鍋爐燃燒自動(dòng)控制14.6.10講解

1、天津理工大學(xué)2014屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書工業(yè)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要工業(yè)鍋爐廣泛用于火力發(fā)電、化工生產(chǎn)等重要的工業(yè)領(lǐng)域。鍋爐燃燒狀態(tài)的好壞是使鍋爐正常工作的第一要素。現(xiàn)代對(duì)于工業(yè)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的要求較高，要求鍋爐的工作狀態(tài)能實(shí)時(shí)跟隨負(fù)載的變化，特別是對(duì)于用于火力發(fā)電的鍋爐的燃燒狀態(tài)，要跟隨電網(wǎng)負(fù)荷的變化而變化，以便達(dá)到高效運(yùn)行和節(jié)能降耗的目的，特別是現(xiàn)代對(duì)于環(huán)保的要求越來越高，所以對(duì)鍋爐燃燒是否完全和煙氣排放質(zhì)量的要求也越來越高，因此工業(yè)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的性能好壞，對(duì)于保障鍋爐的安全，使之高效運(yùn)行，都具有十分重要的意義。本文是對(duì)燃燒率控制的三個(gè)子系統(tǒng)分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并根據(jù)各參數(shù)特征對(duì)控制系

2、統(tǒng)中的傳感器執(zhí)行器進(jìn)行選型。本設(shè)計(jì)任務(wù)就是對(duì)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行進(jìn)一步的深層次分析，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在控制方式上，綜合運(yùn)用了單回路控制、串級(jí)控制、比值控制、前饋控制等控制方式，實(shí)現(xiàn)了燃料量控制調(diào)節(jié)蒸汽壓力、送風(fēng)量控制調(diào)節(jié)煙氣含氧量、引風(fēng)量控制爐膛負(fù)壓，并有效地克服了彼此的擾動(dòng)，使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行。關(guān)鍵詞：工業(yè)鍋爐 燃燒控制 串級(jí)控制 前饋控制Industrial boiler combustion control system designABSTRACTIndustrial boiler is widely used in thermal power, chemical p

3、roduction and other important industrial fields. The stand or fall of boiler combustion state is to make the normal work of the boiler, the first thing to do. Modern high to the requirement of industrial boiler combustion control system, real-time work condition of the boiler can follow the change o

4、f the load, especially for coal-fired boiler combustion status, follow the changes of power load, in order to achieve the purpose of efficient operation and saving energy and reducing consumption, especially modern more and more high to the requirement of environmental protection, so the quality req

5、uirements are the boiler combustion and flue gas emissions also more and more high, so the performance of industrial boiler combustion control system is good or bad, to ensure the safety of boiler run efficiently, has very important significance.This article is about the three subsystems respectivel

6、y to control the combustion rate of structural design, and according to the characteristics of various parameters on the selection of sensor, actuator control system. This design task is to the working principle of boiler combustion control system for further deep analysis of the structure optimizat

7、ion design.In the mode of control, the integrated use of a single loop control, cascade control, ratio control and feed-forward control, control method, realized the fuel quantity control to adjust the steam pressure, air volume control of flue gas oxygen content, hearth negative pressure ventilatio

8、n rate control, and effectively overcomes the disturbance of each other, make the system stable running.Keywords: Industrial boiler Combustion control Cascade control Feedforward control 目 錄 第一章 緒論11.1課題內(nèi)容 11.2課題研究背景及意義11.3 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)概述41.4 本設(shè)計(jì)的主要工作4第二章 控制方案的設(shè)計(jì)52.1燃燒控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)52.2系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)62.3 燃料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8

9、2.3.1 燃料控制系統(tǒng)分析82.3.2 控制方案設(shè)計(jì)與特點(diǎn)92.4送風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)102.4.1 送風(fēng)控制系統(tǒng)分析102.4.2 送風(fēng)控制方案設(shè)計(jì)及特點(diǎn)112.5 引風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)122.5.1 引風(fēng)控制系統(tǒng)分析122.5.2 引風(fēng)控制方案設(shè)計(jì)及特點(diǎn)12第三章 系統(tǒng)整定143.1燃料控制系統(tǒng)的整定143.2 送風(fēng)控制系統(tǒng)的整定163.3引風(fēng)控制系統(tǒng)的整定19第四章 控制系統(tǒng)傳感器選型214.1 主蒸汽壓力變送器的選型214.2 爐膛負(fù)壓變送器的選型214.3 氧化鋯氧量變送器的選型214.4 控制系統(tǒng)執(zhí)行器的選型224.5 調(diào)節(jié)閥的選型22 結(jié)論參考文獻(xiàn)26致謝3第一章 緒論1.1課題內(nèi)容

10、本課題的題目是工業(yè)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。工業(yè)鍋爐燃燒的控制系統(tǒng)就是在運(yùn)用單回路控制、串級(jí)控制、比值控制、前饋控制等控制方式下，通過調(diào)節(jié)燃煤量、燃煤與空氣比例、進(jìn)風(fēng)量、引風(fēng)量等 參數(shù)，在保證安全的前提下控制鍋爐燃燒產(chǎn)熱，來滿足蒸汽負(fù)荷的需要完成生產(chǎn)任務(wù)。工業(yè)鍋爐燃燒過程自動(dòng)控制的具體任務(wù)從根本上說就是：使燃燒率隨時(shí)適應(yīng)外界負(fù)荷的需求，減少系統(tǒng)之間的相互影響，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。它的基本目標(biāo)包括以下幾個(gè)基本方面：維持蒸汽壓力輸出的穩(wěn)定；保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性；保證鍋爐安全運(yùn)行。燃燒控制系統(tǒng)的責(zé)任就是保證燃燒值能滿足生產(chǎn)的需要，并在此基礎(chǔ)上最大限度的節(jié)約能源確保系統(tǒng)的安全性，其手段主要是通過對(duì)控制系統(tǒng)

11、，調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)定減少系統(tǒng)波動(dòng)，從而達(dá)到控制系統(tǒng)快速跟隨外界負(fù)荷的需求改變?nèi)紵葷M足生產(chǎn)需要，同時(shí)又能節(jié)約燃煤達(dá)到經(jīng)濟(jì)燃燒節(jié)能環(huán)保。本設(shè)計(jì)針對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行特性分析，研究工業(yè)鍋爐各個(gè)子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，并且在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一個(gè)較為合理的工業(yè)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)，以保證燃燒值能滿足需要，達(dá)到最大限度的節(jié)約燃煤確保系統(tǒng)的安全性。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳感器的選型和執(zhí)行器的選型。1.2課題研究背景及意義工業(yè)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是既要提供適當(dāng)?shù)臒崃恳赃m應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要，又要保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行的安全性。為此燃燒過程控制系統(tǒng)有三個(gè)控制任務(wù)：維持主汽壓以保證產(chǎn)生蒸汽的品質(zhì)；維

12、持最佳的空燃比以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性；維持爐膛內(nèi)具有一定的負(fù)壓以保證運(yùn)行的安全性1。工業(yè)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的基本目標(biāo)包括以下幾個(gè)基本方面：維持蒸汽壓力輸出的穩(wěn)定，蒸汽壓力鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)之一，關(guān)系到設(shè)備的安全運(yùn)行，反映了燃燒過程中的能量供求關(guān)系，燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)是及時(shí)調(diào)整鍋爐燃料量，使鍋爐的能量輸出與汽輪機(jī)負(fù)荷的需求相適應(yīng)。保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性，這是提高效率的重要方面，通常情況下可通過維持進(jìn)入爐膛的燃料量與送風(fēng)量之間的最佳比值來實(shí)現(xiàn)，即在有足夠風(fēng)量使燃料得以充分燃燒，與此同時(shí)盡可能減少排煙帶走的熱量損失。保證鍋爐安全運(yùn)行，在安全保護(hù)系統(tǒng)上應(yīng)該考慮燃燒嘴背壓過高而脫火，不但會(huì)污染環(huán)境更嚴(yán)重的是

13、燃燒室內(nèi)積存大量煤粉與空氣的混合物，會(huì)有爆炸危，因此，必須設(shè)法加以防止（此種情況多出現(xiàn)在燃?xì)夤I(yè)鍋爐上）。傳統(tǒng)鍋爐的管理大多采用較為原始的人工控制或者半自動(dòng)控制與人工控制相結(jié)合的方式，這種方式大都憑借操作人員的經(jīng)歷來操作沒有一定之規(guī)，這就很容易造成工業(yè)鍋爐的配風(fēng)不夠合理造成煤層燃燒不夠充分，爐渣的含煤量大造成浪費(fèi)，也會(huì)使得煙囪冒黑煙污染環(huán)境浪費(fèi)能源。而今在科技的飛速發(fā)展也使得工業(yè)鍋爐的控制系統(tǒng)也在發(fā)生著巨大改變，向著智能化自動(dòng)化的方向飛速發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)的引入，這就使得控制更加迅速便捷，反映更加靈敏，這讓工業(yè)鍋爐的燃燒在滿足生產(chǎn)需要的前提下，運(yùn)行更加安全減少事故的發(fā)生，更加的節(jié)能環(huán)

14、保，為今后的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。鍋爐的作用就是生產(chǎn)熱源，是熱源的最主要來源，其效率要高于用電加熱的方法，因?yàn)殡姷膩碓矗壳霸谖覈饕€是由火力發(fā)電站來提供的，因此用電加熱，實(shí)際上是能量的二次轉(zhuǎn)換，這必然會(huì)造成能源的二次的浪費(fèi)。因此凡用熱量較大的場(chǎng)合，主要還是用工業(yè)鍋爐來直接生產(chǎn)，而非用電加熱的方法。鍋爐本身的主要作用就是能源的轉(zhuǎn)換，即將燃料的熱量轉(zhuǎn)化為水的熱量或蒸汽的壓力。目前工業(yè)鍋爐主要用于發(fā)電、化工、食品、造紙、皮革、采暖等行業(yè)。鍋爐的分類有多種方法。大致是按用途、結(jié)構(gòu)、燃料、循環(huán)模式、爐膛壓力、煙氣壓力等方式來進(jìn)行分類的。按用途可將鍋爐分為火電站鍋爐（火力發(fā)電站用鍋爐）、工業(yè)熱水鍋爐、熱

15、源用蒸汽鍋爐和生活鍋爐等。電站鍋爐用于發(fā)電；工業(yè)鍋爐主要用于化工生產(chǎn)；生活鍋爐用于采暖和熱水供應(yīng)，目前出于節(jié)能的目的，此種鍋爐的數(shù)量在大幅減少。按結(jié)構(gòu)可將鍋爐分為火管鍋爐和水管鍋爐。在火管鍋爐中，煙氣在管內(nèi)流過，水在管外通過并被加熱，水管鍋爐中，汽水在管內(nèi)流過，外部受到高溫?zé)煔饧訜?。按受熱面?nèi)工質(zhì)的流動(dòng)方式可將他們分為自然循環(huán)鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐、直流鍋爐和復(fù)合循環(huán)鍋爐。自然循環(huán)鍋爐具有鍋筒，利用水管中工質(zhì)密度差產(chǎn)生工質(zhì)循環(huán)，只能在臨界壓力以下應(yīng)用。而直流鍋爐無鍋筒，給水靠水泵壓頭一次通過受熱面，適用于各種壓力。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐在循環(huán)回路的水管之間設(shè)置循環(huán)泵，強(qiáng)制水流流動(dòng)，又叫做輔助循環(huán)鍋爐或控制循

16、環(huán)鍋爐。復(fù)合循環(huán)鍋爐是介于強(qiáng)制循環(huán)鍋爐和直流鍋爐之間的一種鍋爐形式。它在高負(fù)荷時(shí)以直流鍋爐模式運(yùn)行，它在低負(fù)荷時(shí)以強(qiáng)制循環(huán)鍋爐模式運(yùn)行，循環(huán)泵只在低負(fù)荷下工作循環(huán)水流。按出口工質(zhì)壓力可將鍋爐分為常壓熱水鍋爐、微壓鍋爐、低壓鍋爐、中壓鍋爐、高壓鍋爐、超高壓鍋爐、亞臨界壓力鍋爐、超臨界壓力鍋爐和超超臨界壓力鍋爐。常壓鍋爐的表壓為零；微壓鍋爐的表壓為幾十個(gè)Pa；低壓鍋爐的壓力一般小于1.275MPa；中壓鍋爐的壓力一般為3.825MPa;高壓鍋爐的壓力一般為9.8MPa；超高壓鍋爐的壓力一般為13.73MPa；亞臨界壓力鍋爐的壓力一般為16.67MPa；超亞臨界鍋爐的壓力2325MPa；超超臨界壓力

17、鍋爐的壓力一般大于27MPa。發(fā)電用電站鍋爐的工作壓力一般都為中等壓力以上。按熱水方式可將鍋爐分為火床燃燒鍋爐、火室燃燒鍋爐、硫化床燃燒鍋爐和旋風(fēng)燃燒鍋爐。按所用燃料和能源可將鍋爐分為固體燃料鍋爐、液體燃料鍋爐、氣體燃料鍋爐、余熱鍋爐和廢料鍋爐。按排渣方式可將鍋爐分為固態(tài)排渣鍋爐和液態(tài)排渣鍋爐。固態(tài)排渣鍋爐中，燃料燃燒后生成的灰渣呈固態(tài)排出，這種方式是燃煤鍋爐的主要排渣方式。液態(tài)排渣鍋爐中，燃料燃燒后生成的灰渣呈液態(tài)從出渣口流出，在裂化箱的冷卻水中裂化，形成小顆粒后排入水溝中沖走。按爐膛煙氣壓力可將鍋爐分為負(fù)壓鍋爐、微正壓鍋爐和增壓鍋爐。負(fù)正鍋爐中爐膛壓力保持負(fù)壓，有送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)，是燃煤鍋爐

18、主要形式。微正壓鍋爐中爐膛表壓力為25kPa。不需引風(fēng)機(jī)，宜于低氧燃燒。增壓鍋爐中爐膛表壓力大于0.3MPa，用于配蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)。無論以什么對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行分類，這些都離不開用量最大的能源煤炭，在發(fā)電行業(yè)，我國乃至全世界，目前仍是以火力發(fā)電為主，其中燃煤鍋爐所占比重是最大的。進(jìn)入21世紀(jì)以來，與人類生存和社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)的能源和環(huán)保問題得到了人們的廣泛關(guān)注。目前，我國每年用于鍋爐燃燒的煤炭約為9000萬噸，占總產(chǎn)量的7%。面對(duì)日趨減少的有限煤炭資源，節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境已成為國家產(chǎn)業(yè)政策的核心，確保燃燒過程始終處于最優(yōu)狀態(tài)可最大限度的節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，這也是改善鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的目的之一。采

19、用先進(jìn)的鍋爐燃燒控制技術(shù)，提高鍋爐燃燒效率成為擺在致力于鍋爐產(chǎn)業(yè)研究的眾多學(xué)者面前的艱巨任務(wù)2。工業(yè)鍋爐目前是供熱系統(tǒng)、提供熱能、蒸汽動(dòng)力等方面重要的大型設(shè)備。我國鍋爐應(yīng)用面寬，投運(yùn)數(shù)量多。鍋爐運(yùn)行的好壞，對(duì)于節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等有著重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。近年來，隨著能源與環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，我國鍋爐生產(chǎn)現(xiàn)狀已經(jīng)引起一些致力于行業(yè)發(fā)展的有關(guān)學(xué)者和部門的高度重視，工業(yè)鍋爐燃燒過程控制的理論與應(yīng)用研究，己成為能源和控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。煤是不可再生資源，人們?cè)谙敕皆O(shè)法找到更可靠、更安全、更環(huán)保、能取之不盡用之不絕的替代資源，為此，人類經(jīng)過了上百年的不懈努力，可惜目前還不能實(shí)現(xiàn)這個(gè)美好的愿望，在此之前，人們

20、能做的就是進(jìn)行各種嘗試，其中在現(xiàn)有的鍋爐設(shè)備中進(jìn)行節(jié)能減排、提高轉(zhuǎn)換效率的方法的研究，就成為了眼下的最重要的合可行的工作，而且對(duì)于目前的狀態(tài)，這是最為現(xiàn)實(shí)的工作。1.3 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)概述燃燒控制系統(tǒng)是鍋爐控制的重要環(huán)節(jié)。它是一個(gè)具有嚴(yán)重非線性、時(shí)變特性、擾動(dòng)變化激烈且幅值大的多變量系統(tǒng)，其中給煤量、送風(fēng)量、引風(fēng)量、爐膛負(fù)壓等、這些系統(tǒng)量的變化都會(huì)對(duì)燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生直接擾動(dòng)，系統(tǒng)波動(dòng)較大會(huì)造成整個(gè)燃燒系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，這會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行，與此同時(shí)，鍋爐燃燒效率的高低將直接關(guān)系到鍋爐煤煙的排放質(zhì)量，關(guān)系到是否會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，煤炭的燃燒不僅直接影響鍋爐供熱工況的穩(wěn)定，而且對(duì)節(jié)能降耗，

21、保護(hù)環(huán)境，提高鍋爐的熱效率有著重要的意義。鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量能夠適應(yīng)負(fù)荷的需要，同時(shí)還要保證鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。概括起來，燃燒過程控制系統(tǒng)有三大任務(wù)3：(1)維持蒸汽壓力恒定。蒸汽壓力的變化表示鍋爐蒸汽量和負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，出現(xiàn)壓力變化后鍋爐將無法穩(wěn)定運(yùn)行，給生產(chǎn)帶來影響，所以必須在蒸汽壓力變化后相應(yīng)地改變?nèi)剂狭?，以改變鍋爐的蒸汽量，使蒸汽量維持恒定。 (2)保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。隨著送入爐內(nèi)燃料量的變化，供熱溫度和煙氣含氧量發(fā)生變化，必須根據(jù)煙氣中含氧量的變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，達(dá)到最優(yōu)燃燒比，保證燃燒過程有較高的經(jīng)濟(jì)性。(3)調(diào)節(jié)引風(fēng)量與送風(fēng)量相配合

22、，以保證爐膛壓力不變，使其維持進(jìn)入爐膛的風(fēng)量和流出爐膛的煙氣量達(dá)到平衡，達(dá)到保持環(huán)境衛(wèi)生和工作人員的安全的目的。1.4 本設(shè)計(jì)的主要工作1設(shè)計(jì)內(nèi)容： （1）控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （2）傳感器的選型 （3）執(zhí)行器的選型 2設(shè)計(jì)要求完成設(shè)計(jì)內(nèi)容中規(guī)定的所有設(shè)計(jì)工作，打印全部圖紙。第二章 控制方案的設(shè)計(jì)2.1燃燒控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 我國工業(yè)鍋爐燃用的燃料主要是煤。將煤弄成煤粉進(jìn)行燃燒能提高燃料利用率，因此燃煤系統(tǒng)中一般會(huì)有一套將原煤磨制成煤粉的制粉系統(tǒng)。如圖2.1鍋爐設(shè)備簡(jiǎn)圖所示，原煤經(jīng)給煤機(jī)11送入磨煤機(jī)12磨碎。在磨制煤粉過程中同時(shí)對(duì)煤粉進(jìn)行干燥，干燥介質(zhì)通常用熱空氣。冷空氣由送風(fēng)機(jī)14進(jìn)入空氣預(yù)熱器5

23、，在這里空氣吸收煙氣的熱量成為熱空氣。熱空氣的一部分經(jīng)排粉機(jī)13升高壓頭后進(jìn)入磨煤機(jī)，在對(duì)煤粉進(jìn)行加熱與干燥的同時(shí)攜帶磨制好的煤粉離開磨煤機(jī)，可見這一部分熱空氣除作為干燥介質(zhì)外，還起到輸送煤粉的作用，通常把這部分熱空氣叫做一次風(fēng)。、圖2.1鍋爐設(shè)備簡(jiǎn)圖fig 2.1 Boiler equipment diagram1-鍋爐水冷壁；2-過熱器；3-再熱器；4-省煤器；5-回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器；6-汽包；7-下降管；8-燃燒器；9-排渣裝置；10-聯(lián)箱；11-給煤機(jī)；12-磨煤機(jī)；13-排粉機(jī)；14-送風(fēng)機(jī)；15-引風(fēng)機(jī)；16-除塵器；17-省煤器出口聯(lián)箱；18-過熱蒸汽出口；19-給水；20-再熱蒸

24、汽進(jìn)口；21-再熱蒸汽出口；22-煙囪在如圖所示的直吹系統(tǒng)中，煤粉混合物從磨煤機(jī)出來后，經(jīng)煤粉管道直接送入燃燒器，并由燃燒器噴入爐膛進(jìn)行燃燒。需要指出的是在中間儲(chǔ)倉式制煤粉系統(tǒng)中，根據(jù)負(fù)荷需要通過給粉機(jī)從煤粉倉中向燃燒器提供適量的煤粉。從圖還可以看出，從空氣預(yù)熱器中出來的另一部分熱空氣，直接經(jīng)由燃燒器德培風(fēng)口進(jìn)入爐膛，提供煤粉燃燒所需的空氣，這部分空氣叫做二次風(fēng)。煤粉在爐膛內(nèi)燃燒釋放出大量的熱量，火焰中心溫度達(dá)到1500到1800攝氏度。爐膛內(nèi)側(cè)鋪設(shè)有金屬管道組成的水冷管壁，燃燒放出的熱量主要以熱輻射的形式唄水冷壁受熱面強(qiáng)烈吸收。但由于熱負(fù)荷的限制，爐膛出口處的煙氣溫度一般仍高達(dá)1000到12

25、00攝氏度左右。為了對(duì)這股高溫?zé)煔膺M(jìn)行利用，煙道里還依次裝有過熱器（可以分級(jí)）、再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等受熱面。高溫?zé)煔庖来瘟鬟^這些受熱面通過對(duì)流輻射等換熱方式向這些受熱面放熱。從空氣預(yù)熱器巢湖來的排煙溫度一般在100到150攝氏度之間，這時(shí)已無法再利用，被送入除塵器進(jìn)行分離，將煙氣攜帶的絕大部分飛灰除掉，再由引風(fēng)機(jī)引入煙囪最終排入大氣。2.2系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì) 燃燒控制系統(tǒng)是電廠鍋爐的主控系統(tǒng)，主要包括燃料控制系統(tǒng)、送風(fēng)控制系統(tǒng)、引風(fēng)控制系統(tǒng)。其控制目的是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量負(fù)荷適應(yīng)蒸汽壓力的需要；使燃料與空氣量之間保持一定的比值，以保證經(jīng)濟(jì)燃燒；使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，以保持鍋爐負(fù)

26、壓在一定的范圍內(nèi)。如圖2.2所示，主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器接收到蒸汽壓力傳感器送來的信號(hào)，根據(jù)它與給定值之間的的偏差，給出負(fù)荷指令LD，燃料控制器和送風(fēng)控制器根據(jù)各自調(diào)節(jié)器收到的負(fù)荷指令LD,分別調(diào)節(jié)燃料量與送風(fēng)量。爐膛壓力信號(hào)送到引風(fēng)調(diào)節(jié)器。通過對(duì)引風(fēng)量的控制確保爐膛壓力給定值。方案中，送風(fēng)控制系統(tǒng)與燃料控制系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)之間組成比值控制系統(tǒng)，它的作用是保持送風(fēng)量與燃料量之間的比值關(guān)系不變，以保證一定的風(fēng)、煤比。該方案優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整定方便。由于直接以燃料量信號(hào)代表燃燒率與負(fù)荷LD相平衡，因此在蒸汽壓力變化時(shí)，能迅速改變?nèi)剂狭?，保持蒸汽壓力穩(wěn)定。使主蒸汽壓力得到穩(wěn)定調(diào)節(jié)，使風(fēng)、煤比保持最佳比值。在

27、此系統(tǒng)中我們引入了鍋爐煙氣含氧量信號(hào),并和送風(fēng)控制系統(tǒng)組成串級(jí)控制系統(tǒng)。煙氣含氧量的偏差信號(hào)經(jīng)煙氣含氧量校正調(diào)節(jié)器，對(duì)燃料量與送風(fēng)量之間的比值進(jìn)行修正。由于煙氣含氧量是代表煙氣中的過?？諝庀禂?shù)，保持一定的過?？諝庀禂?shù)，就保證了總?cè)剂狭颗c總送風(fēng)量之間的最佳比值。與此同時(shí)，當(dāng)蒸汽壓力產(chǎn)生變化時(shí)，系統(tǒng)能迅速改變?nèi)剂狭?，保持蒸汽壓力穩(wěn)定。圖2.2初期系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案Fig .2.2在方案中，由于對(duì)煙氣含氧量的測(cè)量有較大的遲延，因此氧量校正回路的工作頻率通常低于送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路的頻率。當(dāng)燃料量依負(fù)荷指令LD而改變時(shí)，送風(fēng)量調(diào)節(jié)器同時(shí)按比例改變送風(fēng)量，以減少動(dòng)態(tài)過程中的風(fēng)、煤比例失調(diào)。隨著燃料量調(diào)節(jié)過程完成

28、，燃料量保持基本穩(wěn)定。煙氣含氧量校正調(diào)節(jié)器根據(jù)煙氣含氧量信號(hào)對(duì)送風(fēng)量進(jìn)行細(xì)調(diào)，確保煙氣含氧量為最佳值，即間接保證了燃料量與送風(fēng)量之間為最佳比值。為減少送風(fēng)量改變時(shí)因送風(fēng)、引風(fēng)之間動(dòng)態(tài)失調(diào)而造成爐膛壓力波動(dòng)，自送風(fēng)調(diào)節(jié)器的輸出靜動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，向引風(fēng)量調(diào)節(jié)器引入一前饋信號(hào)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置通常采用微分器，以保證靜態(tài)時(shí)爐膛壓力等于預(yù)先設(shè)計(jì)給定值。綜合以上的信息和對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析，對(duì)于控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)如圖2.3燃燒控制系統(tǒng)原理方框圖。圖2.3燃燒控制系統(tǒng)原理方框圖Fig .2.3 在汽機(jī)跟隨鍋爐負(fù)荷控制方式中以及以此為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式中，燃料控制子系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)汽壓指令的要求控制燃料控制器提供適當(dāng)?shù)娜?/p>

29、料。送風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)來自主控制器的燃料量信號(hào)配送適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量，送風(fēng)系統(tǒng)中以檢測(cè)煙氣中的含氧量濃度來檢測(cè)評(píng)定煤粉是否充分燃燒，以氧氣濃度信號(hào)來反饋到送風(fēng)調(diào)節(jié)器中進(jìn)行調(diào)解，以保證燃料充分燃燒，達(dá)到良好好的經(jīng)濟(jì)效益。為了保證過路的安全運(yùn)行爐膛還應(yīng)有一定的負(fù)壓，以保證操作人員及周邊環(huán)境的安全衛(wèi)生，來引送風(fēng)控制器的信號(hào)輸入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)會(huì)與來自送風(fēng)執(zhí)行器后的風(fēng)量進(jìn)行處理，以達(dá)到適當(dāng)?shù)谋壤{(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的工作，保證爐膛負(fù)壓。 燃燒控制系統(tǒng)是由燃料控制系統(tǒng)、送風(fēng)控制系統(tǒng)、引風(fēng)控制系統(tǒng)組成的，下面分別對(duì)三個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。2.3 燃料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.3.1 燃料控制系統(tǒng)分析行間距不對(duì)燃料控制的任務(wù)在于進(jìn)入鍋爐的

30、燃料量隨時(shí)與蒸汽壓力要求相適應(yīng)。因?yàn)檎羝麎毫κ呛饬垮仩t熱量平衡的標(biāo)志，燃料燃燒又是影響蒸汽壓力的主要因素，因此蒸汽壓力可以作為燃料控制系統(tǒng)的參量。鍋爐的蒸汽壓力是燃燒過程調(diào)節(jié)對(duì)象的主要被調(diào)量，引起蒸汽壓力變化的因素有很多，如燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量、給水量、蒸汽流量以及各種使燃燒工況發(fā)生變化的原因。它受到的主要擾動(dòng)分為內(nèi)擾(燃料燃燒產(chǎn)生的變化)和外擾(蒸汽流量的改變)4。為此，下面分析一下在主要擾動(dòng)作用下，汽包蒸汽壓力變化的動(dòng)態(tài)特性。（1）內(nèi)擾特性如圖2.3所示。當(dāng)燃料量階躍改變時(shí)，由于燃料由加入到發(fā)熱有一段時(shí)間的延遲，熱量被蒸汽發(fā)生系統(tǒng)吸收又有一段延遲，因此，在燃料加入的一段時(shí)問內(nèi)，蒸汽壓力并

31、不上升，而是過一段時(shí)間才開始上升。 圖2.4 燃料量階躍變化時(shí)，蒸汽壓力反應(yīng)曲線 圖2.5 蒸汽流量階躍變化時(shí)，蒸汽壓力反應(yīng)曲線Fig .2.4Fig .2.5 （2）外擾特性從圖2.5中可以看出，蒸汽壓力隨蒸汽流量的上升而下降。如果蒸汽流量繼續(xù)保持增大后的數(shù)值，由于燃料量沒有增加，產(chǎn)生熱量不夠轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱量，所以蒸汽壓力一直下降，直到改變給煤量使其產(chǎn)生的熱量與蒸汽流量相平衡時(shí)，才能恢復(fù)鍋爐預(yù)先設(shè)定的蒸汽壓力。2.3.2 控制方案設(shè)計(jì)與特點(diǎn)以蒸汽壓力為被調(diào)節(jié)量，以燃料量為調(diào)節(jié)量的串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2.5所示。圖2.6 燃料控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig .2.6在圖2.6中，Pm0為設(shè)定的蒸汽壓力；

32、Pm為實(shí)際產(chǎn)生蒸汽壓力；M為送煤量。燃料控制系統(tǒng)采用串級(jí)控制系統(tǒng)，主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器作為主調(diào)節(jié)器，燃料調(diào)節(jié)器做為副調(diào)節(jié)器。主調(diào)節(jié)器具有自己的預(yù)先設(shè)定值，它的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，而副調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)則是去通過燃料調(diào)節(jié)閥來控制生產(chǎn)過程。由于燃料量用調(diào)節(jié)閥控制比較難以實(shí)現(xiàn)，因此這里用調(diào)節(jié)燃料機(jī)轉(zhuǎn)速和擋板長度的方法來控制煤層厚度即燃料量的供給。串級(jí)控制系統(tǒng)的主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，副回路確定后，它就相當(dāng)于一個(gè)單回路系統(tǒng)，外擾（即蒸汽壓力擾動(dòng)）可以在此回路中得到有效抑制。副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，能夠快速有效地克服二次擾動(dòng)的影響，因此內(nèi)擾（給煤擾動(dòng)）可以在副回路中得到有效地抑制。同時(shí)提高了對(duì)一次擾動(dòng)的

33、克服能力，也提高了對(duì)回路參數(shù)變化的自適應(yīng)能力，改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率。2.4送風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.4.1 送風(fēng)控制系統(tǒng)分析送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)是保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性，因此以煙氣含氧量作為鍋爐燃燒經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，可以保證鍋爐安全有效的運(yùn)行。但由于煙氣中含氧量的測(cè)定具有較大的滯后性，且它主要是由送風(fēng)量來決定的，所以采用以煙氣含氧量為主回路，以送風(fēng)量為副回路的串級(jí)控制。由于燃料量的變化對(duì)煙氣含氧量也有影響，因此這里采用比值控制的方法來使送風(fēng)量和給煤量協(xié)調(diào)變化，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，并且保證煙氣含氧量的穩(wěn)定。煙氣含氧量，即過剩空氣系數(shù)。而實(shí)際供給空氣量的大小，通常以煙氣含氧量或過?？諝庀禂?shù)

34、表示。燃料在燃燒過程中要保證一定的剩余空氣系數(shù)，如果空氣不足，就會(huì)造成不完全燃燒，造成燃燒效率的下降，污染環(huán)境；反之如果空氣過量，就會(huì)從爐內(nèi)由排煙帶走大量的熱量，排煙造成熱損失加大，同樣也會(huì)造成環(huán)境污染。因此必須有效地控制剩余空氣系數(shù)。當(dāng)燃料確定后，過?？諝庀禂?shù)與熱量損失的關(guān)系4如圖2.6所示。圖2.7 過剩空氣系數(shù)與熱量損失示意圖Fig .2.7由圖2.7可見，存在一個(gè)適當(dāng)?shù)闹凳姑耗軌蛲耆紵錈釗p失最小，效率最高。一般我們認(rèn)為，當(dāng)落在0附近的一個(gè)區(qū)域(1到2)時(shí)燃燒是最充分的，該區(qū)域叫最佳燃燒區(qū)，對(duì)于一般的工業(yè)鍋爐，一般控制在此區(qū)域較為理想。這樣我們就可以通過檢測(cè)煙道中的含氧量來判斷過

35、剩空氣系數(shù)的大小，從而以此為參量去控制送風(fēng)量與給煤量的配比，以保證燃燒過程處于最佳燃燒狀態(tài)。為了有效地克服送風(fēng)控制系統(tǒng)擾動(dòng)的影響，煙氣含氧量和送風(fēng)量采用串級(jí)控制方案，同時(shí)燃料量和送風(fēng)量保持一定的比例，采用比值控制。 2.4.2 送風(fēng)控制方案設(shè)計(jì)及特點(diǎn)用煙氣含氧量來衡量送風(fēng)量是否適當(dāng)，以送風(fēng)量為調(diào)節(jié)量，以煙氣含氧量為被調(diào)節(jié)量，構(gòu)成送風(fēng)系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖，如圖2.8所示。圖2.8 送風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig .2.8如圖2.8所示，V為送風(fēng)擾動(dòng)；M為燃料量，此系統(tǒng)為一個(gè)串級(jí)比值控制系統(tǒng)，氧量校正調(diào)節(jié)器為主調(diào)節(jié)器，送風(fēng)調(diào)節(jié)器為副調(diào)節(jié)器。主調(diào)節(jié)器接受氧量與氧量定值信號(hào)。副調(diào)節(jié)器接受燃料信號(hào)，送風(fēng)量反

36、饋信號(hào)及氧量校正調(diào)節(jié)器的輸出，副回路保證風(fēng)、煤的基本比例，起粗調(diào)作用。主回路用來進(jìn)行氧量校正，起細(xì)調(diào)作用。當(dāng)煙氣含氧量高于給定值時(shí)，氧量校正調(diào)節(jié)器產(chǎn)生信號(hào)，修正送風(fēng)控制系統(tǒng)的給定值，使送風(fēng)調(diào)節(jié)器減少送風(fēng)量。經(jīng)過校正后的送風(fēng)量將保證煙氣含氧量等于給定值。調(diào)節(jié)過程中，由于煙氣含氧量的測(cè)量有較大的慣性遲延，因此氧量校正回路的工作頻率通常低于送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路。當(dāng)燃料量依負(fù)荷指令而改變時(shí)，送風(fēng)量調(diào)節(jié)器同時(shí)按比例改變送風(fēng)量。以減少動(dòng)態(tài)過程中的風(fēng)、煤比例失調(diào)。隨著燃料量調(diào)節(jié)過程結(jié)束，燃料量基本穩(wěn)定。由主調(diào)節(jié)器根據(jù)煙氣含氧量信號(hào)，對(duì)送風(fēng)量進(jìn)行細(xì)調(diào)，確保煙氣含氧量為最佳值，即間接保證了燃料量與送風(fēng)量之間為最佳比值

37、，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)燃燒的目的，使得運(yùn)營成本有所降低減少浪費(fèi)。2.5 引風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.5.1 引風(fēng)控制系統(tǒng)分析引風(fēng)控制的任務(wù)是保持爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍之內(nèi)（一般小于20pa）。爐膛負(fù)壓是運(yùn)行中要監(jiān)視和控制的重要參數(shù)之一它是反映燃燒工況是否穩(wěn)定的重要參數(shù)。所謂爐膛負(fù)壓，即指爐膛即燃燒室和煙道中的煙氣壓力低于外界大氣壓力。爐膛負(fù)壓的大小對(duì)于系統(tǒng)安全運(yùn)行和節(jié)能影響都很大。負(fù)壓大，煙氣帶走的熱量大，熱損失增加造成煤耗量增大，理想運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)在微負(fù)壓狀態(tài)，此時(shí)它能明顯增加懸浮煤顆粒在爐膛內(nèi)的滯留時(shí)間，減少飛灰，使煤充分燃燒，從而提高熱效率。因此，需要維持爐膛壓力在一定的范圍之內(nèi)。 但由于負(fù)荷變化，需要改變給煤

38、量和送風(fēng)量，隨之也要改變引風(fēng)量，以保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定，為避免送風(fēng)變化而引起爐膛負(fù)壓的波動(dòng)，系統(tǒng)中引入送風(fēng)信號(hào)作為前饋信號(hào)對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行超前調(diào)節(jié)。同時(shí)由于爐膛負(fù)壓主要受引風(fēng)和送風(fēng)的影響，而其他各量對(duì)它的影響都很小，因此可以把爐膛負(fù)壓作為帶送風(fēng)前饋的單回路控制系統(tǒng)處理。若是產(chǎn)生正壓（即爐膛內(nèi)和煙道內(nèi)的煙氣壓力大于外界氣壓）則對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行造成很大危害，其主要危害有以下幾點(diǎn)：受熱面和爐排工況惡化,爐門、鍋架變形，爐墻裂縫；加劇對(duì)流受熱面的磨損；燃燒不完全，浪費(fèi)能源，增加了電耗；金屬管壁過熱，水循環(huán)的穩(wěn)定性被破壞，受熱元件工作條件惡化，同時(shí)也對(duì)經(jīng)濟(jì)效益造成一定影響。一旦爐內(nèi)燃燒情況發(fā)生變化，爐膛負(fù)壓隨

39、即發(fā)生相應(yīng)改變。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生異常或故障時(shí)，最先將在爐膛負(fù)壓上反映出來。因此，監(jiān)視和控制爐膛負(fù)壓對(duì)于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定、分析爐內(nèi)燃燒工況和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)的控制等均有極其重要的意義。2.5.2 引風(fēng)控制方案設(shè)計(jì)及特點(diǎn)爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)一般采用的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2.8所示。圖2.9 引風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig .2.9圖中f(x)為前饋補(bǔ)償裝置，送風(fēng)量信號(hào)V通過前饋補(bǔ)償裝置f(x)送到引風(fēng)調(diào)節(jié)器而使引風(fēng)量Vs跟著改變，是一個(gè)快速的補(bǔ)償系統(tǒng)。但當(dāng)系統(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)，前饋補(bǔ)償裝置f(x)的輸出應(yīng)為零，以使?fàn)t膛負(fù)壓Ps保持為給定值Ps0。如圖2.9所示，引風(fēng)調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，測(cè)量也容易，因此引風(fēng)

40、控制系統(tǒng)一般只需采取以爐膛負(fù)壓作為被調(diào)量的單回路控制系統(tǒng)。送風(fēng)量和引風(fēng)量都是引起爐膛負(fù)壓波動(dòng)的重要原因，為了能使引風(fēng)量快速的跟蹤送風(fēng)量進(jìn)行變化，保持二者的比例，可將送風(fēng)量作為前饋信號(hào)引入引風(fēng)調(diào)節(jié)器。這樣當(dāng)送風(fēng)控制系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)，引風(fēng)控制系統(tǒng)立即跟著動(dòng)作，及時(shí)響應(yīng)，而不是等爐膛負(fù)壓偏離給定值后再動(dòng)作，這樣就能使?fàn)t膛負(fù)壓基本不變。所以在引風(fēng)控制系統(tǒng)中引入送風(fēng)前饋信號(hào)，將有利于提高引風(fēng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和減少爐膛負(fù)壓的動(dòng)態(tài)偏差。第3章 系統(tǒng)整定 系統(tǒng)的參數(shù)整定5可以采用理論計(jì)算法或者工程整定法。由于理論計(jì)算法要以被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性為依據(jù)，而動(dòng)態(tài)特性測(cè)取時(shí)往往具有不準(zhǔn)確性，而且容易隨工作狀態(tài)的變化而變化，因

41、此應(yīng)當(dāng)采用工程整定的辦法。各控制系統(tǒng)整定方案如下。3.1燃料控制系統(tǒng)的整定燃料控制系統(tǒng)等效結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。圖3.1 燃料控制系統(tǒng)等效結(jié)構(gòu)框圖Fig .3.1Wc1主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)；Wc2燃料調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)；Wo2燃料對(duì)象過程通道傳遞函數(shù)；Wo1主蒸汽壓力調(diào)節(jié)對(duì)象過程通道傳遞函數(shù)；KAB變頻器的比例系數(shù)；rp1主蒸汽壓力變送器比例系數(shù)；rp2燃料變送器比例系數(shù)。根據(jù)所選調(diào)節(jié)器類型，主調(diào)節(jié)器的模型為： （3.1）副調(diào)節(jié)器的模型為： （3.2）當(dāng)系統(tǒng)工作在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)：rp1=0.05，rp2=0.05，KAB=1。在此系統(tǒng)中，主要是通過調(diào)節(jié)燃料量來維持主蒸汽壓力的穩(wěn)定，燃料量回路是一

42、個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，主蒸汽壓力回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，可以通過先整定副回路，再整定主回路的方法來進(jìn)行系統(tǒng)的整定，下面分別對(duì)主副調(diào)節(jié)器進(jìn)行整定。（1）副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定燃料調(diào)節(jié)回路的等效框圖如圖3.2所示。圖3.2 燃料控制回路等效框圖Fig .3.2主調(diào)節(jié)器的輸出作為副回路的給定，通過副回路的調(diào)節(jié)來維持主回路參數(shù)的穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)中燃料調(diào)節(jié)對(duì)象過程通道的傳遞函數(shù)可以表示為： （3.3）內(nèi)環(huán)的等效傳遞函數(shù)可以認(rèn)為是 （3.4）（2）主調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定副回路整定完后，下面開始對(duì)主回路進(jìn)行整定，此時(shí)內(nèi)回路等效成式（3.3）。等效控制框圖如圖3.3所示。圖3.3 蒸汽壓力控制回路等效框圖Fig .3.3在燃料量改

43、變時(shí)，對(duì)于一臺(tái)鍋爐的汽壓對(duì)象，它的動(dòng)態(tài)特性為單容積分環(huán)節(jié)與具有傳遞滯后的一階滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)，等效純滯后(傳遞滯后)時(shí)間不長，一般為10205左右，本設(shè)計(jì)中取50，主蒸汽壓力調(diào)節(jié)對(duì)象過程通道傳遞函數(shù)為： （3.5）可得過程特征參數(shù)自平衡率滯后時(shí)間過程通道時(shí)間函數(shù)利用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法來進(jìn)行主控制器參數(shù)的整定。當(dāng)衰減率時(shí)，通過比值的大小根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來推出PID參數(shù)。此處，滿足，根據(jù)比例積分環(huán)節(jié)經(jīng)驗(yàn)公式有： （3.6） （3.7） （3.8）因而主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為： （3.9）3.2 送風(fēng)控制系統(tǒng)的整定送風(fēng)控制系統(tǒng)等效結(jié)構(gòu)框圖如圖3.4所示。 圖3.4 送風(fēng)控制系統(tǒng)等效框圖Fig .3.4Wc3

44、煙氣含氧量調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)；Wc4送風(fēng)量調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)；Wo3送風(fēng)量調(diào)節(jié)對(duì)象過程通道傳遞函數(shù)；Wo4煙氣含氧量調(diào)節(jié)對(duì)象過程通道傳遞函數(shù)；KAV送風(fēng)量調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù)；rp3煙氣含氧量變送器傳遞函數(shù)；rp41比值控制中送風(fēng)量變送器比例系數(shù)；rp42比值控制中燃料變送器比例系數(shù)。根據(jù)所選調(diào)節(jié)器類型，主調(diào)節(jié)器的模型為： （3.10）副調(diào)節(jié)器的模型為： （3.11）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)有：rp41=0.08,rp42=0.08,rp3=0.01。根據(jù)過程控制對(duì)比值系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和整定要求，此設(shè)計(jì)中比值控制可仿效串級(jí)調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選用原則5，下面分別對(duì)主副調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)整定。（1）副調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定副回路的等效結(jié)

45、構(gòu)圖如圖3.5所示。圖3.5 送風(fēng)回路等效框圖Fig .3.5如圖4.5所示，煙氣含氧量調(diào)節(jié)器的輸出作為副回路的給定值，送風(fēng)控制系統(tǒng)的輸出的送風(fēng)量與燃料量構(gòu)成比值控制反饋到輸入端。此處所用的是變比值控制，當(dāng)送風(fēng)量和燃料量出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，通過比值控制回路，保證比值一定，從而大大減小擾動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。比值控制系統(tǒng)中，比值系數(shù)計(jì)算是一個(gè)十分重要的問題，比值系數(shù)的計(jì)算公式如： （3.12）K實(shí)際體積流量或重量之比，據(jù)風(fēng)煤比取K=3.9；測(cè)量其q1所用變送器的最大量程；測(cè)量q2所用變送器的最大量程。實(shí)際中。因此得比值系數(shù)。因而得反饋系數(shù)為。 由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，送風(fēng)控制系統(tǒng)過程通道傳遞函數(shù) 近似一慣性環(huán)節(jié)： （

46、3.13）調(diào)節(jié)閥的比例系數(shù)內(nèi)環(huán)的等效傳遞函數(shù)可以認(rèn)為是 （3.14）（2）主調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定主回路等效結(jié)構(gòu)圖如圖4.6所示。圖3.6 煙氣含氧量控制回路等效框圖Fig .3.6副回路整定完后，下面開始對(duì)主回路進(jìn)行整定，此時(shí)內(nèi)回路等效成式（3.14）。煙氣含氧量過程通道傳遞函數(shù)： （3.15）可得過程特征參數(shù)自平衡率滯后時(shí)間過程通道時(shí)間常數(shù)利用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法來進(jìn)行主控制器參數(shù)的整定，當(dāng)衰減率時(shí)，通過比值的大小根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來推出PID參數(shù)。此處，滿足，根據(jù)比例積分環(huán)節(jié)經(jīng)驗(yàn)公式有： （3.16） （3.17） （3.18）因而主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為： （3.19）3.3引風(fēng)控制系統(tǒng)的整定引風(fēng)控制

47、系統(tǒng)等效結(jié)構(gòu)框圖如圖3.7所示。圖3.7 引風(fēng)控制系統(tǒng)等效框圖Fig .3.7Wc5引風(fēng)量調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)；Wo5引風(fēng)量到爐膛負(fù)壓通道傳遞函數(shù)；KAP引風(fēng)量調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù)；rp5爐膛負(fù)壓變送器比例系數(shù)；f(x)送風(fēng)量前饋補(bǔ)償通道傳遞函數(shù)。由調(diào)節(jié)器的選型可得引風(fēng)量調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為： （3.20）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，變送器比例系數(shù)為。由于調(diào)節(jié)閥選型為氣關(guān)式，所以其靜態(tài)放大系數(shù)取負(fù)。調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù)為。前饋補(bǔ)償傳遞函數(shù)為： （3.21）穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)不起作用，只有在發(fā)生擾動(dòng)時(shí)它才起補(bǔ)償作用。由于爐膛負(fù)壓是負(fù)調(diào)節(jié)量，而調(diào)節(jié)閥靜態(tài)放大系數(shù)也取負(fù)，正好保證了整個(gè)回路是負(fù)反饋，所以由引風(fēng)量到爐膛負(fù)壓通道傳遞函數(shù)為：

48、（3.22）可得過程特征參數(shù)自平衡率滯后時(shí)間過程通道時(shí)間常數(shù)利用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法來進(jìn)行主控制器參數(shù)的整定，當(dāng)衰減率時(shí)，通過比值的大小根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來推出PID參數(shù)。此處，滿足，根據(jù)比例積分環(huán)節(jié)經(jīng)驗(yàn)公式有： （3.23） （3.24） （3.25）因而主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為： （3.26）第四章 控制系統(tǒng)傳感器選型4.1 主蒸汽壓力變送器的選型主蒸汽壓力控制系統(tǒng)的主要作用是維持主蒸汽壓力恒定，因此能否準(zhǔn)確測(cè)量主蒸汽壓力將直接關(guān)系到控制質(zhì)量的優(yōu)劣。選擇合理的壓力變送器在設(shè)計(jì)中有關(guān)鍵作用，蒸汽壓力變送器將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)DC420mA電流信號(hào)，輸出并送到PLC，使之根據(jù)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)來完成系

49、統(tǒng)的運(yùn)行。壓力變送器根據(jù)測(cè)壓范圍，可分成成一般壓力變送器（0.001MPa-20MPa）和微壓差變送器（0-1.5KPa），負(fù)壓變送器三種。根據(jù)設(shè)計(jì)要求蒸汽壓力應(yīng)該控制在7.50.75MP，根據(jù)過程控制儀表量程選擇原則：選擇變送器時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)量程具有比最大值還要大1.5倍左右的變送器。因此所選變送器的最大量程為11.25MP左右。由于蒸汽壓力應(yīng)該控制在7.50.75MP，因此所選壓力傳感器的精度應(yīng)該高于0.75/11.25=0.067FS，才可以滿足要求。上海適科暖通機(jī)電設(shè)備科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為256EX的Setra蒸汽壓力變送器可以滿足系統(tǒng)控制要求，此變送器工作溫度范圍寬，耐腐蝕性能好

50、，抗沖擊，振動(dòng)性能高。其最大量程為14MP，精度為0.25% FS，輸出為420mA（兩線制），電氣連接為2個(gè)1/2內(nèi)螺紋導(dǎo)管連接。4.2 爐膛負(fù)壓變送器的選型爐膛負(fù)壓是控制爐膛安全運(yùn)行的重要參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求爐膛負(fù)壓應(yīng)該控制在-200.05Pa，根據(jù)過程控制儀表量程選擇原則：選擇爐膛負(fù)壓變送器時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)具有比最大值還要大1.5倍左右的變送器。因此所選變送器的最大量程為:2730Pa。根據(jù)要求壓力表的精度應(yīng)在0.4級(jí)，此設(shè)計(jì)中選擇0.25% FS的傳感器。北京英泰德科技有限公司生產(chǎn)的B0600型差壓變送器適用于測(cè)量爐膛負(fù)壓。它將被測(cè)介質(zhì)的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mADC（兩線制）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，測(cè)量范圍為030Pa，工作電壓為1436VDC(兩線制)，測(cè)量誤差為0.25 %FS，電氣連接方式：三芯航空插頭，其中一芯（接點(diǎn)）為屏蔽接地用。4.3 氧化鋯氧量變送器的選型實(shí)際控制中要獲取空氣的過剩系數(shù)比較好的方法是利用氧化鎬直接測(cè)量煙氣中的含氧量，這是因?yàn)椋?1)空氣過剩系數(shù)和含氧量間有如下的近似的線性關(guān)系： (4.1) (2)氧化鎬氧量計(jì)滯后時(shí)間和慣性較小。送風(fēng)控制系統(tǒng)中煙氣含氧量變送器就是采用氧化鋯氧量變送器來測(cè)量煙氣中含氧量的