鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)仿真

1、鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)仿真目的：通過該項目的訓練，掌握串級控制、比值控制、前饋控制在鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)的綜合應用。原理簡述：燃燒過程控制系統(tǒng) ：燃油鍋爐的燃燒過程控制主要由三個子系統(tǒng)構(gòu)成：蒸汽壓力控制系統(tǒng)、燃料空氣比值控制系統(tǒng)以及爐膛負壓控制系統(tǒng)。1 、蒸汽壓力控制和燃料空氣比值控制系統(tǒng)鍋爐燃燒的目的是生產(chǎn)蒸汽供其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用。一般生產(chǎn)過程中蒸汽的控制是通過壓力實現(xiàn)的，后續(xù)環(huán)節(jié)對蒸汽的生產(chǎn)用量不同，反映在蒸汽鍋爐環(huán)節(jié)就是蒸汽壓力的波動。維持蒸汽壓力恒定是保證生產(chǎn)正常進行的首要條件。保證蒸汽壓力恒定的主要手段是隨著蒸汽壓力波動及時調(diào)節(jié)燃燒產(chǎn)生的熱量，而燃燒產(chǎn)生熱量的調(diào)節(jié)是通過控制所供應的燃料量

2、以及適當比例的助燃空氣的控制實現(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；空氣供應量根據(jù)空氣量與燃料量的合理比值確定。 2 、爐膛負壓控制系統(tǒng)鍋爐爐膛負壓過小時，爐膛內(nèi)的熱煙、熱氣會外溢，造成熱量損失，影響設(shè)備安全運行甚至會危及工作人員安全；當爐膛負壓太大時，會使外部大量冷空氣進入爐膛，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?？刂品桨福耗冲仩t燃燒系統(tǒng)要求對系統(tǒng)進行蒸汽壓力控制。本項目采用燃燒爐蒸汽壓力控制和燃料空氣比值控制系統(tǒng)，并輔以爐膛負壓控制的方案，控制系統(tǒng)框圖如圖所示。已知控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)：燃料流量系統(tǒng)的數(shù)學模型：G(s)=空氣流

3、量模型：G(s)=引風量與負壓關(guān)系模型：G(s)=送風量對負壓的干擾模型：G(s)=并?。喝剂狭髁恐琳羝麎毫﹃P(guān)系約為：G(s)=4蒸汽壓力至燃料流量關(guān)系約為：G(s)=1/4燃料流量與控制流量比值：G(s)=2空氣流量與燃料流量比值：G(s)=1實現(xiàn)步驟：1、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 作出伯德圖，如果相角裕度Pm>0°或幅值裕度Gm>1，表示系統(tǒng)穩(wěn)定。(1)燃料流量系統(tǒng)數(shù)學模型：G(s)=的伯德圖： (2)空氣流量數(shù)學模型G(s)=的伯德圖：（3）引風量與負壓關(guān)系模型G(s)=的伯德圖：2、控制系統(tǒng)參數(shù)整定 (1)燃燒控制系統(tǒng) 為使系統(tǒng)無靜差，燃燒流量調(diào)節(jié)器采用PI形式，即：其中，

4、參數(shù)Kp和Ki采用穩(wěn)定邊界法整定。先讓Ki=0，調(diào)整Kp使系統(tǒng)等幅振蕩，即系統(tǒng)臨界穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖及其振蕩響應如圖所示：記錄此時的振蕩周期Tcr=10.7s和比例參數(shù)Kcr=3.55,則Kp=Kcr/2.2=1.613，Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.188在Kp=1.613，Ki=0.188的基礎(chǔ)上，對PI參數(shù)進一步整定，燃料流量閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真框圖如下所示，其中PI模塊的結(jié)構(gòu)如圖所示。調(diào)節(jié)Kp=1，Ki=0.08，系統(tǒng)響應如圖所示，可見系統(tǒng)有約5%的超調(diào)量。(2)蒸汽壓力控制系統(tǒng) 在燃料流量控制系統(tǒng)整定的基礎(chǔ)上，采用試誤法整定壓力控制系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)整定仿真框

5、圖如圖所示。由仿真結(jié)果可以看出，系統(tǒng)響應超調(diào)量約為50%。此時系統(tǒng)調(diào)節(jié)器最簡單，工程上系統(tǒng)響應速度和穩(wěn)定程度一般。(3)空氣流量控制系統(tǒng)空氣流量控制系統(tǒng)的整定方法和燃料流量控制參數(shù)整定方法類似記錄此時的振蕩周期Tcr=7s和比例參數(shù)Kcr=4.25,則Kp=Kcr/2.2=1.93，Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.34在Kp=1.93，Ki=0.34的基礎(chǔ)上，對PI參數(shù)進一步整定，空氣流量控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真框圖如下所示，其中PI模塊的結(jié)構(gòu)如圖所示。調(diào)節(jié)Kp=1.45，Ki=0.1，系統(tǒng)響應如圖所示，可見系統(tǒng)有約2%的超調(diào)量。整定后空氣流量控制系統(tǒng)階躍響應(4)爐膛負壓控制系統(tǒng)負壓控

6、制系統(tǒng)的整定方法和燃料流量控制參數(shù)整定方法類似。記錄此時的振蕩周期Tcr=3.8s和比例參數(shù)Kcr=1.42,則Kp=Kcr/2.2=0.65，Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.21在Kp=0.65，Ki=0.21的基礎(chǔ)上，對PI參數(shù)進一步整定，爐膛負壓控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真框圖如下所示，其中PI模塊的結(jié)構(gòu)如圖所示。調(diào)節(jié)Kp=0.45，Ki=0.085，系統(tǒng)響應如圖所示，可見系統(tǒng)有約5%的超調(diào)量。整定后負壓控制系統(tǒng)階躍輸入(5) 負壓控制系統(tǒng)前饋補償整 采用動態(tài)前饋整定，其前饋補償函數(shù)為： 4.3控制系統(tǒng)SIMULINK仿真(1)無干擾仿真 利用各整定參數(shù)對控制系統(tǒng)進行仿真，框圖如所示。設(shè)定蒸汽壓力值為6，爐膛負壓值為5。仿真結(jié)果如圖所示。 (2)有擾動仿真系統(tǒng)在三個部分中均加入了幅值-1的隨機擾動。系統(tǒng)仿真圖如所示。仿真結(jié)果如圖所示。5.1總結(jié)本文介紹了燃油蒸汽鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真的研究背景和現(xiàn)狀，并設(shè)計出了一套具有普遍可行性的燃燒控制系統(tǒng)，它共分為三個子系統(tǒng)：蒸汽壓力控制系統(tǒng)，燃料空氣比值系統(tǒng)和爐膛負壓控制系統(tǒng)，本文分別對其做了論證和分析。同時，選擇了MATLAB中的SIMULINK工具箱對整個系統(tǒng)進行仿真。在仿真階段，采用的控制方法是應用最廣泛