燃烧过程自动控制系统的任务
 设计锅炉燃烧自动控制系统的目的是控制燃烧过程,使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的需求,同时保证锅炉的安全经济运行。
 锅炉燃烧过程自动控制主要包括三项控制内容:
1．控制燃料量。当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时,必须相应地改变锅炉燃烧的燃料量(单位时间内送入炉膛的燃料重量)。
2．控制送风量。为了实现经济燃烧,必须相应地调节送风量,使送风量(单位时间内送入炉膛的空气重量)与燃料量相适应。燃烧过程的经济与否可以从过剩空气系数是否合适来衡量,过剩空气系数通常可用烟气中的含氧量来间接表示。也可通过使风量与燃料量成一定比例的方法实现经济燃烧。控制送风量也是为了实现安全运行,若风量相对于燃料量太少的话,亦可能导致熄火事故。
3．控制引风量。为了保持炉膛压力在要求的范围内,引风量(单位时间内从炉膛引出的烟气重量)必须与送风量相适应。炉膛压力的高低也关系着锅炉的安全、经济运行。炉膛压力过低,会使大量的冷风漏入炉膛,将会增大引风机的负荷和排烟损失,炉膛压力太低甚至会引起内爆;反之,炉膛压力高且高出大气压力时,会使烟气冒出,不仅会影响环境卫生,甚至可能影响设备和人身安全。
 相应地,由三个(子)控制系统,即燃料量控制系统、送风量控制系统、引风量控制系统,来实现上述三项控制。
 三个控制系统之间存在着密切的相互关联,要控制好燃烧过程,必须使燃料量、送风量及引风量三者协调变化;锅炉正常运行时,燃料量、总风量两者必须成适当比例,代表这两个成适当比例的量的变量被定义为锅炉的燃烧率。
燃料量控制系统
 燃料量控制系统的任务是根据机组负荷协调控制系统输出的或由运行人员手动给定的燃烧率指令来控制燃料量。
1．燃料量的测量与热量信号
 燃料量控制系统中,燃料量信号作为按燃烧率指令进行控制的反馈信号,应能及时地反映实际燃料量的变化。正确及时地测量燃料量,是燃料量控制系统的关键问题。对于液体和气体燃料,可以直接测量进入炉膛的燃料量,但是对于固体燃料(电厂锅炉主要以煤作燃料),直接测量进入炉膛的燃料量是较困难的,通常采用间接测量方法。
 (1)给粉机转速
 对采用中间储仓式制粉系统的锅炉,可采用给粉机转速来间接代表燃料量。但是,给粉机转速不能反映煤粉自流等因素的影响,由于煤粉自流,同样的转速,给粉量却可能不一样,这种偏差只有在影响到主汽压或机组负荷时,才能通过改变燃烧率指令去消除自流等因素的影响。
 (2)磨煤机进出口差压
 对采用直吹式制粉系统的锅炉,可用磨煤机进出口差压来近似代表燃料量,这是以假定磨煤机出力与其进出口差压的平方根成正比为前提的。但影响磨煤机进出口差压的因素很多(如煤种、一次风量及磨煤机工况等),而且该信号的波动也较大。
 (3)给煤机转速
 对采用直吹式制粉系统的锅炉,也可用给煤机转速求出燃料量。在要求给煤机的转速调节良好的同时,还应考虑到煤层密度、厚度对燃料量的影响,才能使给煤量与转速之间保持确定的关系。
 前述的3种方法是煤量的测量方法。有时为了保持炉膛中燃烧稳定,在烧煤的同时还要烧油,所以总燃料量的测量实际包括燃油量的测量和燃煤量的测量两部分。
 (4)热量信号
 测量进入炉膛的燃料燃烧后的发热量,是间接测量进入炉膛的燃料量的一种方法。
 无论是采用直吹式还是采用中间储仓式的制粉系统,都可以用热量信号代表进入锅炉的燃料量。
燃料量(煤量)控制系统的基本结构
 最简单的燃料量控制系统可用由负荷主控系统的锅炉控制器输出的燃烧率指令或由运行人员从煤控制站上手动输出的燃烧率指令去直接控制燃料系统的执行机构,改变进入锅炉的燃料量。但若不将燃料量测量信号引入系统,则在出现燃料扰动时,这种方案不能快速消除扰动,只有等到主汽压或机组负荷发生变化时,才通过负荷主控系统或由运行人员手动改变燃烧率指令来调整燃料量,最终消除扰动。所以,燃料量控制系统一般都采用燃料量的测量信号作为反馈信号
 燃料量调节器根据燃烧率指令和燃料量反馈信号,并行地去控制各燃料量调节机构。不同的燃料控制系统的区别主要体现在燃料量信号的测量方法和燃料量调节机构的调节特点上。
 燃料量的测量问题在前面已作介绍。燃料量控制系统的结构方案还与制粉设备的选型及制粉系统的设计有关。制粉系统分为中间储仓式和直吹式两大类。
 对于中间储仓式制粉系统,可通过调节给粉机转速来调节燃料量,因有中间储仓,燃料量调节的动态反应较快,因此系统结构也相对简单。
对采用中速磨的直吹式制粉系统,从给煤进入磨煤机到输出煤粉,存在较大迟延,为提高响应速度,调节系统可根据燃烧率指令先调节一次风量,然后再按照一次风量与给煤量的配比关系调节给煤机转速,改变给煤量,即燃烧率指令/一次风量/燃料量控制方案,如图11－5。
 这种控制方案的优点是负荷响应速度较快,当燃烧率指令变化时,立即改变一次风量可以迅速带走磨煤机中的存粉,从而达到快速响应负荷指令的目的。但是一次风量的扰动,特别是磨煤机温度控制系统会对一次风量形成经常性的扰动,将对燃料量产生经常性的扰动;此外,这种方案实际上是将一次风量控制系统和燃料量控制系统合成为一个系统,使系统比较复杂。
另一种方案是燃烧率指令/燃料量/一次风量控制方案。该方案按照由燃烧率指令所形成的给煤量指令直接控制给煤量;按照一次风与燃料量的配比关系由一次风量控制系统控制一次风量,与此同时,通过微分环节使一次风量动态超调,将磨煤机中的一部分储存的煤粉及时吹进炉膛,这样当要求增加负荷时,就能快速适应负荷变化的需要;相反,在减负荷时,为防止实际一次风量小于给煤量所要求的一次风量,采用一次风量指令来限制给煤量指令,这样可防止由于一次风相对较少而堵煤