一文说透燃煤火力发电厂氧量自动控制系统！

企业 2024-10-27 20:40 上海

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一、前言

氧量调节是火电厂锅炉送风控制系统的重要组成部分，锅炉送风量如果进行简单拆解的话，一部分是由当前负荷决定，一部分是由氧量计算决定。下图是当前主流的风压调节示意图：

当前负荷只能粗算出当前锅炉需要的风量，而氧量自动可以对风量进行友好型补偿，是一种细调方式。当前，超超临界燃煤机组的氧量自动比较成熟，做为机组协调控制的一部分，也充分发挥了其快速调整、稳定燃烧的目的。针对氧量调节，我们做详细的探讨。下文所进行的讨论是以660MW超临界燃煤机组进行介绍，单元制机组设计如出一辙，大家可以参考。

二、氧量调节的目的

前文我们说过，氧量调节是为了细调送风量，总的来说，送风量大小是由当前负荷决定的，一般我们通过当前机组负荷折算出当前风量值。但是负荷与风量之间还隔了煤量等介质，就会出现一些特殊情况的发生，比如当前煤质变化较大，相同的负荷下给煤量就会产生变化。煤量的变化势必会对锅炉的充分燃烧造成影响，如何迅速、准确的减小这种影响，对整个协调系统来说，影响比较大。

我们将风量与煤量的这种关系用一种比值的方式进行定义，叫做风煤比，风煤比的合理与否反应的是锅炉燃烧的经济性和安全性。风量过低会影响送风机的安全运行，造成风机喘振（流量减小到最小值时出口压力会突然下降，下游管道内压力反而高于出口压力，于是被输送介质倒流回机内，直到出口压力升高重新向管道输送介质为止;当管道中的压力恢复到原来的压力时,流量再次减少,管道中介质又产生倒流，如此周而复始。由此造成风机振动，叫作喘振）。此外，对于我们燃煤机组，风量小于额定风量的30%（或者25%）会引起MFT动作，造成机组跳闸。

很多人说，既然风量过低不行，那么为了保证充分燃烧可以让风量增加。我们知道，锅炉炉膛除了要维持燃烧以外，还要保证负压在正常的范围。风量的增加，势必会引起负压的升高，引风机为了保证压力，就要加大出力。并且，在风量过大的情况下，炉膛温度会被带走，不能保证汽水加热所需要的温度。此外，风量的增加，还会带来当氧化物、硫化物排放的增加。这样，在安全性、经济性以及环保等方面，都是不可取的。

因此，必须保证锅炉风量在一个合理的范围内，过高或者过低都会引起机组的不稳定。也就是说，必须保证机组风煤比在一个合适的区间，既要保证煤的充分燃烧，还要估计经济、安全、环保等因素。

三、氧量控制的原理

很多人会有疑问，既然要保证风煤比，为何不选择用煤量来折算和补偿所需要的氧气，这样岂不是更直接。道理没错，送风的目的就是去保证煤的燃烧，但是煤量来决定风量有它先天的不足。第一，由于煤质的不同，我们很难保证多少量的煤需要多少量的风。同样是100t煤，煤质较好的比煤质差的发热量要高，需要的风量也不一样；其次，目前的情况下，我们很难精确测算出给煤量，虽然煤量能称重，但是相对于一个需要精确调整的系统来说，误差比较大；第三，煤量进入炉膛后到充分燃烧需要一定的时间，采用煤量作为被调量会造成调节的延时。而煤燃烧靠的是氧量，氧量测量精确、反馈及时，不管煤质如何，氧量都可以准确反映出当前需求量。因此，采用氧量作为被调量来补偿送风量是一个最好的选择。

下图是目前机组常用的送风调节示意图：

图中，主调节器主要是负荷和氧量组成，负荷通过自己的折算出一个风量，氧量折算出风量作为补偿。两者共同折算出的风量作用到副调节器，作为副调的设定值。而副调节器计算的结果作用到送风机，从而改变送风量的大小。这是一个串级、双回路的反馈调节系统，氧量作为主调节器的一个反馈，及时补充风量设定值。

图中的调节器也就是我们日常所说的PID调节，现在有人在研究模糊控制，其实PID调节完全可以满足当前的需求。我们简单分析一下氧量控制的PID系统，如下图示意：

其实这个控制逻辑很简单，被调量是烟气含氧量，含氧量高，需要减小送风，因此是个反作用的PID。整个氧量调节是送风调节的一部分，送风调节是整个风烟系统调节的一部分，风烟系统是整个协调系统的一部分。我们想要协调系统的正常投入，氧量自动必须保证首先能投入，否则协调的意义将不复存在。

关于这个系统PID参数的整定，之前我们已经花了很多文章篇幅来介绍了，这里再做简单描述。由于氧量反馈及时，整个系统的延时很低，因此参数的比例积分等作用尽量不要过强，微分作用可以不要。关于氧量的设定值，一般炉型要求在5%左右，具体还要看现场实际生产的需要。

四、总结

氧量自动本身与其他自动没有区别，大家不理解的往往是氧量自动调节的目的，这里已经说的很透彻了。另外具体一点，对于参与自动的被调量，必须采取冗余设计，对于一些参数还有增加限幅设置。这些具体的问题，热工人员叫考虑周到。文中有错误或不准确的地方，还请指正！

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