和利时优化控制方案7汽包锅炉燃烧优化控制应用.docx

汽包锅炉燃烧优化控制应用

一、概述

随着DCS在电厂的普及，DCS功能应用逐渐得到推广。其中，DCS的优化控制，比过去的单元智能仪表来得更加方便和易用。但电力系统用户，对DCS的功能的掌握还有限，许多功能没有得到应有的重视和开发，这就对DCS厂家提出了新的需求，DCS厂家不但要提供DCS控制软硬件平台，还要给用户提供整体的解决和控制方案，保证DCS和现场设备长期经济、稳定、安全运行。

锅炉种类较多，目前在国内应用最多的是燃烧煤粉的自然循环汽包炉和直流炉；有直接燃烧原煤的循环流化床炉；燃烧垃圾的炉排锅炉，还有燃烧生物质的炉排，比如栉杆，甘蔗渣等。不同的锅炉有不同的控制和优化方式，控制是让锅炉相关参数稳定；优化是对工艺、燃烧、配风等进行经济控制，提高效率，降低污染物排放。

锅炉除直流炉外，都有一个显著特点，就是有自己独立的汽包。不管是烧垃圾的垃圾炉，循环流化床锅炉，还是烧煤的汽包炉；也无论是母管制运行，还是单元制运行，都因锅炉有一个汽包，它们的核心控制思想变成一致，即利用汽包的储能变化，及时检测燃烧率的变化，从而及时调整燃料量，达到快速、稳定地控制和调节。直流锅炉主要是控制中间点温度（焓）来调节风水煤；汽包锅炉主要是控制主汽压力和汽包压力的稳定来调节风水煤。本文主要介绍汽包锅炉控制的共同点来说明对其进行控制方案的优化。在有汽包的锅炉控制中，可借鉴和参考本方案。

二、原理及动态特性

汽包锅炉燃烧控制系统包括燃料量控制、送（一二次）风控制和引风控制三个主要子系统；燃烧过程自动控制的基本任务是根据机组负荷的变化，使燃料燃烧所提供的热量适应锅炉输出蒸汽量的需求，同时保证燃烧过程的经济性和锅炉运行的安全性。

根据锅炉燃烧控制任务，主要调节以下三个物理量：

燃料量调节

调节燃料量使入炉燃料燃烧所产生的量能与锅炉外部负荷需求的量能相适应。

送风量调节

燃料量改变时，送风量也应改变，以保证燃料的完全燃烧和排烟热损失最小。调节送风量的目的是保证锅炉燃烧过程的经济性。

引风量调节

调节引风量的目的是使引风量与送风量相适应，以保持炉膛压力在要求范围内，以保证燃烧过程稳定性。

锅炉燃烧控制系统

调节变量

被控对象 被调量

燃料量控制系统

燃料量控制系统

燃料量B

主蒸汽压力p

T

送风控制系统

送风量V

烟气含氧量O

2

炉膛压力控制系统

引风量G

炉膛压力p

lt

图一锅炉燃烧控制系统及被控对象

从图一所示的锅炉燃烧对象显示，锅炉燃烧控制系统是一个多输入多输出的非线性多变量强耦合控制系统。在锅炉燃烧控制过程中，通过燃料量控制、送风控制和引风控制三个子系统分别对三个调节变量（燃料量B、送风量V、引风量G）进行调节，以维持三个被调量

（主蒸汽压力P、烟气含氧量O、炉膛压力P）的稳定。

T 2 lt

锅炉燃烧过程被控对象的动态特性是指机组运行过程中各种扰动引起的各被调量变化

的动态关系，锅炉燃烧过程被控对象的动态特性主要有以下三个：

主蒸汽压力P 在内、外扰动下的动态特性；

T

烟气含氧量O2在送风量扰动下的动态特性；

炉膛压力P 在引风量扰动下的动态特性。

lt

（一）内扰作用下主蒸汽压力的动态特性:

主蒸汽压力P 受到的主要扰动有二个，其一是燃烧率μB扰动称为基本扰动或内部扰

T

动；其二是耗汽量D的扰动，称为外部扰动。主蒸汽压力P 的动态特性与用汽调节装置有

T

关，下图二（a）为用汽量不变时，锅炉燃烧率μB扰动下主蒸汽压力P 变化的阶跃响应曲

T

线。

图二（a）内扰作用下主蒸汽压力的动态特性

此时主蒸汽压力PT是一个无自平衡能力的被控对象。汽包压力Pb与主蒸汽压力PT之差Δp2与主蒸汽流量以及过热器的阻力成正比。根据阶跃响应曲线确定迟延时间 B，可

以求出：

反应速度：

? ?

tg ?

??

B

（1－1）

反应时间：

T

?1???B

B ? tg?

（1－2）

反应时间TB定义为：燃烧率改变其额定值的10％,汽压改变10%所经过的时间。

下图二（b）为用汽调节阀门开度不变时，锅炉燃烧率μB扰动下主蒸汽压力PT变化的阶跃响应曲线。此时主蒸汽压力PT是一个有自平衡能力的被控对象。汽包压力Pb与主蒸汽压力PT之差Δp2随燃料量和进入汽轮机的蒸汽流量的增加而增加。

图二（b）内扰作用下主蒸汽压力的动态特性

根?据锅炉蒸发受热面的热量平衡关?系可得：?

根?据锅炉蒸发受热面的热量平衡关?系可得：

r

dt ? Cdp

b

（1－3）

式中: ΔQr——热负荷阶跃变化；

D——主蒸汽流量(负荷)；

h——饱和蒸汽焓；

C——蒸发受热面热容。

根据以上热平衡关系式可得：

?Q

rh

?D?C dpb

（1－4

（1