燃烧炉送风和引风控制系统设计

远程与继续教育学院本科毕业论文（设计） 题目： 燃烧炉送风和引风控制系统设计学习中心： 内蒙古电大学习中心 学 号： 090F31143063 姓 名： 朱月明 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 刘 磊 2016年9月25日 中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表学生姓名：朱月明 学号：090F31143063 专业：电气工程及其自动化 毕业设计（论文）题目：燃烧炉送风和引风控制系统设计 指导教师意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。）选题符合电气自动化专业培养目标要求，也体现出一定实践应用性，全文结构合理，思路清晰，语言通顺，层次分明，观点表达准确，论据与论点保持一致，参考的文献资料与论题和论文内容结合相对紧密，能基本综合运用电气自动化专业所学内容解决主要问题，但格式还不是很规范，创新点不够。总体上说，基本上达到了毕业论文的要求。 同意答辩。指导教师结论： 合格 （合格、不合格）指导教师姓名刘磊所在单位内蒙古工业大学指导时间2016.10.23中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院毕业设计（论文）中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院 本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表 学生姓名：朱月明 学号：090F31143063 专业：电气工程及其自动化 毕业设计（论文）题目：燃烧炉送风和引风控制系统设计 评阅意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。）朱月明同学的燃烧炉送风和引风控制系统设计一文，观点明确；内容充实；选题及内容有一定的理论性；论证较为严谨，逻辑性较强；文章结构完整，层次清楚，语言流畅，格式较规范。本文主要对送风控制系统和引风控制系统进行研究和仿真。在送风控制系统中应用一个串级比值控制系统，其中采用氧化锆仪器测量锅炉排烟中的含氧量来调节送风量。这样就解决负荷和燃料品种的较难确定比例系数的问题。同时在引风控制系统中利用送风量作为前馈补偿引入引风调节器，这样就解决了引风控制系统反应滞后的问题。同时在进行送风、引风控制系统仿真时，得到了比较稳定的响应曲线，这就说明在送风、引风控制系统中的调节器参数整定的比较合理。不足之处在于没有得到电厂的中的实际数据，只能理想化仿真研究。修改意见：（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。评阅成绩合格，并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。毕业设计（论文）评阅成绩 （百分制）： 80 评阅结论： 同意答辩 （同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）评阅人姓名马钊所在单位中国地质大学（武汉）评阅时间2016.10.27论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文燃烧炉送风和引风控制系统设计，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。 论文作者（签字）： 朱月明日期：2016年9月25日摘 要锅炉燃烧控制系统包括主蒸汽压力控制系统、送风控制系统和引风控制系统。而风量又是锅炉安全运行的重要指标之一，无论风量的过大还是过小都是不可以的，风量必须控制在规定的范围之内，这样才能保证电厂安全运行的经济性。在本次设计中，主要应用MATLAB软件对送风控制系统和引风控制系统进行模拟仿真。其中在送风控制系统中应用PI调节器设计了一个串级控制系统来控制送风量的变化，在引风控制系统中应用PI调节器的同时，还采用了一个前馈补偿来消除送风量对引风量的干扰。并对送风和引风控制系统做了综合仿真，在得到很好的响应曲线后，对燃烧控制系统又做了一个完整的仿真。在燃烧控制系统的仿真中，虽然PI调节器的调节参数修正的比较好，能得到比较稳定的响应曲线，但是，由于没有在电厂中进行实践操作，这里只是理想化的仿真，一定与实际存在差别。 关键词：送风控制系统；引风控制系统；PI调节目 录第一章 绪论. .1 1.1 选题背景.1 1.2 选题意义.1第二章 送风控制系统.32.1送风系统运行的基本理. .32.2送风系统的动态特性及其模型. . .5 2.3 燃料和空气的比值控制系统.6 2.4 串级比值控制系统.7第三章 引风控制系统.83.2 概述.83.1引风系统的动态特性及其模型.8 3.3 控制原理.9第四章 燃烧炉控制系统及仿真.114.1仿真环境.114.2 燃烧控制系统的任务.11 4.3 调节器的参数整定方法.12 4.4 系统仿真.12 4.4.1 送风控制系统仿真.12 4.4.2 引风控制系统仿真.15 4.4.3 燃烧控制系统仿真.17第五章 总结.19 5.1 结论.19 5.2 展望.19参考文献.20谢辞.21第1章 绪 论1.1选题背景目前火电厂还是我国发电行业的主流，虽然现在的能源行业有了风电、水电和核电，但是火电还是我国的主导能源，因为火电厂的技术还是非常成熟的，但是由于煤矿资源的紧缺，我们就不得不对火电厂进一步的完善，以便于减少能源的浪费。目前的火电厂的机组多数是300MW和600MW的机组为主导，虽然国外已经有了1000MW的机组，但是我国还是以300MW和600MW为主，正在尝试的建造1000MW的单元机组。本次设计的是燃烧炉送风和引风的控制系统，因为风量在锅炉的燃烧控制系统是个非常重要的参数之一，其中他包括送风量和引风量，同时还有锅炉的蒸汽压力三者组成燃烧过程控制系统。燃烧锅炉的燃烧控制主要有三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃烧空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。1.2选题意义 燃烧控制系统是电厂热工控制的重要组成部分，目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统还是采用的PID调节器或者PI调节器控制的，燃烧控制系统主要包括主蒸汽压力控制系统，燃料流量控制系统（送风控制系统）和炉膛负压控制系统（引风控制系统）组成。由于现在的煤和油等的不可再生资源的不断减少，使我国以至于全世界都在进行着能源节约，在电力行业的火电厂是耗煤量最大的几个行业之一，所有电厂的能源节约是必须要进行的，我本次的设计就是针对电厂锅炉的送风和引风控制系统进行的。因为锅炉的送风和引风控制是锅炉燃烧控制系统非常重要的环节之一，而送风量和引风量也是生产过程的重要参数之一，也是直接影响电厂的安全性和能源的节约情况。一般的大型锅炉配有的送风机是轴流式送风机，送风量是通过调整送风机的动叶来改变的，引风机则是轴流式或者离心式的，引风量的控制是通过改变动叶开度（轴流式）或改变入口挡板角度（离心式)来控制。在锅炉的燃烧过程中，如果送风量过大，送风量与燃料量的比例系数K也会随之增大，这样会使炉膛内的燃烧不充分，将造成资源的浪费。但是如果送风量过小，送风动叶开度就会比较小，造成风机的喘振。如果引风量过大，就会使大量的冷空气进入炉膛内，降低了炉膛的温度，增大了引风机负荷的同时排烟也带走不少的热量。如果引风量太小，炉膛压力高，和外界大气压力相仿，会导致炉烟外冒，影响设备和工作人员的安全。所以送风量和引风量的过大或者过小都是不可以的。这里还有一个问题所在就是送风机和引风机的挡板和动叶都是在经常的改变的，但是挡板和动叶的可调性能差，反应速度慢和执行机构会经常出现问题。所以我的设计需要改进这里的问题，使其能够更好的控制和能源节省。通过本次对送风控制系统和引风控制系统的设计，可以进一步的了解当代火电厂的燃烧过程的控制系统，也提高了现实问题的分析和解决能力。 在本篇论文中包括以下三部分： 第一，介绍送风控制系统和引风控制系统的控制方法； 第二，对送风控制系统和引风控制系统进行仿真； 第三，查找参考资料，研究送风控制系统和引风控制系统的改造。第二章 送风控制系统2.1送风系统运行的基本原理燃煤锅炉的送风系统根据锅炉容量设置相应的送风机数量，为锅炉燃烧运行提供所需要的空气，送风量的大小是通过调节送风机挡板开度来实现的。根据功能的不同，可以将送入炉膛的空气分为一次风、二次风和三次风。一次风一次风将热风提供给磨煤机，然后协助煤粉送入炉膛。其作用具体如下：当一次风的温度低于工艺要求时，会导致其干燥煤粉的效果不佳，使得煤粉容易结成块状或者被压实，从而导致送粉管道堵塞。反之，当一次风的温度高于安全要求时，容易引起煤粉自然或爆炸的危险。当一次风的压力比较低达不到一定风速时，会导致送粉管道中煤粉堆积造成管道堵塞，从而会影响喷粉燃烧，同时炉膛火焰中心会发生偏移，负荷降低。反之，当一次风的压力过高时，送粉的速度就会加快。这样一方面引起送粉管道严重磨损，时间一长容易使露粉磨损；另一方面会使喷出火嘴的煤粉速度加快，导致着火点偏移，从而造成炉膛着火半径变小，降低了燃烧效率。一次风是燃煤锅炉燃烧控制中比较重要的控制量，对其控制的好坏会影响锅炉燃烧的质量。对于直吹式制粉系统而言，可以将一次风分成两部分：一部分通过空气预热器后变成热风送到磨煤机口；另一部分则直接以冷风的形式进入磨煤机口。送入磨煤机口的热风用来干燥煤粉，使其能够顺利达到着火点。而冷风的作用在于降低磨煤机出口的温度，防止其出口温度过高而发生跳闸。二次风送风机将外界空气送入管道，经过空气预热器加热后的二次风被送入风箱后，再由喷燃器进入锅炉炉膛，用来提供炉膛燃烧充分燃烧所需要的氧气，从而保证锅炉燃烧过程的安全性和经济性。在锅炉燃烧过程中，有 70%90%的风量是由二次风所提供的。其中如果制粉系统也在运作中，二次风量占总风量的 70%80%左右；如果制粉系统没有运行，那么二次风量占的比例就略高一些，占总风量的70%90%左右。通常采用调节送风机出口挡板开度来调节二次风，从而维持锅炉炉膛燃烧过程的稳定和燃烧的经济性。1）二次风量对锅炉燃烧的影响锅炉燃烧过程中所需要的氧气是通过二次风来提供的，因此二次风对锅炉燃烧系统来说非常重要。二次风为煤粉燃烧提供其充分燃烧所需的氧量，同时通过调节风量使其与煤粉的比例达到最佳状态，从而提高了燃烧效率。2）二次风速度对锅炉燃烧的影响锅炉燃烧过程中，对二次风的风速有一定的要求。当在正常情况下时，二次风具有冷却火嘴的作用，可以起到防止因着火点离火嘴太近而烧毁火嘴的危险。当二次风的风速过小时，会导致煤粉燃烧的水平切圆过大，极易造成火嘴烧坏。当二次风的速度过大时，虽然可以达到让火嘴安全的目的，但是会使煤粉燃烧的水平切圆过小，造成燃烧效率低下。因此，为了既能保证火嘴安全又能使燃烧效率达到最高，就必须控制二次风的速度在适合的范围内。3）二次风量的分配对锅炉燃烧的影响锅炉在燃烧过程中，炉膛火焰中心能够稳定在垂直的位置对锅炉的安全经济运行非常重要。一方面，这种燃烧状态使燃烧产生的烟气温度波动较小，从而燃烧对主蒸汽压力的影响就小，利于主蒸汽压力的控制；另外一方面，在这种燃烧状态下炉膛负压的波动不大，有利于克服锅炉漏风带来送风控制困难的影响，并且避免了因炉膛负压波动过大导致的灭火危险。火燃中心在垂直方向的位置受各层二次风量分配的比例影响较大，因此尽量维持火燃中心的上下稳定，从而减少主汽温度受燃烧调整所带来的影响。当制粉系统处在休息状态时，与其有关的三次风也会消失，这时炉膛上面一层的风量会相应的减少，从而导致火焰中心往上偏移，造成燃烧产生的烟气温度降低，引起主蒸汽温度的下降。一般情况下，制粉系统在启停过程中对主蒸汽温度的影响比较大，这时需要相应的调节各层二次风量的分配比例，用来保持火焰中心位置的稳定，从而起到减小主蒸汽温度波动的影响。4）同层二次风速对锅炉燃烧的影响炉膛煤粉燃烧的火焰中心所处的水平位置跟同一层的每个方向的二次风的速度有关。如果同一层上每个方向的二次风速度不同时，会造成煤粉燃烧的火焰中心的水平位置发生偏移，对水冷壁产生不利的影响。因此，在锅炉燃烧控制过程中，应尽量让火焰中心处在锅炉的中心位置上，这样才能保证锅炉燃烧的稳定与安全。锅炉运行中的最佳状态是保持火焰中心不随负荷变动而变。要让火焰中心保持这种状态就必须对各层二次风量进行按比例调整，同时保证同一层上的每一方向的二次风速度相同。三次风三次风的作用是运送制粉系统产生的煤粉，其所占总风量的比例为 15%20%。当制粉系统处在运行的状态下时，三次风将协助煤粉送入分离器，颗粒较小的煤粉在三次风的作用下进入炉膛燃烧。因此，三次风是锅炉运行过程中必不可少的一部分，维持着制粉系统的正常运作，其风量的大小与制粉系统的具体状态有关，与负荷变化无关。2.2送风系统的动态特性及其模型燃煤锅炉燃烧过程中，炉膛含氧量通常可以表示为：由于表示实际空气量跟理论空气量的比值，所以 1。在充分燃烧的情况下，燃煤在一定温度条件下与炉膛中的氧气发生氧化反应，释放出热量，其化学反应过程可以表示为：如果在炉膛含氧量不足的情况下，会导致下面的反应：由以上公式可以看出，在煤粉不完全燃烧的情况下，煤粉燃烧所产生的热量仅占正常情况下的 1/3。煤粉不完全燃烧不仅使燃烧效率下降，而且产生黑烟污染环境。反之，空气过剩的话会增加烟气带走的热量，同样使燃烧效率下降。因此，送风系统是为了保证煤粉充分燃烧的同时保证其燃烧经济性。其中，控制炉膛含氧量主要通过调节送风机调节阀的开度来实现，也是其主要扰动的来源，称为内扰。在送风量扰动下炉膛含氧量响应曲线如图所示：图2-1 送风量扰动下烟气含氧量响应曲线图 2.1中，V 为送风量，V 为送风量阶跃扰动量，表示延迟时间。送风量阶跃扰动下炉膛含氧量曲线表现出具有时滞、惯性和自平衡能力等特点，其传递函数可以近似为：其中k1表示放大系统，1表示时间常数。2.3燃料和空气的比值控制系统送风控制系统的送风调节主要任务就是保证燃烧过程中的燃烧充分，防止造成能源的浪费，只要送风调节做好就能提高电厂的经济效益和减少本厂的能源浪费。大部分电厂都是采用燃料量和送风量成比例的比值环节，这样可以保证燃烧过程中燃料量与送风量有合适的比例，以达到能源的最大利用率。如图2-1所示，燃料量信号A作为送风调节的给定值，把送风量信号V作为反馈信号，从而与送风调节器构成一个比值控制系统，这样可以使送风量始终快速的跟踪燃料量的变化。K A VPI调节器 + - V 图2-2 简单的单闭环送风比值控制系统 由上图可以看出其比值控制系统选择的是PI调节器，其调节器入口的调节关系为： AK-V=0 或 V/A=K式中，K是燃料量与送风量的比例系数。在锅炉进行燃烧的过程中只要把燃料量和送风量的比例系数K调节到一个合适的数值，就能控制进入锅炉的全部燃料都是尽可能的充分燃烧，从而达到经济燃烧和能源节省的目的。但是上述的比值控制系统是近似于理想状况下的，在现实运行中，燃料量和送风量的最佳比例系数K并不是固定不变的，因为在不同的负压、不同的燃料品种的影响下，最佳比例系数K是在不断变化的，而上述的比值控制系统是把比例系数K选为一个固定不变的值，这样的选择在电厂的燃烧过程中是达不到最大的经济性的，还有可能造成非常大的能源浪费，从而提高了电厂本身的发电成本。2.4串级比值送风控制系统一个完善的燃烧经济性控制系统，是应该考虑到上述情况的发生的，应用反映燃烧经济性指标的参数来弥补这一缺点。从而调整送风量，使其与燃料量之间的比值K达到最佳，同时采取随负荷、燃料量品种变化而修正送风量的送风控制系统。 - +PI调节器 K A V PI调节器 + + - V 图2-3 采用氧量作校正信号的送风控制系统 利用氧量信号作为校正的送风控制系统如图2-2所示，其控制系统为串级控制比值控制，这里主调节器是接受氧量信号和氧量定值信号，主回路主要是用来进行氧量校正的。当烟气中含氧量高于给定值时，氧量的校正调节器发挥作用，发出一个校正信号，更改送风控制系统的给定值，也就是使送风调节器调节调节送风机减少送风量。副调节器是接受燃料量信号A、送风量的反馈信号V及氧量调节器的输出，副回路的主要作用是保证燃料量与送风量的基本比例。当系统处于静态时，副调节器的入口信号的平衡关系为：AK-V+=0 校正后的送风量信号为:V=AK+其中氧量校正调节器的输出信号。综上所述，在一个完整的送风控制系统中，送风量除了要与燃料量保持比例外，还要附加一个校正送风量信号，这样才能使烟气中的含氧量达到最佳。第三章 引风控制系统3.1概述引风控制系统又叫炉膛负压控制系统，其主要的控制目标维持炉膛负压在工艺生产要求的范围内。引风控制系统通过对引风机挡板开度的调节，来达到送风量与燃烧所产生烟气的排放量的平衡。如果引风量比送风量要大时，会使炉膛负压增大，从而导致烟气将部分热量带出，造成热量的大量损失，影响燃烧的效率。反过来，如果引风量比送风量要小时，会使炉膛负压减小，从而导致炉膛的火焰往外喷出，造成对工作人员的安全威胁。因此，为了让燃煤锅炉能够正常运行，就必须将炉膛负压维持在一个安全的范围之内。一般在-50-100Pa 的微负压情况下运行，具体设定的负压值与炉膛压力的测量位置密切相关。3.2引风系统的动态特性及其模型引风机的主要作用是抽吸燃料在炉膛燃烧后所形成的烟气，目的是维持炉膛负压保持在一定范围内。因为如果炉膛的压力比外界大气压力高出太多易造成粉尘外泄、有引起炉膛爆炸的危险；如果炉膛的压力和当地外界的大气压力相仿就会造成炉膛烟气外冒，这样既会影响设备的正常运行也有可能影响工作人员的人身安全；但是炉膛的压力又不能太小，如果太小又会使大量的冷空气漏人炉膛内，这样会降低炉膛的温度，也增大了引风机负荷和排烟带走的热量损失，也就是增加了风机的耗电量和排烟损失。其中，控制炉膛含负压主要通过调节引风机调节阀的开度来实现，也是其主要扰动的来源，称为内扰。在引风量扰动下炉膛负压响应曲线如图所示：图3-1 引风量扰动下的炉膛负压响应曲线图 3.1 中，Ps 表示炉膛负压，Vs 表示引风量，Vs表示引风量阶跃扰动。引风量阶跃扰动下炉膛负压曲线表现出具有时滞、惯性和自平衡能力等特点，其传递函数可以近似为：3.3控制原理引风机提供了炉膛的抽吸力，把引风和送风加以平衡，就能保持炉膛的负压在一定的范围内。因为引风调节对象的动态响应快，测量也是非常容易得到的，所以，引风控制系统是以炉膛压力作为给定值的一个单回路调节系统，其中被调量为炉膛负压，调节的变量就是引风量，而扰动就是就是来自送风量。 PI调节器 V f(x) + - + G 图3-2 引风控制系统 如图3-2所示,其中PI调节器的作用就是通过比较实际炉膛负压和炉膛压力给定值来控制引风量G，但是引风量的变化还要受送风量的变化影响，所以将送风量作为前馈补偿引入引风调节器。由于送风量的变化是引起负压波动的主要原因，为了使引风量能快速的跟踪到送风量的变化信号，可将送风量作为前馈引入引风调节器。有了前馈调节器的作用，每当送风控制系统有变化时，引风控制系统就会立即跟着做出相应的变化，而不是等到炉膛的负压发生了重大的变化之后才做出变化，如果是等到炉膛的负压发生变化后引风控制才发出变化的话，有可能整个系统都已经出现不可估量的损失了。加了前馈调节器就可以让送风和引风同时发生变化，这样就能随时的保证炉膛的负压保持的一定范围。增加了前馈调节器后还有一个好处就是提高引风控制系统的稳定性和减少炉膛负压的动态偏差。 送风量作为一个扰动信号通过前馈补偿装置f(x)送到引风调节器而使引风机送出的引风量加以改变，这是一个快速的前馈补偿系统。但是当系统处于静态时，前馈补偿装置f（x）的输出应为零，这样可以使炉膛负压保持在一定范围内。第四章 燃烧炉控制系统及仿真4.1仿真环境本章的内容主要是对燃烧炉控制系统进行仿真研究。利用的仿真软件是 Matlab。MATLABMatrix Laboratory，也即矩阵实验室的简称，顾名思义该软件在进行算法运算及数据处理等操作时是以矩阵作为基本单位进行运算的。MATLAB是一种交互式高级计算语言，其内部可兼容C、Java、Fortrand等多种计算机语言，并且MATLAB中有在线帮助系统，用户可以快速有效地利用MATLAB来实现各种功能。该软件为众多领域提供了一种高效率的编程工具，在动态仿真中被广泛采用。上世纪70年代，由斯坦福大学的克里夫?莫勒博士首次开发了MATLAB软件，并将其应用在教学当中。之后，Math Works公司将其应用于商业领域。经过三十多年的研究和开发，版本由MATLAB1.0升级到了MATLABR2011b，其功能更为强大、操作界面更加人性化。MATLAB具有友好的工作界面、丰富的工具箱、超强的数值和符号计算及分析能力、简易的图形绘制功能等众多优点，越来越受到高等院校及科研部门的青睐。Simulink（Simulation Link，仿真链接），Simulink是Matlab内嵌的交互式仿真集成化环境。在该环境下，不需要大量编写程序，只需了解各个模块的功能及使用规则，便可通过简单直观的鼠标和键盘操作，构造出复杂的系统。作为系统模型的仿真平台，Simulink具有五个特点：（1）既可以通过在S函数中编写程序，也可从库中调用模块，通过将各模块之间连接而成的框图表示某一特定系统；（2）可根据需要，将代表某一具体系统的若干相连接的模块封装成一子系统，并可对该子系统进行命名，以期实现系统的整体性及美观性；（3）系统进行仿真运行时，Simulink会自动进行模型至数学方程的转换，实时计算系统输出。（4）可通过示波器（Scope）模块观察仿真系统的暂态响应及稳态响应；（5）可将系统仿真结果导入work space模块中，再通过简单的语句指令将仿真波形调出。4.2 燃烧控制系统的任务 燃烧过程自动调节系统的选择与燃料的品种和供给系统、燃烧方式以及锅炉与负荷的联系方式都有密不可分的关系。但是归纳起来，整个燃烧控制过程的调节系统有三大任务。第一个就是维持汽压恒定在一定范围内。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负压的耗汽量不相适应，必须在燃料量上做出相应的改变，从而改变锅炉的蒸汽量。第二个就是保证整个燃烧过程的经济性。每当燃料量做出改变时，必须相应的调节送风量，以保证所有燃料都可以做到充分燃烧。第三个就是使引风机送出的引风量与送风量相配合，保证炉膛的负压在一定的范围。以上的三个调节任务在整个燃烧过程中缺一不可的，也是不可分割的。4.3 调节器的参数整定方法 我在本次的设计中主要针对燃烧控制系统中的送风控制系统和引风控制系统进行设计仿真，采用的工程实验整定法的一种，就是临界比例度参数整定法。所谓的临界比例度参数整定法，就是现在单纯的比例作用下，将比例增益逐步增加（或者是将比例度逐步减少），直到被控量出现等幅振荡为止。此时的比例度称为临界比例度，振荡周期称为临界周期。然后按照表4-1所列出的经验算式，求出调节器的参数。表4-1 临界比例度参数整定法整定控制器参数 /min /min P2 PI2.20.85 PID1.670.50.254.4 系统仿真4.4.1 送风控制系统仿真在锅炉燃烧系统中，送风控制系统所控制的送风量就是研究空气流量的变化，根据参考文献6中一个燃料空气比值控制系统的数学模型进行研究和仿真。空气流量被控对象为：为了使系统无静差，空气流量调节器采用PI形式，即：这里的参数和采用的是临界比例度参数整定法。也就是先让=0，调整使系统出现等幅振荡，这时就是系统处于临界稳定状态，系统临界振荡仿真框图如图4-1所示，振荡响应图如图4-2所示： 图4-1 送风系统临界振荡仿真框图 图4-2 送风系统临界振荡响应记录下来此时的振荡周期=14s,比例参数=3.15，利用表4-1的经验算法： =/2.2=4.3/2.2=1.43=1/0.85=0.0784在=1.43，=0.0784的基础上，空气流量比值控制系统的单位阶跃输入的仿真框图如图4-3所示，响应曲线图如图4-4所示：图4-3 单位阶跃的空气流量控制仿真框图 图4-4 单位阶跃的空气流量控制响应曲线由图4-4可以看出其系统的上升时间为6s，系统的调节时间为15.2s，其超调量为20%。经过参数的调试修正后，=1.1，=0.1，修正后的响应曲线如图4-5所示，可以看出经过参数修正过的系统的上升时间为7.8s，系统的调节时间为12.2s，其超调量为10%，可以看出参数修正后比之前的系统更加稳定。图4-5 参数修正后的空气流量控制响应曲线4.4.2 引风控制系统仿真引风控制系统所控制的主要所在就是控制好炉膛压力，但是控制炉膛压力的同时也要对送风系统送出的送风量扰动加以很好的应对，所以在本次设计中针对送风量的扰动增加了一个前馈调节器。 根据参考文献6中的一个引风控制系统的数学模型进行研究和仿真。 炉膛负压控制引风量与负压关系： 送风量对负压的扰动：在引风控制系统依然选择的是PI调节器，而参数的整定方法也是选择的临界比例度参数整定方法，这里就不再赘述。引风控制系统的PI调节器的参数整定过程是先整定无干扰的引风调节器，后整定前馈补偿器，参数整定的临界振荡仿真框图如图4-6所示，仿真的振荡响应如图4-7所示：图4-6 临界振荡仿真框图图4-7 引风系统临界振荡响应由上图可以看出在出现临界时候的振荡周期是=7s，=1.21，从而查表4-1计算出：=/2.2=0.55=1/0.85=0.147在计算出、后，把二者带入仿真框图再一次进行仿真得到仿真框图4-8和仿真响应曲线如图4-9：图4-8 引风量与负压的仿真框图 由于在引风控制系统中要考虑送风量的干扰，所在外回路需要加个前馈补偿调节器。这里选择的前馈补偿调节器也是PI调节器，调节PI的方法也和上述一样的。所以引风控制系统的仿真框图如下图4-9所示，图4-9 引风量与负压的仿真响应曲线由图4-9可以看出系统的上升时间为3.2s，系统的调节时间为11s，其系统的超调量为40%。 图4-10 送风、引风控制系统综合框图 这里显示器1所显示的响应图如图4-5所示，引风控制系统前馈临界仿真响应图如图4-11所示：图4-11 送风、引风控制系统整体仿真响应曲线 由此图中可以看出加入送风量的干扰后的上升时间为2.4s，系统的调节时间为11s，其系统的超调量为45%。4.4.3 燃烧控制系统仿真在完成送风控制系统和引风控制系统仿真后，利用整定好的参数和蒸汽压力控制系统仿真的参数进行整个燃烧控制系统的仿真，设定蒸汽压力值为18MPa，炉膛负压值为-50Pa。其中，燃料流量至蒸汽压力关系为G(s)=3,蒸汽压力至燃料流量关系为G(s)=1/3,仿真的结果如图4-12和4-13所示。图4-12 燃烧控制系统仿真图图4-13 实际蒸汽压力和空气流量波形图第五章 结论与展望5.1 结论本文主要对送风控制系统和引风控制系统进行研究和仿真。在送风控制系统中应用一个串级比值控制系统，其中采用氧化锆仪器测量锅炉排烟中的含氧量来调节送风量。这样就解决负荷和燃料品种的较难确定比例系数的问题。同时在引风控制系统中利用送风量作为前馈补偿引入引风调节器，这样就解决了引风控制系统反应滞后的问题。同时在进行送风、引风控制系统仿真时，得到了比较稳定的响应曲线，这就说明在送风、引风控制系统中的调节器参数整定的比较合理。但是没有得到电厂的中的实际数据，只能理想化仿真研究。5.2 展望能够对实际电厂的燃烧控制系统进行深入的学习和研究，从而得到送风、引风控制系统的实际参数和变量。这样再进行仿真就比较的真实合理，同时也能对实际情况进行分析研究。 针对风机控制问题我通过查阅资料，找到现在一些电厂对这些问题在风机上的改造办法。那就是通过增加一个变频器来控制风机的转速，同时把挡板角度固定到最大限度，需要改变风量时只需要通过变频器改变电机的转速即可，从而改变风量的变化，用这种办法替代了传统的改变挡板角度来控制风量。参考文献参考文献请标注在文中正确引用处1 边立秀等.热工控制系统M.北京.中国电力出版社.2002,1版：196-2332 张栾英等.火电厂过程控制M.北京.中国电力出版社.1997：35-453 黄欣婷.300MW机组引风机变频控制系统J.机电信息.2011年第33期4 文峰.现代发电厂概论M.北京.中国电力出版社.2008，2版：27-715 胡寿松.自动控制原理M.北京.科学出版社.2007，5版：243-2826 王正林.过程控制过程及仿真M.北京.电子工业出版社，2009，4：282-2927 郭延秋.大型火电机组检修实用技术-锅炉分册M.北京.中国电力出版社.2003：402-4058 何方.600MW火电机组培训教材-锅炉分册M.北京.中国电力出版社.2006：134-1519 梁昭峰.过程控制工程M.北京.北京理工大学出版社.2010，8：120-13410 薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助设计M.北京.机械工业出版社.2008，10：14-1911 金以慧.过程控制M.北京.清华大学出版社.1995，2：55-5712 党宏社.控制系统仿真M.西安.西安电子科技大学出版社.2008，3：177-19013 李聪.电厂锅炉运行M.北京.水利电力出版社.1988，7：199-20114 谷俊杰.热工控制系统M.北京.中国电力出版社.2011，2：209-22015 刘家钰.电站风机改造与可靠性分析M.北京.中国电力出版社.2001：92-13616 刘德昌.锅炉改造技术M.北京.中国电力出版社.2000：145-17317 魏佩敏.变频调速在锅炉送风机控制系统中的应用J.机电工程.2001年第5期18 宋玮.曲阜电厂2#炉引/送风机变频节能改造J.资源节约与环保.2011年第一期19 Wen Tan.Tuning of PID controllers for boiler-turbine unitsJ.North China Electric Power University.200420 Harmon JM. Real-time diagnostics impove power plant operationsM. Power Engineering, 199221 Morris Driels. Linera Control Systems EngineeringM22 Kuo, B. C. Automatic Control SystemM.Endlewood Cliffs.New jerser: Prentice-Hall, Inc,1982谢 辞本论文是在刘老师悉心指导下完成的。谨向刘老师致以最诚挚的谢意。刘老师严谨的治学态度、渊博的知识、对科学的执着追求、高度的敬业精神和宽厚的师长风范为我树立了榜样，堪为我一生学习之楷模。从论文的选题到论文的撰写，无不倾注着刘老师的细心指导和不懈的支持。再次向刘老师表示深深的谢意！论文进行过程中得到了班上一些同学的帮助，在与他们的讨论过程中得到了很多解决实际问题的方法，在此对他们表示感谢！深深感谢我的家人对我学习上的支持和生活上无微不至的关怀！最后，向所有评阅论文的老师们一并致以诚挚的谢意，感谢你们脱开繁忙的事务，为我审阅论文。谢谢！22