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火电机组现代化燃料控制分析研究

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摘要:燃料控制系统是大型火电机组重要的控制子系统,其控制的合理安全性对单元机组的安全工作非常重要。通过对燃料控制系统数学模型的分析研究,分析燃料控制系统的基本原理,通过分析风量控制系统中风量和负荷之间的关系及燃料充分安全燃烧的条件,明确了其控制系统的基本原理和思路。

关键词:火电机组;自动化控制;燃料控制系统

0引言

火电机组协调控制系统中,主控系统的协调指挥作用要由机、炉各子控制系统来具体执行,才能最终完成整个系统的控制任务。燃烧控制系统是火电机组锅炉控制系统中最重要的子系统,其控制过程的合理性直接影响到整个火电机组的工作效率。单元机组在工作过程中需要有持续的能量输入来维持正常工作,能量是由煤炭在炉膛内燃烧提供的,所以燃烧控制系统的智能合理化在火电机组运行中尤为重要,目前供煤系统大多采用直吹式糊粉系统。燃烧控制系统有几个重要的子控系统组成,其中燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统是燃烧控制系统最为主要的子控系统。

1燃料控制系统分析

燃料控制系统是子控系统中针对燃料量进入炉膛控制的系统,其主要任务是根据单元机组的工作状况及负荷要求合理调整燃料量的输入。由于炉膛内燃烧工作环境的特殊性,目前还没有较好的仪器设备对其内部的燃煤量进行直接测量。由于燃煤品质的变化,燃烧后所产生的能量效应也在变化,所以很难实时检测。根据炉膛燃煤工作状况特征,对于燃料量的测量目前多使用热量信号来表征燃料量的大小,即通过间接测量炉膛内热量大小的变化来确定锅炉内燃料量的大小。为了达到控制系统智能化及炉膛内燃料量合理化,燃烧控制系统多采用多输出控制系统,该系统通过对热量的检测,获得炉膛内热量的有关数据,数据作为控制系统输入数据,然后系统进行数据智能化处理,输出信号,以有效控制送煤机械设备的工作状态,使得送煤量和炉膛内燃料的需要量达到平衡状态。控制系统中的锅炉煤量信号受锅炉负荷和总风量的影响,为了保障锅炉工作的安全稳定性,还需要确定合理的风量和炉膛内燃煤量的比值。在炉膛内,燃料必须要保证过氧燃烧,所以在发电机组负荷变化过程时,相对应的需要有合理充裕的风量。小选器在炉膛负荷变化时,对风量的调节起到至关重要的作用,即当炉膛负荷变大时,前总风量没有改变前,小选器输出的指令是原炉膛燃料量,只有在总风量加大的情况下,炉膛燃料量相应变大,一直增大到炉膛燃料量和炉膛负荷相互对应,即炉膛内燃料量和风量达到新的平衡。在以上控制过程中,主要控制信号包括热量信号和燃料量测量信号,通过对控制信号的数学模型分析,可以有效优化燃料控制系统。

1.1热量信号

热量信号主要受到主蒸汽流量和汽包压力的影响,其数学模型表达式如下[1-2]:式(1)中,HR为热量,kJ;D为主蒸汽流量,m3/s;pb为汽包压力,MPa;Ck为锅炉蓄热系数。式(1)中,主蒸汽流量为锅炉炉膛内部稳定状态下的发热量。通过对汽包压力进行数学处理后可以表示锅炉蓄热的变化。炉膛燃料燃烧率变化时,通过公式可知汽流量的改变是有惯性的,虽然其惯性不可避免,即可通过汽包压力的微分信号来表现,公式中汽包压力的微分和主蒸汽流量的和与燃烧率改变是相同的。

1.2燃料量的测量和信号综合

由上述可知,直接测量炉膛内燃料用量比较难,所以目前对于燃料量的测量一般是间接测量,如直吹式燃烧控制系统中炉膛燃料量的测量是通过送煤机械设备的输送量来间接测量燃料量的。目前常用的送煤机械是电子重力式皮带,这种送煤机械可以通过自身设置的有关仪器来测定机械转速,然后确定其送煤的重量。但是送煤量和锅炉输入热量之间不容易协调一致,难以精确确定送煤量和锅炉输入热量,需要采用相应的控制系统。目前常采用动态和热值补偿回路来控制送煤量和锅炉输入热量之间的关系[2]。整定参数的选择在控制信号计算过程中非常重要,只有合适的参数才能有较好的补偿结果。n台送煤机械由上述补偿信号后进行动态给煤量信号的总加,即确定了总的燃煤量信号。燃料量的热值补偿环节用积分调节器的无差调节特性来保持燃料量信号与锅炉蒸发量之间的对应关系,经热值修正后的燃煤量信号和油流量信号相加作为锅炉总燃料量。

2风量控制系统分析

大型火电机组风量控制系统是进行风量控制的智能系统,其系统是保障锅炉内燃料有效燃烧、最大化释放燃料能量的基本条件。大型火电机组的送风过程一般包括两次送风,两次送风中分别使用两台风机送风。第一次送风风机设置在煤炭粉碎系统中,通过一次送风可以携带煤粉进入炉膛,第一次送风系统的控制主要是要考虑制粉和煤粉喷燃的因素,煤炭粉碎系统中的送风量要和粉磨机械设备的工作状况相互协调。目前大型火电机组现代化风量控制系统通常使用串级控制系统,系统中主调的作用是调节氧量,副调的作用是确定通风量和燃料量的比例。风量控制系统中先是保证有持续不变的通风量,这个工作由副调来完成,然后调节氧量达到精确的调节校正,此工作由主调完成。锅炉在工作过程中,必须要保证有一定的过量空气,增减负荷时才能保证生产过程安全稳定,所以在控制过程中,坚持总风量大于或等于总燃料量[3],设计了风煤交叉限制回路见图1。由风煤交叉限制原理图可知,机组在增加负荷过程中,煤炭控制和风量控制同一时间接受到锅炉的负荷指令。系统中大值选择器可以改变风量大小,其大小的改变是由锅炉负荷指令的变化而进行控制的;锅炉增加负荷的过程中,控制系统必须先调节风量变大,才能再调节燃料量变大。锅炉减少负荷的过程中,控制系统先调节燃料量变小,再调节风量变小,控制系统中风量始终控制在30%及以上。

2.1风量测量

在风量测量过程中,需要各自测量第一次风量和二次风量,然后把两次风量相加,得到最后的总风量。

2.2氧量校正

烟气含氧量控制非常重要,因为只要控制了烟气含氧量就能够控制过量空气系数,就能够使得炉膛内的燃料充分释放能量。控制系统中必须要保证氧量定值,其控制校正使用无差控制理论。负荷和氧量定值两数据之间存在一定的线性关系。2.3风量控制系统的保护功能风量测量一般采用两只或三只差压变送器,差值报警器监视变进器的工作。炉膛压力高于一定值,风量控制系统闭锁增;炉膛压力低于一定值,风量控制系统闭锁减。在特殊情况下,可以手动控制氧量。

3结语

燃烧控制系统是大型火电机组比较重要的子控系统,其控制过程比较复杂。通过燃料控制系统和风量控制系统的分析,对燃烧控制系统的控制思路进行研究。通过燃料控制系统数学模型的分析,研究确定燃料控制系统中控制信号,为燃烧控制系统设计提供基础。通过对风量控制系统控制原理的分析、炉膛风量变化和机组负荷变化之间的关系,为控制系统的设计提供相关理论基础。

作者:张小猫 单位:大唐太原第二热电厂

参考文献:

[1]杨静,沈安德.热工自动装置检修[M].北京:中国电力出版社,2007.

[2]孙万云.火电厂过程控制[M].北京:中国电力出版社,2000.

[3]陈夕松,汪木兰.过程控制系统[M].北京:科学出版社,2005.

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