直吹制煤粉炉燃烧控制系统设计(编辑修改稿)

直吹制煤粉炉燃烧控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

数，即保证了总燃料量与总风量之间的最佳比值。 最佳烟气含氧量与负荷有关，通常随负荷增加而略有减少。 因此以代表锅炉实际负荷的蒸汽流量信号 D 经函数转换器后，作为烟气最佳含氧量的给定值。 由于烟气含氧量的测量有较大的惯性延迟，因此氧量校正回路的工作频率通常低于送风量调节回路。 当燃料量依负荷指令 LD 而改变时，送风量调节器 PI3 同时按比例改变送风量。 以减少动态过程中风 煤比例失调。 随着燃料量调节过程的结束，燃料量 M 基本稳定。 由调节器 PI5 根据烟气含氧量信号 O2 ，对送风量进行细调。 确保烟气含氧量为最佳值，即间接保证了燃料量 与 送风量之间的最佳比值。 为减少送风量改变时送 引风之间动态失调而造成炉膛压力 PS波动，自送风调节器 PI3 的输出经动态补偿装置，向引风量调节 PI4 引入一前馈信号，动态补偿装置通内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 15 常采用微分器，以保证静态时炉膛压力 PS等于给定值。 第 三 章 燃烧控制系统的参数整定 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 16 根据燃烧控制系统的组成和工作原理可知，燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级 型 系统。 主蒸汽压力控制 回路可看作系统的主回路，燃烧率控制可视为系统的内回路。 燃烧率控制回路是由多个并列子系统组成的多参数比值系统，按照压力调节器（主调节器）给出负荷指令（燃烧率指令 LD），控制燃料、送风、引风、各量成适当比值变化，以保证炉膛发热量与负荷指令相适应，因此，若以其中某一参数代表燃烧控制回路，则燃烧控制系统可被视为典型的串级控制系统，如图 31 所示。 图中 PI1 为主汽压力调节器， PI2 代表燃烧率调节器。 若以燃料量控制子系统代表燃烧率调节回路，则子系统的反馈信号代表燃烧率信号。 当系统采用“燃料 空气”系统方案时，燃烧率信号 为燃料量信号。 如采用热量信号代表燃料量信号时，燃烧率信号即为热量信号。 图 31 燃烧控制系统等效框图 燃烧控制系统整定原则 由于燃烧系统的组成综合了串级控制系统及比例控制系统等结构特点，其系统的整定应按照串级控制系统及比值控制系统的原则进行。 同时，燃烧控制系统的整定，还必须考虑燃烧特点，整定过程要保证燃烧过程安全经济 的情况 下 进 行。 按照串级系统先整定内回路再整定外回路的原则，其主蒸汽压力控制回 路的整定，应在燃烧率控制各子系统完毕，并已投入自动情况下进 行。 考虑到主蒸汽压力是关系 到锅炉安全运行的重要参数，因此在其控制回路整定过程中，应该保证汽压不致大幅度波动。 其整定的品质指标，应该保证调整过程有足够的时间，通常其衰减率Ψ=,即调节过程基本不出现振荡。 在组成燃烧控制回路时，通常强调适应负荷变化的能力，即随着负荷指令 LD 的变化，能迅速改变燃烧率。 因此燃烧率控制回路，作为整个系统的内回路，原则上应该按照随动系统的快速性原则进行整定。 通常各子系内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 17 统衰减率 Ψ=。 考虑到燃烧过程中引风量为送风量的从动流量，而送风量为燃料量的从动量，因此，为保证整定过程中燃烧过程能安全经济运 行，应先整定从动流量的调节系统，并按此顺序将各子系统投入自动状态。 即燃料控制系统的整定应在送风和炉膛压力控制系统投入自动的情况下进行整定。 送风控制系统应在炉膛压力调节系统投入自动的情况下进行整定。 燃烧控制系统的工程整定 实际工作中，燃烧控制系统的整定通常采用工程 整定 的方法，下面以某直吹式高压锅炉 燃烧 控制系统为例介绍其工程整定法。 炉膛压力控制系统参数整定 炉膛压力控制系统的任务是保证引风量与送风量协调变化，维持炉膛压力 为 给定值。 一般燃煤锅炉的炉膛压力保持在 2mmH2O 左右，即处于负压状态。 炉膛压力控制系统的整定包括调节器参数 s 、 Tis 和前馈支路中 V 的设置。 炉膛压力 控制系统的等效框图如图 32 所示， 图中 W1(S)为送风扰动下炉膛压力 PS的传递函数， W0(S)为控制通道中广义对象传递函数。 V 代表前馈支路 中 调节器。 图 32 炉膛 压力控制系统等效框图 首先确定调节器的正反作用。 确定系统中调节器正反作用的原则是：依据调节器入口信号的 接线极性来确定调节器正反作用开关的位置，从而保证系统中主副回路全部实现负反馈 ，前馈通道实现补偿，这样就可以保证系统正常运行。 如果希望调节器入口信号增加时输出也增加，则调节器为“正作用”； 反之，若希望调节器入口信号增加时其输出信号减小，则调节器为“反作用”。 用六边形法则判断调节器 WPI4(S)的正反作用开关。    vsspIss Vpps0 WPI4(S)为正作用 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 18 调节器参数 s 、 Tis 按广义被控对象 W0(S)的特性整定。 炉膛压力在内扰下的动态特性 W0(S)基本上是一个比例环节。 对于此对象一般采用 PI 规律的单回路控制系统，闭环系统特征方程为： H(s)=1+ W0(S)WPI(S)=0 （ 31） 式中 W0(S)=K0 ， WPI(S)= )11(sTK isPs  代入式（ 31），可得特征方程的根： )1( 00 Psi PsKKT KKs  （ 32） 显然 ， Kps 取任何值时，闭环调节过程都是非周期过程。 调节器参数 Tis 越小， Kps 越大特征方程负实根越大，调节过程越快。 可采用衰减曲线法进行调节器的参数整定，取 Ψ=，此时通过仿真，并调整调节器的参数，可得到 4:1 的衰减曲线。 炉膛压力控制系统 仿真 方 框图如图 33 所示，仿真曲线如图 34 所示。 可得调节器参数为 s =7%， Tis=。 图 33 炉膛压力控制系统仿真框图 在热工控制系统中，由于被控对 象通常存在一定的纯滞后和容积滞后，因而从干扰产生到被调量发生变化需要一定的时间。 从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量（被调量）发生变化又要经过一定的时间，可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定值之前，从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。 考虑到偏差产生的原因是干扰作用的结果，如果直接按扰动而不是偏差进行控制。 也就是说，当干扰已出现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方向按一定规律去进行控制。 由于干扰发生后被控量还未显示出变化之前，调节器就产生了控制 作用，这在理论上就可以把偏差彻底消除。 按照这种理论构成的控制系统称为前馈控制系统。 炉膛压力控制系统是一个“前馈 反馈”复合内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 19 控制系统。 图 34 炉膛压力控制系统 响应 曲线 前馈支路中参数 V 的整定，按不变性原理进行，由图 32，在送风量 V扰动下，Ps 的传递函数 W(S)为 W(S)=          SWSW SWSWSV SP OPI OVS   1 1  （ 31） 根据不变性原理：令 W(S)=0，则：   SW SWOV1 （ 32） 由于：     SSV SPSW S ，     SSV SPSW SSO 1  因此： V = （ 33） 由以 上 计算可得送风 V扰动下炉膛压力控制系统的仿真方框图如图 35 所示。 送风 V扰动下 PS响应曲线如图 36所示。 由图可以看出，炉膛压力在送风扰动下经过几次振荡最终回到零，说明炉膛压力控制子系统 能 够克服 送风量 扰动，有很好的控制效果。 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 20 图 35 送风扰动下仿真方框图 图 36 送风扰动下 PS响应曲线 送风控制系统 的参数整定 送风控制系统的 方框图如 37 所示。 系统包括送风量控制回路、氧量校正回路和前馈调节 回路。 此系统为一带前馈作用的串级系统，由于送风系统是一快速响应系统，而氧量变化要慢，故可按照先内后外的整定原则，先整定送风量调节回路，再整定氧量校正回路，最后确定前馈调节器的参数。 送风量调节器 WPI3(S)正反作用的确定，依据六边形法则判断 为，    V VTVVIV  WPI3(S)为正作用 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 21 图 37 送风控制系统方框图 送风量调节回路中，调节参数 V 、 Tiv 按 W2(S)的动态特性整定。 已知 W2(S)=，送风调节器 采用试验方法整定时， 首先将 Tiv 设置在 10~20s 之间， V 放在 100%位置，将氧量调节器开路。 将送风量控制系统投入自动，作定值扰动实验。 记录风量 V 变化。 然后改变比例带 V ，使风量变化近似比例环节。 最后选定调节器参数 为 Tiv=20，V =80%。 送风控制系统的仿真 方 框图如图 38 所示。 其响应曲线如图 39 所示。 图 38 LD 扰动对 V的响应 方 框图 图 39 V响应曲线 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 22 氧量校正调节器 WPI5(S)正反作用的确定，依据六边形法则判断 为 ，    VV OO VOOO  22222 % WPI5(S)为正作用 氧量校正调节器的参数按 W3(S)的动态参数整定（近似认为内回路为比例环节，比例系数为 I）。 已知 22333 )291( )1()( SSTKSW  （ 34） 氧量校正调解器的整定原则，需保证调节过程有足够的稳定。 对于二阶对象来说，其调节器参数可由以下公式求得：  =， Ti= （ 35） 因此氧量校正调节器的参数可设置为： o =K3== 200% Tio=T3=29=42s 将此参数的调节器放入系统中， 系统的 仿 真方框图如图 310 所示，其阶跃响应曲。