燃油蒸汽锅炉的燃烧控制系统的设计和仿真.doc

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1、 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真燃油蒸汽锅炉的燃烧把握摘要工业自动化涉及的范围很广，过程把握是其中最重要的一个分支。它主要针对工业过程的五大参数，即温度、压力、流量、液位(或物位)、成分和特性等参数的把握问题。过程把握掩盖了很多工业部门，例如石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织等部门，在国民经济中所占有的地位极其重要。依据实际应用领域和工艺过程的不同，所承受的把握方式及其侧重点也不一样。而在大量的工业生产中燃烧都是必要的一环，从燃烧角度来说，有燃油、燃煤、燃气的区分。虽然燃烧的应用场合和燃料可能不同，但燃烧过程的把握都不外是燃烧把握、温度把握、燃烧程度把握、安全性把握、节能把握等。本文仅

2、以燃油蒸汽锅炉为例说明燃烧系统中具有肯定普遍性的把握问题。本次课题的目的就是基于生产实际的需求，针对蒸汽压力把握、燃料空气比值把握和炉膛负压把握进展系统框架设计并在 MATLAB 环境下建立模型、进展把握算法的实现争辩。其主要承受了MATLAB 中的 SIMULINK 工具箱进展仿真，通过模拟示波器中的波形来调整参数，改进把握效果。关键字： 燃烧把握系统，MATLAB，过程把握，SIMULINK11 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真THE DESIGN AND SIMULATION OF THE COMBUSTION CONTROL SYSTEM BASED ON FUEL STEAM

3、BOILERABSTRACTIndustrial automation involve a very wide range, while process control is one of the most important branches. It mainly refer tocontroltechniques of five industrialprocesses parameters which are temperature, pressure, and flow, liquid level (or bits), composition and characteristics. P

4、rocess control covers many industries, such as petroleum, chemical industry, electric power, metallurgy, light industry and textile department.It occupied an extremely important position of the national economy.The control modes and their emphasis depend on the different actual application and proce

5、ss engineering bustion is essential in the industrial production.Burning speaking, it can be divide into fuel, coal and gas. Although burning applications and fuel combustion process may be different, the control of burning process all involve burning control, temperature control and burning level c

6、ontrol, safety control, degree of saving energy control etc. This paper only to take fuel steam boiler combustion system as an example,it illustrates the control problems with certain universality in the combustion system. The purpose of this subject is to design the system framework for steam press

7、ure control, fuel air ratio control and hearth negative pressure based on the actual production needs, also make model in the MATLAB environment as well as research for the algorithm of control . It mainly uses the MATLAB and SIMULINK toolbox, adjusting the parameters in terms of the waveform of osc

8、illoscope.As a result, the control effect improved.12 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真Key words:,combustion control system,MATLAB, process control, SIMULINK13 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真目 录摘要IABSTRACTII前言11 绪论61.1 争辩目的及意义61.2 相关领域的争辩现状61.2.1 燃油蒸汽锅炉进展和现状61.2.2 燃烧把握系统的简介81.3 论文的章节安排2 燃油蒸汽锅炉燃烧把握系统把握原理62.1 系统根本构造与设备62.2 主要把

9、握技术及要求102.2.1 稳定蒸汽母管的压力122.2.2 维持锅炉燃烧的最正确状态和经济性122.2.3 维持炉膛负压在肯定范围122.2.4 锅炉燃烧系统把握对象的特性123 蒸汽压力把握、燃料空气比值把握和炉膛负压把握的根本模型建立143.1 蒸汽压力把握系统和燃料空气比值把握系统根本模型143.2 炉膛负压把握系统154 MATLAB 环境下把握算法的争辩184.1 系统辨识184.2 把握系统参数整定184.3 把握系统SIMULINK 仿真245结 论28参考文献2814 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真致谢29附录46译文及原文5015 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和

10、仿真1 绪论1.1 引言锅炉是重要的工业设备，应用于炼油、冶金、化工、轻工等行业。并且锅炉还是被广泛的应用于国民经济各个部门的工业民用设备。随着锅炉的大规模使 用，工业生产的不断扩大，作为动力和热源的锅炉，也向着高参数、高效率进展， 为了确保安全，保证生产，锅炉设备的把握系统就显得愈加重要。由于负荷变化从本质上说是非线性和时变的，锅炉侧又存在很大的延迟，负荷适应力量和主蒸汽压力稳定的冲突始终是锅炉燃烧自动把握中有待于进一步 解决的问题。而且锅炉燃烧把握系统不同于大多数生产过程把握系统，它不仅存在动态品质调整的问题还要考虑到锅炉的经济燃烧。如何使主蒸汽压力既具有良好的动态特性，又能使入炉燃料得以

11、充分燃烧(即高效燃烧问题)，是燃烧优化把握的真正内涵，也是燃烧过程把握的关键。目前，主汽压调整系统的把握器承受的把握规律以常规的基于数学模型的 PID 把握为多。自 70 年月以来，在锅炉系统的建模和把握方面，从理论和实际应用上进展了深入的探究，包括线性和非线性模型的建立及各种把握方法，如 PID 把握、自整定把握、模糊把握、神经网络把握、最优把握、推测把握、预见把握、鲁棒把握、容错把握、反响线性化把握、多变量频域把握，以及蒸汽压力回路的均衡燃烧把握、承受炉膛温度信号和炉膛辐射能信号为中间被调量的串级把握、工程中常用的直接能量平衡方法等。1.2 相关领域争辩现状1.2.1 燃油蒸汽锅炉进展和意

12、义工业燃油锅炉的进展经受了由简洁到简单、由低参数到高参数、由单一品种到系列化产品的进展过程。随着材料和制造工艺的提高，锅炉的构造更加完善， 种类日益丰富。工业锅炉是一个比较简单的工业设备，有几十个测量参数、把握参数和扰动参数，它们之间相互作用，相互影响，存在明显的或不明显的简单因61 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真果关系，而且测控参数也经常变化，存在肯定的非线性特性，这一切都给锅炉的把握增加了难度。锅炉把握技术的进展经受了几个历史阶段:(l)纯手动阶段在六十年月以前，由于自动化技术与电子技术进展不成熟，人们的自动化观念还比较淡薄，这段时期的锅炉一般承受纯手动的把握方式，即操作工人通过阅

13、历打算送风、给水、引风、用料的多少，通过手动操作器等方式来到达把握锅炉的目的。这样就要求司炉人员必需有丰富的阅历，增加了工人的劳动强度，事故率高，更谈不上保证锅炉的高效率运行。(2) 自动化单元组合仪表把握阶段随着自动化技术与电子技术的进展，国外己经开发并广泛应用了全自开工业锅炉把握技术。60年月前期，我国工业锅炉的把握技术开头进展，60年月后期我国引进了国外的全自动燃油工业锅炉的把握技术，70年月后期己经研制了一些工业锅炉的自动化仪表，正式将自动化技术应用于工业锅炉把握领域，因而热效率有所提高，事故率也有所下降。但是，由于承受单元组合仪表靠硬件来实现把握功能，牢靠性低，精度不高，而且只能完成

14、一些简洁的把握算法，不能实现一些较先进的算法和把握技术，把握效果仍旧不抱负。(3) 承受微机测控阶段随着电子技术的进展，高集成度、高牢靠性、价格低廉的微型计算机、单板机、单片机、工业专用把握计算机的消灭以及在我国的广泛应用，为锅炉把握领域开拓了一片宽阔的天地。运用计算机技术，开发出高效率、高牢靠性、全自动的微机工业测控系统日益得到重视。80年月后期至今，一国内己经间续消灭了各种各样的锅炉微机测控系统，明显地改善了锅炉的运行状况，但还不够完善，并对环境和抗干扰要求较高。(4) 智能把握理论的广泛应用阶段由于现代把握理论的进展以及在各方面的应用，解决了传统把握理论难以解决的问题，给工业过程把握带来

15、了崭的应用前景，并取得了前所未有的效果， 成为目前正在快速进展的一个领域。各种形式的把握系统、智能把握器不断地开发和利用。目前常用的有:多级递阶智能把握;专家把握系统与专家把握器;仿人71 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真智能把握器;自寻优模糊智能把握系统;自学习把握系统;基于神经网络的把握系统。除此之外还有综合了几种把握形式的混合式智能把握器(或系统)等多种形式，如以模糊把握为根底的专家模糊把握系统，最常见的是以常规PID数字把握为根底，通过专家系统在线实时整定PID把握参数，即所谓的智能(或专家)自适应PID把握器。通过对我国锅炉把握现状的分析，在硬件方面，很多锅炉的把握仍旧使用常规

16、仪表、继电器作为主要的把握手段，需要过多的人为参与，即使现在的仪表不少已趋于智能化，但对其使用也主要局限在检测方面;在软件方面，传统的PID 把握算法己经不适合像锅炉这样的非线性、时变、多变量祸合的简单系统。锅炉消耗大量燃料的同时，还消耗了大量的电能，如何提高锅炉热效率问题，始终是专家学者所关注的问题。因此，总结国内外锅炉把握阅历，结合我国锅炉应用的具体实际，设计出适合的锅炉把握硬件系统，并应用现代把握理论、先进把握算法，提高锅炉把握的自动化水平，使锅炉把握实现自动把握、提高锅炉的工作效率、合理利用资源， 到达锅炉把握系统安全、节能、环保运行的目的，不仅具有很高的学术争辩价值， 而且具有显著的

17、经济效益和深远的社会效益。1.2.2 燃烧把握系统简介现代燃烧把握系统指在无人直接参与状况下通过自动化仪表和自动把握装 置(包括计算机和计算机网络)完成热力过程参数测量、信息处理、自动把握、自动报警和自动保护。它的范围极其广泛，包括了主机、关心设备、公用系统的自动化。而其中最重要的是锅炉、汽轮发电机组运行的自动化，它大致包含四个根本内容:1、自动检测指热力过程中温度、压力、流量、液位、成分等热工参数的测量由自动化仪表来完成。自动检测的热工参数是监视火电厂机组是否正常运行的依据，是随时调整自动把握作用的依据，也是机组进展经济核算、事故分析、自动报警等的数据来源。2、自动调整一般指正常运行时，操作

18、的自动化，即在肯定范围内，自动地活应外界负荷81 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真变化或其他条件变化，使生产过程自动进展。锅炉的自动调整，主要包括以下四个局部的把握:(1) 汽包液位的把握:把握汽包液位高度在一个能保证锅炉安全运行的位置，水位过高会影响汽水分别，产生汽带水现象;水位过低会影响汽水循环，使金属局部过热而爆管，导致重大事故。因此，必需对汽包水位进展自动调整，把水位严格把握在规定范围内。(2) 汽包蒸汽压力把握:维持蒸汽压力恒定，蒸汽压力是衡量锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数。蒸汽压力过低或过高，对于金属导管和负荷设备都是不利的。压

19、力过高，会加速金属的蠕变，导致锅炉受损;压力过低，就不行能供给应负荷设备符合质量的蒸汽。因此， 把握蒸汽压力是安全生产的需要，也是保证燃烧经济性的需要。(3) 最优燃烧把握:即最优空气燃料比把握，在保证锅炉汽压稳定的前提下，调整炉排转速和鼓风量的配比，以使锅炉燃料得以充分燃烧，到达最优燃烧。(4) 炉膛负压把握:负压把握即把握引风量使锅炉运行在负压状态下，避开锅炉炉膛向外喷火，同时也避开锅炉热量由于正压而被过多地随排放的尾气排放，保持锅炉燃烧的经济性。3、远方把握及程序把握:远方把握是通过开关或按钮，对生产过程中重要的调整机构和截止机构实现远距离把握。程序把握主要是指机组(或局部系统、设备)在

20、启动、停顿、增减负荷、事故处理时的一系列基于规律的操作。4、自动保护:是利用自动扮装置，对机组(或系统、设备)状态、参数和自动调整进展监视， 当发生特别时，送出报警信号或切除某些系统和设备，避开发生事故，保证生命和设备的安全。火电厂的自动保护对象主要有锅炉、汽轮发电机本体、关心设备、局部工艺系统以及自动调整系统等。大型火电厂自动化的任务是保证机组安全运行，提高机组生产效率，满足电网负荷要求，降低操作人员的劳动强度，因此要具有相应的自动化措施与之相适应:1、数据采集系统(data acquisition system, DAS)广义称为计算机监视系统， 包括数据采集与显示、制表打印、报警、在线性

21、能计算、操作指导。91 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真2、协调把握系统(coordination control system CCS)或模拟量把握系统(modulating control system MCS):通过把握回路协调汽轮机和锅炉工作状态， 同时给锅炉自动把握系统和汽轮机自动把握系统发出指令，以到达快速响应负荷变化的目的，尽最大可能发挥机组的调频、调峰力量，稳定运行参数。它通常指机、炉闭环把握系统总体，及其相关子系统。3、锅炉炉膛安全监控系统(furnace safeguard supervisory system,FSSS)或燃烧器治理系统(burner mangeme

22、nt system, BMS):主要功能是保护锅炉炉膛的安全，避开发生爆炸事故，以及监视锅炉内工况，对气、油、燃烧器进展遥控或程控治理。4、挨次把握系统(sequence control system, SCS):在生产过程中，对某工艺系统或某大型主设备及有关的关心设备群，包括电动机、阀门、档板的启动、停顿、和运行中的事故处理，按预先制定的序列(时间、判据等)进展相关和有序的规律把握。挨次把握系统递阶式构造，包括:机组级、组级顺控、子组级顺控和设备级把握等四级组成，实现整个机组中各主要设各的监视操作、挨次启停和联锁保护等功能。机组级是最高一级的挨次把握，也称机组自启停系统，它能在少量人工干预下

23、自动完成机组的启停。功能组级是操作人员发出功能组启动指令后，同一功能组的相关设备按预先规定的操作挨次和时间间隔自动启动。以完成生产流程的一个特定功能目标。依据命令恳求可以自动完成这些相关子组和设备的自动挨次操作联动、成组试验以及备用设备的选择和自动切换等。子组级顺控是将某台辅机及其附属设备(如润滑油系统、相关挡板、阀门)作为一个整体进展把握。设备级(又称驱动级)把握包括了单台设备的根本把握回路和联锁保护规律。1.3 文章论文章节安排本论文各章的组织构造如下：第一章为绪论局部。主要介绍了论文的争辩背景，介绍了燃油蒸汽锅炉和燃烧把握系统的问题描述，争辩意思，并对系统的一些特点进展了简洁介绍和分析。

24、 其次章为系统把握原理的争辩，介绍了系统设备和构造以及主要技术还有要求。第三章为把握根本模型的建立，分三局部给出主要原理图和框图。第四章为MATLAB环境下把握算法争辩，通过SIMULINK工具得出了各局部的波形。第五章为展望和总结，对得出波形进展分析，并提出以后的争辩方向。110 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真2 燃油蒸汽锅炉燃烧把握系统把握原理2.1 系统根本构造与设备(l)汽包由上下锅筒和三组沸水管组成。水在管内受外部烟气加热，发生自 然循环流淌，并渐渐汽化，产生的饱和蒸汽集聚在上锅筒。为了得到干度比较 大的饱和蒸汽，在上锅筒中还装设汽水分别设备。下锅筒主要用于连接沸水管， 同时

25、还用来储存水和水垢。(2) 炉膛是使燃料充分燃烧并释放热量的设备。得到的高温烟气依次经过各个受热面，将热量传递给水以后，由烟囱排至大气。(3) 过热器是将锅炉所产生的饱和蒸汽连续加热为合格蒸汽的换热器件，亦称为过热蒸汽换热器。(4) 空气预热器是连续利用烟气余热，加热燃料燃烧时所需的空气的换热器件。通常大、中型锅炉均设有空气预热器，小型锅炉由于力求简洁，一般不承受空气预热器。为保证正常工作，锅炉还必需有一些关心设备，包括以下几局部:(l)引风设备:包括引风机、烟囱、烟道几局部，用它将锅炉中的烟气连续排出。有些小型锅炉不承受引风机，而只利用烟囱的自然抽力来排解烟气。(2)送风设备:由送风机和风道

26、组成，用它来供给燃料燃烧所需要的空气。(3)给水设备:由给水泵和给水管组成。给水泵用来抑制给水管路的流淌阻力和炉筒的压力，把水送入锅炉。为了安全，锅炉房通常要有两台以上给水泵，并且承受气动和电动两种拖动方式，起着相互备用的作用。(4) 水处理设备:其作用为用来去除水中杂质和降低给水硬度，防止锅炉受热面上结水垢和腐蚀锅炉，从而提高锅炉的经济性和安全性。(5) 供汽设备:由过热器、减温器、集汽包、供汽管路等组成。由锅炉汽包引出的饱和蒸汽，通过过热器把蒸汽的温度提高肯定程度，由减温器把握所需温度，再由蒸汽管道送至用户。(6) 仪表设备:包括蒸汽、水流量、压力、温度、液位指示、给煤、送风等11 燃油蒸

27、汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真机械和自动调整装置组成。有的用气压作调整动力，也有的用液压，还有的用电作调整动力。通过仪表和自动记录的反响，对流量、压力、温度、液位指 示、给煤、送风、引风等的变化来进展调整，到达生产运行的要求。2.2 主要把握技术及要求锅炉生产燃烧系统自动把握的根本任务，是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要，同时还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。具体把握任务可概括为三个方面。2.2.1 稳定蒸汽母管的压力维持蒸汽母管蒸汽压力不变，这是燃烧过程自动把握的第一项任务。假设蒸汽压力变了就表示锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量不相适应，因此， 必需转变燃料的供给量，以转变锅

28、炉的燃烧发热量，从而转变锅炉的蒸发量，恢复蒸汽母管压力为额定值。这项把握任务就称为汽压把握或热负荷把握。此外， 保持汽压在肯定范围内，也是保证锅炉和各个负荷设备正常工作的必要条件。稳定蒸汽母管的压力，对于单独运行的锅炉相对来说要简洁些，对于并列运行的锅炉，在一母管上同时有几台锅炉，因而保持母管蒸汽压力不变，还必需解决好几台并列运行锅炉之间的负荷安排问题。2.2.2 维持锅炉燃烧的最正确状态和经济性维护锅炉燃烧过程的最正确状态和经济性是锅炉燃烧过程自动把握的其次项 任务。燃烧的经济性指标难于直接测量，常用锅炉烟气中的含氧量，或者燃料量与送风量的比值来表示。假设能够恰当地保持燃料量与空气量的正确比

29、值，就能到达最小的热量损失和最大的燃烧效率。反之，假设比值不当，空气缺乏，结果导致燃料的不完全燃烧，当大局部燃料不能完全燃烧时，热量损失直线上升;假设空气过多，就会使大量的热量损失在烟气之中，使燃烧效率降低。2.2.3 维持炉膛负压在肯定范围炉膛负压的变化，反映了引风量与送风量的不相适应。通常要求炉膛负压保持在 2040Pa 的范围内。这时燃烧工况，锅炉房工作条件，炉子的维护及安全运行都最有利。假设炉膛负压太小，炉膛简洁向外喷火，既影响环境卫生，又可能危及设备与操作人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增大，增加引风机的电耗和112 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真烟气带走的热量损。因此，需要

30、维持炉膛压力在肯定的范围之内。这三项把握任务是相互关联的，它们可以通过把握燃料量、送风量和引风量来完成，对于燃烧过程自动把握系统的要求是:在负荷稳定时，应使燃料量、送风量和引风量各自保持不变，准时地补偿系统的内部扰动，这些内部扰动包括燃料的质量变化，以及电网频率变化引起的燃料量、送风量和引风量的变化等。在负荷变化的外扰作用时，则应使燃料量、送风量和引风量成比例的转变，既要适应负荷的要求，又要使三个被控量:蒸汽母管压力、炉膛负压和燃烧经济性指标保持在允许范围内。综上分析，使燃料量与空气量之间保持肯定的比值关系，是确保经济燃烧的根本问题。这就需要正确地测量燃料量和空气量。对于空气和气体、液体燃料流

31、量的正确测量，虽然也存在着一些具体问题，但是，选用适宜的方法是可以实现的。在不少场合，用容积消耗量测量气体和液体燃料的流量，是完全可行并准确牢靠的。实现燃烧系统自动把握，通常有两种方法:l 把锅炉设备看成是一只热量计，用测量锅炉内蒸发量的变化，来间接地监视和把握燃烧系统。这样进展把握，虽然有肯定的困难，调整误差比较大，但它是有效和可行的。(2) 测量烟气中的含氧量 O2%，比较直接地监视和把握燃烧系统。以往人们曾经用烟气中的 CO2%和 CO+H2%来监视燃烧过程。大家知道，当燃煤的化学组分肯定时，CO2%才与过剩空气系数成单值对应关系，而在一般状况下，CO2 量%与空气过剩系数没有肯定的单值

32、对应关系，所以静态误差较大，加之测量仪表牢靠性较差和容量滞后很大，所以这种方法目前已根本趋于淘汰。烟气中含氧量 O2% 与过剩空气系数存在着较好的单值对应关系，静态误差比测CO2%的方法小好几倍。实际上，炉膛中的过剩空气，在评价整个燃烧过程质量时，并不起打算性作用，起打算性作用的是燃料在剩余氧气中的燃烧条件，即取决于自由氧的相对数量，所以选择烟气中的含氧量来把握空气和燃料之比，从而把握燃烧过程，是比较合理而可行的，也是大有前途的。2.2.4 锅炉燃烧系统把握对象的特性锅炉汽包蒸汽压力是燃烧系统把握对象的主要被调量，分析燃烧系统把握对象的动态特性，是确定燃烧系统自动把握方案的主要依据。为此，下面

33、分析一下在主要扰动作用下，汽包蒸汽压力变化的动态特性。113 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真引起蒸汽压力变化的因素是很多的，如燃料量、送风量、给水量、蒸汽流量以及各种使燃烧工况变化的缘由。它的主要扰动是燃料量的转变(称为内扰动) 和蒸汽流量的转变(称为外扰动)。锅炉在正常运行时，当进入炉膛的燃料量发生变化，则炉膛发热量马上转变， 几乎没有拖延和惯性，即为比例。而蒸发局部可以看作是一个储热量的容积，反映储热量多少的主要参数是汽包压力 P。当炉膛发热量 Q 和蒸汽流量 D 所带走的热量不相等时，汽包压力 P 就要发生变化，其关系式为:dtQ - D = C dp式中 Q单位时间内锅炉炉膛发

34、热量;D蒸汽流量(用热量表示);C锅炉蒸发局部的容量系数，即汽包压力变化一个单位时，锅炉蒸发局部储热量的转变;dp-锅炉汽包压力对时间的变化率。dt蒸汽流量转变时对蒸汽压力扰动称为外扰。外扰有两种状况，一种是负荷设备的蒸汽阀门开度转变，另一种是负荷设备用汽量的突然增加(或削减)所产生的。下面就分析两种状况的扰动下蒸汽压力变化的动态特性。假设负荷设备的蒸汽调整阀开度突然转变，锅炉的汽压也随即转变。当调整阀开度突然开大，则从汽包中流向负荷设备的蒸汽流量 D 马上增加D。但是由于燃料量没有增加，因此汽包蒸汽压力渐渐下降，从汽包中流出的蒸汽量也渐渐削减，最终蒸汽流量只能恢复原值。也就是说燃料量不转变，

35、在平衡状态时，锅炉供给的蒸汽流量也不会转变。至于阀门开度增大后，短时间增加的蒸汽量是依靠锅炉蒸发局部储热量削减(压力降低)放出来的。114 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真3 把握系统根本模型建立3.1 蒸汽压力把握系统和燃料空气比值把握系统根本模型燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供给其他生产环节使用。一般生产过程中蒸汽的把握是通过调整压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反映在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。维持压力恒定是保证生产正常进展的首要条件。保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动准时调整燃烧产生的热 量，而燃烧产生热量的调整是通过把握所供给的燃料量以及适当比例的助燃空

36、气实现的。因此，蒸汽压力是最终被把握量，可以依据生成状况确定；燃料量是依据蒸汽压力确定的；空气供给量依据空气量与燃料量的合理比例确定。燃烧炉蒸汽压力把握系统和燃烧空气比值把握系统的方案如以下图 3.1，3.2 所示蒸汽压力锅炉蒸汽压力检测FCFC锅炉燃烧系统燃料FC空气3.1 燃烧炉蒸汽压力把握系统和燃料空气比值把握系统构造简图115 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真给定蒸汽压力调整器燃料流量调整器被控对象燃料流量被控对象燃料流量与蒸汽压力-燃料流量检测与变换系统燃料流量蒸汽压力检测变换系统+_空气流量调整器被控对象空气流量空气流量空气流量检测与变换系统蒸汽压力3.2 燃烧炉蒸汽压力把握

37、系统和燃料空气比值把握系统框图3.2.炉膛负压把握系统当锅炉炉膛负压力过小时，炉膛内的热烟，热气会外溢，造成热量损失，影响设备安全运行甚至危及工作人员安全；当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，转变燃料和空气比值，增加燃料损失，热量损失和降低热效率。保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。假设负压波动不大，调整引风量即可实现负压把握；当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会较大，此时，经常承受的把握方案如图 3.3 所示。该方案中以负压为把握目标，引风量做成把握闭环，利用前馈把握消退送风量变动对负压的影响。送风量负压给定前馈补偿逆风对负调整器压影响+引风调整器_+-引风与负压关

38、系+ 炉膛负压负压测量变换116 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真3.3 炉膛负压把握系统框图3.4 把握系统总框图4 MATLAB 环境下把握算法的争辩117 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真4.1 系统辨识(1) 燃烧炉蒸汽压力把握和燃料空气比值把握燃烧流量被控对象为：燃料流量至蒸汽压力关系为：蒸汽压力至燃料流量关系为:蒸汽压力至燃料流量关系为：G(s) =e-3s213s +1G(s) = 3G(s) = 1/ 3G(s) = 1燃料流量检测变换系统数学模型为：G(s) = 1燃料流量与把握流量比值为：空气流量被控对象为:(2) 炉膛负压把握引风量与负压关系：G(s) = 1

39、/ 23G(s) =11s +110e-2s送风量对负压的干扰为：4.2 把握系统参数整定G(s) =G(s) =7s +123s +1e-s(1) 燃烧把握系统为使系统无静差，燃烧流量调整器承受 PI 形式，即：Gc(s) = Kp + Kis其中，参数 Kp 和 Ki 承受稳定边界法整定。先让 Ki=0，调整 Kp 使系统等幅振荡， 即系统临界稳定状态。系统临界振荡仿真框图及其振荡响应如图 4.1 所示：118 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真4.1(a)系统临界振荡仿真框图4.1(b)系统临界振荡响应记录此时的振荡周期 Tcr=11s 和比例参数 Kcr=3.8,则 Kp=Kcr/

40、2.2=1.73， Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.18在 Kp=1.73，Ki=0.18 的根底上，对PI 参数进一步整定，燃料流量闭环把握系统119 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真单位阶跃输入的仿真框图如下所示，其中 PI 模块的构造如图 4.2(a)所示。调整Kp=1.1，Ki=0.1，系统响应如图 4.2(c)所示，可见系统有约 10%的超调量。4.2(a)PI 模块构造4.2(b)燃料流量闭环把握系统单位阶跃输入的仿真框图210 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真4.2(c)燃料流量闭环把握系统单位阶跃输入的仿真响应(2)蒸汽压力把握系统在燃料流量把握系统整定的根底上

41、，承受试误法整定压力把握系统参数。系统整定仿真框图如下图。当 Ki=0，Kp=1 时(此时相当于无调整器，因此系统最简洁)，仿真结果如图 4.3 所示，上图为系统仿真图，以下图为阶跃输出。4.3(a)蒸汽压力把握系统参数整定仿真框图21 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真4.3(b)蒸汽压力把握系统参数整定仿真结果由仿真结果可以看出，系统响应超调量约为 25%。此时系统调整器最简洁， 工程上系统响应速度和稳定程度都较好。(3) 空气流量把握系统空气流量把握系统的整定方法和燃料流量把握参数整定方法类似，当Ki=0.05 和 Kp=0.08 时，系统阶跃响应如图 4.4 所示，其中上图为阶跃响

42、应，以下图为阶跃输入。可见系统响应超调量约为 25%。4.4(a)整定后空气流量把握系统阶跃响应212 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真4.4(b)整定后空气流量把握系统阶跃输入(4)负压把握系统负压把握系统的整定方法和燃料流量把握参数整定方法类似。当 Ki=0.05， Kp=0.03 时，系统阶跃响应如图 4.5 所示，其中上图为系统阶跃响应，以下图为阶跃输入。可见系统响应超调量为 25%。4.4.5(a)整定后负压把握系统阶跃响应213 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真4.5(b)整定后负压把握系统阶跃输入(5)负压把握系统前馈补偿整定承受动态前馈整定，其前馈补偿函数为：4.3

43、 把握系统SIMULINK 仿真(1) 无干扰仿真G(s) =7s +115s + 5利用各整定参数对把握系统进展仿真，框图如 4.6 所示。设定蒸汽压力值为10，炉膛负压值为 5。仿真结果如图 4.7 至 4.10 所示，由上至下依次为蒸汽压力设定值波形，实际蒸汽压力与空气流量波形，负压变化波形和负压设定波形。214燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真4.6 把握系统仿真图4.7 蒸汽压力设定值波形215 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真4.8 实际蒸汽压力与空气流量波形(红色为实际蒸汽压力波形，黄色为空气流量波形)4.9 负压变化波形216 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真(2)有扰动仿真系统在三个局部中均参加了幅值0.1 的随机扰动。系统仿真图如图 4.11 所示。仿真结果如图 4.12 至 4.16 所示，由上至下依次为蒸汽压力设定值波形， 实际蒸汽压力与空气流量波形，扰动波形，负压变化波形和负压设定波形。4.11 有扰动系统仿真图217 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真4.12 蒸汽压力设定值波形4.13 有扰动蒸汽压力实际波形218 燃油蒸汽锅炉的燃烧把握系统的设计和仿真4.14 扰动波形4.15 有扰动负压变化波形