精华资料1000MW火电机组锅炉前后墙对冲燃烧控制系统课题研究技术报告.doc.doc

1 绪论 1.1 课题研究的背景和意义 国外在发展先进的大型超临界火电机组方面已经取得了很大进展，技术日益成熟，并被广泛应用，取得了显著的节能和环保效益。国产火力发电机组要提高经济性和热能利用效率，需要增大机组容量，并提高机组的参数。增大单机容量，可以降低机组每千瓦的投资，而提高机组的参数可以提高火力发电机组的效率。 燃煤锅炉在我国大量存在并发挥着重要作用。燃煤锅炉是一个具有较大纯迟延和容量迟延特性的控制对象，而且其燃料量难以准确测量，因此燃煤锅炉控制的难点在于燃烧系统的控制。 锅炉燃烧控制的任务是使进入锅炉的燃料的燃烧热量与锅炉的蒸汽负荷要求相适应，同时保证锅炉燃烧过程安全经济地运行。锅炉主蒸汽压力是锅炉燃烧控制系统中的一个极为重要的指标，同时也是保证锅炉安全运行的主要条件之一。蒸汽压力过高会增加对机器设备损伤，蒸汽压力过低又不能正常启动设备，这些不仅对生产和生产设备造成很大的负面影响，也给企业带来了较大的经济损失。 由于采用中间储粉仓式制粉系统在基建投资和运行费用上的耗费比采用直吹式制粉系统多，因此现代大型发电机组大多数采用直吹式制粉系统。直吹式锅炉的燃烧控制具有如下特点： (1) 直吹式制粉设备的锅炉将制粉设备与锅炉本体紧密的联系成一个整体，因此，直吹式制粉设备的锅炉运行中，制粉系统也成为燃烧过程自动控制不可分割的部分； (2) 直吹式锅炉中，改变燃料调节机构的给煤机转速后，还需要经过磨煤制粉的过程，才能使进入炉膛的煤粉量发生变化。直吹式锅炉在适应负荷变化或消除燃料内扰方面的反应均较慢，从而引起汽压较大的变化。 同时，大容量机组的应用，对自动控制系统提出了更高的要求，不但要求系统硬件的可靠性必须提高，更重要的必须保证控制策略的可靠性和先进性。 1.2 本课题设计的目的 针对该电厂两台1000MW火电机组的DG3000/26.15-Ⅱ1型超临界参数变压直流本生锅炉（每台炉共配有48个HT-NR3型旋流煤粉燃烧器，并采用前后墙对冲的布置方式，与之配套的是6台中速磨煤机，1台磨煤机配1台电子称重式给煤机）设计符合实际情况的燃烧控制系统。 在燃烧系统的控制方面，常规的PID调节器控制原理简单，容易实现，稳态无静差，因此长期以来广泛应用于工业过程控制，并取得了良好的控制效果。即使在控制理论飞速发展的今天，使用最多的控制方式还是PID控制。然而，锅炉燃烧控制过程存在着非线性、参数时变性、模糊不确定性等问题，模糊控制器对被控对象的非线性和时变性具有一定的适应能力，即鲁棒性较好等特点，但它也有一些需要进一步改进和提高的地方。因此，采用模糊-PID控制不仅引入了经典PID调节器的原理简单、调节细腻的特点，而且具有模糊控制器的灵活性和适应性，提高了系统的控制精度。 本设计的目的在于：设计以主蒸汽压力为主被调量，燃料量为副被调量的燃烧控制系统控制方案，保证燃烧控制系统的主蒸汽压力随锅炉负荷的要求调节实际压力值。同时，在沿袭传统PID控制的基础上，也利用计算机控制技术及模糊控制理论对原有控制系统进行设计，并通过MATLAB仿真比较两种控制方式的控制效果，用以表明加入模糊控制优于传统PID控制方式，有其工程应用价值。 1.3 本课题设计的重点与难点 在研究控制系统特性的基础上，根据其控制对象的特点，通过对控制系统当中所用控制器的不断改进，期望使控制系统的控制品质得到提高。所以，本次设计的重点在于控制系统控制器的设计。 根据其对象及控制系统、控制方式的特殊性，在设计过程中同样也存在不同程度上的干扰因素： (1) 控制系统的研究，基于控制系统被控对象数学模型的建立。但要获得被控对象的精确数学模型，基本上是不可能的。实际的生产过程当中，也会有过多的因素不断变化，从而影响被控对象的性能，使得其数学模型不断变化。所以，控制系统的设计本身就存在一定的局限性； (2) 燃烧控制系统的控制方案，是以主蒸汽压力、燃料量等信号为基础的，但通过测量得到的实际信号无可避免地存在误差，这样也为以实际信号为基础的控制方案增加了一定的局限性； (3) 由于发电厂所用的煤种多变，煤质不一，对煤量控制系统的适应性提出了更高的要求，其应用于实际运行的数学模型建立也更加困难。 2 前后墙对冲燃烧的原理与特性分析 2.1 锅炉燃烧控制系统简介 燃烧控制系统是电厂自动控制的重要组成部分，目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统采用常规的PID控制方案。锅炉燃烧自动控制系统常以主蒸汽压力为主调对象，因为锅炉压力是表征其生产过程中的一个极为重要的指标，同时也是保证锅炉安全运行的主要条件之一 。 如图2-1所示，燃烧控制系统是由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成的串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制三个子系统构成。燃料控制系统通过调节给煤机转速来调节燃料量，使其与负荷相适