第六章汽包锅炉燃烧自动调节系统§6-1 比值控制系统定义：把两个或两个以上参数（一般是流量）自动保持一定比例关系的自动调节系统，成为比值调节系统。

主动流量、从动流量：比值控制中的两个流量，其中之一G1称为主动流量；另一流量G2称为从动流量。

通常，主动流量G1不加控制，以从动流量G2作为系统的调节变量，通过改变G2，维持两个流量之间的比值关系。

被调量：是两个流量的比值K= G2/ G1。

一、单回路比值控制系统任务：由于生产过程需要，流量G1经常发生变化，而控制的任务是使流量G2跟随G1的变化，并使两者的比值保持不变，即G2=K G1。

1.定值型单回路控制系统21该系统定值I 0不变，而被调量为21GG I I ，由于采用了PI 调节器，所以稳态时能保证210G G I I I =，即：2210201112G I G I G G γγ=⇒=⋅⋅γγ2. 随动型单回路比值控制系统K zKγ2PI γ1-G 2G 1I G2I G1K uG 1的变化相当于改变调节系统的给定值，而G 2则是被调量。

因此，当G 1变化时，G 2可以按一定的比例进行变化。

由于PI 作用，所以稳态时，有：11122212G K G G KG γγ=γ⇒=γ 当主动流量G 1未变化，而从动流量G 2因某种干扰发生变化时，通过回馈调节自动消除扰动；该系统本质上是一个随动系统。

二、 双回路比值控制系统主动流量G 1也需要进行控制，则可采用下面的双回路系统。

回路1的给定信号为g （可改变），被调量为G 1 ， 稳态时：G 1=g/γ1。

只要改变定值g ，就能改变主动流量G 1，即可控制G 1。

1G 2G 22(2) 回路2：给定信号为G 1γ1K ，被调量为G 2。

稳态时：11122212G K G G KG γγ=γ⇒=γ。

能实现：主动流量G 1可根据需要加以控制，而从动流量G 2可根据G 1的变化按比例改变。

三、 串级比值控制系统前馈—反馈复合调节：主被调量S 为能反映G 1、G 2之间实际比值关系的参数，通常为成分（如反映燃料量和空气量比例关系的烟器含氧量O2）。

主调节器PI 1：维持S 为给定值S 0，即维持实际流量G 1、G 2之间为最佳比值。

比值起校正：由于通常S 对于G 1、G 2的响应有较大迟延，因而PI 1的输出不直接控制调节量G 2，仅对流量信号1GI 2G I 的比值起校正作用。

而由副回路对G 1、G 2进行比值控制。

G 2S 0G 2四、比值调节系统整定比值调节系统中，不论是主动流量的调节回路还是从动流量的调节回路，均属于单回路调节系统，调节器一般为PI 。

对于流量系统来说，工艺上要求运行工况尽量平稳，不希望调节阀门在大范围内频繁动作，以免流量大幅度波动，所以要求调节过程的衰减率尽量大些，甚至可使φ≈1。

§6-2 锅炉燃烧过程控制的概述 一、 任务基本任务：使燃料所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时保证燃烧过程的安全性和经济性。

可细分为如下三点：○1使燃料所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要； ○2保证燃烧过程的安全性； ○3保证燃烧过程的经济性。

(1)锅炉蒸汽量满足汽轮机需要的标志：汽包压力和蒸汽压力。

当锅炉供应的蒸汽量＞汽轮机的用气量，汽压P T、P b均上升；当锅炉供应的蒸汽量＜汽轮机的用气量，汽压P T、P b均下降；当锅炉供应的蒸汽量＝汽轮机的用气量，汽压P T、P b均稳定。

任务1：保持汽压为给定值P T经济性：要使煤粉在炉膛内安全燃烧，完全燃烧必须使煤粉和空气保持最佳配合（即保证炉膛内过剩空气系数为最佳值α）任务2：保持煤粉量和空气量的最佳配合（看排烟中含氧量）。

(3)安全性：保持炉膛压力为给定值S T。

目前大多数锅炉都为负压炉，其负压给定值为-20~-50Pa （-2~-5mm H2O柱）。

S T过大（负得小）——由于炉膛压力波动，向外喷火事故；S T过小——漏风↗，炉温↘——热交换、燃烧异常，排烟热损失↗，热效率↘。

任务3：保持锅炉炉膛负压S T。

即保持送风量和引风量相适应。

燃烧过程三个调节量：B、V、V S，三个被调量：P T、α、S T。

燃烧量B 送风量V 引风量V P T αS T三个子系统：即B调节系统、V调节系统和V S调节系统。

二、影响燃烧调节系统组成的几个因素(1)运行方式(a).母管制还是单元制母管制：P M 蒸汽母管单元制：单元制(b).带基本负荷还是参与电网调峰、调频带基本负荷：没有机、炉、电协调控制系统，。

参与调峰和调频：具有CCS。

(c).定压运行还是滑压运行定压运行：汽压不随负荷而变；滑压运行：汽压随负荷而变。

D(2)锅炉的结构——汽包炉还是直流炉(3)制粉系统形成——直吹式还是中间粉仓式若为直吹式，则燃料燃烧系统应包括制粉系统。

(4)燃料种类——油、煤、气三、单元机组的两种基本运行方式1.炉跟机方式：锅炉调汽压，汽机调负荷μB—燃烧率，即B和相适应的V、V S；μT—汽机调节阀开度；P T—机前压力，调节阀之前的压力；N E—发电机的突发功率；N0—功率指令，即为要求单元机组发出的功率。

调节过程：N0↗——△N↗——通过功率调节器，开大μT——进汽量迅速↗——N E快速↗，快速适应N0的变化；（汽机侧）另一方面：因为μT↗——使P T和P0↘——通过汽压调节器，μB↗，W↗。

由于燃料的燃烧、传热、水的蒸发等过程都要有一定的时间，所以锅炉对负荷变化的响应比汽轮机要慢得多。

在这段时间内，随着锅炉汽压的降低，锅炉立即释放出它的蓄热并产生蒸汽，以暂时满足负荷增大的需要。

优点：充分利用锅炉的蓄热，以迅速适应负荷的变化。

缺点：其汽压变化较大。

动作：先动汽机，后动锅炉，故称炉跟机，汽轮机调功率，锅炉调压力，燃烧调节系统的基本任务是：(1)维持汽压P T；(2)保证经济性α；(3)维持炉膛负压S T。

锅炉侧汽机侧2.机跟炉方式锅炉调负荷，汽机调汽压，系统如下图：调节过程：N0增大——△N增大——经功率调节器使μB↗——蒸发量和机前压力P T惯性上升——经汽压调节器——开大汽轮机调节阀——增大汽机进汽量——N E增大，最终使N E=N0。

在保证汽压稳定的情况下，锅炉供多少汽则汽机发多少功率，汽机跟随锅炉而动作。

优点：运行中机前压力P T 和汽包压力P b 相当稳定。

缺点：没有利用锅炉的蓄热，所以机组适应负荷变化的能力差。

结构：锅炉侧汽机侧P TS TS⊿NT燃烧系统的基本任务： (1) 维持功率N ； (2) 保证经济性α； (3) 维持炉膛负压S T 。

本课程主要介绍带基本负荷单元机组的燃烧调节系统。

§6-3 燃烧调节对象的动态特性在燃料、送风和引风三个子系统协调动作的基础上，将燃烧调节对象划分为汽压调节对象、送风调节对象和引风调节对象。

一、 汽压调节对象的动态特性研究问题的前提：认为B 、V 和V S 已协调配合好，故可用燃烧率来表示μB 。

(一) μB 扰动时汽压调节对象的动态特性P T 的变化与汽机调节阀动作有关——与汽机调节系统有关——○1功频电液调节，○2液压调节系统。

○1功频电液调节：保持汽机功率不变（外界功率指令不变），即在P T 变化时，动作调节阀，使汽机进汽量不变。

○2液压调节系统：若电网频率不变，汽机调节阀不变，因为P T 变化，进汽量改变。

由于液压调速，系统不接受功率信号。

μB这里可用燃料量扰动代替μB 扰动。

1. 汽轮机负荷不变（即汽机进汽量不变）时，μB —P T 的动态特性当汽机采用功频电液调节时，μB 扰动后， 功频电液调节器迅速改变调节阀以维持D T （耗汽量）不变，即维持功率不变。

tP b)P TP 1t需解释三个问题： (1) P b 、P T 不断上升，呈积分状态？ (2) 在起始时，为什么有一定惯性？ (3)△P 2=△P 1？μB ↗——进入炉膛的能量↗——锅炉产生的蒸汽量↗，而流出的蒸汽量不变——P b （P T ）↗（因为锅炉产生的蒸汽量＞汽机的进汽量）；(2) 因为μB ↗——蒸汽量D ↗，有惯性；(3) 汽包压力P b 与机前压力P T 之间的压差△P 与蒸汽流量D 2和过热器阻力成正比，即2b TP P D -∝ε 因为D 不变，所以△P 2=△P 1。

上面的特性可用传递函数表示为：()(1)Bb b K W s C s T s =+。

例：国产200MW 单元机组（哈锅HG-670/140-5）型中间再热燃煤炉特性为：()0.001520.0057()(/%)()13()0.001660.0076()(/%)()13b b BT T B P s W s MPa s s s P s W s MPa s s s ⎧==-⎪μ+⎪⎨⎪==-⎪μ+⎩试验是在185MW 、μB 作扰动5.25%时获得。

2. 保持调节汽阀开度不变（汽机用汽量改变）时，μB —P T （P b ）特性t⊿⊿P 1t需讨论两个问题：(1) 为什么会有自平衡能力？μB ↗——锅炉蒸发量↗——P T （P b ）↗——此时阀门不动，则汽机进汽量D ↗，从而抑制P T （P b ）的↗最终使：锅炉蒸发量=汽机进汽量D ，然后P T （P b ）稳定在一个较高的数值上，并保持不变。

当汽机采用一般液压调节系统时，就是这种情况。

(2) 为什么△P 2＞△P 1？D ↗——阻力↗——△P 2＞△P 1。

传递函数：12()()()(1)(1)B P s KW s s T s T s ==μ++。

例：上述锅炉，在14.5%B μ=∆时，有()0.095()(/%)()(134.55)(162.67)()0.0828()(/%)()(154)(153.6)b bB T TB P s W s MPa s s s P s W s MPa s s s ⎧==⎪μ++⎪⎨⎪==⎪μ++⎩所以综合两种情况：在μT =C 时，μB —P T 有自平衡能力（液压调节系统）； 在μT ≠C ，并且D=C 时，μB —P T 无自平衡能力（功频电调）。

(二) 负荷扰动时汽压调节对象的动态特性 1. μT 扰动时，P b 、P T 特性（μB =C ）t1t(1) 为什么会产生△P 0，且P b 、P T 有自平衡能力？μT ↗——起始时，D 成比例↗——由于阻力↗，产生△P 0——P T↘——D ↘（抑制了P T 的进一步↘）——最终D=C ——P b 、P T 稳定在一个较低的数值。

(2) 为什么△P 2=△P 1？因为△D=0，即稳定后，D 未变，即阻力未变，所以△P 2=△P 1。

(3)传递函数形式为：12()()()(1)(1)b b T P s KW s s T s T s -==μ++2112()()()(1)(1)T T T P s K W s K s T s T s ⎡⎤==-+⎢⎥μ++⎣⎦在HG-670/140-5型中间再热式锅炉配N-200-130-535/535型汽轮机组的单元机组，试验得：()0.096()/%()(125.67)(173.4)()0.093()0.028/%()(122.34)(167.93)b b T T T T P s W s MPa s s s P s W s MPa s s s -==μ++⎡⎤==-+⎢⎥μ++⎣⎦2. 汽机通汽量D 扰动时，汽压对象的动态特性 产生D 作阶跃扰动的条件是什么？不断开大汽机调节阀tP 1+⊿P 0(1) 为什么P b 、P T 无自平衡能力？因为μB 未变，锅炉蒸发量未变，而输出量↗，这样导致，锅炉产生的蒸汽量＜汽机进汽量，所以P b 、P T 均下降并且一直不平衡。