直吹制煤粉炉燃烧控制系统的设计及仿真研究
引言
火力发电厂在我国电力工业中占有主要地位，是我国的重点能源工业之一。
自动控制系统控制品质的优劣，直接表征了控制系统克服外界干扰能力的大小。
衡量一个控制系统的指标一般可归为三个方面，即稳定性、准确性和快速性。
大型火力发电机组是典型的过程控制对象，它是由锅炉、汽轮发电机组和辅助设
备组成的庞大的设备群。由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个
参数需要监视、操作或控制，没有先进的自动化设备和控制系统要正常运行是根本不
可能的。而且电能生产还要求高度的安全可靠性和经济性，尤其是大型骨干机组，这
方面的要求更为突出。因此，大型机组的自动化水平受到特别的重视。目前已逐步把
常规控制与计算机控制结合起来，有的已开始完全采用计算机来进行控制。在本设计
中将以汽包锅炉为控制对象，主要讨论大型单元机组燃烧控制过程方案的特点以及系
统的整定。
锅炉生产燃烧系统自动控制的基本任务是使燃料所产生的热量适应蒸汽负荷的
需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。具体控制任务可分为三个方面：一，
稳定蒸汽母管压力，这是燃烧控制系统的第一项任务。如果蒸汽压力变了，说明锅炉
的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量不适应，因此必须改变燃料量以改变锅炉燃烧
发热量从而改变锅炉的蒸发量以恢复蒸汽母管压力为额定值。二，维持锅炉燃烧的最
佳状态和经济性。燃烧的经济性指标难以测量，常用锅炉中烟气的含氧量或者燃料量
与送风量的比值来表示。三，维持炉膛负压在一定范围。炉膛负压的变化反映了引风
量与送风量的不适应。这三者是相互关联的。
本次设计的题目是直吹制煤粉炉燃烧控制系统的设计及仿真研究，主要内容包括
燃烧控制系统的组成；汽压被控对象在各种扰动下的动态特性；燃烧控制系统的基本
方案；以及燃烧控制系统的参数整定；最后，对燃烧控制系统进行MatLab仿真。
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第一章燃烧过程控制系统概述
近代大电站的发展趋势是向大容量、高参数方向发展，随着单机容量的增大，如
果再采用中间储粉仓式制粉系统将耗费更多的基建投资和运行费用，显然在经济上是
不合算的。因此，采用直吹式制粉系统是大机组发展的方向。
在直吹式锅炉运行时，制粉设备是与锅炉紧密地联系在一起的。其生产过程示意
图如图1-1所示。
图1-1直吹式锅炉汽压生产过程示意图
在稳定运行时，进入磨煤机的原煤量等于送入炉膛的煤粉量，并与负荷要求相适
应。一次风用于制粉及输送煤粉，一次风量的大小亦随锅炉的负荷而增减。在煤粉直
吹制锅炉中制粉系统的自动调节是为了保证制粉系统正常运行和适应锅炉负荷的需
要，成为燃烧过程自动调节的一个组成部分。在有中间煤粉仓的锅炉中，改变燃料量
的调节机构（给粉机）就能直接改变进入炉膛的煤粉量，因此适应负荷变换和消除燃
料扰动就比较及时，而在煤粉直吹锅炉中，改变燃料量的调节机构首先改变进入磨煤
机的原煤量和一次风量。如果在负荷改变时只改变进入磨煤机的原煤量，那么进入炉
膛的煤粉量的变化就很不及时，会使汽压有较大的变动。在锅炉的负荷不变时，制粉
系统应供应与负荷相适应的煤粉量，并应迅速消除给煤量的自发扰动。
在组织直吹式锅炉燃烧过程控制系统时需注意以下几点：
(1)由于燃料调节机构在磨煤机之前，制粉过程被包括在汽压调节通道中，增大
了汽压调节通道的惯性和迟延，尤其是采用装煤量大的磨煤机的制粉系统。因此，如
何在负荷变化时，能迅速有效地改变进入炉膛的煤粉量，是组织直吹式锅炉燃烧控制
系统必需要注意的。
(2)由于一次风在磨煤机之前引人，制粉系统中没有细粉分离器，一次风量对制
粉系统的正常工作影响很大。风量过大，
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则会造成煤粉颗粒变大，风量过小不仅影响送粉，而且容易造成磨煤机堵塞。同
时，一次风通过磨煤机后，经分支管向一组燃烧器输送煤粉(通常是几台磨煤机同时
工作)，进入各燃烧器的煤粉量与其一次风量有关。因此，如何在保证总风量与负荷
成比例的同时，保证一次风压稳定，及各燃烧器的一、二次风比例，是组织直吹锅炉
燃烧控制系统时不容忽视的。
1.1燃烧控制系统原理
图1-2所示为采用热量信号的燃烧控制系统。图1-3所示为其