鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)設(shè)計摘要鍋爐是化工、煉油、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn) 過程中必不可少的重要的動力設(shè)備之一。而鍋爐燃燒所用的煤炭、重油等 又是極其重要的戰(zhàn)略資源，不可再生。因此鍋爐的燃燒控制相當重要，控制 不好將造成資源浪費、環(huán)境污染和效益低下。要使鍋爐燃燒達到最佳的燃 燒狀態(tài)，鍋爐燃燒控制系統(tǒng)對鍋爐的燃燒過程進行自動化控制是至關(guān)重要 的。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)、風量 控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)。目前大部分電廠的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)仍然 采用PID控制。燃燒控制系統(tǒng)由主蒸汽壓力控制和燃燒率控制組成串級控制系統(tǒng)，其 中燃燒率控制由燃料量控制、送風

2、量控制、引風量控制構(gòu)成，各個子控制 系統(tǒng)分別通過不同的測量、控制手段來保證經(jīng)濟燃燒和安全燃燒。本文通 過對整個燃燒系統(tǒng)的分析和研究，分別確定了鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中的主蒸 汽壓力控制系統(tǒng)和爐膛負壓控制系統(tǒng)的控制方案，然后對其控制規(guī)律及參 數(shù)進行選擇和整定。在儀表選型時，采用了先進的數(shù)字式儀表，井以PID 控制來實現(xiàn)，最后可達到鍋爐安全、經(jīng)濟、高效的運行。論文詳細介紹了鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計，其中包括硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)主要 功能、系統(tǒng)硬件配置、軟件設(shè)計原則、主程序流程等。系統(tǒng)投入運行后， 鍋爐的燃燒效率和穩(wěn)定運行情況都有了明顯改善，有利于鍋爐高效穩(wěn)定運 行，實現(xiàn)增產(chǎn)降耗的目標。隨著人們生活水平的提高，對能源

3、的需求量急劇增大，鍋爐的數(shù)量也 就越來越多。鍋爐的廣泛使用也帶來許多問題，諸如：（1）大量的非再生一次能 源被消耗，能源枯竭問題令人憂慮；（2）CO2等溫室氣體的排放，雖然會有利于植物生長，增加糧食產(chǎn)量，但會使地球變暖，冰山融化，海平 面升溫，威脅人類的生存空間；（3）煙塵SO某,NO某,痕量重金屬，二惡英等有害物質(zhì)的排放，威脅人類以及動、植物的生長和生存。隨著人類征服自然和改造自然的能力增強，大自然也對人類進行了懲 罰，我國西部，特別是西北地區(qū)存在的嚴重水土流失、土地沙漠化、草場 退化、沙塵暴頻繁發(fā)生等就是特例。這些自然災(zāi)害已成為可持續(xù)發(fā)展的一 個障礙，正在縮小我們的生存和發(fā)展空間。目前，世

4、界各國都在致力于高效、低污染過路的研究和開發(fā)工作，力 求使得優(yōu)于鍋爐燃燒而對環(huán)境造成的破壞追小化。各種工業(yè)的生產(chǎn)性質(zhì)與 規(guī)模不同，工業(yè)和民用采暖的規(guī)模大小也不一樣，因此所需的鍋爐容量， 蒸汽參數(shù)，結(jié)構(gòu)，性能方面也不盡相同。鍋爐是供熱之源，鍋爐機器設(shè)備 的任務(wù)在于安全，可靠，有效地把燃料的化學能轉(zhuǎn)化成熱能，進而將熱能 傳遞給水，以生產(chǎn)熱水和蒸汽。為了提高熱量及效率，鍋爐向著高壓，高 溫和大容量等方面發(fā)展。供熱鍋爐除了生產(chǎn)工藝有特殊需求外，所生產(chǎn)的 熱水不需要過高的壓力和溫度，容量也無需很大。為了提高工業(yè)鍋爐的熱效率，降低燃燒對環(huán)境造成的污染，燃燒過程 控制成為一個重要的研究課題。其控制效果的好壞

5、，效率的高低，一直倍 受工業(yè)界的關(guān)注。鍋爐的自動控制經(jīng)歷了三、四十年代的參數(shù)儀表控制， 四、五十年代的單元組合儀表，綜合參數(shù)儀表控制，直到六十年代興起的 計算機過程控制幾個階段。尤其是近一、二十年來，隨著先進控制理論和 計算機技術(shù)的發(fā)展，加之計算機各項性能的不斷增強及價格的不斷下降使 鍋爐應(yīng)用計算機控制很快得到普及和應(yīng)用。鍋爐燃燒優(yōu)化最早是以提高鍋 爐燃燒安全性和經(jīng)濟性為目標的。早在20世紀70年代，我國就開始了對 鍋爐燃燒優(yōu)化技術(shù)的研究。如我國開發(fā)的氧化鋯氧量計，一次風速監(jiān)測系 統(tǒng)等都屬于早期的鍋爐燃燒優(yōu)化產(chǎn)品。20世紀80年代末期和90年代初 期“隨著我國電廠“節(jié)能降耗”措施的推行，電廠開

6、始普遍關(guān)注鍋爐燃燒 優(yōu)化技術(shù)，通過燃燒優(yōu)化降低鍋爐煤耗“提高火電廠發(fā)電效率。20世紀 90年代中期和末期，隨著測量技術(shù)的發(fā)展，許多企業(yè)研制開發(fā)了一系列 重要的影響鍋爐燃燒參數(shù)的在線量儀表，如飛灰含碳量在線檢測裝置，煤 粉濃度細度在線檢測裝置，煤質(zhì)成分在線檢測裝置，鍋爐火焰監(jiān)測系統(tǒng)等。同期，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，在分散控制系統(tǒng)DCS層面上控制邏 輯的優(yōu)化，先進的人工智能技術(shù)在鍋爐燃燒優(yōu)化上應(yīng)用的研究也開始受到 了廣大科研人員的關(guān)注。20世紀90年代末期，隨著社會對環(huán)境的關(guān)注， 電站鍋爐燃燒優(yōu)化已由最初的以安全性，經(jīng)濟性為目標的優(yōu)化發(fā)展到經(jīng)濟 性和安全性，環(huán)保并舉的時期。電子信息技術(shù)人工智能技術(shù)

7、給電站鍋爐燃燒優(yōu)化注入了新的活力，鍋 爐燃燒優(yōu)化技術(shù)進入新的快速發(fā)展時期。電廠鍋爐利用煤的燃燒發(fā)熱，通 過傳熱對水進行加熱，產(chǎn)生高壓蒸汽，推動汽輪機發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生 強大的電能。鍋爐燃燒自動控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱 量適應(yīng)外界對鍋爐輸出的蒸汽負荷的需求，同時保證鍋爐的安全經(jīng)濟運行。 鍋爐燃燒過程自動控制主要包括三項控制內(nèi)容：控制燃料量、控制送風量、 控制引風量。為實現(xiàn)對燃料量、送風量和引風量的控制，相應(yīng)的有三個控 制系統(tǒng)，即燃料量控制系統(tǒng)、送風量控制系統(tǒng)和引風量控制系統(tǒng)。以上三 個控制系統(tǒng)之間存在著密切的相互關(guān)聯(lián)，要控制好燃燒過程，必須使燃料量、 送風量及引風量三者協(xié)調(diào)變化

8、。以主蒸汽壓力控制系統(tǒng)為主回路，燃燒率 控制系統(tǒng)為內(nèi)回路，通過傳感器采集爐膛壓力，含氧量和爐膛負壓來調(diào)節(jié) 鍋爐的給煤量，送風量和引風量從而達到最佳熱效率。燃燒控制系統(tǒng)是電 廠熱工控制的重要組成部分，目前大部分電廠的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)仍然采 用PID控制。燃燒控制系統(tǒng)由主蒸汽壓力控制和燃燒率控制組成控制系統(tǒng)， 其中燃燒率控制由燃燒量控制、送風量控制、引風量控制三個子系統(tǒng)構(gòu)成。 鍋爐生產(chǎn)燃燒系統(tǒng)自動控制的基本任務(wù)是使燃料所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負 荷的需要，同事還要保證經(jīng)濟燃燒和鍋爐的安全運行。具體控制任務(wù)可分 為三個方面：一要穩(wěn)定蒸汽母管壓力。二要維持鍋爐燃燒的最佳狀態(tài)和經(jīng) 濟性。三要維持爐膛負壓在一

9、定范圍。這三者是相互關(guān)聯(lián)的【2】。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐日益廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，成為 發(fā)展國民經(jīng)濟的重要熱工設(shè)備之一。在現(xiàn)代的建設(shè)中，能源的需求是非常 大的，然而我國能源的利用率極低，所以提高鍋爐的熱效率具有極為重要 的實際意義。此外，鍋爐是否因地制宜地有效地燃用地方燃料，并滿足環(huán) 境保護的各項要求而努力解決煙塵污染問題，以提高操作管理水平，減輕 勞動強度，保證鍋爐額定運行及運行效率，安全可靠的供熱等課題。本課題主要方向是采用過程控制對鍋爐進行控制，采用先進的控制算 法，以達到優(yōu)化技術(shù)指標、提高經(jīng)濟效益和社會效益、提高勞動生產(chǎn)率、 節(jié)約能源、改善勞動條件、保護環(huán)境衛(wèi)生、提高市場競爭能

10、力的作用。第二章鍋爐的組成及工作原理2.1鍋爐的基本構(gòu)造鍋爐燃燒過程自動 控制系統(tǒng)的任務(wù)是控制燃料燃燒過程，使燃料燃燒所提供的熱量適合外界 對鍋爐輸出的蒸汽負荷的需求，同時保證鍋爐的安全經(jīng)濟運行?！?】鍋 爐是一種產(chǎn)生蒸汽或熱水的熱交換設(shè)備。它通過燃料的燃燒釋放大量熱能， 并通過熱傳遞把能量傳遞給水，把水變成蒸汽或熱水，蒸汽或熱水直接供 給工業(yè)和生活中所需要的熱能。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的化學能 有效的轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱能。圖1.1為簡單鍋爐的大體組成部分。鍋爐的主要設(shè)備包括氣鍋、爐子、爐膛、鍋筒、水冷壁、過熱器、省 煤器、燃燒設(shè)備、引風設(shè)備、送風設(shè)備、給水設(shè)備、空氣預(yù)熱器、水處理 設(shè)備、燃

11、料供給設(shè)備以及除灰除塵設(shè)備等。氣鍋：由上下鍋筒和三簇沸水管組成。水在管內(nèi)受管外煙氣加熱，因 而管簇內(nèi)發(fā)生自燃的循環(huán)流動，并逐漸氣化，產(chǎn)生的飽和蒸汽積聚在上鍋 筒里面。爐子：是是燃燒從充分燃燒并釋放出熱量的設(shè)備。爐膛：保證燃料的充分燃燒，并使水流受熱面積達到規(guī)定的數(shù)值。鍋筒：使自然循環(huán)鍋爐個受熱面能適應(yīng)負荷變化的設(shè)備。（須指出， 直流鍋爐內(nèi)無鍋筒。） 水冷壁：主要是輻射受熱面，保護盧比的作用。過熱器：是將氣鍋所產(chǎn)生的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為過熱蒸汽的換熱器。 過熱器一般都裝在爐膛出口。省煤器：是利用余熱加熱鍋爐給水，以降低排出煙氣溫度的換熱器。 采用省煤器后，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率，節(jié)省了燃料

12、。同時， 由于提高了進入汽包的給水溫度，減少了因溫差而引起汽包壁的熱適應(yīng)力， 從而延長了汽包的使用壽命。燃燒設(shè)備：將燃料和燃燒所需的空氣送入爐膛并使燃料著火穩(wěn)定，充 分燃燒。燃燒設(shè)備主要有磨煤機、給煤機、燃燒器、風機等【4】。引風設(shè)備：包括引風機、煙道和煙囪等幾部分。用它將鍋爐中的煙氣 連續(xù)排出。送風設(shè)備：包括有鼓風機和分道組成。用它來供應(yīng)燃料所需的空氣。給水設(shè)備：由水泵和給水管組成。空氣預(yù)熱器：是繼續(xù)利用離開省煤器后的煙氣余熱，加熱燃料燃燒所 需要的空氣，是一個換熱器。省煤器出口煙溫度高，裝上空氣預(yù)熱器后， 可以進一步降低排煙溫度，也可改善燃料著火和燃燒條件，降低不完全燃 燒所造成的損失，提

13、高鍋爐機組的效率。水處理設(shè)備：其作用是為清除水中的雜質(zhì)和降低給水硬度，以防止在 鍋爐受熱面上結(jié)水垢或腐蝕。燃料供給設(shè)備：由運煤設(shè)備、原煤倉和儲煤斗等設(shè)備組成，保證鍋爐 所需燃料供應(yīng)。除灰除塵設(shè)備：是收集鍋爐灰渣并運往儲灰場的設(shè)備【5】。此外，出了保證鍋爐的正常工作和安全，蒸汽鍋爐還必須裝設(shè)安全閥、 水位表、高低水位報警器、壓力表、主汽閥、排污閥和止污閥等，還有用 來消除受熱面上積灰的吹灰器，以提高鍋爐運行的經(jīng)濟型。圖2.1過爐控制系統(tǒng)硬件組成圖2.2鍋爐的工作原理及過程鍋爐是一 種生產(chǎn)蒸汽的換熱設(shè)備。它通過煤、由或燃氣等的燃燒釋放出化學能，并 通過傳熱過程將能量傳遞給水，使水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝羝?/p>

14、接供給工業(yè)生產(chǎn) 中所需的熱能，或通過蒸汽動力機，嫩而過轉(zhuǎn)變?yōu)闄C能，或通過汽輪發(fā)電 機轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的化學能最有效的轉(zhuǎn)變?yōu)?蒸汽的熱能。因此，近代鍋爐亦稱為蒸汽發(fā)生器。調(diào)節(jié)系統(tǒng)在蒸汽鍋爐熱工燃燒時有著很大的輔助作用，能夠為燃燒環(huán) 節(jié)提供必要的環(huán)境，協(xié)調(diào)好每個步驟的有序進行【6】.鍋爐的工作過程概 括起來應(yīng)該包括三個同時進行的過程：燃料的燃燒過程、水的氣化過程、 煙氣向水的傳熱過程。2.2.1燃料的燃燒過程首先將燃料（這里用煤）加到煤斗中，借助于 重力下落在爐膛排面上，爐排接電動機通過變速此輪箱減速后有鏈輪來帶 動，將燃料煤帶入爐內(nèi)。燃料一面燃燒，一面向后移動燃料所需要的

15、空氣 是由風機送入爐排腹中風倉后，向上穿過爐排到達燃料層，進行燃料反應(yīng) 形成高溫煙氣。燃料燃燒剩下的灰渣，在爐排末端翻過除渣板后排入灰斗， （若是燃氣式鍋爐就沒有這一部分了）這整個過程稱為燃燒過程。2.2.2水的汽化過程水的汽化過程就是蒸汽的產(chǎn)生過程，主要包括水 循環(huán)和水分離過程。經(jīng)處理的水由水泵加壓，先流經(jīng)省煤器而得到預(yù)熱， 然后進入氣鍋。鍋爐工作時氣鍋的工作介質(zhì)是處于飽和狀態(tài)的汽水混合物。 位于煙溫較低區(qū)段的對流管束，因受熱較弱，汽水工質(zhì)的容量較大，而位 于煙溫較高區(qū)段的對流管束，因受熱強烈，相應(yīng)的汽水工質(zhì)的容量較小， 從而量大的工質(zhì)則向上流入下鍋筒，而容量小的工質(zhì)則向上流入上鍋筒， 形成

16、了鍋水的自然循環(huán)。蒸汽所產(chǎn)生的過程是借助于上鍋筒內(nèi)設(shè)的汽水分離裝置。以及在鍋筒 本身空間的重力分離力作用，使汽水混合物得到分離。蒸汽在上鍋筒頂部 引出后，進入蒸汽過熱器，而分離出來的水仍回到上鍋筒下半部的水中。 鍋爐中的水循環(huán)，也保證與高溫煙氣相接處的金屬受熱面的冷卻而不被燒 壞，是鍋爐能長期安全運行的必要條件。而汽水混合物的分離設(shè)備則是保 證蒸汽品質(zhì)和蒸汽過熱可靠工作的必要設(shè)備。2.2.3煙氣向水傳熱過程由于燃料的燃燒放熱，爐內(nèi)溫度很高在爐膛 的四周墻面上，都布置一排水管，俗稱水冷壁。高溫煙氣與水冷壁進行強 烈的輻射換熱，將熱量傳給管內(nèi)工質(zhì)水。繼而煙氣受引風機和煙囪的引力 而向爐膛上方流動。

17、煙氣從爐膛出口掠過放渣管后，就沖刷蒸汽過熱器， 一組垂直放置的蛇形管受熱面，使氣鍋中產(chǎn)生的飽和蒸汽在其中受煙氣加 熱而得到的過程。煙氣流經(jīng)過過熱器后掠過脹接在上、下鍋筒間的對流管 束，在管束間設(shè)置了折煙墻使煙氣呈“S”型曲折地橫向沖刷，再次以對 流換熱的方式將熱量傳遞給管束的工質(zhì)。沿途逐漸降低溫度的煙氣最后進 入胃部煙道，與省煤器和空氣預(yù)熱器內(nèi)的工質(zhì)進行熱交換后，以經(jīng)濟的較 低的煙溫排出鍋爐。省煤器實際上同給水預(yù)熱器和空氣預(yù)熱器一樣，都設(shè) 置在鍋爐尾部（低溫）煙道，以降低排煙溫度提高鍋爐效率，從而節(jié)省了 燃料。以上就是一般鍋爐工水的過程，一個鍋爐進行工作，其主要任務(wù) 是：（1）要使鍋爐出口壓力

18、穩(wěn)定。（2）保證燃燒過程的經(jīng)濟型。（3）保持鍋爐負壓恒定。通常我們是路膛負壓保持在微負壓（-10一 80Pa）。為了完成上述三項任務(wù)，我們對三個量進行控制：燃料量，送風量， 引風量。從而使鍋爐能正常運行。第三章鍋爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計3.1鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)鍋爐燃燒 系統(tǒng)的控制與燃料種類、燃燒設(shè)備以及鍋爐形式等有密切關(guān)系。鍋爐燃燒 控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，控制方案選擇的好壞對實控制目的起到了非常重 要的作用【7】。由鍋爐燃燒理論可知，對燃煤鍋爐熱效率影響較大且可變 的熱損失主要有排煙熱損失、機械不完全燃燒熱損失、化學不完全燃燒熱 損失【8】?，F(xiàn)側(cè)重以燃煤鍋爐來討論燃燒過程的控制。燃燒過程的控制

19、基本要求有三個： 第一、保證出口蒸汽壓力穩(wěn)定，能按負荷要求自動增 減燃料量；第二、燃燒良好，供氣適宜，既要防止由于空氣不足使煙囪冒黑煙，也不因空氣過量而增加熱量；第三、保證鍋爐安全運行。在該控制系統(tǒng)中，可選用的操縱變量也由3個:料量、送風量和引風量。組成的燃燒系統(tǒng)的控制方案要滿足燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負荷的需 要;使燃料與空氣量之間保持一定的比值，保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐的安 全運行；使引風量與送風量相適應(yīng)，保持爐膛一定的負壓，以免負壓太小， 甚至為正，造成爐膛內(nèi)熱煙氣往外冒出，影響設(shè)備和工作人員的安全;如 果負壓過大，會使大量冷空氣漏進爐內(nèi)，從而使熱量損失增加。此外，還 需防止燃燒嘴背壓太

20、高時脫火，燃燒嘴背壓太低時回火的危險。鍋爐是一個多輸入、多輸出、多回路、非線性的相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜的控 制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)參數(shù)與被調(diào)節(jié)參數(shù)之間，存在著許多交叉的影響，調(diào)節(jié)難度非 常大。我們將系統(tǒng)控制分散成給煤控制，送風控制，汽包液位控制,爐膛負 壓控制等一系列閉環(huán)控【11】。3.2.1主蒸汽壓力控制系統(tǒng)本爐采用中間儲倉式制粉系統(tǒng)，其特點是 制粉系統(tǒng)出力的變化并不直影響鍋爐的負荷。當鍋爐負荷發(fā)生變動時，是 通過改變給粉機轉(zhuǎn)速進行的。當鍋爐負荷變化，調(diào)節(jié)給粉機轉(zhuǎn)速時，給粉量的增減應(yīng)緩慢進行，調(diào) 節(jié)范圍不易太大。若轉(zhuǎn)速過高，不但會因煤粉濃度過大堵塞一次風管，而 且容易使給粉機超負荷。若轉(zhuǎn)速過低，則在爐膛溫度不

21、太高的情況下，由 一于濃度不足，著火不穩(wěn)，容易發(fā)生熄火。給粉機的轉(zhuǎn)速控制在300 一 800r/min的范圍內(nèi)。調(diào)整給粉機轉(zhuǎn)速的同時，應(yīng)注意調(diào)整送、弓風量， 保持汽壓和汽溫的穩(wěn)定。增加負荷時，先增加風量，隨之增加給粉量;減 負荷時，先減少給粉量，隨之減少風量，并使同層給粉機的下粉量一致， 以便于配風。當外界負荷變化而需要調(diào)節(jié)鍋爐出力時，隨著燃料量的改變，鍋爐的 風量也需要作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。在鍋爐運行中，實際進入爐內(nèi)的空氣不可能全部與燃料接觸并發(fā)生完 全反應(yīng)。為了減少化學不完全燃燒熱損失和煙氣熱損失，獲得良好的燃燒 效率，實際送入爐內(nèi)的空氣量通常比理論計算空氣量多一些，兩者之比稱 為過量空氣系數(shù)a

22、。過量空氣系數(shù)的控制是通過煙氣分析儀測量煙氣中 的02成分來實現(xiàn)的。由一于目前普遍采用氧量計，過量空氣系數(shù)a與煙 氣中O2含量關(guān)系如式3 1所示：（3-1）式中02 一煙氣中的含氧量，；a 一過量空氣系數(shù)。因此運行人員可直接根據(jù)氧量表的數(shù)值來控制送入爐膛內(nèi)空氣量，而 不必換算過量空氣系數(shù)。從運行經(jīng)濟來看，在一定范圍內(nèi)，隨著爐膛內(nèi)過量空氣系數(shù)的增大， 可以改善燃料與空氣的接觸和混合，有利于完全燃燒，使化學不完全燃燒 損失降低。但是，當過量空氣系數(shù)過大時，則因爐膛溫度降低和煙氣流速 加快使燃燒時間縮短，可能使不完全燃燒損失反而增加，而煙氣熱損失 則總是隨著過量空氣系數(shù)的增大而增加的。所以，過量空氣

23、系數(shù)過大時， 鍋爐總的熱損失就要增加，與此同時，還將使送、引風機的電耗增大。合 理的過量空氣系數(shù)應(yīng)使各項熱損失之和為最小。從鍋爐工作的安全性來看，爐內(nèi)過量空氣系數(shù)過小，會使燃料燃燒不 完全，造成煙氣中含有較多的未燃盡炭黑和一氧化碳可燃氣體等，在尾部 煙道可能發(fā)生可燃物在燃燒。由一于灰分在還原性氣體中熔點降低，易引 起爐內(nèi)結(jié)渣以及高溫硫腐蝕等不良后果。過大的過量空氣系數(shù)使煤粉爐受 熱面管子和引風機葉片的磨損加劇，影響設(shè)備的使用壽命。此外，過量空 氣系數(shù)增大時，由一于過剩氧的相應(yīng)增加，將使燃料中的硫形成三氧化硫， 煙氣露點也相應(yīng)提高，從而使空氣預(yù)熱器發(fā)生腐蝕。同時，煙氣中的氧化 氮也將增多，影響排

24、放指標?？傊惋L量過大或過小都會給鍋爐的安全運 行帶來不良的影響。鍋爐總風量的調(diào)節(jié)是通過改變送風機的出力來實現(xiàn)的。本爐所使用的 送風機為軸流風機，通過改變風機動葉角度來調(diào)節(jié)風量。在鍋爐的風量控 制中除了改變總風量外，一、二次風的配合調(diào)節(jié)也是十分重要的。一、二 次風的風量分配應(yīng)根據(jù)它們所起的作用進行調(diào)節(jié)。一次風量應(yīng)已能滿足進 入爐膛的分粉混合物揮發(fā)燃燒及固體焦炭的氧化需要為原則，二次風量不 僅應(yīng)滿足燃燒需要，而且還應(yīng)起到補充一次風末段空氣量不足的作用。此 外，二次風應(yīng)能與進入爐膛的可燃物充分混合，這就需要較大的二次風速， 對高溫火焰起到攪拌混合的作用，以強化燃燒。當兩臺風機均運行時，在調(diào)節(jié)風量的

25、過程中，通常應(yīng)同時改變兩臺風 機的風量，并注意觀察電動機的電流以及風機出口壓和風量是否同步變化， 并防止軸流風機進入不穩(wěn)定區(qū)域運行。風量調(diào)節(jié)時，還應(yīng)通過爐膛出口氧 量的變化，來判定是否己滿足需要。高負荷情況下，還應(yīng)注意防止電動機 的電流。3.2.2爐膛壓力控制系統(tǒng)爐膛壓力是反應(yīng)燃燒上況穩(wěn)定與否的重要參 數(shù)。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛壓力將迅速發(fā)生相應(yīng)的變化。當 鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障時，最先將在爐膛壓力的變化上反應(yīng)出來，而后 才是蒸汽參數(shù)的一系列變化。因此，監(jiān)視和控制爐膛壓力，對于保證爐內(nèi) 燃燒工況的穩(wěn)定具有及其重要的意義。爐膛負壓過大，將會增加爐膛和煙道的漏風，鍋爐在低負荷或燃燒. 工況

26、不穩(wěn)的情況下運行時，便有可能由于漏入冷風而造成燃燒惡化，甚至 發(fā)生鍋爐熄滅。反之，若爐膛壓力偏正，則爐膛內(nèi)的高溫火焰就有可能外 噴，不但影響環(huán)境衛(wèi)生還將造成設(shè)備損壞或引起人身事故。運行中引起爐膛負壓波動的主要原因是燃燒工況的變化。為了使爐內(nèi) 燃燒連續(xù)進行，必須不間斷的向爐膛供給燃料燃燒所需的空氣，并將燃燒 后產(chǎn)生的煙氣及時排走。在燃燒產(chǎn)生煙氣及其排放的過程中，如果排出爐 膛的煙氣量等于燃燒產(chǎn)生的煙氣量，則進、出爐膛的物質(zhì)保持平衡，此時 爐膛負壓就相對保持不變。若上述平衡遭到破壞，則爐膛負壓就要發(fā)生變 化。例如在引風量未變時，增加送風量，就會使爐膛出現(xiàn)正壓。運行中即使送、引風量保持不變，由于燃燒

27、工況總有小量的變化，故 爐膛壓力總是波動的。當燃燒不穩(wěn)時，爐膛壓力將產(chǎn)生劇烈的波動，爐膛 風壓表相應(yīng)作大幅度的劇烈晃動。運行經(jīng)驗表明;當爐膛壓力發(fā)生劇烈波 動時，往往是熄火的頂兆，這時必須加強監(jiān)視爐內(nèi)燃燒上況，分析原因， 并及時進行調(diào)整和處理。當燃料量發(fā)生變化時，爐膛燃燒發(fā)熱量也立即發(fā) 生變化，此時向調(diào)節(jié)器發(fā)出的熱量信號也會隨之變化,調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)燃料量使 之恢復(fù)正常。這樣，就不會由于燃料量擾動而引起汽包壓力發(fā)生過大變化 【12】。爐膛壓力通常是通過改變引風機的出力來調(diào)節(jié)的。引風機的風量調(diào)節(jié) 方法要求和送風機基本相同。3.3鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中被控變量的選擇被控變量的選擇是控制系統(tǒng) 設(shè)計的核心問題，

28、選擇得正確與否，會直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定操作、產(chǎn)品 產(chǎn)量和質(zhì)量的提高以及生產(chǎn)安全與勞動條件的改善等。如果被控變量選擇 不當，不論采用何種儀表，組成什么樣的控制系統(tǒng)，都不能達到頂期的控 制效果，滿足不了生產(chǎn)的技術(shù)要求。為此，自控設(shè)計人員必須深入生產(chǎn)實 際，進行調(diào)查研究，只有在熟悉生產(chǎn)上藝的基礎(chǔ)上才能正確的選擇相互 被控變量【13】。在鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中包含兩個控制系統(tǒng):主蒸汽壓力控制系統(tǒng)和爐 膛壓力控制系統(tǒng)，而主蒸汽壓力又由主蒸汽壓力與燃料流量構(gòu)成的燃料 控制系統(tǒng)和燃料流量與空氣流量構(gòu)成的送風控制系統(tǒng)組成;爐膛壓力的變 化主要是由引風量的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，所以有時，也可以把爐膛壓力控制系 統(tǒng)稱為引風控

29、制系統(tǒng)。如果想要對該系統(tǒng)進行高效、精確的控制，首先得 依次對這三個子控制系統(tǒng)進行被控變量的選擇。在燃料控制系統(tǒng)中，要完 成的任務(wù)是使燃料流量的變化要隨著蒸汽負荷的變化而變化，所以很明顯 的可以看出在該系統(tǒng)中，被控變量是蒸汽壓力（負荷），操縱變量是燃料量; 在送風控制系統(tǒng)中，要求保持合理的風、煤配合，才一能使鍋爐經(jīng)濟的燃 燒，所以該控制系統(tǒng)的被控變量是煙氣成分，操縱變量是送風量;在引風 控制系統(tǒng)中，主要的目的是使爐膛負壓能夠保持在一定的范圍內(nèi)，從而保 證鍋爐的安全運行，所以它的控制變量是爐膛負壓，操縱變量是引風量。3.4鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的控制方案3.4.1主蒸汽壓力控制系統(tǒng)方案的 確定蒸汽壓力的

30、主要擾動是蒸汽負荷的變化與燃料量的波動。當蒸汽負荷 及燃料量波動較小時，可以采用蒸汽壓力來控制燃料量的單回路控制系統(tǒng)， 系統(tǒng)方框圖如下：圖3.2蒸汽壓力控制燃料量的單回路控制系統(tǒng)方框圖但 是，從上圖我們明顯的可以看出：當燃料流量波動較大時，等到主蒸汽壓 力控制器感受到這樣的偏差去控制調(diào)節(jié)閥時，燃料量已不是原來的流量了， 所以對它的控制總是存在著一定的偏差和滯后的。所以，要對燃料流量設(shè) 置一個調(diào)節(jié)器，讓它對干擾進行快速的控制，這便構(gòu)成了一個串級控制系 統(tǒng)。圖3.2蒸汽壓力控制燃料量的串級控制系統(tǒng)方框圖當燃料量改變時， 必須相應(yīng)的改變送風量，使燃料量與空氣量的比值達到一個最優(yōu)比以保證 鍋爐燃燒的經(jīng)

31、濟性。在這里，不管燃料量還是送風量都應(yīng)該是可控制的， 所以采用的是雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，它在提降量上也是很方便的，只要緩 慢的改變主流量的給定值，就可以提降主流量，同時副變量也就跟蹤提降， 并保持兩者比值不變。在該系統(tǒng)中空氣量是隨著燃料量變化的，所以燃料 量是主流量，空氣流量是副流量。通過上述分析，得到了燃燒過程的基本 控制控制方案如下圖3.3燃燒過程的基本控制方案圖3.4雙閉環(huán)比值控制 系統(tǒng)方框圖為了使鍋爐能夠充分且完全的燃燒:在蒸汽量要求增加時，應(yīng) 先加大空氣量，后加大燃料量;在蒸汽量要求減小時，應(yīng)先減燃料量，后 減空氣量。完成該邏輯提降量是依靠系統(tǒng)中設(shè)置的兩個選擇器:高選擇器 HS，低選擇

32、器LS。如圖3.5所示。在正常工況下，即系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，蒸汽壓力控制器的輸出IP 等于燃料流量變送器輸出I1，也等于空氣流量變送器的輸出呈上空氣過 剩系數(shù)K后的值I2。高、低選擇器的兩個輸入端信號是相等的，整個系 統(tǒng)猶如不加選擇器時的串級和比值控制組合的系統(tǒng)進行上作。當系統(tǒng)進行 提量時，隨著蒸汽量的增加，蒸汽壓力減少，壓力控制器的輸出Ip增加 （根據(jù)串級控制系統(tǒng)的要求，壓力控制器應(yīng)選用反作用式控制器），這個增 加了的信號不被低選器選中，而被高選器選中，它直接改變空氣流量控制 器的圖3.4燃燒過程的改進控制方案給定值，命令空氣量增加，也就使 I2開始增加。因此時I2Ip,I2被低選器選中，從

33、而改變?nèi)剂狭髁靠刂破?給定值，命令提量。這一過程保證在增加燃料量前。先加大空氣量，使燃 燒完全。整個提量過程直至Ip=I1=I2時，系統(tǒng)又恢復(fù)到正常工況時的穩(wěn) 定狀態(tài)。在系統(tǒng)降量時，蒸汽壓力增加，蒸汽壓力控制器的輸出減少，因 而它被低選器選中，作為燃料流量控制器的給定值而命令燃料降量。燃料 降低，經(jīng)變送器的測量信號為高選器選中，作為空氣流量控制器的給定值， 命令空氣降量，降量過程直至Ip=I1=I2,，系統(tǒng)又恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。這 樣就實現(xiàn)了提量時先提空氣量，后提燃料量，降量時先降燃料量，后降空 氣量的邏輯要求。前面介紹的鍋爐燃燒過程的燃料與空氣比值控制存在兩個不足之處。 首先不能保證兩者的最優(yōu)比

34、，這是由于流量測量的誤差以及燃料的質(zhì)量 （水分、灰分等）的變化所造成的。另外，鍋爐負荷不同時，兩者的最優(yōu)比 也應(yīng)有所不同。為此，要有一個檢驗燃料與空氣適宜配比的指標，作為送 風量的校正信號。通常用煙氣中的氧含量作為送風量的校正信號。鍋爐的熱效率（經(jīng)濟燃燒）最簡便的檢測方法，是用煙氣中的氧含量來 表示。根據(jù)燃燒方程式，可以計算出燃料完全燃燒時所需的氧量，從而可 以得出所需的空氣量，成為理論空氣量場QT。但是，實際上完全燃燒所 需的空氣量QP要超過理論空氣量QT。即需要一定的過剩空氣量。當過剩 空氣量增多時，不僅使爐膛溫度下降，而且也使最重要的煙氣熱損失增加。 因此，對不同的燃料，過?？諝饬慷加幸?/p>

35、個最優(yōu)值，即所謂最經(jīng)濟燃燒， 如圖3.5所示。對于煤粉燃料，最優(yōu)過?？諝饬考s為8%-15%。過?？諝饬砍Ｓ眠^剩 空氣系數(shù)a來表示，即實際空氣量QP與理論空氣量QT之比：（3-2）因 此，a為衡量經(jīng)濟燃燒的一種指標。a很難直接測量，但與煙氣中氧含量 有直接關(guān)系，可用近似式表示：（3-3）式中AO為煙氣中的含氧量。圖3.5過?？諝饬颗c能量損失的關(guān)系圖3.6過剩空氣量與O2及鍋爐 效率間的關(guān)系圖3.7煙氣中含氧量的閉環(huán)控制方案案中，只要把氧含量成 分控制器的給定值，按正常負荷下煙氣氧含量的最優(yōu)值設(shè)定，就能使過剩 空氣系數(shù)a穩(wěn)定在最優(yōu)值，保證鍋爐燃燒最經(jīng)濟、熱效率最高。3.4.2爐膛壓力控制系統(tǒng)控制方

36、案確定1.爐膛壓力控制系統(tǒng)爐膛負壓 控制系統(tǒng)也叫引風控制系統(tǒng)，它的控制一般可通過控制引風量來實現(xiàn)。當 鍋爐負荷變化較小時，單回路的控制系統(tǒng)就能滿足;但是，當爐膛負荷變 化較大時，單回路就很難控制，因負荷變化后，燃料及送風量均將變化，但引風量只有在爐膛負壓產(chǎn)生偏差時，才能由引風控制器去控制，這樣引 風量的變化落后于送風量。為此用反映負荷變化的蒸汽壓力作為前饋信號， K為靜態(tài)前饋放大系數(shù)。通常把爐膛負壓控制在-20Pa左右。2.有關(guān)安全保護系統(tǒng)當爐膛負壓太小，甚至為正時，會造成爐膛內(nèi)熱 煙氣玩外冒出，影響設(shè)備和工作人員的安全;如果爐膛負壓過大，會使冷 空氣漏進爐內(nèi)，從而使熱量損失增加，以要采取相應(yīng)

37、的安全保護系統(tǒng)。（1）防脫火系統(tǒng)這是一個選擇性控制系統(tǒng)，在燃燒背壓正常情況下， 由蒸汽壓力控制器控制燃料閥，維持鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。當燃燒嘴背 壓過高時，為避免造成脫火危險，此時背壓控制器幾P2C通過低選器LS 控制燃料閥，把閥關(guān)小，使背壓下降，防止脫火。在上圖中，低選擇器輸 出PY與輸入信號的關(guān)系如下：當PAPa時，PY=PB且 以上兩個控制器均為反作用（這是根據(jù)系統(tǒng)的要求確定，有關(guān)控制器正反 作用的選擇問題待后而討論），其中P1C為正常情況下工作的控制器，P2C 為非正常情況下工作的控制器，而且是窄比例的（即比例放大倍數(shù)很大）。在正常情況下，燃料壓力低于產(chǎn)生脫火的壓力（即低于給定值），P

38、2C 感受到的是負偏差，因此，它的輸出PB呈現(xiàn)為高信號（因為P2C為反作用。 窄比例）。而與此同時P1C的輸出信號相對來說則呈現(xiàn)為低信號。這樣， 低選器LS將選中P1C的輸出PA送往控制閥，構(gòu)成蒸汽壓力控制系統(tǒng)。當燃料壓力上升到超過P2C的給定值（脫火壓力）時，P2C感受到的是 正偏差，因此它是反作用、窄比例，因此P2C的輸出PB 一下跌為低信號。 于是低懸著器LS就改選P2C的輸出PB送往控制閥，構(gòu)成燃料壓力控制系 統(tǒng)，從而控制燃料壓力的上升，達到防止脫火的產(chǎn)生。待燃料壓力下降到低J幾給定值時，PB又迅速上升為高信號，而蒸汽壓力控制P1C輸出PA相對而言又成為低信號，為低選擇器重新選中 送往

39、控制閥，重新構(gòu)成蒸汽壓力控制系統(tǒng)。(2)防回火系統(tǒng)當燃料壓力不足時，燃料氣管線的壓力又可能低于燃 燒室壓力，這樣就會出現(xiàn)危險的“回火”現(xiàn)象，這會危機燃料氣罐發(fā)生燃 燒和爆炸，因此必須設(shè)法加以防止。為此可以在原有的爐膛負壓控制系統(tǒng)中增加一只帶下限接點的壓力控 制器P3C和一個電磁三通閥。當燃料壓力正常時，P3C下限接點是斷開的， 電磁閥是失電低選器LS輸出直通控制閥，此時系統(tǒng)的工作情況和以上防 止脫火的工作情況相同。一旦燃料壓力下降到低于下限值，P3C下限接點 接通，電磁閥得電，于是便切斷了低選器LS至控制閥的通路，并使控制 閥的膜頭與大氣相通，膜頭壓力將迅速降至零，于是控制閥將關(guān)閉，以防 止“

40、回火”產(chǎn)生。當燃料氣管線壓力慢慢上升到正常值時，P3C接點又復(fù) 斷開，電磁閥復(fù)斷開，一于是低選器LS的輸出又能直通控制閥，恢復(fù)到 正常的工作狀態(tài)。圖3.8路膛負壓與安全保護控制系統(tǒng)3.5鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的實施 3.5.1鍋爐燃燒控制系統(tǒng)控制器規(guī)律的選擇工業(yè)用控制器常見的有開關(guān)控 制器、比例控制器、比例-積分控制器、比例-微分控制器、比例一積分- 微分控制器。過程工業(yè)中常見的被控參數(shù)有溫度、壓力、液位和流量。而 這些參數(shù)有些是重要的生產(chǎn)參數(shù)，有些是不太重要的參數(shù)，控制要求也是 各種各樣，因此控制器規(guī)律的選擇要根據(jù)具體情況而定，但是有一些基本 原則可在選擇時加以考慮：對于不太重要的參數(shù)，例如中間儲

41、罐液位、 熱量回收預(yù)熱系統(tǒng)等，控制一般要求不太嚴格，可考慮采用比例控制，甚 至采用開關(guān)控制；(2)對于不太重要的參數(shù)，但是慣性較大，又不希望動態(tài) 偏差較大，可考慮采用比例-微分控制器，但是對于系統(tǒng)噪聲較大的參數(shù)， 例如流量，則不能選用比例一微分控制器;(3)對于氣比較重要的，控制精 度要求比較高的參數(shù)，可采用比例一積分控制器;(4)對于比較重要的，控 制精度要求比較高，希望動態(tài)偏差較小、控制對象的時間滯后比較大的參 數(shù)，應(yīng)當采用比例一積分一微分控制器【14】。3.5.2主蒸汽壓力控制系統(tǒng)控制器規(guī)律的選擇在該控制系統(tǒng)中，蒸汽 壓力和燃料流量構(gòu)成的是串級控制系統(tǒng):在串級控制系統(tǒng)中，主、副控制 器的

42、類型是根據(jù)控制的要求進行選擇的。串級系統(tǒng)中主變量是生產(chǎn)上藝的 主要操作指標，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的安全，工藝上對它的要 求比較嚴格，一般來說，主變量不允許有余差。而對副變量的要求一般都 很不嚴格，允許它有波動和有余差【15】。因為副變量的穩(wěn)定并不是目的， 設(shè)置副變量的目的就在于保證和提高主變量的控制質(zhì)量。在干擾作用下， 為了維持主變量的不變，副變量就要變。另外，從串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上 看，主環(huán)是一個定值系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用。為了主變量的穩(wěn) 定，主控制器必須有積分作用，因此主控制器一般選用比例-積分控制器。 然而副環(huán)是一個隨動系統(tǒng)，它的給定值跟隨主控制器的愉出的變化而變化， 為

43、了能快速跟蹤，副控制器不帶積分，因為積分會使跟蹤變的緩慢。所以 副控制器采用比例控制器。燃料流量與空氣流量組成的是雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，在該閉環(huán)比值控 制系統(tǒng)中，主流量是燃料流量，副流量是空氣流量。首先兩流量不僅要保 持恒定的比值，而且主流量要實現(xiàn)定值控制，其結(jié)果是副流量的設(shè)定值也 是恒定的，所以兩個調(diào)節(jié)器均應(yīng)選比例-積分控制規(guī)律。3.5.3爐膛壓力控制系統(tǒng)控制器規(guī)律的選擇在該系統(tǒng)中，爐膛負壓是 一個單純的前饋-反饋控制系統(tǒng):反饋回路是一個簡單的單回路控制系統(tǒng)， 它的對象是爐膛負壓，所以該控制器可以選比例一積分控制規(guī)律，前饋控 制器則直接選用具有比例作用的控制器;安全保護控制系統(tǒng)是一個混合型 選

44、擇性控制系統(tǒng)：一般正常上作的控制器起著保證產(chǎn)品質(zhì)量的作用，因此， 應(yīng)選比例積分形式，由一于該控制系統(tǒng)的對象是壓力對象，所以不考慮微 分作用；至于在非正常情況工作下的控制器，為了使它能在生產(chǎn)處于不正 常情況時迅速而及時地采取措施，以防事故的發(fā)生，其控制規(guī)律應(yīng)選窄比 例式（即比例放大倍數(shù)很大）。選擇器的類型可以根據(jù)生產(chǎn)處于不正常情況 下、非正常情況控制器的輸出信號高、低來確定，如果在這種情況下它的 輸出為高信號，則應(yīng)選高選器;如果在這種情況下它的輸出為低信號，則 應(yīng)選低選器。3.6鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中控制器的正、反作用的選擇3.6.1主蒸汽壓 力控制系統(tǒng)控制器正、反作用的選擇主、副控制器正、反作用的

45、選擇順序 應(yīng)該是先副后主。副控制器的正、反作用要根據(jù)副環(huán)的具體情況決定，而 與主環(huán)無關(guān)。考慮問題的出發(fā)點與單回路控制系統(tǒng)相同，即為了使副回路 構(gòu)成一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，對于副回路可將它視為一個放大倍數(shù)為“正”的環(huán) 節(jié)來看待，因為副回路是一個隨動系統(tǒng)，對它的要求是福U變量能快捷的 跟蹤給定值。在蒸汽壓力和燃料流量構(gòu)成的串級控制系統(tǒng)中，蒸汽壓力控 制器為主控制器，燃料流量控制器為副控制器，當系統(tǒng)處于危險狀況時， 燃料閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，則閥門為氣開閥，所以Kv為正;當閥門開度增加 時，燃料流量增加，所以KO場為正，變送器一直為正，故Km為正；由 KvKoKmKc為正可得Kc為正，所以燃料控制器（副控制器）

46、為反作用控制器， 這樣，只根據(jù)主對象與主變送器放大倍數(shù)的符號就可以確定主控制器的正、 反作用；當閥門打開時，主蒸汽壓力上升，所以瑜K01為正，主變送器為 正，Km為正，所以KC1為正，故主壓力控制器（主控制器）為反作用控制 器。同理可知空氣流量控制器也為反作用控制器。3.6.2爐膛壓力控制系統(tǒng)控制器正、反作用的選擇在爐膛負壓控制系 統(tǒng)中，當該系統(tǒng)處于危險狀況時，閥門應(yīng)處于打開狀態(tài)，則閥門為氣閉閥， 所以Kv為負；當閥門開度增加時，爐膛壓力降低，所以KO與為負;變送器 一直為正，故Km為正；由KvKoKmKc為正可得Kc為負，所以爐膛壓力控制 器為正作用控制器。在安全保護控制系統(tǒng)的防脫火控制系統(tǒng)

47、中，閥門為氣開閥，則Kv為 正;變送器為正，則Km為正。在正常情況下，該系統(tǒng)構(gòu)成的是蒸汽壓力控 制系統(tǒng)，當閥門開度增大時，蒸汽壓力增大，則Ko為正，所以由 KvKoKmKc為正，可得Kc為正，所以蒸汽壓力控制器為反作用控制器;在 非正常情況下，該系統(tǒng)構(gòu)成的是燃料氣壓力控制系統(tǒng)，當閥門開度增大時， 燃料氣壓力升高，則K01為正，同理可得，燃料壓力控制器也為反作用控 制器;在防回火控制系統(tǒng)中，根據(jù)同樣的方法可得該控制器也為反作用控 制器。3.7鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的參數(shù)整定所謂控制系統(tǒng)的目的，就是對于一 個已經(jīng)設(shè)計并安裝就緒的控制系統(tǒng)，通過控制器參數(shù)（6、Ti、TD）的調(diào)整， 使得系統(tǒng)的過渡過程達到最

48、為滿意的質(zhì)量指標要求。由于蒸汽壓力與燃料流量構(gòu)成的控制系統(tǒng)為串級控制系統(tǒng)，串級控制 系統(tǒng)的整定方法比較多，有逐步逼近法、兩步法和一步法等。整定的順序 是先整副環(huán)后整主環(huán)，這是它們的共同點。但兩步法較為費時，所以采用 一步整定法。所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗現(xiàn)將副控制器參數(shù)一次放好， 不再變動，然后按一般單回路系統(tǒng)的方法，直接整定出主控制器參數(shù)。一步整定法的依據(jù)是:在串級控制系統(tǒng)中，一般來說，主變量是上藝 的主要操作指標，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，對它的要求比較嚴格。而副變量的設(shè)立主要是為了提高主變量的控制質(zhì)量，對副變量本身沒有很 高的要求，允許它在一定的范圍內(nèi)變化。因此在整定時不必將過多的精

49、力 放在副環(huán)上，只要主變量達到規(guī)定的質(zhì)量指標要求即可。此外，對一于鍋 爐燃燒控制這樣一個具體的串級控制系統(tǒng)來說，在一定的范圍內(nèi)，主、副 控制器的放大倍數(shù)是可以匹配的，只要主副控制器的放大倍數(shù)及Kcl與 Kc2的乘積等于心為主變量呈4:1衰減振蕩時的控制器比例放大倍數(shù)）， 系統(tǒng)就能產(chǎn)生4:1衰減過程。雖然按照經(jīng)驗一次放上的副控制器參數(shù)不一 定適合，但可以通過調(diào)整主控制器放大倍數(shù)來進行補償結(jié)果仍然可使主變 量呈4:1衰減。人民根據(jù)長期的時間和大量的經(jīng)驗積累，總結(jié)出對于不同 的副變量情況，副控制器參數(shù)可按下表所給出的數(shù)據(jù)進行設(shè)置。表3.1副控制器參數(shù)經(jīng)驗設(shè)置值副變量類型副控制器比力度6 2/%副 控

50、制器比例放大倍Kc2溫度20-605-1.7壓力30-703-1.4流量40-802.5- 1.25液位20-805-1.25 一步整定法的具體步驟如下：（1）根據(jù)副變量的類 型，按上表的經(jīng)驗值選好副控制器參數(shù)，并將其置于副控制器上（副控制 器只用比例調(diào)節(jié)）；（2）將串級投運后，按單回路系統(tǒng)整定方法直接整定主 控制器參數(shù)；（3）觀察控制過程，根據(jù)K值匹配的原埋，適當調(diào)整主控制器 參數(shù)，使主變量的品質(zhì)指標達到規(guī)定的質(zhì)量要求；（4）如果系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩， 只要加大主、副控制器的任一參數(shù)，就可消除，如“共振”劇烈，可先轉(zhuǎn) 入手動，待穩(wěn)定后，再在比生產(chǎn)“共振”時略大的控制器參數(shù)下重新投運 和整定，直到達到

51、滿意時為止。由燃料流量與空氣流量構(gòu)成的是雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，比值控制系統(tǒng) 的參數(shù)整定，關(guān)鍵是先要明確整定要求。雙閉環(huán)比值的主流量回路為一般 定值系統(tǒng)，可按常規(guī)的單回路系統(tǒng)進行整定，該設(shè)計所選的是衰減曲線法: 衰減曲線法是在系統(tǒng)閉環(huán)情況下將控制器的積分時間Ti放到最大，微分 時間TD放到最小，比例度6放到適當數(shù)值（一般為100%）。然后6由大 往小逐步改變，并且每改變一次6值時，通過改變給定值給系統(tǒng)施加一 階躍干擾，同時觀察過渡過程變化情況。如果衰減比大于4:1,6繼續(xù)減 小當衰減比小于4:1時6應(yīng)增大，直到過渡過程呈現(xiàn)4:1衰減時為止。 如下圖所示。通過上述試驗，可以找到4:1衰減振蕩時的比例

52、度6及振蕩周期T。 在按表3-2給出的經(jīng)驗公式，可以算出采用不用類型控制器使過渡過程出 現(xiàn)4:1振蕩的控制器參數(shù)值。圖3.94:1衰減曲線按表3.2經(jīng)驗公式算出控制器參數(shù)后，按照先比 例、后積分、最后微分的程序，依次將控制器參數(shù)放好。不過在放積分、 微分之前，應(yīng)將6放在比計算值稍大（約20%）的數(shù)值上，待積分、微分 放好后，再將6放到計算機上。放好控制器參數(shù)后可以再加一次干擾， 驗證一下過渡過程是否呈4:1衰減振蕩。如果不符合要求，可適當調(diào)整一 TD表3.2衰減曲線法整定控制器參數(shù)經(jīng)驗公式控制器類型控制器參數(shù) 6/%Ti/minTD/minP6S-PI1.2 6S0.5TS-PID0.8 6S

53、0.3TS0.1TS 下 6 值， 直到達到滿意為止。副流量為隨動控制系統(tǒng)，而對少于隨動系統(tǒng)，希望從 物料能迅速正確的跟隨主物料變化，且不宜有過調(diào)，也就是說，要使隨動 控制系統(tǒng)達到振蕩與不振蕩的臨界過程，這與一般定值控制系統(tǒng)的整定要 求是不一樣的。按照隨動控制系統(tǒng)的整定要求，整定方法步驟為：進行比值系數(shù)計 算及現(xiàn)場整定；（2）將積分時間置于最大，調(diào)整比例度由大到小，找到系統(tǒng) 處一于振蕩與不振蕩的臨界過程為止；（3）適當放寬比例度，一般放大20% 左右，然后把積分時間慢慢減小，找到系統(tǒng)處于振蕩與不振蕩的臨界過程 或微震蕩的過程為止。3.8儀表的選擇3.8.1變送器的選擇變送器的作用是將各種上藝量

54、 （如溫度、壓力、流量、液位）和電、氣信號（如電壓、電流、頻率、氣壓 信號等）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一的標準信號（4-20Ma或1-5V）在對主蒸汽壓力、 燃料流量和空氣流量進行測量時，所選用的變送器型號是1151系列電容 式變送器，它的工作原理:可將生產(chǎn)過程中的液體、氣體、蒸汽等介質(zhì)的 壓力、差壓、液位、流量等熱工參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換呈中間變量，即AC（差動 電容的變化），在把它轉(zhuǎn)換成4-20mA的直流電流輸出信號，送至有關(guān)單元 進行顯示或控制【16】。3.8.2控制器的選擇控制器（或稱調(diào)節(jié)器）將來自變送器的測量值與給 定值相比較后產(chǎn)生的偏差進行比例、積分、微分運算，井輸出統(tǒng)一標準信 號，去控制執(zhí)行機構(gòu)的

55、動作，以實現(xiàn)對溫度、壓力、液位及其他工藝變量 的自動控制。在該設(shè)計中，所選用控制器是AI全通用人土智能調(diào)節(jié)器， 言有以下特點：（1）人性化設(shè)計的操作方法，非常方便易學，并且不同功 能檔次的儀表操作相互兼容；（2）包含國際上同類儀表的幾乎所有的功能， 通用性強、技術(shù)成熟可靠；（3）提供多個型號，無論事要求功能強大，還是 要求價格經(jīng)濟，都能獲得滿意的經(jīng)濟；（4）全球通用的85 一 264VAC輸入范 圍開關(guān)電源或24VDC電源供電，并具備多種外型尺寸供客戶選擇;（5）輸入 采用數(shù)字校正系統(tǒng)，內(nèi)置常用熱電偶和熱電阻非線性校正表格，測量精確 穩(wěn)定。（6）采用先進的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，無超調(diào)，具備自整定（AT）功 能；（7 ）采用先進的模塊化結(jié)構(gòu)，提供豐富的輸出規(guī)格，能廣泛滿足各種應(yīng) 用場合的需要，交貨迅速且維護方便【17】。在該設(shè)計中所選的型號是AI-808, AI-808型可替換原來的DD