600MW火电机组锅炉燃烧控制系统的设计思路

摘要：一般的锅炉燃烧系统主要由燃料控制系统、引风控制系统以及送风控制系统这三个子系统组成，而这三大子系统既相互独立又相互联系。在整个锅炉燃烧控制系统设计中，只有对与之相对应的控制器及控制规律进行优化，才能使燃料量、引风量及送风量达到最佳状态，实现其最佳组合，才能使锅炉在燃烧方面实现经济性及安全性。

关键词：燃烧；设计；锅炉

快速发展的经济形势使得当今世界能源短缺的问题愈发尖锐，同时这样严重的问题也给电厂带来了新的需求：在要求电厂正常安全运行的基础上，还要保证其经济性。燃烧系统在电厂中所处的地位举足轻重，另外这个领域也是发展极为快速的领域，燃烧系统效率的高低与整个电厂的效率有着直接的关联，因而燃烧方面的问题备受当今科学工作者的关注，此篇文章将会提出燃烧系统的设计思路以供借鉴及参考。

一、锅炉燃烧系统基本概述

锅炉燃烧的自动控制系统主要任务是使燃料在燃烧时所产生的热量能够最大程度的适应外界对锅炉输出后蒸汽负荷要求，同时又能够保证锅炉安全经济运行。锅炉在燃烧过程中主要以控制燃料量、控制引风量及控制送风量这三项控制内容为主。同时为了能够实现对送风量、引风量、燃料量这三方面的控制，与之相应的有三个控制系统：送风量控制系统、引风量控制系统以及燃料量控制系统，通过以上三个有着密切关联的控制系统之间相互协调工作，才能真正的控制好整个的燃烧过程。

在整个锅炉燃料控制的系统中，当前应用最多的是给煤机转速进行反馈的控制系统；送风控制系统普遍采用的是串级比值控制系统，外加含氧量校正信号对其进行辅助调节；至于引风控制系统大部分都是引入送风量作为前馈信号，使引风量与送风量之间相互匹配。

二、对燃烧过程的分析

如今的燃烧设施主要包含有给煤机、磨煤机、燃烧器以及风机等，而下文中就会为读者进行简要的介绍。

（一）给煤机工作的原理

目前大部分给煤机的工作原理都是较为简单化，从原煤仓落煤，经由给煤机进入，再由皮带驱动滚轮使其随着皮带共同滚动，这样就可以将原煤输送到给煤机出口处，然后再进入磨煤机进行碾磨。而处于其下部零星散碎的落煤则会由其下部的清洁设备进行连续的清理，最后被刮送到给煤机的出口处。给煤机通过变频调速的电动机控制，启动滚轮转速，进而实现给煤机给煤量的调节与控制。此外给煤量计量采用电子称重，而这种设备也正是给煤机调节煤量的关键。电子称重原理是皮带在一定长度上所带的煤的数量在负荷传感器上测出的数量和皮带转速在编码器上测出来的数据相乘，最后就可以确定出给煤量的数据。

（二）空气预热装置

空气预热装置是把燃烧空气被锅炉末端产生具有热量的烟气加热，也即通常所说的交换热能的装置。

（三）一次风机的工作原理

在这个机械里，首先是叶轮组，加上机壳与调节门、传动组、进风口组合在一起形成了整个一次风机，工作顺序是气体占据着叶轮的整个空间，风机开始工作时，带动叶片一起转动，所产生的气体因巨大的动力和本来的重量会有离心力，在这个条件下，叶片的流动通道上就会被气体从出口处的叶轮里面吹出，从而获得能量，这时进气口的气压会因为叶轮中间气体冲出变为负压而被吸进去，周而复始，风机就一直工作，风量不断被吸进和吹出。

（四）送、引风机的工作的原理

这是一个在机翼类型的理论基础上建立的一种叶片可动轮轴可以调节的流风机，原理是通过气体以攻角的方式产生在翼部上升的力和在同一时间上会在相反的方向、翼与腹的位置生成另外一种的大小相等但方向相反的力，可以让叶轮以螺旋的形状带着要排出的气体往轴的前面流动。与此同时，进口的空气会因为气压的关系被吸进。如果调节动叶产生风量小，是因为攻角变大导致翼背产生升力和气压偏差，而失速的原因就是攻角到了一定的值，空气产生涡流偏离了翼背工作范围，从而导致了风机产生很大的压力，使风量下降产生失速。

（五）燃烧器的布置

当前应用最多的燃烧器布置，是利用切圆燃烧的方式放置在四个角落直流式摆动燃烧器，其所在的炉膛之下部位置有四个切角，而其每个切角部位都放置了一组燃烧器，每组燃烧器由一次风喷嘴、二次风喷嘴及辅助风喷嘴所组成。

三、对燃烧控制的原则性方案

燃烧控制的自动控制系统主要由燃料调节器、汽压调节器、送风调节器及引风调节器几大重要调节器组成。各个调节器都是具有比例积分控制作用，在静态时其各调节器所输入的偏差均为零。当锅炉的负荷发生了一定的变化之后，其主汽压会立即产生相应的改变，此时汽压调节器便会输出适应负荷要求的锅炉燃烧率的指令，通过送入送风调节器及燃料调节器，最终达到改变燃料量与送风量的目的。燃料调节器需要给出定值的燃料量，而调节的最终目的则是调节燃料量与燃烧率的平衡，使之相适应。送风调节器的目的则是调节送风量，使得送风量与燃烧率需求相适应。引风调节器的作用在于调节引风量，保持其送与引风量的平衡，使炉膛的压力维持在一定的范围内。

四、燃烧全过程控制与分析

（一）燃料量的控制系统分析

燃料控制的子系统，其作用在于有效的调节燃料量，以达到适应负荷变化，保证主汽压在允许的范围内变化。而燃料控制子系统完全应用了给煤机的转速来表示燃料量的大小，燃料控制的子系统则是由给煤机转速测量的回路、燃料发热量修正的回路以及燃料调节的回路这几个部分所组成。其中给煤机的转速测量回路作用在于反馈提供给煤量的准确信息；燃料发热量的修正回路的作用则是保证在燃料发生变化的时候，其发热量不会发生变化；最后燃料调节回路的作用，通过调节给煤量满足外界负荷要求。

（二）燃料系统中送风控制子系统

在燃烧控制系统中送风控制系统的作用不容忽视，其重要作用在于能够有效的调节总送风量，使整个燃烧过程中总的风与煤的比值维持在一个平衡的点上。在送风控制系统中，被其所调节的量是烟气中的含氧量；而其系统的调节量则是各台送风机的送风量。串级的控制系统是各个送风机的送风量测量信号总风量的反馈信号所呈现出反馈信息量所构成。送风控制系统由总风量的测量回路、送风量的调节回路、烟气含氧量校正的回路此三部分组成。

（三）燃烧系统中引风控制子系统

送风控制子系统与引风控制子系统被视为整个燃烧系统的左膀右臂，引风控制系统与送风控制系统同样重要。引风控制系统的作用在于将炉膛压力有效的维持在给定值的范围之内。此套系统控制的是炉膛的压力，其调节量是引风量，送风量是这个系统的前馈信号，最终构成了前馈—反馈的控制系统。

总结：

在燃烧控制系统中，炉膛的压力会直接影响到处于炉膛内部燃料的燃烧质量以及锅炉的安全性能。炉膛的压力控制系统，其基本任务就是通过合理的控制两台引风机动叶及入口挡板的开度，最终使得引风量与送风量相适应，进而保证了炉膛压力能够在允许的范围内，稳定了燃烧，安全得到保障，同时也减少污染。

参考文献：

[1] 孔亮，张毅，丁艳军，吴占松.电站锅炉燃烧优化控制技术综述[J].电力设备，2006（02）

毕德忠（1981.-），男（汉族），江苏徐州，学士，助理工程师，主要研究方向：火力发电技术

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