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火電機組現代化燃料控制分析研究論文
摘要：燃料控制系統是大型火電機組重要的控制子系統，其控制的合理安全性對單元機組的安全工作非常重要。通過對燃料控制系統數學模型的分析研究，分析燃料控制系統的基本原理，通過分析風量控制系統中風量和負荷之間的關系及燃料充分安全燃燒的條件，明確了其控制系統的基本原理和思路。
關鍵詞：火電機組；自動化控制；燃料控制系統
0引言
火電機組協調控制系統中，主控系統的協調指揮作用要由機、爐各子控制系統來具體執行，才能最終完成整個系統的控制任務。燃燒控制系統是火電機組鍋爐控制系統中最重要的子系統，其控制過程的合理性直接影響到整個火電機組的工作效率。單元機組在工作過程中需要有持續的能量輸入來維持正常工作，能量是由煤炭在爐膛內燃燒提供的，所以燃燒控制系統的智能合理化在火電機組運行中尤為重要，目前供煤系統大多采用直吹式糊粉系統。燃燒控制系統有幾個重要的子控系統組成，其中燃料控制系統、風量控制系統、爐膛壓力控制系統是燃燒控制系統最為主要的子控系統。
1燃料控制系統分析
燃料控制系統是子控系統中針對燃料量進入爐膛控制的系統，其主要任務是根據單元機組的工作狀況及負荷要求合理調整燃料量的輸入。由于爐膛內燃燒工作環境的特殊性，目前還沒有較好的儀器設備對其內部的燃煤量進行直接測量。由于燃煤品質的變化，燃燒后所產生的能量效應也在變化，所以很難實時檢測。根據爐膛燃煤工作狀況特征，對于燃料量的測量目前多使用熱量信號來表征燃料量的大小，即通過間接測量爐膛內熱量大小的變化來確定鍋爐內燃料量的大小。為了達到控制系統智能化及爐膛內燃料量合理化，燃燒控制系統多采用多輸出控制系統，該系統通過對熱量的檢測，獲得爐膛內熱量的有關數據，數據作為控制系統輸入數據，然后系統進行數據智能化處理，輸出信號，以有效控制送煤機械設備的工作狀態，使得送煤量和爐膛內燃料的需要量達到平衡狀態�？刂葡到y中的鍋爐煤量信號受鍋爐負荷和總風量的影響，為了保障鍋爐工作的安全穩定性，還需要確定合理的風量和爐膛內燃煤量的比值。在爐膛內，燃料必須要保證過氧燃燒，所以在發電機組負荷變化過程時，相對應的需要有合理充裕的風量。小選器在爐膛負荷變化時，對風量的調節起到至關重要的作用，即當爐膛負荷變大時，前總風量沒有改變前，小選器輸出的指令是原爐膛燃料量，只有在總風量加大的情況下，爐膛燃料量相應變大，一直增大到爐膛燃料量和爐膛負荷相互對應，即爐膛內燃料量和風量達到新的平衡。在以上控制過程中，主要控制信號包括熱量信號和燃料量測量信號，通過對控制信號的數學模型分析，可以有效優化燃料控制系統。
1.1熱量信號
熱量信號主要受到主蒸汽流量和汽包壓力的影響，其數學模型表達式如下[1-2]：式(1)中，HR為熱量，kJ；D為主蒸汽流量，m3/s；pb為汽包壓力，MPa；Ck為鍋爐蓄熱系數。式(1)中，主蒸汽流量為鍋爐爐膛內部穩定狀態下的發熱量。通過對汽包壓力進行數學處理后可以表示鍋爐蓄熱的變化。爐膛燃料燃燒率變化時，通過公式可知汽流量的改變是有慣性的，雖然其慣性不可避免，即可通過汽包壓力的微分信號來表現，公式中汽包壓力的微分和主蒸汽流量的和與燃燒率改變是相同的。
1.2燃料量的測量和信號綜合
由上述可知，直接測量爐膛內燃料用量比較難，所以目前對于燃料量的測量一般是間接測量，如直吹式燃燒控制系統中爐膛燃料量的測量是通過送煤機械設備的輸送量來間接測量燃料量的。目前常用的送煤機械是電子重力式皮帶，這種送煤機械可以通過自身設置的有關儀器來測定機械轉速，然后確定其送煤的重量。但是送煤量和鍋爐輸入熱量之間不容易協調一致，難以精確確定送煤量和鍋爐輸入熱量，需要采用相應的控制系統。目前常采用動態和熱值補償回路來控制送煤量和鍋爐輸入熱量之間的關系[2]。整定參數的選擇在控制信號計算過程中非常重要，只有合適的參數才能有較好的補償結果。n臺送煤機械由上述補償信號后進行動態給煤量信號的總加，即確定了總的燃煤量信號。燃料量的熱值補償環節用積分調節器的無差調節特性來保持燃料量信號與鍋爐蒸發量之間的對應關系，經熱值修正后的燃煤量信號和油流量信號相加作為鍋爐總燃料量。
2風量控制系統分析
大型火電機組風量控制系統是進行風量控制的智能系統，其系統是保障鍋爐內燃料有效燃燒、最大化釋放燃料能量的基本條件。大型火電機組的送風過程一般包括兩次送風，兩次送風中分別使用兩臺風機送風。第一次送風風機設置在煤炭粉碎系統中，通過一次送風可以攜帶煤粉進入爐膛，第一次送風系統的控制主要是要考慮制粉和煤粉噴燃的因素，煤炭粉碎系統中的送風量要和粉磨機械設備的工作狀況相互協調。目前大型火電機組現代化風量控制系統通常使用串級控制系統，系統中主調的作用是調節氧量，副調的作用是確定通風量和燃料量的比例。風量控制系統中先是保證有持續不變的通風量，這個工作由副調來完成，然后調節氧量達到精確的調節校正，此工作由主調完成。鍋爐在工作過程中，必須要保證有一定的過量空氣，增減負荷時才能保證生產過程安全穩定，所以在控制過程中，堅持總風量大于或等于總燃料量[3]，設計了風煤交叉限制回路見圖1。由風煤交叉限制原理圖可知，機組在增加負荷過程中，煤炭控制和風量控制同一時間接受到鍋爐的負荷指令。系統中大值選擇器可以改變風量大小，其大小的改變是由鍋爐負荷指令的變化而進行控制的；鍋爐增加負荷的過程中，控制系統必須先調節風量變大，才能再調節燃料量變大。鍋爐減少負荷的過程中，控制系統先調節燃料量變小，再調節風量變小，控制系統中風量始終控制在30%及以上。
2.1風量測量
在風量測量過程中，需要各自測量第一次風量和二次風量，然后把兩次風量相加，得到最后的總風量。
2.2氧量校正
煙氣含氧量控制非常重要，因為只要控制了煙氣含氧量就能夠控制過量空氣系數，就能夠使得爐膛內的燃料充分釋放能量�？刂葡到y中必須要保證氧量定值，其控制校正使用無差控制理論。負荷和氧量定值兩數據之間存在一定的線性關系。2.3風量控制系統的保護功能風量測量一般采用兩只或三只差壓變送器，差值報警器監視變進器的工作。爐膛壓力高于一定值，風量控制系統閉鎖增；爐膛壓力低于一定值，風量控制系統閉鎖減。在特殊情況下，可以手動控制氧量。
3結語
燃燒控制系統是大型火電機組比較重要的子控系統，其控制過程比較復雜。通過燃料控制系統和風量控制系統的分析，對燃燒控制系統的控制思路進行研究。通過燃料控制系統數學模型的分析，研究確定燃料控制系統中控制信號，為燃燒控制系統設計提供基礎。通過對風量控制系統控制原理的分析、爐膛風量變化和機組負荷變化之間的關系，為控制系統的設計提供相關理論基礎。
參考文獻：
�。�1］楊靜，沈安德.熱工自動裝置檢修［M］.北京：中國電力出版社，2007.
�。�2］孫萬云.火電廠過程控制［M］.北京：中國電力出版社，2000.
［3］陳夕松，汪木蘭.過程控制系統［M］.北京：科學出版社，2005.
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