式中,Qb为代表蒸发受热面吸热量的信号,即热量信号。上式表明Qb可用蒸汽流量D和汽包压力的微分信号之和来表达。引入热量信号Qb后,燃烧控制方案改为图18—13所示。图中C为热量运算装置。
燃油锅炉的情况与燃煤锅炉有较大差异。对于现代大型燃油锅炉,多采用微正压燃烧。这样可以减少漏风,实现低氧燃烧,从而防止锅炉受热面的腐蚀和污染等。由于低氧燃烧时过剩空气系数很小,在负荷变动时更应注意燃料量与空气量的配合恰当,否则会产生不完全燃烧,引起炉膛爆炸、受热面污染、尾部再燃等事故。因此在锅炉增减负荷时提出这样的逻辑要求:增负荷时先增风再增泊;减负荷时先减油再减风。具有逻辑提降功能的蒸汽压力控制系统如图18—14所示。图中LS和HS分别为低、高值选择器。
三、 过热蒸汽温度安全控制
现代锅炉的过热器在高温高压条件下工作。过热器出口温度是全厂工质温度的最高点,也是金属壁温的最高处,在过热器正常运行时已接近材料允许的最高温度。如果过热蒸汽温度过高,容易烧坏过热器,也会引起汽轮机内部零件过热,影响安全运行;温度过低则会降低全厂热效率,所以电厂锅炉一般要求过热蒸汽温度偏差保持在±5℃以内。
过热蒸汽温度自动控制系统是锅炉控制中的难点。目前,很多实际系统并没有达到控制指标的要求。其主要原因有下述两方面。
(1)扰动因素多变化大 表18—1列出了各种扰动因素对过热蒸汽温度的静态影响关系。
(2)控制通道滞后大 控制过热蒸汽温度的手段总是调节减温水量。控制通道的动特性与减温器的安装位置有关。假若能将减温器装于过热器的出口,显然控制通道的滞后要小得多。但是这样的工艺流程对过热器的安全是不利的。为了保护过热器不超温,工艺上总是将减温器安装在过热器的入口,这将带来控制对象较大的滞后。过热蒸汽控制对象特性可用一阶加线滞后来近似。线滞后τ和时间常数丁的大小还与减温器的形式有很大关系。表面式减温器的滞后较大,,约为60s,丁约为130s;混合式减温器滞后较小,τ约为30s,T约为lOOs。
过热蒸汽温度安全控制系统的基本方案见图18—15和图18—16。
图18—15的方案是两个温度的串级控制。设计该方案的前提是减温器到过热器之间有预留孔,允许安装测温元件测取θ2。
图18—16方案用减温水流量作副回路。由于锅炉进水系统往往合用一根总管,然后分两路:一路作为锅炉汽包的进水;另一路是减温水,这就造成锅炉液位控制系统和过热蒸汽温度系统的严重关联。而设置这种流量副回路可大大削弱这种关联的影响。烟道气温度θs,往往是该温度系统的重要扰动,在这里通过设置前馈控制减少它的影响。
需要指出的是,由于不同的工艺情况,过热蒸汽温度被控过程的难控程度具有极大差异。假若减温器采用混合器,而且在减温器出口又允许安装测温元件,对这种情况只要采用图18—15方案,即能得到很满意的控制效果。