自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文：MATLAB在鍋爐燃燒中的應(yīng)用分析與研究

1、大連理工大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）matlab在鍋爐燃燒中的應(yīng)用分析與研究學(xué) 院：電子與自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)：自動(dòng)化 學(xué) 生：xxx 指導(dǎo)教師：xxx 完成日期： 2013年5月9日摘要工業(yè)自動(dòng)化涉及的范圍很廣，過(guò)程控制是其中最重要的一個(gè)分支。它主要針對(duì)工業(yè)過(guò)程的五大參數(shù)，即溫度、壓力、流量、液位(或物位)、成分和特性等參數(shù)的控制問(wèn)題。過(guò)程控制覆蓋了很多工業(yè)部門，例如石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織等部門，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占有的地位極其重要。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域和工藝過(guò)程的不同，所采用的控制方式及其側(cè)重點(diǎn)也不相同。而在大量的工業(yè)生產(chǎn)中燃燒都是必要的一環(huán)，從燃燒角度來(lái)說(shuō)，有燃油、燃煤、燃?xì)獾膮^(qū)別

2、。雖然燃燒的應(yīng)用場(chǎng)合和燃料可能不同，但燃燒過(guò)程的控制都不外是燃燒控制、溫度控制、燃燒程度控制、安全性控制、節(jié)能控制等。本次課題的目的就是基于生產(chǎn)實(shí)際的需求，針對(duì)蒸汽壓力控制、燃料空氣比值控制和爐膛負(fù)壓控制進(jìn)行系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)并在matlab環(huán)境下建立模型、進(jìn)行控制算法的實(shí)現(xiàn)研究。其主要采用了matlab中的simulink工具箱進(jìn)行仿真，通過(guò)模擬示波器中的波形來(lái)調(diào)節(jié)參數(shù)，改良控制效果。關(guān)鍵字： 燃燒控制系統(tǒng)，matlab，過(guò)程控制，simulinkthe design and simulation of the combustion control system based on fuel ste

3、am boilerabstractindustrial automation involve a very wide range, while process control is one of the most important branches. it mainly refer to control techniques of five industrial processes parameters which are temperature, pressure, and flow, liquid level (or bits), composition and characterist

4、ics. process 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

5、 process engineering.combustion 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 burnin

6、g level control, safety control, degree of saving energy control etc. the purpose of this subject is to design the system framework for steam pressure control, fuel air ratio control and hearth negative pressure based on the actual production needs, also make model in the matlab environment as well

7、as research for the algorithm of control . it mainly uses the matlab and simulink toolbox, adjusting the parameters in terms of the waveform of oscilloscope.as a result, the control effect improved.key words:,combustion control system,matlab, process control, simulink1 緒論1.1 引言鍋爐是重要的工業(yè)設(shè)備，應(yīng)用于煉油、冶金、化工

8、、輕工等行業(yè)。并且鍋爐還是被廣泛的應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門的工業(yè)民用設(shè)備。隨著鍋爐的大規(guī)模使用，工業(yè)生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大，作為動(dòng)力和熱源的鍋爐，也向著高參數(shù)、高效率發(fā)展，為了確保安全，保證生產(chǎn)，鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)就顯得愈加重要。由于負(fù)荷變化從本質(zhì)上說(shuō)是非線性和時(shí)變的，鍋爐側(cè)又存在很大的延遲，負(fù)荷適應(yīng)能力和主蒸汽壓力穩(wěn)定的矛盾一直是鍋爐燃燒自動(dòng)控制中有待于進(jìn)一步解決的問(wèn)題。而且鍋爐燃燒控制系統(tǒng)不同于大多數(shù)生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)，它不僅存在動(dòng)態(tài)品質(zhì)調(diào)節(jié)的問(wèn)題還要考慮到鍋爐的經(jīng)濟(jì)燃燒。如何使主蒸汽壓力既具有良好的動(dòng)態(tài)特性，又能使入爐燃料得以充分燃燒(即高效燃燒問(wèn)題)，是燃燒優(yōu)化控制的真正內(nèi)涵，也是燃燒過(guò)程控制的關(guān)

9、鍵。目前，主汽壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制器采用的控制規(guī)律以常規(guī)的基于數(shù)學(xué)模型的pid控制為多。自70年代以來(lái)，在鍋爐系統(tǒng)的建模和控制方面，從理論和實(shí)際應(yīng)用上進(jìn)行了深入的探索，包括線性和非線性模型的建立及各種控制方法，如pid控制、自整定控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、最優(yōu)控制、預(yù)測(cè)控制、預(yù)見控制、魯棒控制、容錯(cuò)控制、反饋線性化控制、多變量頻域控制，以及蒸汽壓力回路的均衡燃燒控制、采用爐膛溫度信號(hào)和爐膛輻射能信號(hào)為中間被調(diào)量的串級(jí)控制、工程中常用的直接能量平衡方法等。1.2 相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀1.2.1蒸汽鍋爐發(fā)展和意義工業(yè)蒸汽鍋爐的發(fā)展經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低參數(shù)到高參數(shù)、由單一品種到系列化產(chǎn)品的發(fā)展過(guò)程。

10、隨著材料和制造工藝的提高，鍋爐的結(jié)構(gòu)更加完善，種類日益豐富。工業(yè)鍋爐是一個(gè)比較復(fù)雜的工業(yè)設(shè)備，有幾十個(gè)測(cè)量參數(shù)、控制參數(shù)和擾動(dòng)參數(shù)，它們之間相互作用，相互影響，存在明顯的或不明顯的復(fù)雜因果關(guān)系，而且測(cè)控參數(shù)也經(jīng)常變化，存在一定的非線性特性，這一切都給鍋爐的控制增加了難度。鍋爐控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)歷史階段:(l)純手動(dòng)階段在六十年代以前，由于自動(dòng)化技術(shù)與電子技術(shù)發(fā)展不成熟，人們的自動(dòng)化觀念還比較淡薄，這段時(shí)期的鍋爐一般采用純手動(dòng)的控制方式，即操作工人通過(guò)經(jīng)驗(yàn)決定送風(fēng)、給水、引風(fēng)、用料的多少，通過(guò)手動(dòng)操作器等方式來(lái)達(dá)到控制鍋爐的目的。這樣就要求司爐人員必須有豐富的經(jīng)驗(yàn)，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，事

11、故率高，更談不上保證鍋爐的高效率運(yùn)行。(2)自動(dòng)化單元組合儀表控制階段隨著自動(dòng)化技術(shù)與電子技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外己經(jīng)開發(fā)并廣泛應(yīng)用了全自動(dòng)工業(yè)鍋爐控制技術(shù)。60年代前期，我國(guó)工業(yè)鍋爐的控制技術(shù)開始發(fā)展，60年代后期我國(guó)引進(jìn)了國(guó)外的全自動(dòng)燃油工業(yè)鍋爐的控制技術(shù)，70年代后期己經(jīng)研制了一些工業(yè)鍋爐的自動(dòng)化儀表，正式將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)鍋爐控制領(lǐng)域，因而熱效率有所提高，事故率也有所下降。但是，由于采用單元組合儀表靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，可靠性低，精度不高，而且只能完成一些簡(jiǎn)單的控制算法，不能實(shí)現(xiàn)一些較先進(jìn)的算法和控制技術(shù)，控制效果仍然不理想。(3)采用微機(jī)測(cè)控階段隨著電子技術(shù)的發(fā)展，高集成度、高可靠性、價(jià)

12、格低廉的微型計(jì)算機(jī)、單板機(jī)、單片機(jī)、工業(yè)專用控制計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及在我國(guó)的廣泛應(yīng)用，為鍋爐控制領(lǐng)域開辟了一片廣闊的天地。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，開發(fā)出高效率、高可靠性、全自動(dòng)的微機(jī)工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)日益得到重視。80年代后期至今，一國(guó)內(nèi)己經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)了各種各樣的鍋爐微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，明顯地改善了鍋爐的運(yùn)行狀況，但還不夠完善，并對(duì)環(huán)境和抗干擾要求較高。(4)智能控制理論的廣泛應(yīng)用階段由于現(xiàn)代控制理論的發(fā)展以及在各方面的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)控制理論難以解決的問(wèn)題，給工業(yè)過(guò)程控制帶來(lái)了嶄新的應(yīng)用前景，并取得了前所未有的效果，成為目前正在迅速發(fā)展的一個(gè)領(lǐng)域。各種形式的控制系統(tǒng)、智能控制器不斷地開發(fā)和利用。目前常用的有:多級(jí)遞階

13、智能控制;專家控制系統(tǒng)與專家控制器;仿人智能控制器;自尋優(yōu)模糊智能控制系統(tǒng);自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng);基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)。除此之外還有綜合了幾種控制形式的混合式智能控制器(或系統(tǒng))等多種形式，如以模糊控制為基礎(chǔ)的專家模糊控制系統(tǒng)，最常見的是以常規(guī)pid數(shù)字控制為基礎(chǔ)，通過(guò)專家系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)整定pid控制參數(shù)，即所謂的智能(或?qū)＜?自適應(yīng)pid控制器。通過(guò)對(duì)我國(guó)鍋爐控制現(xiàn)狀的分析，在硬件方面，很多鍋爐的控制仍然使用常規(guī)儀表、繼電器作為主要的控制手段，需要過(guò)多的人為參與，即使現(xiàn)在的儀表不少已趨于智能化，但對(duì)其使用也主要局限在檢測(cè)方面;在軟件方面，傳統(tǒng)的pid控制算法己經(jīng)不適合像鍋爐這樣的非線性、時(shí)變、多變

14、量禍合的復(fù)雜系統(tǒng)。鍋爐耗費(fèi)大量燃料的同時(shí)，還耗費(fèi)了大量的電能，如何提高鍋爐熱效率問(wèn)題，一直是專家學(xué)者所關(guān)注的問(wèn)題。因此，總結(jié)國(guó)內(nèi)外鍋爐控制經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)鍋爐應(yīng)用的具體實(shí)際，設(shè)計(jì)出適合的鍋爐控制硬件系統(tǒng)，并應(yīng)用現(xiàn)代控制理論、先進(jìn)控制算法，提高鍋爐控制的自動(dòng)化水平，使鍋爐控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、提高鍋爐的工作效率、合理利用資源，達(dá)到鍋爐控制系統(tǒng)安全、節(jié)能、環(huán)保運(yùn)行的目的，不僅具有很高的學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值，而且具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。 1.2.2 燃燒控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 現(xiàn)代燃燒控制系統(tǒng)指在無(wú)人直接參與情況下通過(guò)自動(dòng)化儀表和自動(dòng)控制裝置(包括計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))完成熱力過(guò)程參數(shù)測(cè)量、信息處理、自動(dòng)控制、自

15、動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)保護(hù)。它的范圍極其廣泛，包括了主機(jī)、輔助設(shè)備、公用系統(tǒng)的自動(dòng)化。而其中最重要的是鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的自動(dòng)化，它大致包含四個(gè)基本內(nèi)容:1、自動(dòng)檢測(cè) 指熱力過(guò)程中溫度、壓力、流量、液位、成分等熱工參數(shù)的測(cè)量由自動(dòng)化儀表來(lái)完成。自動(dòng)檢測(cè)的熱工參數(shù)是監(jiān)督火電廠機(jī)組是否正常運(yùn)行的依據(jù)，是隨時(shí)調(diào)整自動(dòng)控制作用的根據(jù)，也是機(jī)組進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算、事故分析、自動(dòng)報(bào)警等的數(shù)據(jù)來(lái)源。2、自動(dòng)調(diào)節(jié)一般指正常運(yùn)行時(shí)，操作的自動(dòng)化，即在一定范圍內(nèi)，自動(dòng)地活應(yīng)外界負(fù)荷變化或其他條件變化，使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行。鍋爐的自動(dòng)調(diào)節(jié)，主要包括以下四個(gè)部分的控制:(1)汽包液位的控制:控制汽包液位高度在一個(gè)能保證鍋爐安全運(yùn)行

16、的位置，水位過(guò)高會(huì)影響汽水分離，產(chǎn)生汽帶水現(xiàn)象;水位過(guò)低會(huì)影響汽水循環(huán)，使金屬局部過(guò)熱而爆管，導(dǎo)致重大事故。因此，必須對(duì)汽包水位進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，把水位嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍內(nèi)。(2)汽包蒸汽壓力控制:維持蒸汽壓力恒定，蒸汽壓力是衡量鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量是否平衡的重要指標(biāo)，是蒸汽的重要工藝參數(shù)。蒸汽壓力過(guò)低或過(guò)高，對(duì)于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的。壓力過(guò)高，會(huì)加速金屬的蠕變，導(dǎo)致鍋爐受損;壓力過(guò)低，就不可能提供給負(fù)荷設(shè)備符合質(zhì)量的蒸汽。因此，控制蒸汽壓力是安全生產(chǎn)的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要。(3)最優(yōu)燃燒控制:即最優(yōu)空氣燃料比控制，在保證鍋爐汽壓穩(wěn)定的前提下，調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速和鼓風(fēng)

17、量的配比，以使鍋爐燃料得以充分燃燒，達(dá)到最優(yōu)燃燒。(4)爐膛負(fù)壓控制:負(fù)壓控制即控制引風(fēng)量使鍋爐運(yùn)行在負(fù)壓狀態(tài)下，避免鍋爐爐膛向外噴火，同時(shí)也避免鍋爐熱量因?yàn)檎龎憾贿^(guò)多地隨排放的尾氣排放，保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性。3、遠(yuǎn)方控制及程序控制: 遠(yuǎn)方控制是通過(guò)開關(guān)或按鈕，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中重要的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和截止機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。程序控制主要是指機(jī)組(或局部系統(tǒng)、設(shè)備)在啟動(dòng)、停止、增減負(fù)荷、事故處理時(shí)的一系列基于邏輯的操作。4、自動(dòng)保護(hù):是利用自動(dòng)化裝置，對(duì)機(jī)組(或系統(tǒng)、設(shè)備)狀態(tài)、參數(shù)和自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，送出報(bào)警信號(hào)或切除某些系統(tǒng)和設(shè)備，避免發(fā)生事故，保證生命和設(shè)備的安全?；痣姀S的自動(dòng)保護(hù)對(duì)

18、象主要有鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)本體、輔助設(shè)備、局部工藝系統(tǒng)以及自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。大型火電廠自動(dòng)化的任務(wù)是保證機(jī)組安全運(yùn)行，提高機(jī)組生產(chǎn)效率，滿足電網(wǎng)負(fù)荷要求，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，因此要具有相應(yīng)的自動(dòng)化措施與之相適應(yīng): 1、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(data acquisition system, das)廣義稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集與顯示、制表打印、報(bào)警、在線性能計(jì)算、操作指導(dǎo)。2、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(coordination control system ccs)或模擬量控制系統(tǒng)(modulating control system mcs):通過(guò)控制回路協(xié)調(diào)汽輪機(jī)和鍋爐工作狀態(tài)，同時(shí)給鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)和汽

19、輪機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，以達(dá)到快速響應(yīng)負(fù)荷變化的目的，盡最大可能發(fā)揮機(jī)組的調(diào)頻、調(diào)峰能力，穩(wěn)定運(yùn)行參數(shù)。它通常指機(jī)、爐閉環(huán)控制系統(tǒng)總體，及其相關(guān)子系統(tǒng)。3、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(furnace safeguard supervisory system,fsss)或燃燒器管理系統(tǒng)(burner mangement system, bms):主要功能是保護(hù)鍋爐爐膛的安全，避免發(fā)生爆炸事故，以及監(jiān)視鍋爐內(nèi)工況，對(duì)氣、油、燃燒器進(jìn)行遙控或程控管理。4、順序控制系統(tǒng)(sequence control system, scs):在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)某工藝系統(tǒng)或某大型主設(shè)備及有關(guān)的輔助設(shè)備群，包括電動(dòng)機(jī)、閥門

20、、檔板的啟動(dòng)、停止、和運(yùn)行中的事故處理，按預(yù)先制定的序列(時(shí)間、判據(jù)等)進(jìn)行相關(guān)和有序的邏輯控制。順序控制系統(tǒng)遞階式結(jié)構(gòu)，包括:機(jī)組級(jí)、組級(jí)順控、子組級(jí)順控和設(shè)備級(jí)控制等四級(jí)組成，實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)組中各主要設(shè)各的監(jiān)視操作、順序啟停和聯(lián)鎖保護(hù)等功能。機(jī)組級(jí)是最高一級(jí)的順序控制，也稱機(jī)組自啟停系統(tǒng)，它能在少量人工干預(yù)下自動(dòng)完成機(jī)組的啟停。功能組級(jí)是操作人員發(fā)出功能組啟動(dòng)指令后，同一功能組的相關(guān)設(shè)備按預(yù)先規(guī)定的操作順序和時(shí)間間隔自動(dòng)啟動(dòng)。以完成生產(chǎn)流程的一個(gè)特定功能目標(biāo)。根據(jù)命令請(qǐng)求可以自動(dòng)完成這些相關(guān)子組和設(shè)備的自動(dòng)順序操作聯(lián)動(dòng)、成組試驗(yàn)以及備用設(shè)備的選擇和自動(dòng)切換等。子組級(jí)順控是將某臺(tái)輔機(jī)及其附屬設(shè)備

21、(如潤(rùn)滑油系統(tǒng)、相關(guān)擋板、閥門)作為一個(gè)整體進(jìn)行控制。設(shè)備級(jí)(又稱驅(qū)動(dòng)級(jí))控制包括了單臺(tái)設(shè)備的基本控制回路和聯(lián)鎖保護(hù)邏輯。2 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)控制原理2.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與設(shè)備 (l)汽包由上下鍋筒和三組沸水管組成。水在管內(nèi)受外部煙氣加熱，發(fā)生自然循環(huán)流動(dòng)，并逐漸汽化，產(chǎn)生的飽和蒸汽集聚在上鍋筒。為了得到干度比較大的飽和蒸汽，在上鍋筒中還裝設(shè)汽水分離設(shè)備。下鍋筒主要用于連接沸水管，同時(shí)還用來(lái)儲(chǔ)存水和水垢。 (2)爐膛是使燃料充分燃燒并釋放熱量的設(shè)備。得到的高溫?zé)煔庖来谓?jīng)過(guò)各個(gè)受熱面，將熱量傳遞給水以后，由煙囪排至大氣。 (3)過(guò)熱器是將鍋爐所產(chǎn)生的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為合格蒸汽的換熱器件，亦稱為過(guò)

22、熱蒸汽換熱器。 (4)空氣預(yù)熱器是繼續(xù)利用煙氣余熱，加熱燃料燃燒時(shí)所需的空氣的換熱器件。通常大、中型鍋爐均設(shè)有空氣預(yù)熱器，小型鍋爐由于力求簡(jiǎn)單，一般不采用空氣預(yù)熱器。為保證正常工作，鍋爐還必須有一些輔助設(shè)備，包括以下幾部分: (l)引風(fēng)設(shè)備:包括引風(fēng)機(jī)、煙囪、煙道幾部分，用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排出。有些小型鍋爐不采用引風(fēng)機(jī)，而只利用煙囪的自然抽力來(lái)排除煙氣。 (2)送風(fēng)設(shè)備:由送風(fēng)機(jī)和風(fēng)道組成，用它來(lái)供應(yīng)燃料燃燒所需要的空氣。 (3)給水設(shè)備:由給水泵和給水管組成。給水泵用來(lái)克服給水管路的流動(dòng)阻力和爐筒的壓力，把水送入鍋爐。為了安全，鍋爐房通常要有兩臺(tái)以上給水泵，并且采用氣動(dòng)和電動(dòng)兩種拖動(dòng)方式

23、，起著相互備用的作用。 (4)水處理設(shè)備:其作用為用來(lái)清除水中雜質(zhì)和降低給水硬度，防止鍋爐受熱面上結(jié)水垢和腐蝕鍋爐，從而提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和安全性。 (5)供汽設(shè)備:由過(guò)熱器、減溫器、集汽包、供汽管路等組成。由鍋爐汽包引出的飽和蒸汽，通過(guò)過(guò)熱器把蒸汽的溫度提高一定程度，由減溫器控制所需溫度，再由蒸汽管道送至用戶。 (6)儀表設(shè)備:包括蒸汽、水流量、壓力、溫度、液位指示、給煤、送風(fēng)等機(jī)械和自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置組成。有的用氣壓作調(diào)節(jié)動(dòng)力，也有的用液壓，還有的用電作調(diào)節(jié)動(dòng)力。通過(guò)儀表和自動(dòng)記錄的反應(yīng)，對(duì)流量、壓力、溫度、液位指示、給煤、送風(fēng)、引風(fēng)等的變化來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到生產(chǎn)運(yùn)行的要求。2.2主要控制技術(shù)及要求

24、2.2.1概念.鍋爐的燃燒過(guò)程是一個(gè)具有強(qiáng)干擾、非線性、時(shí)變、多變量的復(fù)雜過(guò)程鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是控制燃料燃燒過(guò)程，使燃料燃燒所提供的熱量適合外界對(duì)鍋爐輸出的蒸汽負(fù)荷的需求，同時(shí)保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，當(dāng)鍋爐負(fù)荷改變時(shí)，需要進(jìn)行燃燒的調(diào)整通常將鍋爐燃燒系統(tǒng)視為三輸入三輸出系統(tǒng),輸入量為燃料量,送風(fēng)量和引風(fēng)量;輸入量為主燃?xì)鈮毫?爐膛溫度和爐膛負(fù)壓.同時(shí),還存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的擾動(dòng)參數(shù),包括燃?xì)饬髁繑_動(dòng)和燃料品質(zhì)擾動(dòng)等,這些參數(shù)互相作用如圖2-3所示.在實(shí)際控制系統(tǒng)中,通常系統(tǒng)簡(jiǎn)化為三個(gè)子系統(tǒng):燃料控制系統(tǒng),送風(fēng)控制系統(tǒng),引風(fēng)控制系統(tǒng). 鍋爐燃燒系統(tǒng)自動(dòng)控制基本任務(wù),就是使燃料燃燒

25、所產(chǎn)生的熱量,適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要,同時(shí)還要保證經(jīng)濟(jì)燃燒和鍋爐的安全運(yùn)行.具體控制目標(biāo)可概括為三個(gè)方面.鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制主要包括:(1)燃料量的控制. (2)送風(fēng)量的控制. (3)引風(fēng)量的控制.2.2.2鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制目標(biāo)維持蒸汽壓力穩(wěn)定.蒸汽壓力是衡量蒸汽供求關(guān)系是否平衡的重要指標(biāo),是重要工藝參數(shù).蒸汽給定壓力過(guò)高或過(guò)低,對(duì)于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的:壓力太高,會(huì)加速金屬的蠕變;壓力太低,就不可能提供使各負(fù)荷設(shè)備符合質(zhì)量的蒸汽.在運(yùn)行過(guò)程中,蒸汽壓力減低,表明蒸汽消耗量大于鍋爐發(fā)氣量;反之,蒸汽壓力升高,說(shuō)明蒸汽消耗量小于鍋爐發(fā)氣量.因此嚴(yán)格控制蒸汽壓力,是確保安全生產(chǎn)的需要,也是

26、維持正常生產(chǎn)負(fù)荷的需要.保持汽壓穩(wěn)定也是鍋爐正常運(yùn)行的基本要求.鍋爐主蒸汽壓力是燃燒量控制系統(tǒng)的主要被調(diào)量，在主要擾動(dòng)下，主蒸汽壓力的動(dòng)態(tài)特性。引起蒸汽壓力變化的因素是很多的，如燃料量送風(fēng)量、給水量、蒸汽流量、以及各種使燃燒工況變化的原因。它的主要擾動(dòng)燃料量的改變(稱為內(nèi)擾)和蒸汽量的改變(稱為外擾).保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的好壞，直接影響爐膛的空氣過(guò)剩系數(shù)的變化，引起空氣過(guò)剩系數(shù)變化的主要擾動(dòng)是燃料量和送風(fēng)量。風(fēng)量擾動(dòng)下對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性具有較大的自平衡能力，幾乎沒有遲延和慣性，近似為比例環(huán)節(jié)。而燃料量擾動(dòng)時(shí)，需經(jīng)過(guò)輸送和燃燒過(guò)程而略有遲延。由于送風(fēng)系統(tǒng)幾乎沒有延遲和慣性。所以在燃料充

27、足的情況下送風(fēng)量的大小將比較直接的反應(yīng)在鍋爐的蒸汽壓力上。使空氣和燃料量相適應(yīng),維持燃料量和送風(fēng)量有一定的比值,是燃燒過(guò)程的最佳操作條件,是提高鍋爐效率和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵措施.圖2-2清楚的表明,如果能夠恰當(dāng)?shù)谋３秩紵颗c送風(fēng)量的正確比值,就能達(dá)到最小的熱量損失和最大的燃燒效率.反之如果比值不當(dāng),空氣不足,離開最適宜的空燃比,就會(huì)導(dǎo)致燃料的不完全燃燒,當(dāng)大部分燃料燃燒不完全時(shí),熱量損失直線上升;如果空氣過(guò)多,就會(huì)增加熱量損失,使大量的熱量損失在煙氣之中,使燃燒效率降低,并造成對(duì)周圍環(huán)境的污染.一般地說(shuō),對(duì)于典型的燃油鍋爐,在燃?xì)庵斜３?%的氧或者10%的過(guò)剩空氣是最適宜的;對(duì)于典型的燃油鍋爐,在燃

28、油中保持3.5%的氧或者20%的過(guò)剩空氣是最合適的,熱量損失是最少的. 維持爐膛壓力穩(wěn)定 爐膛負(fù)壓是送風(fēng)量和引風(fēng)量相平衡的標(biāo)志,鍋爐在正常運(yùn)行中,爐膛壓力也必須保持在規(guī)定的范圍內(nèi).如果是負(fù)壓操作,則負(fù)壓偏正,局部地區(qū)容易噴火,不利于安全生產(chǎn)和環(huán)境衛(wèi)生;負(fù)壓過(guò)大,漏風(fēng)嚴(yán)重,總風(fēng)量增加,煙氣熱損失增大,不利于經(jīng)濟(jì)燃燒.由于燃燒室的空間很大,加之介質(zhì)密度差產(chǎn)生的自生引力,使沿著爐膛向上負(fù)壓越來(lái)越大,所以保持某個(gè)高度的負(fù)壓是必需的,可行的.爐膛負(fù)壓主要受送、引風(fēng)機(jī)的影響，調(diào)節(jié)通道的動(dòng)態(tài)特性較好，擾動(dòng)通道的飛升時(shí)間很短，飛升速度很快。通過(guò)對(duì)燃燒過(guò)程被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析可知，燃燒過(guò)程的主要擾動(dòng)為給煤量(內(nèi)

29、擾)和蒸汽負(fù)荷變化量(外擾)，在燃燒率擾動(dòng)下，汽壓被控對(duì)象存在一定的滯后時(shí)間，根據(jù)汽壓變化去改變?nèi)紵?即同時(shí)協(xié)調(diào)地改變?nèi)剂狭?、送風(fēng)量和引風(fēng)量)能夠較為有效的控制汽壓。這就為燃燒過(guò)程的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 對(duì)象復(fù)雜性鍋爐燃燒控制目標(biāo)是相輔相成的.蒸汽壓力變化,需要調(diào)節(jié)燃料和送風(fēng),這勢(shì)必會(huì)引起爐膛內(nèi)含氧量和負(fù)壓的變化;爐膛含氧量變化,需要調(diào)解燃料和送風(fēng)的比值,文本中采用變比值調(diào)節(jié)含氧量使含氧保持恒定,爐膛負(fù)壓變化,需要調(diào)節(jié)引風(fēng),繼而會(huì)引起送風(fēng)量的變化,從而導(dǎo)致蒸汽壓力改變,另外引風(fēng)量變化也要引起含氧量的變化.同時(shí),由于實(shí)際過(guò)程中燃料的配比極其不穩(wěn)定,燃料的熱值時(shí)好時(shí)壞, “負(fù)荷流量”的需要有時(shí)高有時(shí)

30、低,致使被控對(duì)象極其不穩(wěn)定,所以鍋爐燃燒對(duì)象存在強(qiáng)烈的外部干擾.另外,燃燒系統(tǒng)需要經(jīng)過(guò)汽包汽水分離系統(tǒng)才能形成蒸汽,這又使得主蒸汽的壓力變化具有一定的滯后性.總之,鍋爐燃燒對(duì)象是一個(gè)具有多變量,強(qiáng)耦合,強(qiáng)干擾,大滯后的復(fù)雜過(guò)程系統(tǒng).常規(guī)的pid控制很難相互兼顧使得這些控制目標(biāo)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定,因此需要考慮更加復(fù)雜的,先進(jìn)的,智能化的控制方案才能實(shí)現(xiàn).圖2-4為燃燒控制系統(tǒng)的耦合關(guān)系示意圖.經(jīng)過(guò)以上對(duì)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)復(fù)雜性的分析可知,鍋爐燃燒系統(tǒng)控制變量及操縱變量如表2-1所示:鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)負(fù)荷的需求,同時(shí)保證鍋爐的經(jīng)濟(jì),安全運(yùn)行.為適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的變化,應(yīng)及

31、時(shí)調(diào)節(jié)燃料量;為完全燃燒,應(yīng)控制燃燒量與送風(fēng)量的比值,使過(guò)?？諝庀禂?shù)滿足要求;為了防止燃燒過(guò)程中火焰或者煙氣外噴,應(yīng)控制爐膛負(fù)壓.這三項(xiàng)任務(wù)互相影響,應(yīng)消除或削弱它們的關(guān)聯(lián). 小結(jié)本節(jié)介紹了鍋爐燃燒系統(tǒng)中各變量的動(dòng)態(tài)特性及其相互之間的耦合關(guān)系,明確闡述了燃燒系統(tǒng)的控制目標(biāo),指明了控制的復(fù)雜性.2.2.3 鍋爐燃燒系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性蒸汽壓力控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性鍋爐蒸汽壓力是燃燒過(guò)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,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(燃料的變化)和外擾(蒸汽流量的改變).以蒸汽壓力作為被調(diào)量的燃燒過(guò)程示意圖如圖

32、2-1所示.(1) 內(nèi)擾特性鍋爐正正常運(yùn)行時(shí),若進(jìn)入爐膛的燃料發(fā)生變化,則爐膛發(fā)熱量立即化.蒸發(fā)量部分可以看作是一個(gè)儲(chǔ)熱量的容器,反映儲(chǔ)熱量多少的主要參數(shù)是汽包壓力p.當(dāng)爐膛發(fā)熱量q和蒸汽流量d所帶走的熱量不相等時(shí),汽包壓力p就要發(fā)生變化:(a) 蒸汽壓力變化的動(dòng)態(tài)特性與鍋爐的供氣條件有關(guān),如果用氣量d不變,而燃料量改變產(chǎn)生內(nèi)擾時(shí),蒸汽壓力發(fā)生變化;(b) 若用氣設(shè)備的調(diào)節(jié)閥開度m不變,則隨著氣壓的升高,蒸汽流量也將增加,當(dāng)蒸汽流量帶走的熱量等于燃料增加的熱量時(shí),蒸汽壓力又在新的數(shù)值上穩(wěn)定下來(lái),系統(tǒng)達(dá)到新的平衡.(2) 外擾特性外擾有兩種情況,一種是負(fù)荷設(shè)備的蒸汽閥門開度改變,另一種是負(fù)荷設(shè)備

33、用氣量突然增加(或者減少)所產(chǎn)生的.下面就分析兩種情況的擾動(dòng)下,蒸汽壓力變化的動(dòng)態(tài)特性.(a) 若負(fù)荷設(shè)備的蒸汽調(diào)節(jié)閥開度m突然改變,鍋爐的氣壓也隨即改變.當(dāng)m突然開大,則從汽包中流向負(fù)荷設(shè)備的蒸汽流量d立即增加d,但是,由于燃料量沒有增加,汽包壓力逐漸下降,從汽包中流出的蒸汽流量也逐漸減少,最后蒸汽流量只能恢復(fù)原值.也就是說(shuō),燃料量不改變的情況下,在平衡狀態(tài)時(shí),鍋爐供應(yīng)的蒸汽流量也不會(huì)改變.至于發(fā)門開度m增大后,短時(shí)間增加的蒸汽量是依靠鍋爐蒸發(fā)部分儲(chǔ)熱量減少(壓力減低)放出來(lái)的.(b) 當(dāng)負(fù)荷設(shè)備蒸汽用量突然增加時(shí),汽包蒸汽壓力改變.當(dāng)蒸汽流量增加時(shí),汽包蒸汽壓力則下降,如果蒸汽流量繼續(xù)保持

34、增大后的數(shù)值,由于燃料量沒有增加,熱量不能平衡,所以蒸汽壓力一直下降,直到改變?nèi)剂狭渴蛊洚a(chǎn)生的熱量與蒸汽流量相平衡時(shí),才能恢復(fù)鍋爐的蒸汽壓力.送風(fēng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性為了使鍋爐適應(yīng)負(fù)荷的變化,必須同時(shí)改變送風(fēng)量和燃料量.恰好滿足完全燃料所需的空氣量只能用于燃料元素分析,稱之為理論空氣量.一般實(shí)際送風(fēng)量都要比理論空氣量大一些,用過(guò)量空氣系數(shù)來(lái)衡量,有時(shí)稱為空燃比.其最終任務(wù)是達(dá)到最高的鍋爐熱效率.燃燒過(guò)程是燃料的氧化過(guò)程,為了充分燃燒,必須供給足夠的空氣,即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,導(dǎo)致鍋爐冒黑煙,讓位燃燒的燃料跑掉,造成能源損失,并破壞爐內(nèi)的氣氛;如果空氣過(guò)量,由

35、于是高溫燃燒就會(huì)從爐內(nèi)由排煙帶走大量的熱量,降低了火焰濕度,導(dǎo)致氧化氮和氧化硫排出量增加,污染大氣,同時(shí)鍋爐的壽命減短,因此必須有效地控制剩余空氣系數(shù).空氣系數(shù)與熱量損失如圖2-2所示:由圖可見,最高燃燒率區(qū)是指空氣系數(shù)不高也不低的一個(gè)區(qū)域.實(shí)驗(yàn)證明一般在1.021.1區(qū)域時(shí),可以獲得最高的熱效率.通過(guò)實(shí)踐認(rèn)識(shí)到,比較好的在實(shí)際控制中獲取空氣的過(guò)剩系數(shù)方法是利用氧化鎬直接測(cè)量煙氣中的含氧量.這是因?yàn)?(a) 空氣過(guò)剩系數(shù)和含氧量間有如下的近似的線性關(guān)系: (b) 氧化鎬氧量計(jì)滯后時(shí)間和慣性較小.這樣我們就可以通過(guò)檢測(cè)煙道中的含氧量來(lái)判斷空氣過(guò)剩系數(shù)的大小,從而去控制空燃比,使其有最佳的配合,保

36、證燃燒過(guò)程處于最佳燃燒狀態(tài).各種燃料都是由碳、氫、氧、氮、硫五種元素和灰分、水分組成的。只是不同的燃料各元素和灰分、水分所占的比例不同而已。但是這五種元素只有碳和氫是可以燃燒的（硫也可以燃燒，但燃料中含硫量很少，可忽略不計(jì)）。 c+o2co2 2h2o22h2o 根據(jù)燃料中碳和氫元素的含量和化學(xué)方程式，計(jì)算出來(lái)的一千克燃料完全燃燒所需要的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的干空氣，稱為理論干空氣量，其單位對(duì)固體和液體燃料來(lái)說(shuō)為m3kg，對(duì)氣體燃料則是m3/m3.考慮到空氣中經(jīng)常含有一定量的水蒸氣，一般都假定每千克空氣中含10g水蒸氣，因此，燃燒所需要的理論空氣量為1016m3/。引風(fēng)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性 對(duì)象調(diào)節(jié)通道的動(dòng)

37、態(tài)特性較好.但擾動(dòng)通道的飛升時(shí)間很短,飛升速度很快.3 控制系統(tǒng)基本模型建立3.1蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃料空氣比值控制系統(tǒng)基本模型燃油蒸汽鍋爐燃燒的目的是生產(chǎn)蒸汽供應(yīng)其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用。一般生產(chǎn)過(guò)程中蒸汽的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)壓力實(shí)現(xiàn)的，隨著后續(xù)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)用量不同，反映在燃油蒸汽鍋爐環(huán)節(jié)就是蒸汽壓的波動(dòng)。維持壓力恒定是保證生產(chǎn)正常進(jìn)行的首要條件。保證蒸汽壓力恒定的主要手段是隨著蒸汽壓力波動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)燃燒產(chǎn)生的熱量，而燃燒產(chǎn)生熱量的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制所供應(yīng)的燃料量以及適當(dāng)比例的助燃空氣實(shí)現(xiàn)的。因此，蒸汽壓力是最終被控制量，可以根據(jù)生成情況確定；燃料量是根據(jù)蒸汽壓力確定的；空氣供應(yīng)量根據(jù)空氣量與燃料量的合理比例確

38、定。燃燒爐蒸汽壓力控制系統(tǒng)和燃燒空氣比值控制系統(tǒng)的方案如下圖3.1，3.2所示3.2.爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)當(dāng)鍋爐爐膛負(fù)壓力過(guò)小時(shí)，爐膛內(nèi)的熱煙，熱氣會(huì)外溢，造成熱量損失，影響設(shè)備安全運(yùn)行甚至危及工作人員安全；當(dāng)爐膛負(fù)壓太大時(shí)，會(huì)使外部大量冷空氣進(jìn)入爐膛，改變?nèi)剂虾涂諝獗戎?，增加燃料損失，熱量損失和降低熱效率。保證爐膛負(fù)壓的措施是引風(fēng)量和送風(fēng)量的平衡。如果負(fù)壓波動(dòng)不大，調(diào)節(jié)引風(fēng)量即可實(shí)現(xiàn)負(fù)壓控制；當(dāng)蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，燃料用量和送風(fēng)量波動(dòng)也會(huì)較大，此時(shí)，經(jīng)常采用的控制方案如圖3.3所示。該方案中以負(fù)壓為控制目標(biāo)，引風(fēng)量做成控制閉環(huán)，利用前饋控制消除送風(fēng)量變動(dòng)對(duì)負(fù)壓的影響。3.3爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)框圖3

39、.4控制系統(tǒng)總框圖4 matlab環(huán)境下控制算法的研究気持今flying get！dou都斗豆逗陡抖痘兜讀蚪竇篼蔸乧侸兠凟剅吺唗投斣枓梪橷毭氀浢瀆瀆瞗窬竇脰艔豆讀逾郖酘酡鈄鋀鈄閗闘阧餖饾斗鬦鬪鬬鬭du讀度毒渡堵獨(dú)肚鍍賭睹杜督都犢妒頓蠹篤嘟瀆櫝牘黷髑芏儥凟剢剫匵厾噣土涂妬嬻剬塅媏彖斷毈瑖碫篅籪緞專腶葮褍踹躖鍛鍴mr najib met search crews at pearce raaf base near perth on thursday morning, before their planes left for the day, and then later held talks wit

40、h mr abbott.the disappearance of mh370 has tested our collective resolve, he told a news conference.faced with so little evidence, and such a herculean task, investigators from malaysia, the us, the uk, china, australia and france have worked without pausehe thanked both search teams and the austral

41、ian government for their efforts in recent weeks, and said the search would go on.continue reading the main storymh370 - facts at a glance 8 march:malaysia airlines kuala lumpur-beijing flight carrying 239 people disappears planes transponder, which communicates with ground radar, was switched off a

42、s it left malaysian airspace satellite pings indicate plane was still flying seven hours after satellite contact was lost 24 march:based on new calculations, malaysian pm says beyond reasonable doubt that plane crashed in southern indian ocean with no survivors what we know the search for flight mh3

43、70i know that until we find the plane, many families cannot start to grieve. i cannot imagine what they must be going through. but i can promise them that we will not give up, he said.malaysian authorities have come in for heavy criticism over their management of the search, especially from relative

44、s of thweather conditions were fair, with visibility of approximately 10km (6 miles), the joint agency coordination centre (jacc) - which is overseeing the search - said.the british submarine hms tireless is also in the southern indian ocean and is due to be joined by royal navy ship hms echo.the au

45、stralian navy ship ocean shield is heading to the region and has equipment for detecting the planes black-box flight recorder.experts say timing is critical as the flight recorder may only have enough battery power to send out a signal until 7 april.air chief marshall angus houston, head of the jacc

46、, warned that the search operation faced multiple difficulties.this is one of the most demanding and challenging search and rescue operations, or search and recovery operations, that i have ever seen and i think probably one of the most complex operations of this nature that the world has ever seen,

47、 he told mr najib and mr abbott.on wednesday malaysian police chief khalid abu bakar said investigators had cleared all passengers of possible involvement in hijacking, sabotage or having personal or psychological problems that could have been connected to the disappearance.but he said that the crim

48、inal investigation could go on and on and on. we have to clear every little thing.at the end of the investigations, we may not even know the real cause. we may not even know the reason for this incident, he added.the police chief said that more than 170 interviews had been conducted with family members of the pilots and crew members, and that even cargo and food served on the plane were being in