1、教師批閱課 程 設 計 用 紙摘 要目前，我國的電廠大多數是火力發電廠，煤是發電的主要燃料，鍋爐燃燒是發電的重要環節之一。我們要以最經濟的方式來利用有限的能源，這就要求我們尋找燃燒的最優方案。本文在對國內外鍋爐控制現狀、發展趨勢分析的基礎上，研究了燃煤鍋爐燃燒系統的自動控制問題。分析了燃燒控制系統的熱工控制結構特點，為更大范圍符合鍋爐燃燒的要求，提高燃燒自動的控制系統的利用率，是在按照傳統燃燒自動控制結構設計的基礎上優化實現的。燃燒控制系統是一個復雜的綜合性控制系統，從控制理論上講，它可為是多輸入/多輸出的多變量控制系統。它由六個子系統構成：燃料控制系統、磨煤機一次風量控制系統、磨煤機出口溫度

2、控制系統、一次風壓力控制系統、二次風量控制系統和爐膛壓力控制系統。在設計中，利用相應的控制規律和控制器進行優化設計，達到燃燒的最優化。鍋爐燃燒集經濟性、安全性于一身,并針對直吹式煤粉爐燃燒控制系統進行了分析,設計出可行性方案。關鍵詞：直吹式制粉鍋爐; “W” 型火焰燃燒器; 燃燒控制 II ABSTRACTAt present, most power plant in our country is thermal power, coal is the main energy resource and the combustion is an important part. We should

3、use the limit resource by the way of economy. So we must to find an optimum scheme.Based on the analysis of the present situation and development trend of boiler control domestic and overseas and long-time study experiments, plant boiler is researched in this paper. The problem of automatic control

4、for coal-fired boiler combustion system is discussed in this thesis. The structure characteristics of burning control system are analyzed. In order to accord with the boilder burning requirements of more scope, and improve the utilization of the burning. On the basic of the traditional structure it

5、is designed for the optimuming of burning automation. The brum boiler burning control system is a complicated and synthetical control system. On control field ,we call it multiple input multiple output and multiple parameter control system. It is made up of six subsystem：Fuel control system, A wind

6、mill control system, Mill outlet temperature control system, An air pressure control system, Secondary air flow control system and The furnace pressure control system. In this design, we applying some control principles and control appliances to find the most economic scheme to achieve optimum combu

7、stion, then make the burn boiler burning system have both safety and economy. Take the direct-blowing boiler combustion system as a example to analyse.Keywords:Direct- blowing boiler;W-flame burner;Combustion control目錄摘 要IABSTRACTII目錄III第1章 緒 論11.1鍋爐燃燒控制的發展概述11.2本課題研究的內容和意義2第2章 600MW機組的燃燒系統及其與設備32.1

8、燃燒系統的工作過程32.2制粉系統及其設備52.2.1制粉系統52.2.2制粉系統的主要設備62.3燃燒設備102.3.1煤粉爐的爐膛102.3.2燃燒器112.4風機12第3章 燃燒控制系統的設計133.1概述133.1.1燃燒過程控制任務133.1.2燃燒過程調節量143.1.3燃燒過程控制特點143.2燃料控制系統153.2.1燃料調節系統153.2.2燃料調節測量系統173.2.3給煤機指令183.3磨煤機一次風量、出口溫度控制系統183.3.1磨煤機一次風量控制系統183.3.2磨煤機出口溫度控制系統193.4一次風壓力控制系統213.5二次風（送風）控制系統243.5.1總風量調節

9、測量系統243.5.2煙氣含氧量調節及偏差限制系統253.5.3送風調節系統273.6爐膛壓力控制系統28結 論33參考文獻34IV 第1章 緒 論1.1鍋爐燃燒控制的發展概述鍋爐燃燒控制作為實現鍋爐安全經濟運行目標的有效手段，隨著計算機技術、CRT顯示技術、通訊技術和自動控制理論應用的迅速發展，為使鍋爐燃燒控制系統能統一到機、爐、電控制的高效智能一體化、信息管理與控制集成化中，以及現場總線控制系統（FCS）和智能儀表融入到分散控制系統（DCS）的新型控制和保護策略的網絡自動化中，國內外許多公司在這方面都做了有益的探索。經典控制理論、現代控制理論、智能控制理論作為自動控制理論發展的三個不同階段

10、，在鍋爐燃燒控制理論的發展上得到了體現。在70年代，其控制過程采用單回路調節器實現，控制策略PID控制，鍋爐燃燒控制的研究主要集中在鍋爐的動態特性和數學模型，從線性到非線性，從單變量到多變量，從時不變到時變等，都進行了廣泛而深入的研究1-5。 使生產一線一部分工人從繁重的體力勞動中解脫出來。增加了生產的平穩性和安全性。進入80年代以后，計算機技術的迅速發展引起了控制技術的革命，現代控制策略迅速在鍋爐燃燒控制系統的實際應用中得到發展，控制策略也得到了長足的發展，特別是智能技術發展，有代表性的有：最優化控制，自適應控制，預測控制，魯棒控制6-8 等。這些優化控制技術將模型與控制系統的設計結合起來考

11、慮，重點在于使所設計的控制系統具有魯棒性，而模型則不像先前那樣要求得很嚴格。為解決國內現有中小型燃煤鍋爐出力不能隨著外界溫度的變化及時變化，爐膛溫度低、排煙溫度較高。風煤比不能及時調整，爐膛換熱效率低等問題指明了方向。隨著現代科學技術的迅速發展和重大進步，生產的規模越來越大，使得控制對象日益復雜化，而且人們對控制系統的性能指標諸如控制精度等要求也越來越高，自動控制理論正面臨新的發展機遇和嚴峻挑戰。傳統的經典控制理論和現代控制理論在應用中遇到不少難題，其主要原因是：（1）這些控制理論都是針對系統精確的數學模型進行研究的，而與普遍帶有復雜性、不確定性、不完全性、模糊性、時變性、非線性等的實際系統有

12、一定差距；（2）這些控制理論研究系統時必須提出一些比較苛刻的假設，而這往往與實際不符；（3）對于某些復雜的和包含不確定性的控制過程，根本無法用傳統數學模型來表示，即無法解決建模問題；（4）這些控制理論為了提高性能指標所設計出的控制系統往往很復雜，即增加設備投資，又降低系統的可靠性。與此同時，人工智能的研究得到飛速發展，并迅速滲透到各領域中。自動控制與人工智能的結合產生了智能控制。20世紀90年代，國內外不少學者將智能控制用于鍋爐系統的建模、仿真、診斷及控制。智能控制理論9-10主要是以數值計算、邏輯運算、符號推理等為工具，模擬人類學習和控制的能力，對難以建立精確數學模型的復雜系統進行控制研究。

13、總而言之，以上提到的燃燒控制系統（包括大部分電廠采用的串級控制和新近提出的控制策略）都有其自身的優勢，但由于鍋爐燃燒過程很復雜,都沒有對燃燒過程建立精確的數學模型。鍋爐燃燒問題是科技工作者普遍關注的問題，也是發展較快的一個領域。在這方面，發達國家曾經走在最前列，特別是美國、日本等國家，他們研制的各種燃燒設備一度占領了國際市場。現在，發展中國家正以極快的速度發展，爭取在這一領域占有一席之地。1.2本課題研究的內容和意義一、本課題研究的內容通過查閱大量中文、外文資料，了解國內、外電廠鍋爐燃燒控制系統的背景及發展，分析本設計課題的可行性，并撰寫開題報告。深入學習本課題所涉及的基礎理論及新方法，針對燃

14、燒控制對象的多變量耦合、遲延大、慣性大的特點，利用多變量解偶、前饋控制等經典控制理論。詳細了解600MW單元機組鍋爐直吹式制粉系統和風煙系統的流程和主要設備情況，據此設計其燃燒系統的控制方案，包括燃料控制系統、風量控制系統、爐膛壓力控制系統、磨煤機控制系統、一次風控制系統、輔助風和燃料風控制系統等，繪制各控制系統方框圖和邏輯圖。二、本課題研究的意義我國的主要礦物燃料基本都是被燃燒掉的11，節約能源、保護環境是國家產業政策的核心，確保燃燒過程始終處于最優狀態可最大限度地節約能源、保護環境，這也是研究燃燒控制系統的根本目的。電廠燃煤鍋爐是我國目前應用面寬，數量多的耗用一次能源的重要設備。每年消耗原

15、煤幾億噸。鍋爐運行的好壞，燃燒系統的優劣，對于節約能源，保護環境等有著重大的社會經濟效益。由于燃煤工業鍋爐有不同于燃氣、燃油鍋爐的特點，所以，在當前國外對燃氣、燃油鍋爐有較好的控制方法時，燃煤鍋爐的燃燒系統還存在著許多問題要解決，這要求人們認真地研究和探索。火電廠鍋爐機組越來越向大容量、高參數、高效率的方向發展，對鍋爐燃燒控制系統控制品質的要求也隨之提高。在系統組成與結構一定時，機組運行的安全性和經濟性主要取決于鍋爐的安全經濟運行，而鍋爐運行的安全性和經濟性主要取決于鍋爐的燃燒運行調整。在火電發電成本中，燃料費用一般要占70%以上，因此，提高鍋爐燃燒系統的運行水平對機組的節能降耗具有重要意義。

16、第2章 600MW機組的燃燒系統及其與設備2.1燃燒系統的工作過程煤粉是由原煤經過制粉系統的一系列設備而成的。在圖2-1中，從原煤倉落下的原煤經給煤機送入磨煤機中，同時由空氣預熱器出來的一部分熱空氣經排粉機也送入磨煤機中，將煤加熱和干燥，同時熱空氣本身也是輸送煤粉的介質。離開磨煤機的煤粉和空氣混合物經燃燒器送入爐膛中進行燃燒。圖2-1 煤粉鍋爐及其輔助系統示意圖外界冷空氣是經送風機升后送往空氣預熱器的。冷空氣在空氣預熱器內被煙氣加熱后，一部分熱空氣則直接經燃燒器送入爐膛，這部分熱空氣稱為一次風；另一部分熱空氣則直接經燃燒器送入爐膛，這部分熱空氣稱為二次風。二次風在爐膛內與已著火的煤粉氣流混合，

17、并參與燃燒反應。煤粉和空氣經燃燒器送入爐膛后在爐膛內進行懸浮燃燒放出熱量。爐膛周圍布置著大量水冷壁管，爐膛上部布置著頂棚過熱器及屏式過熱器等受熱面，水冷壁和頂棚過熱器等是鍋爐的輻射受熱面。高溫火焰和煙氣在爐膛內向上流動時，主要以輻射換熱的方式把熱量傳遞給水冷壁和過熱器管內的水或蒸汽，煙氣自身的溫度也不斷地降低下來。煙氣離開爐膛以后進入水平煙道。在鍋爐本體的煙道，然后再向下進入垂直煙道。在鍋爐本體的煙道內布置著過熱器、再熱器、省煤器和空氣預熱器等受熱面。煙氣在流過這些受熱面時主要以對流換熱的方式放出熱量，這些受熱面稱為對流受熱面。過熱器和再熱器布置在煙氣溫度較高的地區，稱為高溫受熱面。而省煤器和

18、空氣預熱器布置在煙氣溫度較低的尾部煙道內，故稱為低溫受熱面或尾部受熱面。煙氣流經一系列對流受熱面時，不斷放出熱量而逐漸冷卻下來，離開空氣預熱器的煙氣（即鍋爐排煙）溫度已相當低，通常在110160之間。由于煤粉鍋爐的煙氣中攜帶有大量飛灰，為了防止環境污染，鍋爐的排煙首先要經過除塵器，使絕大部分飛灰被捕捉下來。最后，比較清潔的煙氣通過引風機由煙囪排入大氣。以上與燃料有關的煤、風、煙系統稱為鍋爐的燃燒系統。鍋爐的“爐”即泛指燃燒系統。燃燒系統是由燃燒設備（爐膛、燃燒器和點火裝置）、空氣預器、通風設備（風機）以及煙風道組成的。鍋爐的燃燒系統的工作生產流程如圖2-2所示。細灰二次風原煤（一次風）煤粉氣流

19、灰渣冷空氣含灰煙氣煙氣制粉設備及系統燃燒器水冷壁過熱器再熱器省煤器空氣預熱器除塵器引風機送風機圖2-2鍋爐的燃燒系統的工作流程2.2制粉系統及其設備2.2.1制粉系統制粉系統是指將原煤粉，然后送入鍋爐進行懸浮燃燒所需設備和相關連接管道的組合。它可以分為中間倉儲式制粉系統和直吹式制粉系統。中間倉儲式制粉系統將磨好的煤粉先儲存在煤粉倉中，然后再根據鍋爐運行負荷的需要，從煤粉倉經給粉機送入爐膛燃燒；而直吹式制粉系統將原煤經磨煤機制成煤后直接吹入爐膛進行燃燒。本文采用直吹式制粉系統，對其特點進行簡要的介紹。采用直吹式制粉系統的單元機組在基建投資和運行費用上比采用中間儲粉倉式制粉系統的耗費小，因此現代大

20、型發電機組大多數都采用直吹式制粉系統。直吹式鍋爐的燃燒控制具有如下特點12：（1）中間粉倉式制粉設備的鍋爐在燃燒設備與制粉系統之間有明顯可分的界限，而直吹式制粉設備的鍋爐將制粉設備與鍋爐本體緊密地聯系成一個整體。因此在直吹式制粉設備的鍋爐運行中，制粉系統成為燃燒過程自動控制不可分割的組成部分。（2）在中間粉倉式制粉設備的鍋爐中，改變燃料調節機構位置（給粉機轉速）就能立即改變進入爐膛的煤粉量。因此中間粉倉式鍋爐無論在適應負荷變化或消除燃料自發性擾動方面都比較及時。而在直吹式鍋爐中。改變燃料調節機構位置（給煤機轉速）后，還需經過磨煤制粉的過程，才能使進入爐膛的煤粉量發生變化，直吹式鍋爐在適應負荷變

21、化或消除燃料內擾方面的反應均較慢，從而引起汽壓較大的變化。因此在鍋爐負荷不變時，控制系統如何及早地發現原煤量的擾動就成為直吹式鍋爐燃燒控制系統中需要特別予以考慮的問題。（3）由于直吹式鍋爐在單獨改變給煤量時并不能快速地使煤粉量發生變化（因磨煤機有較大的遲延和慣性），但改變一次風量卻能迅速改變進入爐膛的煤粉量。因此為了提高直吹式鍋爐的負荷響應能力，在改變給煤量的同時應同時改變一次風量。（4）為及早消除燃燒量的自發性擾動，首先要及時地發現進入磨煤機中的原煤量的變化，即要快速正確地測量出磨煤機中的煤量。進入磨煤機中煤量的測量方法隨著磨煤機類的大小來間接反映磨煤機中煤量的多少。2.2.2制粉系統的主要

22、設備（一）磨煤機一.磨煤機的分類按磨煤部件的工作轉速可分為三類：（1）低速磨煤機：如筒式球磨機，轉速為15至20r/min,筒體圓周轉速為2.5至3m/s；（2）中速磨煤機：如平盤磨、環球磨、（E型磨），轉速為50至300r/min，圓周轉速為3至4m/s;（3）高速磨煤機：如錘擊式和風扇磨式磨煤機，轉速為750至1500r/min,圓周轉速為50至80m/s 。二.磨煤機的工作原理磨煤機的工作原理是，給煤機將煤從磨煤機中心落煤管進入，煤落到旋轉的磨碗上，在離心力的作用下向磨碗的邊緣移動。三個獨立的彈簧加載磨輥按相隔120分布于磨碗上部，磨輥與磨碗之間保持一定間隙，兩者并無直接的接觸。磨輥利用

23、彈簧加壓裝置施以必要的研磨壓力，當煤通過磨輥與磨碗之間時，煤就被磨制成粉。這種磨煤機主要是利用磨輥與磨碗對它們之間的煤的壓碎與碾磨兩種方法來實現磨煤的。磨制出煤粉由于離心力的作用繼續向外移動，最后沿磨碗邊緣溢出。磨煤干燥用的熱空氣由磨碗周緣的風環進入磨煤機的磨煤空間。熱空氣攜帶煤粉上升，較重的煤粉顆粒脫離氣流，返回磨碗重磨，這是煤粉的第1級分離。煤粉氣流繼續上升，在分離器頂部進入折向門裝置，由于碰撞在分離器頂部殼體上和轉彎處的離心力作用，又有一部分粗粉顆粒返回磨碗重磨，這是煤粉的第2級分離。較細的煤粉氣流通過折向門進入內錐體，折向門葉片使風粉混合物在內錐體內產生旋轉，由于離心力作用，煤粉進一步

24、分離，這是煤粉的第3級分離。折向葉片的角度決定旋流的速度，從而決定煤粉的最終細度。細度不合格的煤粉沿著內錐體內壁從旋流中分離出來，返回磨碗重磨，而細度合格的煤粉經由出口文丘里管和出粉管閘門離開磨煤機進入煤粉管道系統。混雜在煤中石子、煤矸石和鐵塊等雜質從磨碗邊緣溢出后，由于較重而從風環處落下。在磨碗下部的熱風室內裝有可轉動（隨主軸轉動）的石子煤刮板，它把上述雜物刮入石子煤排出口，進入石子煤箱中石子煤排出口裝有閥門，在磨煤機正常運行情況下，閥門保持開啟，只有在清理石子煤箱時（石子煤箱出石子煤），才關閉該閥門。平時切記不要關閉此閥門，否則雜物留在機內，被刮板支架和刮板研磨，會造成部件的額外磨損，甚至

25、會使石子煤刮板斷裂，并存在潛在的著火隱患。如果有煤排入石子煤箱，則表明給煤量過多，或磨輥壓力過小，或一次風流量太小，或磨煤機出口溫度過低。磨煤機部件磨損過多或調整不當也會造成煤的排出。煤的過量溢出表明磨煤機運行不正常，應立即采取措施，加以調整13。磨煤機是在正壓下運行，密封空氣系統向動靜間隙提供清潔空氣，用以防止熱空氣和煤粉溢出而污染傳動部件。也向磨煤機磨輥耳軸提供密封空氣以免煤粉進入磨輥軸承。三.磨煤機的調整磨煤機投運之后，需要對其調整。通常需要調整的量有：磨輥與磨碗的間隙、磨輥彈簧的壓力、煤粉細度和磨煤出力等。1.磨輥與磨碗間隙的調整當磨輥與磨碗間的間隙過大時，粉碎煤的能力降低，石子煤收集

26、箱中含煤量增加，磨煤機的出力減小。當磨輥與磨碗的間隙過小時，磨輥與磨碗之間會發生沖擊震動，這對碾磨件、軸承、齒輪和電動機等的壽命有不利影響。間隙調整的原則是在不相碰的前提下間隙越小越好。間隙的調整是用磨輥定位螺栓（又稱頂絲）來完成的。磨輥輥套和磨碗襯板的磨損也會增大間隙，當間隙無法用定位螺栓調整到所需數值時，則說明磨輥輥套和磨碗襯板需要調換。2.磨輥彈簧壓力的調整彈簧的壓力與彈簧的壓縮量成正比，通過調節壓力調節螺栓可以調節彈簧的壓力。彈簧壓力的調整與煤質有關，必須在調試時通過實驗來確定。3.煤粉細度的調整煤粉細度的調整主要是通過改變分離器折向門葉片的開度來完成的，折向門葉片開度從大到小，則煤粉

27、細度由粗變細。當用折向門葉片開度調節煤粉細度時，折向門開度達最大（半徑方向）時，煤粉仍太細，則就需要減小磨輥彈簧的壓力；反之，折向門開度達最小時，煤粉仍很粗，則就需要加大磨輥彈簧壓力，以增加磨輥對煤層的碾磨緊力。必須注意，磨煤機的一次風量也會影響煤粉細度。但是一次風量的大小取決于使爐內保持良好著火燃燒的一次風比例，不能把它作為調節煤粉細度的手段。4磨煤出力的調整一般當磨煤機出力低于50%額定出力時，由于煤粉燃燒器出口煤粉濃度過低，對煤粉著火穩定性不利。另外，磨煤機出力過低，對制粉系統不經濟，單位電耗會增加。反之，當磨煤機出力超過額定值太多，將會導致磨煤機的運行不穩定。磨煤機出力的調整是根據機組

28、負荷的變化，通過調節給煤機的給煤量（給煤機轉速）來完成的。通常磨煤出力調整數據要通過調整實驗來確定。（二）給煤機給煤機形式很多，有帶式給煤機，振動式給煤機，圓盤式給煤機等等。現在著重介紹有自動計量的8224型給煤機。一. 8224型給煤機基本技術參數8224型給煤機是利用美國Stock公司引進技術制造的一種帶有電子稱重及自動調速裝置的皮帶式給煤機，可以將給煤精確的定量輸送到磨煤機內，并具有自動調節和控制功能。給煤機基本參數如下： 型號 8224型電子稱重皮帶式 給煤量 045t/h 給煤量信號精確度 ±0.5% 電動機型式 電磁調速電動機 電動機容量 2.2KW 電動機電壓 380k

29、v 電動機轉速 501353r/min 清掃刮煤型式 鏈刮煤 刮煤電動機容量 0.186KW 刮煤電動機電壓 380v 刮煤電動機轉速 950r/min二. 8224型皮帶給煤機的工作原理給煤機由兩個固定在機體上的稱重托輥形成一個確定的稱重跨距，在稱重跨距中間另有一稱重托輥，此托輥懸掛在一對負荷傳感器上，稱出稱重跨距內皮帶上一半煤的重量。經標定的負荷傳感器的輸出信號表示皮帶單位長度上一半的煤量。連接在皮帶驅動滾筒上的編碼器的頻率信號表示皮帶的運動速度。負荷傳感器輸出信號經放大器變換后乘以編碼器頻率信號即表示給煤機的給煤量（t/h）。經標定的給煤機信號經過轉換和綜合產生一個累計信號，送入總煤量顯

30、示器，其輸出顯示了給煤的累計總重量。給煤量信號通常輸入一個頻率而產生一個模擬量，其與磨煤機所需給煤量成正比。給煤量信號與磨煤機要求煤量指令信號相比較，得到一個差值信號，從而控制皮帶驅動滾輪轉速，使給煤機煤量符合磨煤機要求的給煤量指令信號。電子稱重給煤電路能按給沒量指令信號大小來輸送煤，與煤的密度變化無關。如果皮帶上的煤密度發生變化，皮帶速度也隨著變化，以保持給煤量為正值。皮帶速度變化與煤的密度變化成反比。8224型電子稱中給煤機是帶有電子稱重，自動調速的皮帶式給煤機。皮帶由滾筒驅動。具有正反運轉兩種功能14。給煤機的作用是精確的定量向磨煤機輸送燃料。原煤在給煤機內流程如下：煤倉中原煤煤流檢測器

31、煤斗閘門落煤管給煤機進口給煤機輸送皮帶稱重傳感組件斷煤信號給煤機出口磨煤機。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。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而實現的。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。2.3燃燒設備煤粉爐的燃燒設備包括爐膛、燃燒器、點火裝置以及為燃料燃燒提供熱風的空氣預熱器。本文主要介紹爐膛和燃燒器。2.3.

32、1煤粉爐的爐膛在煤粉爐中，爐膛是供煤進行懸浮燃燒的空間，也是熱交換的場所。固態排渣爐的爐膛結構如圖2-3所示，它的四周爐墻上布滿了蒸發受熱面（水冷壁），大型鍋爐在爐膛中還敷設有輻射式、半輻射式過熱器和再熱器。它的結構大小和受熱面，應使煙氣在爐膛出口之前得到足夠的冷卻，防止對流受熱面結渣，同時滿足鍋爐蒸發量的要求。爐膛的下部，由前后墻水冷壁管傾斜形成冷灰斗，把爐膛內燃燒后分離出來的高溫爐渣占總灰量的5%10%，其余隨煙氣的形式流經對流受熱面后排出鍋爐。圖2-3 燃煤鍋爐示意圖爐膛既是燃燒空間，又是鍋爐的換熱部件，因此它的結構必須能保證燃料的完全燃燒，又能使煙氣到達爐膛出口時已被冷卻到受熱面不結渣

33、的溫度。為此，爐膛應滿足以下要求15：（1）應具有足夠的空間和合理的形狀，以便組織燃燒，減小不完全燃燒熱損失。（2）要有合理的米內溫度場和良好的爐內空氣動力特性，不僅能夠保證燃料在爐內穩定著火和完全燃燒，又能夠避免火焰沖擊爐墻，防止爐膛水冷壁結渣。（3）應能布置足夠的受熱面，將爐膛出口煙溫降到允許的數值，以保證爐膛出口及其后面的受熱面不結渣。2.3.2燃燒器一.燃燒器的布置采用直流燃燒器下的四角切圓的燃燒方式，其具有爐膛充滿度好，擾動大、有利于燃燼、低NOx排放等一系列優點，是當前國際先進的一種燃燒方式。四角燃燒器在爐膛內布置成對沖燃燒方式，1號、2號、3號、4號燃燒器出口與相鄰墻壁夾角均成4

34、5。它將煤粉（一次風）和二次風在爐膛四角與爐膛中心一假想切圓相切的方式噴入爐膛，實現煤粉的切圓燃燒16。二.“W”型火焰燃燒方式“W” 型火焰固態排渣爐為FW（福斯特·惠勒）公司首創，是貧煤、無煙煤燃煤發電技術的發展方向,也是解決我國貧煤、無煙煤火力發電。滿足穩定高效運行要求的有效途徑之一。“W”火焰燃燒技術商業化過程中顯示出其優良的高效、穩定特性。超臨界“W”火焰鍋爐技術是技術發展的必然趨勢,在無煙煤高效率燃燒上具有很強的競爭力。大型化和高參數化是“W”火焰燃燒技術發展的主要方向。目前,我國通過引進技術,已經將容量做到了600MW亞臨界等級,并通過對引進技術的消化、分析與完善,開始

35、研究超“W”的600MW鍋爐17。“W”型火焰鍋爐的技術特點18：延長煤粉顆粒在爐膛內停留的時間，尤其較大的煤粉顆粒停留時間能達到34秒。煤粉氣流向下噴射，可降低煤粉氣流的速度或采用煤粉預熱技術，易于實現煤粉的高濃度燃燒技術及提高燃燒的穩定性。煤粉自上而下進入爐膛，一次風率可降至5%15%，風速很低（可以低至15m/s）。這便于采用直流式燃燒器，而且空氣可以沿火焰行程逐步加入，達到分級配風目的。爐膛的拱式可以聚集輻射熱量，提供充足的著火熱。因為火焰流向與爐內水冷壁平行，所以沒有煙氣沖刷爐墻現象，也就不易結渣。因為采用了一次風煤粉氣流下行后轉1800再向上流動，可以分離火焰中的部分飛灰。煤粉燃燒

36、過程主要在爐膛下部完成，而爐膛上部主要用來冷卻煙氣，因此，爐膛的高度主要由爐膛出口煙氣溫度決定。這樣可以使上、下爐膛的橫截面布置都比較靈活。爐膛周界增大，可布置較多的水冷壁，增大循環流量減少管內的質量含汽率，更適合采用自然循環方式。2.4風機隨著我國火力發電機組容量的不斷增加，作為火電廠主要輔助設備的風機，除適應了電廠容量擴大的需要外，對風機的可靠性和運行經濟性更提到了一個新的高度。風機行業電廠鍋爐風機的生產企業努力以各自的方式來適應電力工業建設的需要。與初期產品相比，現在為電廠鍋爐配套風機的技術等級和質量指標均有了劃時代的發展，風機的運行經濟明顯提高，風機產品總體的可靠性的提高體現在因風機故

37、障所引起電廠計劃外停機事故的減少上。電廠所需風機種類很多。諸如鍋爐鼓引風機、一次空氣風機、排塵風機、煙氣再循環風機、脫硫風機及密封風機等等。這些風機對電廠核定經濟運行均有其重要作用。但這幾種風機中脫硫風機目前尚未擺在日程上，而煙氣再循環風機、排粉風機、密封風機由其工作性質所決定都采用離心式已無需討論，但鍋爐鼓引風機及一次空氣風機則常有不同見解和配套方式19。引風機，其作用是及時排出燃料在鍋爐爐膛內燃燒時所生成的煙氣；一次風機，其作用是將磨制好的煤粉排送至爐膛。1.離心式風機離心式風機的工作原理，是離心式風機的葉輪被電動機帶動旋轉時，充滿于葉片之間的氣體隨同葉輪一起轉動。在離心力作用下從葉片間的

38、槽道甩出，由外殼上的排風口排出。因為氣體的外流造成葉輪進口空間的真空，外界氣體會自動吸進葉輪。2.軸流式風機軸流式風機的工作原理是當葉輪在電動機帶動下旋轉時，葉片在氣體中運動，給氣體一個作用力，使氣體沿著風機軸的方向不斷由進口流向出口。氣流的進、出口方向都是軸向的。軸流式風機與離心式風機相比有以下優點：（1）軸流式風機體積小，占地少，外形尺寸與風（煙）道尺寸相近。（2）軸流式風機的葉片可以做成轉動，調節風量較為方便。（3）采用動葉調節時，軸流式風機的工作范圍較為寬闊。因此大容量機組的鍋爐送、引風機普遍采用離心式，以改善低負荷運行時的效率。在直吹式制粉系統中冷一次風機需要產生較高的風壓,一般都采

39、用軸流式20。第3章 燃燒控制系統的設計3.1概述3.1.1燃燒過程控制任務1.滿足機組負荷要求，維持主蒸汽壓力穩定當機組運行方式為汽機跟隨控制方式時，燃燒控制系統負擔著機組出力，即調節功率；當機組運行方式為鍋爐跟隨控制方式時，燃燒控制系統維持主蒸汽壓力穩定；當機組運行方式為協調控制方式時，燃燒控制系統既要負擔著機組出力，又要維持主蒸汽壓力穩定。因此，可見燃燒過程控制任務與機組運行方式密切相關。2.保證燃燒過程經濟性保證燃燒過程經濟性是提高鍋爐效率的一個重要方面，目前經濟性是靠進入爐膛燃料量與通風量之間最佳比值來保證，有足夠風使燃料得以充分燃燒，同時盡可能減少排煙造成的熱損失。一般采用煙氣過剩

40、空氣系數（煙氣含氧量）來校正燃料量與風量之間的比值進而來保證燃燒過程的經濟性。3.保證燃燒過程穩定性燃燒穩定性影響著鍋爐運行的安全隆和經濟性，影響燃燒過程的因素很多，其中爐膛壓力是重要因素之一。爐膛壓力反映著燃燒過程送風與引風之間的工質平衡關系，送風量大于引風時，爐膛壓力增加，會造成爐膛往外噴灰或噴火；送風量小于引風量，增加引風電耗，增加爐膛漏風，爐溫下降，影響爐內燃燒工況；此外，爐膛壓力波動還影響燃料的燃燒穩定性，對鍋爐安全運行有影響。為了保證燃燒過程穩定性，需要對爐膛壓力進行控制，維持鍋爐爐膛壓力穩定。3.1.2燃燒過程調節量根據燃燒控制任務，主要調節以下三個物理量。1.燃料量調節通過調節

41、燃料量使入爐燃料的完全燃燒所產生的量能與鍋爐外部負荷需要的量能相適應。2.送風量調節燃料量改變時，送風量也應改變，以保證燃料的完全燃燒和排煙損失最小。調節送風量的目的是保證鍋爐燃燒過程的經濟性。由于過剩空氣系數還不能直接測量，因此用測量煙氣含氧量這一間接指標來判斷燃燒經濟性，或者直接平衡風與燃料比值來保證燃燒經濟性。3.引風量調節調節引風量的目的是使引風量與送風量相適應，以保持爐膛壓力在要求的范圍內，一般通過調節引風量使爐膛維持在微負壓狀態，以保證燃燒過程穩定性。3.1.3燃燒過程控制特點燃燒過程三項控制任務，對應著三個調節量（燃料量、送風量、引風量）以維持三個被調量（機組負荷或主蒸汽壓力、過

42、剩空氣系數或最佳煙氣含氧量、爐膛壓力）,其中主蒸汽壓力是鍋爐燃料熱量與汽輪機需要能量是否平衡的指標；過剩空氣系數是燃料量和送風量是否保持適當比例的指標；爐膛壓力是送風量和引風量是否平衡的指標。燃燒過程三個被調量的調節存在著明顯的相互影響。這主要是由于對象內部（各調節量與各被調量之間）存在相互作用，即其中每個被調量都同時受到幾個調節量的影響，而每個調節量的改變又能同時影響幾個被調量。圖3-1表示了燃燒被控對象調節量對被調節量原影響。所以燃燒過程是一個多輸入多輸出、且變量間具有相互耦合的被控對象。被調量調節量燃料量送風量引風量汽壓或功率過剩空氣系數爐膛壓力圖3-1 燃燒對象雖然燃燒過程對象三個調節

43、量對三個被調節量都有嚴重的影響，但臺、如果在鍋爐運行過程中，嚴格保持燃料量、送風量和引風量這三個調節量比例變化，能保持主蒸汽壓力、過剩空氣系數和爐膛壓力基本不變。也就是說，當鍋爐負荷要求變化時，燃燒過程控制系統應使、這三個調節量同時按比例地快速改變，以適應外界負荷的需要，并使、基本不變；當鍋爐負荷要求不變時，燃燒過程控制系統應能保持相應的調節量穩定不變。因此，燃燒過程控制系統的設計和分析，顯然要比前面所討論過的汽包水位、鍋爐給水、汽溫等這類單變量對象要復雜得多21。本文采用直吹式制粉系統，燃燒控制系統主要包括6個子系統，即燃料控制系統、磨煤機一次風量控制系統、磨煤機出口溫度控制系統、一次風壓力

44、控制系統、二次風量控制系統和爐膛壓力控制系統。3.2燃料控制系統燃料控制系統的任務是保證進入鍋爐的燃料量隨時與外界負荷要求相適應，控制系統大都設計成串級調節系統。其接受的是鍋爐指令，反饋信號是熱量信號，控制的是給煤機轉速，以給煤機轉速代表煤量信號。3.2.1燃料調節系統圖3-2燃料調節系統（1） 暖爐油的調節燃料調節系統如圖3-2所示，暖爐油流量與暖爐回油流量通過減法器輸出燃油總油量，輸出的燃油總油量一路與熱量信號作代數和。另一路與給定油量作比較經過PID調節，再通過高低限幅，輸出控制信號作用于暖爐油流量調節閥，控制燃油總油量的大小。其中高低限幅是由暖爐油母管壓力與給定值經過PID調節得出的值

45、。當暖爐油母管壓力與給定值偏差過高時，跟蹤器選擇經燃油總油量PID調節后的信號作為燃油的壓力。這樣保證燃油有足夠的壓力使油霧化，達到充分燃燒。暖爐油流量調節閥也可以通過手動進行調節。當暖爐油流量調節閥為手動時，由模擬信號發生器產生調節量。（2）燃煤量指令的形成鍋爐負荷與總風量在小值選擇器中進行比較，選擇小者作為燃料量指令的定值信號。通過小值選擇器選擇定值信號的作用是為了保證鍋爐在燃燒過程中，風量始終大于燃煤量，保證燃煤在爐膛中能完全燃燒，提高燃燒的經濟性。在穩定時，鍋爐負荷指令與風量信號及燃煤量近似相等，達到適當的燃料/風量靜態配比。（3）給煤指令的形成小值選擇器的輸出作為PID燃料控制器的給

46、定值，熱量信號作為燃料控制器的反饋信號，同時小值選擇器的輸出還作為前饋信號送至加法器，以加快燃料量的響應速度。六臺給煤機轉速相加得出實際總煤量，其與經過控制器調節后的理論總煤量比較，再經過積分調節得出給煤機轉速指令。當限制煤量增加或減少作用時，切換開關選通右邊的信號。3.2.2燃料調節測量系統圖3-3 燃料調節測量如圖3-3所示，進入鍋爐燃燒的總煤量由所有運行磨煤機的給煤量相加。當其中一臺給煤機測速變送器發生故障時，將直接產生給煤機轉速故障信號，送入邏輯控制系統，進行邏輯控制。為了防止給煤機檢修試轉或其它原因時引起控制系統誤動，需要對該給煤機采取相應的措施。通過切換開關可以達到防止系統的誤動。

47、3.2.3給煤機指令圖3-4燃料調節給煤指令系統如圖3-4所示，對A給煤機來說，由燃料調節系統得出的給煤機轉速指令在A給煤機手動時，手動切換開關產生作用，手動操作信號發生器產生的信號作為給煤機轉速，再經過高低值限幅，如果產生的給煤機轉速指令過低，將送至FSSS。其中當A給煤機轉速至最小（邏輯圖號62）時，給煤機關閉（切換開關輸出0%作為高值限幅）。當有減A給煤機轉速（邏輯圖號61）作用時，第一級壓力作為給煤機轉速指令的高值限幅。若A給煤機為自動時，A給煤率將直接作為A給煤機轉速。3.3磨煤機一次風量、出口溫度控制系統3.3.1磨煤機一次風量控制系統煤粉管道中的煤粉和空氣混合物的速度應保證在一定

48、范圍內（約在2030m/s左右），流速太低會使煤粉沉積在管道內，也會造成磨煤機內煤的溢出。另外，流速過低還會使著火點移近燃燒器噴口，使燃燒器過熱或燒壞；流速過高，帶入爐膛的煤粉顆粒度過粗，使著火減慢，煤粉和空氣在爐膛的混合度差，使不完全燃燒增加，同時可能造成結渣。因此，磨煤機的一次風量必須保持在給定值。一次風量的給定值是隨給煤機給煤量的改變而改變，其(x)函數關系如下。圖3-5給煤機轉速與一次風量給定值的關系從圖3-5可知，給煤機轉速（代表給煤量）在25%75%改變時，對應的一次風量給定值的改變為線性關系，給煤機轉速不會低于25%。當給煤機轉速為最低速度25%時，對應的一次風量給定值滿足大于煤

49、粉和空氣混合物的最低允許速度，約22m/s。當給煤機轉速達75%時，對應的一次風量給定值能滿足煤粉和空氣混合物的最高允許速度（30m/s）。當給煤機轉速在25%75%之間時，應保證有適當的風煤比，以保證煤粉在爐膛內完全燃燒。磨煤機一次風量控制系統如圖3-6所示，A磨煤機入口風量經A磨煤機入口熱風溫度除法，開方器進行修正，得到修正后的一次風量。修正后的一次風量信號與給定值有偏差時，控制器PID輸出的控制作用發生變化，通過切換開關T去開大或關小A磨煤機熱風擋板，同時閥位變送器ZT輸出一信號去A磨煤機出口溫度控制系統，作為A磨煤機出口溫度控制系統的前饋信號。控制器PID輸出的控制信號是開大或關小A磨

50、煤機熱風擋板是通過PTC來控制的。當控制信號大于A磨煤機熱風擋板ZT反饋的信號時，控制信號選通左端，輸出開大擋板的信號。反之，選通右端，輸出關小擋板的信號。當置熱風擋板手動作用時，一次風量系統控制切換成手動方式。3.3.2磨煤機出口溫度控制系統磨煤機出口溫度控制的任務是保持出口溫度在一定的范圍內變化。如果溫度太低，煤和粉煤將得不到足夠的干燥，造成制粉困難，甚至造成堵塞，影響煤粉的輸送；如果溫度太高，可能會引起制粉系統某些地方著火，發生事故。因此輸送煤粉的一次風必須滿足一定的溫度。從圖3-6可知，改變冷、熱風擋板的開度，能夠改變一次風的溫度，從而合磨煤機出口溫度保持在給定值。磨煤機出口溫度信號經

51、變送器與給定值進行比較，則控制器PID有控制信號輸出，通過切換開關T去開大或關小A磨煤機冷風擋板，使磨煤機出口溫度恢復到給定值，同時來自磨煤機熱風擋板開度的信號作為前饋信號來改變冷風擋板的開度，以減少磨煤機出口溫度控制時對一次風量的影響，以保證進入磨煤機的一次風量為恒定。控制器PID輸出的控制信號是開大或關小A磨煤機冷風擋板是通過PTC來控制的。當控制信號大于A磨煤機冷風擋板ZT反饋的信號時，控制信號選通左端，輸出開大擋板的信號。反之，選通右端，輸出關小擋板的信號。當置冷風擋板手動作用時，磨煤機出口溫度控制切換成手動方式。圖3-6 磨煤機一次風量、出口溫度控制系統3.4一次風壓力控制系統為了使

52、磨煤機冷風擋板的位置變化和一次風量相對應，要求一次風母管壓力恒定，因此設計了一次風壓力控制系統。一次風由兩臺動葉可調軸流式一次風機產生，并采用改變一次風機動葉節距來保持一次風壓力等于給定值，稱為一次風壓力控制系統，如圖3-7所示。圖3-7 一次風壓力控制系統一次風壓力控制系統的被調量是進入爐膛的一次風母管壓力，測量裝置采用雙變送器，主、副變送器的切換由轉換器T實現。主、副變送器的信號同時送到時偏差器，當某一只變送器有故障超過允許值時，將發出報警信號，提醒運行人員要及時進行檢查與修理。一次風母管壓力的給定值即控制器PID的給定值是代表鍋爐負荷或內擾變化的煤量信號（給煤機轉速）經函數器1(x)轉換

53、后的指令，1(x)的輸出還要經過大值選擇器后再作用到控制器PID。大值選擇器的作用是保證一次風壓力不低于壓力6.5kPa，如果一次風壓力的測量值與給定值的偏差超過0.3 kPa，將發出報警信號。1(x)的函數關系如圖3-8所示。圖3-8 1(x)的函數關系主控制器PID的輸出作為積分器的給定值指令，積分器的反饋信號是兩臺一次風機（一次風機A和B）節距信號（代表風量）之和。在正常情況下，積分器的輸出經切換開關T2改變一次風機動葉節距，來改變風機的風量，保證一次風壓力為要求的給值。一次風機動葉節距也受邏輯信號閉鎖一次風葉開/關動葉節距和開/關一次風機動葉的影響。控制器PID輸出的控制信號是開大或關

54、小一次風機動葉節距是通過PTC來控制的。當控制信號大于一次風機動葉節距ZT反饋的信號時，控制信號選通左端，輸出開大擋板的信號。反之，選通右端，輸出關小擋板的信號。切換開關是用來實現自動手動方式切換，當置一次風壓力控制手動信號作用時，選通手動操作信號發生器。小值選擇器輸入的比較信號是積分器的輸出和補償后總一次風量經函數器2(x)轉換后的一次風機動葉節距開度。它的作用是限制過分地要求開大一次風壓。總一次風量由進入各臺磨煤機的一次風量相加得到。各臺磨煤機的一次風量在磨煤機的入口處測量，并用磨煤機入口的一次風溫進行補償。各臺補償后的磨煤機一次風量相加稱為補償后總一次風量。如圖3-10所示是補償后總一次

55、風量。2(x)的函數關系如圖3-9所示。圖3-9 2(x)的函數關系閥位變送器ZT信號是一次風機的動葉節距位置反饋信號，當要求的節距變化的信號過分大于當時的節距位置時，將發出報警信號并采取相應的措施。圖3-10 補償后總一次風量3.5二次風（送風）控制系統3.5.1總風量調節測量系統二次風管道有左右兩側，故二次風測量分左右兩側，每側的二次風量經各自的二次風溫進行補償，兩側補償后的二次風相加稱為補償后總二次風量。補償后總一次風和補償后總二次風量相加，便得到補償后總風量測量值。如圖3-11所示。圖3-11總風量調節測量系統圖3-11中，二次風量采用雙變送器測量，一個為主變送器，一個為副變送器，兩個

56、變送器之間有偏差比較器。當兩個變送器間的偏差超過規定值時，表示兩個變送器之一或者兩個變送器同時發生了故障，這時將發生報警信號，并通過邏輯控制電路的作用，使磨煤機一次風量控制由自動地切換到手動方式，以免發生誤調。再經過溫度補償修正后得到補償后的二次風量。將兩臺送風機A、B補償后的二次風量相加便得到總二次風量。補償后總一次風加補償后總二次風，便得到補償后總風量測量值。補償后總風量再經過氧量校正便得到校正后的總風量。3.5.2煙氣含氧量調節及偏差限制系統鍋爐燃燒控制的主要任務是保證燃燒過程的經濟性和穩定性。在穩態時，應根據鍋爐主控指令的要求協調地控制燃料量和送風量，保持最佳空氣/燃料配比和最佳煙氣含氧量。在動態時，保證增負