第三节锅炉控制系统.doc

第三节锅炉设备的控制火力发电过程涉及到的主要控制系统有锅炉设备的汽泡水位控制、锅炉燃烧过程控制、蒸汽质量控制、汽轮机转速控制、汽轮机与锅炉间的机炉协调控制和发电机组的负荷与频率控制。为了这些控制系统的正常运行，需分别对它们进行讨论、分析和设计。12.1锅炉设备的控制12.1.1汽包水位控制锅炉汽包水位是被控变量，操作变量是锅炉给水流量。为保证锅炉、汽轮机高质量地安全运行，首先要保证汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许范围内，这就是锅炉正常运行的重要指标。对于负荷变化小的小型锅炉，因为它的负荷小，结构简单，汽包内水的停留时间长，采用简单冲量控制系统，就能保证锅炉的安全运行。但是单冲量控制系统存在三个问题：1﹚负荷变化产生虚假液位时，将使控制器反向错误动作。2﹚对负荷不灵敏。即负荷变化时，需要引起汽包水位变化后才起控制作用，由于控制缓慢往往导致控制效果下降3﹚对给水干扰不能及时克服。当给水系统出现扰动时，控制作用缓慢，需要等水位发生变化时起作用。图12-1三冲量控制系统为了克服以上问题，除了依据汽包水位以外，有时也可以根据蒸汽流量和水流量的变化控制给水阀，形成水位、蒸汽流量和给水流量的三冲量控制系统，而且这三个冲量有不同的连接方式，图12-1为其中的一种，它实质上是前馈一串级控制系统，能获得良好的控制效果。12.1.2蒸汽过热系统的控制蒸汽过热系统含有一级过热器、减温器、二级过热器等设备。其控制任务是使过热器出口温度维持在允许范围内，并且保护过热器使管壁温度不超过允许的工作温度。影响过热器出口温度的主要扰动有；蒸汽流量扰动、烟气侧传热量的扰动和喷水量的扰动。某厂第二级减温器温度控制系统采用图12-2所示的简图。该系统由于采用如下措施，提高了系统的控制性能。图12-2过热器温度串级控制系统1﹚设定值回路。在低负荷运行时，主蒸汽温度达不到额定温度，因而需要建立蒸汽温度设定值与蒸汽流量之间的函数关系。经蒸汽流量校正后的设定值与手动上限设定值一起组成设定值回路，向温度控制器提供设定值。2﹚先行信号回路。采用了反映外扰的先行信号，它建立在蒸汽流量与喷水控制阀门开度的函数关系的基础上，经过蒸汽流量和各种燃烧混烧比等外扰修正后得到的喷水阀门开度信号，直接控制喷水阀的动作，起到前馈的作用，提高了系统克服扰动的能力；3﹚主蒸汽温度的相位补偿回路。在喷水量的扰动下，蒸汽温度的响应有较大的相位滞后，因此在前向通道中加入一个相位补偿回路，如图12-3中的虚框所示。它实际上是由两个控制器、两个加法器组成的二阶导前-滞后环节。只要根据蒸汽温度对象的动态特性适当选择这些参数，就可以对主蒸汽温度与其设计的偏差进行相位滞后补偿，改善控制品质。图12-3蒸汽温度控制系统实例简图12.1.3锅炉燃烧过程的控制锅炉燃烧过程的控制与燃料的种类、燃烧设备以及锅炉形式等有密切的关系。1．锅炉燃烧过程的主要控制系统锅炉燃烧过程主要包括以下三个方面的控制系统；eq\o\ac(○,1)燃烧量控制；eq\o\ac(○,2)送风控制；eq\o\ac(○,3)负压控制。2.燃烧过程控制的基本要求1﹚保证出口蒸汽压力稳定，能按负荷要求自动增减燃料量。2﹚保持锅炉有一定的负压，以免负压大小，造成炉膛内热气向外冒出，影响设备和工作人员安全。3﹚保证燃烧状况良好既要防止空气不足使烟囱冒黑烟，也不要因空气过量而增加热量损失。3.燃烧过程控制系统示例图12-4给出了燃烧控制系统的基本方案。图12-4燃烧控制系统基本方案蒸汽压力控制器P1C的输出去改变燃烧料量控制器F1C和进风量F2C的设定值，使燃烧量和进风量成比例变化。氧量控制器O2C的输出作为乘法器的一路输入，起到修改燃烧比的作用。该方案适用于燃烧量和进风量均能较好检测的情况。PFC是炉膛负压控制器。图12-5给出了锅炉负压控制与防止锅炉的回火、脱火控制系统。引用蒸汽压力作为前馈信号，组成炉膛负压的前馈-反馈控制系统。背压控制器P2C与蒸汽压力控制器p1c构成选择性控制系统，用于防治脱火。由PSA系统带动连锁装置，防止回火。在锅炉烯烧系统中，烯料量和空气量需要满足一定的比值关系。为了使烯料完全燃烧，在提负荷时，要求先提空气量，后提燃料量；在降负荷时，要求先降燃料量，后降空气量。为此可采用选择性控制系统，设置低选器和高选器，保证燃料量只在空气量足够的情况下才能加大，在减燃料量时，自动减少空气量。从而，提量过程中，先提空气量，后提燃料量。反之，在系统降量过程中，则先降燃料量，后降空气量，从而实现了空气和燃料量之间的逻辑要求，保证了充分燃料，不会因空气不足而使烟囱冒黑烟，也不会因空气多而增加热量损失。图12-5炉膛负压与安全保护系统为了保证经济燃烧，可用烟道气中氧含量来校正燃料流量与空气量的比值，组成