控制器和一個執行器所組成的，對一個被控變量進行控制的單回路反饋閉環控制系統。單回路控制系統框圖如圖2.1所示。D被控對象UE執行機構PIDSV +-PV測量儀表圖2.1 單回路控制系統方框圖 2.2 爐膛壓力控制的主要功能控制系統除完成正常的調節功能外, 還實現下列保護功能：（1）爐膛過壓保護 當爐膛壓力超過高值時應進行報警當超、過高且值時, 機組進行負荷迫降,直到壓力返回到所需求的公差值時為如果上述保護動作而壓力仍然增加到超過高值時, 則系統產生跳閘信號, 該信號應為“ 三取二” 邏輯信號。 （2

6、）爐膛內爆保護 當爐膛壓力降至低一值時應該報警。如果壓力繼續下降低至二值時則啟動超馳回路, 產生一個增壓信號, 關引風機擋板。（3）鍋爐跳閘后的爐膛內爆保護 控制系統接受來自聯鎖系統的鍋爐跳閘信號, 為的是將爐膛內負壓偏差降到最小。在主燃料跳閘的事故情況下, 由于突然停止燃燒會造成爐膛內煙氣量和煙氣溫度急劇下降, 顯然這是引起爐膛低壓峰值的主要原因。這個低壓峰值會引起爐膛內爆, 是很危險的。爐膛壓力的計算非常近似于下式：PV=MRT P絕對壓力 V爐膛容積 M一爐膛煙氣質量 R煙氣常數 T一絕對溫度由于容積是固定的, R是常數, 故壓力P與MT成正比關系。因此, 在主燃料跳閘后因爐膛內煙氣量減

7、少和溫度降低將造成壓力急劇下降。基于上述原因, 本控制系統設計了突跳回路。該回路能識別何時發生主燃料跳閘, 并在跳閘時起作用以減少由于鍋爐跳閘引起的負壓力偏差。2.3 爐膛壓力控制系統注意事項600MW機組鍋爐都裝有兩臺送引風機，當兩臺送引風機都在運行狀態，又需要調節送風量時，一般應同時改變兩臺送風機的風量，以使煙道兩側的煙氣流動工況均勻。風量調節時出現風機的“喘振”（喘振值報警），應立即關小動葉，降低負荷運行。如果喘振是由于出口風門誤關引起的，應立即開啟風門。當鍋爐負荷變化需要進行風量調節時，為避免爐膛冒正壓，在增加負荷時應先增加引風量，然后再增加送風量和燃料量；減少負荷時則應先減少燃料量和

8、送風量，然后再減少引風量。對多數大型鍋爐的燃燒系統，爐膛負壓的調節也是通過爐膛與風箱間的差壓而影響到二次風量的，會影響燃燒器出口的風煤比以及著火的穩定性，因此，有一定調節速度的限制。3 爐膛壓力控制系統控制邏輯3.1 引風機操作方式系統各回路中都設置了手自動兩種操作方式，為了實現無擾動切換，系統引入了各控制對象的反饋值，在手動操作時PLC輸出會自動跟蹤控制對象的反饋，當切換到自動狀態時可以進行無擾動切換，使系統平穩的過渡到自動狀態。3.1.1 操作方式調節器的輸出疊加上前饋指令（送風機動葉平均指令），并行送到兩臺引風機的控制回路上，在引風機B操作站，由運行人員設定的偏置信號分別輸入到引風機A操

9、作站和輸入到引風機B操作站上，偏置信號的作用是在自動方式下，可以用來調節兩臺引風機A、B的負荷平衡。當兩臺引風機都在手動控制方式（或有強制輸出時），爐膛負壓調節器跟蹤兩臺引風機A、B檔板開度指令的平均值。3.2 增閉鎖和減閉鎖當機組運行時產生故障時，為了防止故障的危害進一步擴大，對每臺引風機動葉的控制指令還設計了閉鎖增和閉鎖減功能。當爐膛壓過高或過低時，發出爐膛壓力高、低報警。正常情況下，模擬切換器1468接通S1，即為引風機模擬控制站的輸出。當爐膛負壓信號10HBK10CP901高于某一值時，模擬切換器接通S2，使輸出只增不減，實行減閉鎖功能，禁止動態關小引風機動葉，再與輸出值進行大選之后輸

10、出，同理系統還設有增閉鎖功能，即當爐膛負壓信號10HBK10CP901低于某一值時，模擬切換器接通S2，使輸出只減不增，實行增閉鎖功能，禁止動態開大引風機動葉。輸出的信號與負荷給定ULD經過超前/滯后函數、乘法器等一系列處理后求和。再與10HNC10AA101XQ01作差，當偏差超高、低限值或質量不合格時，發生報警信號，引風機A站輸出故障。同理，引風機B站輸出故障與其相同。 當出現NO RB并且10HBK10CP901D越高、低限時，出現爐膛壓力調節故障。3.3 MFT動作時的超馳控制爐膛負壓控制除采用了前饋-反饋傳統方案外，最突出的特點是對爐膛負壓控制設計了一個超馳控制回路，其作用是防止主燃

11、料跳閘（MFT動作）時，引起爐膛滅火而產生鍋爐內爆的事故。當鍋爐接受到MFT動作信號后，通常不到幾秒就可以導致爐膛滅火，爐內溫度將急劇下降，從理想氣體狀態方程式PV/T = R可知，當爐膛內煙氣容積V不變時，爐膛負壓P將隨爐內溫度T的下降而降低，爐內將出現較大的負壓，加之爐內燃燒是急劇的化學變化過程，在燃燒后的煙氣中，除包括一、二次風外，還包括燃燒時產生的CO2和水蒸汽；當鍋爐滅火時，CO2和水蒸汽大減少，從而使煙氣的質量流量大大減少，如果此時引風機動葉仍保持原來的開度，勢必造成很大的爐膛負壓，如不采取措施，鍋爐將有產生內爆的危險，為了防止此類事故的發生，爐膛負壓控制系統設計超馳保護回路，當M

12、FT動作時，控制系統強制前饋信號為0，關小引風機導葉開度，以減少引風機出力，使爐膛負壓不至太低。3.4 爐膛壓力控制系統其它功能 引風控制系統的主要任務就是維持爐膛壓力穩定，另外，一般爐膛壓力控制系統還有以下功能： （1）防內爆 發生MFT瞬間爐膛壓力急劇下降，可能發生爐膛變形。因此一旦發生MFT、爐膛壓力不高，引風調節機構按送風執行器指令比例減小，4秒后逐步恢復。（2）送風機跳閘影響送風機對爐膛壓力影響較大，采用比例前饋適當減小引風控制，可以有效的抑制爐膛壓力波動。（3）RB切除燃料影響RB發生時切除磨煤機（BMS），同時引風調節前饋關，關的幅度與切除燃料量成比例。（4）非線性控制爐膛負壓影

13、響因素較多，波動也很頻繁。對于較小波動不調節，這樣有利于運行工況穩定。（5）方向閉鎖爐膛壓力高于50Pa，送風控制增閉鎖、引風控制減閉鎖；爐膛壓力低于-200Pa，送風控制減閉鎖、引風控制增閉鎖。（6）啟停磨影響磨得啟停對爐膛壓力影響較大，一般為系統設計動態前饋。（7）送風機跳閘影響送風機跳閘對爐膛壓力影響較大，采用比例前饋適當減小引風量，可以有效地抑制抑制爐膛壓力波動。結 論回顧起此此課程設計,我感慨頗多,從理論到實踐,在整整一個星期的時間里,我學到了很多東西,不僅鞏固了以前所學過的很多東西,而且學到了很多書本上沒有的東西。通過這次實習使我意識到理論聯系實際的重要性,只有理論知識是遠遠不夠的

14、,只有把理論跟實際聯系起來并從中得到結論才是真正的知識,才能提高自己的實際動手能力和獨立思考能力。在設計的過程中遇到了各種各樣的問題,同時發現了很多自己的不足之處,對以前所學過的知識理解的不夠深刻,掌握的不夠牢固,通過這次課程設計,把以前的知識重新溫固,鞏固了所學知識。課程設計是一門綜合性的實踐課程,對于培養我們發現問題解決問題的能力至關重要,同時課程設計還有利于我們及時了解和掌握所學相關知識。這次課程設計順利完成了,它帶給我的不僅是知識的掌握,更重要的是能力的提高,我深深的懂得雖然已經學完了,但是我們懂得的還只是毛皮,更多的專業知識等著我們去學習。最后感謝所有幫助過我的老師同學們,謝謝你們!

15、致 謝本次設計能夠順利的完成，首先我要感謝遲新利、劉禹林兩位老師，在整個設計過程中，兩位老師對我在設計過程中遇到的問題和困難進行了耐心的指導和認真的解答，從而保證了我的課程設計課題能夠得以順利完成。此外遲老師一絲不茍的治學態度以及嚴于律己、寬以待人的品質無時無刻不在激勵著我，令我終生難忘，使我滿懷信心的迎接新的挑戰。我從遲老師身上不但學到了許多學問而且也學會了許多做學問的方法以及做學問所需的態度和精神。在此還要特別感謝學校對我們的大力支持，為我們提供了較為先進的實驗室和計算機房，使我們在設計過程中能夠更好的將所學的理論知識運用到實踐中去。再次對所有熱心幫助過我的老師和同學們致以衷心的感謝！正是