和利时优化控制方案7--汽包锅炉燃烧优化控制应用.doc

汽包锅炉燃烧优化控制应用 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PT 、烟气含氧量O2、炉膛压力Plt）的稳定。 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： 1.主蒸汽压力PT 在内、外扰动下的动态特性； 2.烟气含氧量O2在送风量扰动下的动态特性； 3.炉膛压力Plt 在引风量扰动下的动态特性。 内扰作用下主蒸汽压力的动态特性: 主蒸汽压力PT 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动；其二是耗汽量D的扰动，称为外部扰动。主蒸汽压力PT 的动态特性与用汽调节装置有关，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PT 变化的阶跃响应曲线。 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 ，可以求出： 1.反应速度： 2.反应时间： 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： 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： 式中Cb称为蓄热系数，其物理意义为汽包压力Pb改变一个单位，蒸发受热面所吞吐的蒸汽量。式（1－4）表明，测出主蒸汽流量D和汽包压力Pb的变化速度dPb/dt，与一定的蓄热系数Cb配合,就可得到代表热负荷Qr的热量信号，可以迅速反映燃料量的变化。 （二）外扰作用下主蒸汽压力的动态特性: 外部扰动是指负荷变化的扰动，下图三（a）和图（b）分别为进汽量D和用汽调节阀门开度μT 扰动下主蒸汽压力PT变化的阶跃响应曲线： 图三 外扰作用下主蒸汽压力的动态特性 图三（a）中，主蒸汽压力PT在阶跃下降Δp0后，一直维持等速下降，为无自平衡能力的被控对象。 图三（b）中，主蒸汽压力PT在阶跃下降Δp0后，下降速度逐渐变慢，最后稳定于一个较低的压力值，为有自平衡能力的被控对象。 烟气含氧量的动态特性 烟气含氧量O2是影响燃烧过程经济性的重要指标，主要通过改变进入炉膛的送风量V 对烟气含氧量O2进行调节。送风量V 扰动下烟气含氧量O2变化的阶跃响应曲线为： 图七 氧量的动态特性 由上图中烟气含氧量的阶跃响应曲线可知，其动态特性具有滞后、惯性和自平衡能力。 （四）炉膛压力的动态特性 炉膛压力Plt对锅炉运行的安全性有重要影响，主要通过改变引风量G对炉膛压力Plt进行调节。引风量G 扰动下炉膛压力Plt变化的阶跃响应曲线为： 图八 炉膛负压的动态特性 在送风量V 和引风量G的扰动下，炉膛压力Plt的动态特性惯性很小，可近似认为是比例环节。 这里把负压和氧量的特性拿出来说事的目的，是因为锅炉控制中，这两个子系统必须先投入自动运行，否则锅炉自动控制效果有限。 汽包锅炉控制共性 根据燃烧系统控制的动态特性，送风及引风控制相对简单，送风量与煤量成正比，氧量修正送风量，引风量与送风量成正比，对相互耦合的系统进行解耦控制。实际应用中，送风量前馈控制引风量，当制粉系统运行和停止时，给煤量和风量会变化，还要找到影响关系，进行前馈控制。 煤量根据负荷或压力进行调节和控制，因用汽环节是一个快速回路，而锅炉是一个相对惯性较大的回路，要让锅炉快速满足负荷需求端的变化需求，就要对锅炉进行快速调节和快速稳定控制。最经济和快速的方法就是利用（1－4）测出主蒸汽流量D和汽包压力Pb的变化速度dPb/dt，与一定的蓄热系数Cb配合,得到热量信号，进行快速调节，这一方法适用于所有汽包锅炉的燃烧控制。 在系统中，以热量信号代替燃料量信号，不但可以反映燃料量的变化，而且还可以克服燃料单位发热量变化对燃烧过程的影响，从而提高锅炉运行过程的稳定性。热量信号，是指燃料进入炉膛燃烧时在单位时间内产生的热量。可以用静