直吹制煤粉爐燃燒控制系統(tǒng)設(shè)計

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書PAGEPAGE46引言火力發(fā)電廠在我國電力工業(yè)中占有主要地位，是我國的重點(diǎn)能源工業(yè)之一。自動控制系統(tǒng)控制品質(zhì)的優(yōu)劣，直接表征了控制系統(tǒng)克服外界干擾能力的大小。衡量一個控制系統(tǒng)的指標(biāo)一般可歸為三個方面，即穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。大型火力發(fā)電機(jī)組是典型的過程控制對象，它是由鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。由于其工藝流程復(fù)雜，設(shè)備眾多，管道縱橫交錯，有上千個參數(shù)需要監(jiān)視、操作或控制，沒有先進(jìn)的自動化設(shè)備和控制系統(tǒng)要正常運(yùn)行是根本不可能的。而且電能生產(chǎn)還要求高度的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性，尤其是大型骨干機(jī)組，這方面的要求更為突出。因此，大型機(jī)組的自動化水平受到特別的重視。目前已逐步把常規(guī)控制與計算機(jī)控制結(jié)合起來，有的已開始完全采用計算機(jī)來進(jìn)行控制。在本設(shè)計中將以汽包鍋爐為控制對象，主要討論大型單元機(jī)組燃燒控制過程方案的特點(diǎn)以及系統(tǒng)的整定。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(fù)荷的需要，同時還要保證經(jīng)濟(jì)燃燒和鍋爐的安全運(yùn)行。具體控制任務(wù)可分為三個方面：一，穩(wěn)定蒸汽母管壓力，這是燃燒控制系統(tǒng)的第一項任務(wù)。如果蒸汽壓力變了，說明鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量不適應(yīng)，因此必須改變?nèi)剂狭恳愿淖冨仩t燃燒發(fā)熱量從而改變鍋爐的蒸發(fā)量以恢復(fù)蒸汽母管壓力為額定值。二，維持鍋爐燃燒的最佳狀態(tài)和經(jīng)濟(jì)性。燃燒的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)難以測量，常用鍋爐中煙氣的含氧量或者燃料量與送風(fēng)量的比值來表示。三，維持爐膛負(fù)壓在一定范圍。爐膛負(fù)壓的變化反映了引風(fēng)量與送風(fēng)量的不適應(yīng)。這三者是相互關(guān)聯(lián)的。本次設(shè)計的題目是直吹制煤粉爐燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計及仿真研究，主要內(nèi)容包括燃燒控制系統(tǒng)的組成；汽壓被控對象在各種擾動下的動態(tài)特性；燃燒控制系統(tǒng)的基本方案；以及燃燒控制系統(tǒng)的參數(shù)整定；最后，對燃燒控制系統(tǒng)進(jìn)行MatLab仿真。第一章燃燒過程控制系統(tǒng)概述近代大電站的發(fā)展趨勢是向大容量、高參數(shù)方向發(fā)展，隨著單機(jī)容量的增大，如果再采用中間儲粉倉式制粉系統(tǒng)將耗費(fèi)更多的基建投資和運(yùn)行費(fèi)用，顯然在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。因此，采用直吹式制粉系統(tǒng)是大機(jī)組發(fā)展的方向。在直吹式鍋爐運(yùn)行時，制粉設(shè)備是與鍋爐緊密地聯(lián)系在一起的。其生產(chǎn)過程示意圖如圖1-1所示。圖1-1直吹式鍋爐汽壓生產(chǎn)過程示意圖在穩(wěn)定運(yùn)行時，進(jìn)入磨煤機(jī)的原煤量等于送入爐膛的煤粉量，并與負(fù)荷要求相適應(yīng)。一次風(fēng)用于制粉及輸送煤粉，一次風(fēng)量的大小亦隨鍋爐的負(fù)荷而增減。在煤粉直吹制鍋爐中制粉系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)是為了保證制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行和適應(yīng)鍋爐負(fù)荷的需要，成為燃燒過程自動調(diào)節(jié)的一個組成部分。在有中間煤粉倉的鍋爐中，改變?nèi)剂狭康恼{(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（給粉機(jī)）就能直接改變進(jìn)入爐膛的煤粉量，因此適應(yīng)負(fù)荷變換和消除燃料擾動就比較及時，而在煤粉直吹鍋爐中，改變?nèi)剂狭康恼{(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)首先改變進(jìn)入磨煤機(jī)的原煤量和一次風(fēng)量。如果在負(fù)荷改變時只改變進(jìn)入磨煤機(jī)的原煤量，那么進(jìn)入爐膛的煤粉量的變化就很不及時，會使汽壓有較大的變動。在鍋爐的負(fù)荷不變時，制粉系統(tǒng)應(yīng)供應(yīng)與負(fù)荷相適應(yīng)的煤粉量，并應(yīng)迅速消除給煤量的自發(fā)擾動。在組織直吹式鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)時需注意以下幾點(diǎn)：(1)由于燃料調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在磨煤機(jī)之前，制粉過程被包括在汽壓調(diào)節(jié)通道中，增大了汽壓調(diào)節(jié)通道的慣性和遲延，尤其是采用裝煤量大的磨煤機(jī)的制粉系統(tǒng)。因此，如何在負(fù)荷變化時，能迅速有效地改變進(jìn)入爐膛的煤粉量，是組織直吹式鍋爐燃燒控制系統(tǒng)必需要注意的。(2)由于一次風(fēng)在磨煤機(jī)之前引人，制粉系統(tǒng)中沒有細(xì)粉分離器，一次風(fēng)量對制粉系統(tǒng)的正常工作影響很大。風(fēng)量過大，則會造成煤粉顆粒變大，風(fēng)量過小不僅影響送粉，而且容易造成磨煤機(jī)堵塞。同時，一次風(fēng)通過磨煤機(jī)后，經(jīng)分支管向一組燃燒器輸送煤粉(通常是幾臺磨煤機(jī)同時工作)，進(jìn)入各燃燒器的煤粉量與其一次風(fēng)量有關(guān)。因此，如何在保證總風(fēng)量與負(fù)荷成比例的同時，保證一次風(fēng)壓穩(wěn)定，及各燃燒器的一、二次風(fēng)比例，是組織直吹鍋爐燃燒控制系統(tǒng)時不容忽視的。1.1燃燒控制系統(tǒng)原理圖1-2所示為采用熱量信號的燃燒控制系統(tǒng)。圖1-3所示為其對應(yīng)的方框圖。該系統(tǒng)采用帶氧量校正信號的“燃料-空氣”系統(tǒng)方案。圖1-2燃燒控制系統(tǒng)原理框圖燃燒控制子系統(tǒng)采用熱量信號DQ作為燃料量的反饋信號，經(jīng)比較器與壓力調(diào)節(jié)器輸出的負(fù)荷指令LD相比較，其差值經(jīng)燃料調(diào)節(jié)器后，調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的燃料量。負(fù)荷指令LD與總風(fēng)量信號經(jīng)小值選擇器，取較小者作為燃料調(diào)節(jié)的給定值，以保證動態(tài)過程中，燃料量小于送風(fēng)量。圖1-3燃燒控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖送風(fēng)量控制子系統(tǒng)同樣經(jīng)大值選擇器及動態(tài)補(bǔ)償后的負(fù)荷指令信號，作為給定值調(diào)節(jié)送風(fēng)量，大值選擇器的作用與燃料調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中小值選擇器的作用相同，即大值選擇器與小值選擇器相配合，以保證負(fù)荷增加時先增加送風(fēng)量，而負(fù)荷降低時先減少燃料量。大值選擇器中引入給定信號的作用，在于防止低負(fù)荷情況下，風(fēng)量過小而造成燃燒不穩(wěn)定。引風(fēng)量控制子系統(tǒng)將爐膛壓力PS與給定值PS0相比較后，其差值送入引風(fēng)調(diào)節(jié)器PI4，調(diào)節(jié)引風(fēng)量。在調(diào)節(jié)鍋爐燃燒率時，首先由燃料和送風(fēng)調(diào)節(jié)器PI1和PI3根據(jù)負(fù)荷指令LD改變給煤量M和總風(fēng)量V，使之迅速滿足燃燒及制粉過程的需要。引風(fēng)調(diào)節(jié)器PI4通過調(diào)節(jié)引風(fēng)量VS，維持爐膛壓力為給定值。1.2燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)鍋爐燃燒過程是一個將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，以蒸汽形式向設(shè)備（以汽輪機(jī)為代表）提供熱能的能量轉(zhuǎn)換過程。燃燒過程控制的基本任務(wù)是調(diào)整燃燒率水平，使之適應(yīng)外界負(fù)荷的需要，穩(wěn)定蒸汽壓力，并確保燃燒過程在安全經(jīng)濟(jì)的工況下進(jìn)行。具體可歸納為以下幾方面。1.2.1鍋爐蒸汽壓力作為表征鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)，不僅直接關(guān)系到鍋爐設(shè)備的安全運(yùn)行，而且其是否穩(wěn)定反映了燃燒過程中能量供求關(guān)系。在母管制運(yùn)行方式下，考慮的是多臺鍋爐與多臺汽輪機(jī)之間總的能量需求關(guān)系。以蒸汽母管壓力代表這種關(guān)系。汽壓控制任務(wù)是維持蒸汽母管壓力為一定值。在單元制運(yùn)行方式下，由一臺鍋爐向一臺汽輪機(jī)供汽，機(jī)爐之間存在緊密聯(lián)系。鍋爐的蒸汽壓力值與機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行方式有關(guān)。因此鍋爐的汽壓控制與汽輪機(jī)的負(fù)荷控制是相互關(guān)聯(lián)的。1.2.2保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性是提高鍋爐效率的一個重要方面。目前燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性是靠維持進(jìn)入爐膛的燃料量與送風(fēng)量之間的最佳比值來保證的。也就是要保證有足夠的送風(fēng)量使燃料充分燃燒，同時盡可能減少排煙造成的熱損失。然而在許多情況下，對于進(jìn)入爐膛的燃料量難以準(zhǔn)確測量，加上燃料品種的變化，因此難以確定并維持燃料量與送風(fēng)量之間的最佳比值。因而常采用控制煙氣中過剩空氣系數(shù)，或以其校正燃料量與風(fēng)量之間比值的辦法來保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性。鍋爐爐膛壓力反映了燃燒過程中進(jìn)入爐膛的送風(fēng)量與流出爐膛煙氣量之間的工質(zhì)平衡關(guān)系。爐膛壓力是否正常，關(guān)系著鍋爐的安全運(yùn)行。若送風(fēng)量大于排風(fēng)量（引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量），則爐膛壓力升高，會造成爐膛往外噴灰或噴火，壓力過高時會造成爐膛爆炸的危險。若排風(fēng)量大于送風(fēng)量，爐膛壓力下降，不僅增加引風(fēng)機(jī)耗電量，而且會增加爐膛漏風(fēng)，降低爐膛溫度，影響爐內(nèi)燃燒工況。1.2.3燃料系統(tǒng)，對于燃油鍋爐來說，包括燃油的加溫及加壓系統(tǒng)，而對于燃煤鍋爐而言，則包括制粉及輸送粉系統(tǒng)。對于燃油鍋爐及采用具有中間粉倉的燃煤鍋爐，燃料系統(tǒng)可以相互獨(dú)立運(yùn)行，因而燃料系統(tǒng)的控制與燃燒過程的控制是相互獨(dú)立的。但采用直吹制粉系統(tǒng)的鍋爐的燃料系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)是緊密聯(lián)系在一起的，因而其燃燒過程的控制，隨著鍋爐燃燒率的變化，不僅改變制粉系統(tǒng)的給煤量，同時相應(yīng)改變各有關(guān)風(fēng)量，以維持燃燒系統(tǒng)的正常運(yùn)行。綜上所述，燃燒過程的幾項任務(wù)是不可分割的。隨著鍋爐運(yùn)行方式的不同，燃料系統(tǒng)和燃料品種的不同，其具體任務(wù)也有所不同。這些都將是燃燒過程控制系統(tǒng)的具體組成。1.3汽壓調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性鍋爐的燃燒過程是一個能量轉(zhuǎn)換、傳遞的過程，也就是利用燃料燃燒的熱量產(chǎn)生汽輪機(jī)所需蒸汽的過程。主蒸汽壓力是衡量蒸汽量與外界負(fù)荷是否相適應(yīng)的一個標(biāo)志。因此，要了解燃燒過程的動態(tài)特性主要是弄清汽壓對象的動態(tài)特性。主蒸汽壓力PM受到主要擾動來源有二：其一是燃料量擾動，稱為基本擾動或內(nèi)部擾動。其二是汽輪機(jī)耗汽量擾動，稱為外部擾動。圖1-4是其生產(chǎn)流程示意圖。它是由爐膛1，蒸發(fā)受熱面（水冷壁）2，汽包3和過熱器4，汽輪機(jī)5組成。工質(zhì)（水）通過爐膛吸收了燃料燃燒發(fā)出的熱量，不斷升溫，直到產(chǎn)生飽和蒸汽匯集于汽包內(nèi)，最后經(jīng)過過熱器成為過熱蒸汽，輸送到汽輪機(jī)做功。圖1-4汽壓對象生產(chǎn)流程示意圖已知汽壓被控對象的方框圖如圖1-5所示。圖1-5汽壓對象的方框圖其中=；Cb=70[kg/MPa]是汽包蓄熱系數(shù)；CM=30[kg/MPa]是蒸汽母管容量系數(shù)；Rgr=1.5[Mpa/t/h]是過熱器動態(tài)阻力系數(shù)；M—燃料量；DQ—熱量信號；Pb—汽包壓力；D—蒸汽流量；DT—汽輪機(jī)耗汽量；PM—主蒸汽壓力引起汽壓變化的主要擾動為以燃料量為代表的燃燒率擾動和汽輪機(jī)耗汽量代表的外界負(fù)荷擾動。以下分析在燃料量擾動下及在汽輪機(jī)耗汽量擾動下汽壓對象的動態(tài)特性。1.燃料量擾動下汽壓被控對象的動態(tài)特性由圖1-5，根據(jù)梅遜公式，此時汽壓對于燃料量擾動的傳遞函數(shù)為（1-1）（1-2）由以上兩式，可得Pb、PM在燃料量擾動下的響應(yīng)曲線如圖1-6所示。圖1-6DT不變時汽壓在燃料量擾動下的響應(yīng)曲線由于燃燒率變化后（例如階躍增加），從爐膛熱負(fù)荷增加，汽水循環(huán)加強(qiáng)到汽壓上升，要有一個過程，所以汽壓變化一開始有遲延，以后直線上升。由于燃料量增加后燃燒所放出的熱量始終大于蒸汽流量所帶走的熱量，因此鍋爐汽壓調(diào)節(jié)對象是一個無自平衡能力的調(diào)節(jié)對象。由于過熱器內(nèi)蒸汽流量D不變；因而有PM=Pb，即PM與Pb以相同速度變化。2.汽輪機(jī)負(fù)荷擾動下汽壓被控對象的動態(tài)特性DT擾動下，Pb、PM的傳遞函數(shù)為：（1-3）（1-4）由以上兩式可以看出，DT擾動下，Pb為反向積分特性，PM為反向比例加積分特性。均無自平衡能力。圖1-7所示為DT擾動下Pb、PM的階躍響應(yīng)曲線。圖1-7DT擾動下汽壓響應(yīng)曲線第二章燃燒控制系統(tǒng)基本方案2.1燃燒過程控制系統(tǒng)的基本組成原則在不同情況下，燃燒過程控制的任務(wù)和對象不盡相同，然而歸納起來，可以看出燃燒過程控制系統(tǒng)組成的基本原則：1.能迅速改變爐膛燃燒率，適應(yīng)外界負(fù)荷變化。燃燒過程控制的主要任務(wù)之一是維持蒸汽壓力穩(wěn)定。由對象動態(tài)特性的分析可以看出，在外界負(fù)荷變化時，只有迅速改變鍋爐的燃燒率，維持燃燒過程的能量平衡，才能保持蒸汽壓力穩(wěn)定。燃燒率的改變，主要是燃料量的改變，而蒸汽壓力對于燃料量變化的響應(yīng)，有一定的延遲時間，延遲時間的大小，受燃料系統(tǒng)的影響較大。因此對于變動負(fù)荷鍋爐，以及采用延遲時間大的燃料系統(tǒng)鍋爐，如直吹式鍋爐，在設(shè)計燃燒控制系統(tǒng)時，如何迅速改變爐膛內(nèi)燃燒率是不容忽視的。2.能迅速并消除燃燒率擾動。燃燒率的擾動通常是指燃料量的自發(fā)擾動，這不僅影響蒸汽壓力的穩(wěn)定，在并列運(yùn)行方式下，還會引起其它鍋爐汽包壓力Pb及鍋爐負(fù)荷的變化，改變各鍋爐運(yùn)行工況。3.確保燃料、送風(fēng)和引風(fēng)等參數(shù)協(xié)調(diào)變化。當(dāng)燃燒率改變時，只有保持送風(fēng)量與燃料量成比例變化，才能保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。只有保持引風(fēng)量與送風(fēng)量協(xié)調(diào)變化，才能保證爐膛壓力穩(wěn)定。因此確保燃料、送風(fēng)、引風(fēng)等參數(shù)協(xié)調(diào)變化是確保燃燒工況穩(wěn)定必不可少的條件。對于以上幾點(diǎn)，在組成控制系統(tǒng)時，需根據(jù)鍋爐本身特點(diǎn)及燃燒過程的具體情況，有所側(cè)重。如對于帶基本負(fù)荷鍋爐燃燒系統(tǒng)，比較側(cè)重提高經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行工況的穩(wěn)定性；對于帶變動負(fù)荷的鍋爐，則比較側(cè)重對負(fù)荷變化的響應(yīng)速度，而兼顧其它。2.2燃燒過程控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)燃燒過程控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。系統(tǒng)由主蒸汽壓力控制和燃燒率控制組成串級型系統(tǒng)。其燃燒率控制由燃料量控制、送風(fēng)量控制以及引風(fēng)量控制等子系統(tǒng)組成。各子系統(tǒng)相互間構(gòu)成比值控制關(guān)系。壓力控制的任務(wù)是維持主蒸汽壓力PM穩(wěn)定。主控制器PI1根據(jù)PM的變化，向燃燒率控制中各子系統(tǒng)發(fā)出負(fù)荷指令LD。以使鍋爐燃燒率與外界相適應(yīng)。燃燒率控制的各子系統(tǒng)，根據(jù)燃燒率指令LD調(diào)節(jié)爐膛熱負(fù)荷，并保持燃料、送風(fēng)、引風(fēng)等參數(shù)協(xié)調(diào)動作。其中燃料量控制和送風(fēng)量控制兩個子系統(tǒng)根據(jù)燃燒率指令分別調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛的燃料量和送風(fēng)量，保證爐膛熱負(fù)荷滿足外界負(fù)荷變化需要，同時保證燃燒經(jīng)濟(jì)性。引風(fēng)量控制子系統(tǒng)根據(jù)爐膛壓力PS調(diào)節(jié)引風(fēng)量，由于爐膛壓力能迅速反映送風(fēng)和引風(fēng)的擾動，因此根據(jù)爐膛壓力調(diào)節(jié)引風(fēng)量能夠保證引風(fēng)與送風(fēng)的協(xié)調(diào)變化，維持爐膛壓力穩(wěn)定。圖2-1燃燒控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3單元制鍋爐燃燒過程控制系統(tǒng)組成單元制鍋爐與汽輪機(jī)之間有著密切聯(lián)系,鍋爐的蒸汽壓力控制與汽輪機(jī)功率控制存在相互關(guān)系,由單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制。由協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出鍋爐負(fù)荷指令。燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)負(fù)荷指令LD，調(diào)整鍋爐爐膛內(nèi)燃燒率。單元制運(yùn)行鍋爐燃燒的主要特點(diǎn)是：1.單元制運(yùn)行鍋爐通常是大容量高參數(shù)鍋爐，蓄熱系數(shù)Cb較小，因此對于外界負(fù)荷的擾動，汽壓變化的時間常數(shù)小，變化速度快。所以對單元制運(yùn)行鍋爐控制系統(tǒng)的組成，要求其燃燒控制有較高的響應(yīng)速度。即負(fù)荷變化的適應(yīng)能力，這對于保證汽壓穩(wěn)定是十分重要的。2.由于單元制運(yùn)行鍋爐沒有并列方式下各鍋爐相互影響的問題，運(yùn)行過程中允許汽壓在一定范圍內(nèi)波動。特別是在滑壓方式下運(yùn)行時，汽壓變化范圍大。因此單元制運(yùn)行鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)（也包括其他系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)），應(yīng)加以溫度及壓力修正，以確保測量的精確性。2.4燃燒過程控制系統(tǒng)基本方案2.4.1“燃料-空氣”系統(tǒng)“燃料-空氣”系統(tǒng)為燃燒控制系統(tǒng)的基本方案，其原理框圖如圖2-2所示。主調(diào)節(jié)器PI1接受主蒸汽壓力信號PM，根據(jù)PM與給定值PM0的偏差，給出負(fù)荷指令LD。燃料調(diào)節(jié)器PI2和送風(fēng)調(diào)節(jié)器PI3根據(jù)負(fù)荷指令LD，分別調(diào)節(jié)燃料量M和送風(fēng)量V。引風(fēng)調(diào)節(jié)器PI4接受爐膛壓力信號PS，通過調(diào)節(jié)引風(fēng)量Vs確保爐膛壓力為給定值。圖2-2燃料-空氣系統(tǒng)由于均采用比例積分規(guī)律調(diào)節(jié)器，靜態(tài)時有：PM0-PM=0（2-1）LD-KVV=0（2-2）LD-KMM=0（2-3）PS0-PS=0（2-4）顯然，控制過程結(jié)束后，主蒸汽壓力PM與爐膛壓力PS均等于給定值。由式（2-2）及（2-3）兩式，可得：（2-5）（2-6）即：燃料控制與送風(fēng)控制兩個子系統(tǒng)為比值控制系統(tǒng)。其作用是保持燃料量與負(fù)荷、送風(fēng)量與燃料量之間的比值關(guān)系不變。式中KM，KV為燃料量與送風(fēng)量的反饋系數(shù)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，整定方便。由于直接以燃料量信號代表燃燒率與負(fù)荷指令LD相平衡，因此在外界負(fù)荷變化時，能迅速改變?nèi)剂狭浚３制麎悍€(wěn)定。然而該方案燃料量控制與送風(fēng)量控制的精度，依賴燃料與送風(fēng)的準(zhǔn)確測量。當(dāng)發(fā)生燃料側(cè)擾動，即燃料量自發(fā)改變和燃料品種變化，需由主汽壓力調(diào)節(jié)器PI1改變負(fù)荷指令LD來消除。這對汽壓穩(wěn)定是不利的。而且無法保證風(fēng)-煤之間最佳比值。2.4.2利用熱量信號的燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)1.理想熱量信號對于煤粉鍋爐，直接測量進(jìn)入爐膛燃燒的煤粉量目前還有困難，或者很難做到精確計量，因此直接用燃料量作為調(diào)節(jié)的信號是不準(zhǔn)確的。這樣又研究出用熱量信號來間接代替燃料量信號。因?yàn)槿剂狭堪l(fā)生變化后，爐內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的熱量就要變化，它不僅影響鍋爐的蒸發(fā)量，也將使汽壓發(fā)生變化，引起鍋爐的蓄熱量隨之發(fā)生變化。而蓄熱量的變化和汽壓的變化速度成正比。所以用蒸汽量和汽壓的變化速度適當(dāng)?shù)鼐C合，就可以代替燃料量。這樣熱量信號可用下式表示：DQ=D+Cb（2-7）式中DQ—熱量信號；D—蒸汽流量；Cb—鍋爐的蓄熱系數(shù)；Pb—蒸汽壓力；t—時間。由于式（2-7）中所采用的是理想微分，所以按式（2-7）組成的信號又被稱作理想熱量信號，記作DQ理。圖2-3給出了理想熱量信號在不同情況下的響應(yīng)曲線。圖中(a)為DQ對于燃料量擾動的階躍響應(yīng)曲線，(b)為汽輪機(jī)耗汽量DT擾動下DQ的階躍響應(yīng)曲線。顯然，不論蒸汽流量D和汽包壓力Pb在各擾動下如何變化，DQ都能正確反映照料量的變化。(a)(b)圖2-3熱量信號在各種擾動下的響應(yīng)曲線2.實(shí)際熱量信號組成若以實(shí)際微分代入式（2-7）組成熱量信號時，信號在負(fù)荷擾動下的階躍響應(yīng)曲線如圖2-4所示。圖2-4汽輪機(jī)耗汽量DT擾動下的熱量信號響應(yīng)曲線不難看出，由于汽包壓力的實(shí)際微分信號帶有慣性延遲，不能完全抵消蒸汽流量信號的變化，因此，以此組成的熱量信號不能正確反映外擾下的燃料量的變化。然而，若引入蒸汽流量的負(fù)向?qū)嶋H微分信號，以補(bǔ)償汽包壓力微分的慣性遲延部分，則可使熱量信號在燃料量不變而負(fù)荷改變的情況下保持不變。這就是實(shí)際熱量信號，記作DQ實(shí)。即DQ實(shí)（2-8）式中為蒸汽流量信號的分流系數(shù)。若調(diào)整，使KD=1，同時，令，則有：DQ實(shí)（2-9）比較式（2-8）和式（2-9）兩式，實(shí)際熱量信號DQ實(shí)相當(dāng)于理想熱量信號DQ理與慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)。由于熱量信號是根據(jù)蒸汽流量D和汽包壓力Pb的變化反映爐膛發(fā)熱量，所以它不僅能反映燃料量的變化，而且可以反映燃料品質(zhì)的變化。2.4.3帶氧量校正信號的“燃料-空氣”在前面介紹的燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，燃燒的經(jīng)濟(jì)性是由燃料量和送風(fēng)量成一定比例來保證的。實(shí)際上，由于燃料品種的變化，燃燒工況的改變以及測量上的問題，即使這兩個流量的信號成固定比例，也不一定能保證燃燒的最佳條件。而煙氣中的含氧量是檢查燃料量和送風(fēng)量是否恰當(dāng)配合的重要指標(biāo)，因此在上面的系統(tǒng)中，在燃料量與送風(fēng)量基本上成比例的基礎(chǔ)上再利用煙氣中的含氧量來校正送風(fēng)量，就能更有效地保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性。圖2-5是利用氧量信號作為經(jīng)濟(jì)燃燒校正信號的燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)與圖2-2系統(tǒng)的不同點(diǎn)就是加入了氧量的校正信號，以彌補(bǔ)單純采用熱量信號來校正的不足。圖2-5帶氧量校正的燃料-空氣系統(tǒng)與“燃料-空氣”系統(tǒng)相比，此方案的送風(fēng)量控制采用串級型比值控制系統(tǒng)，引入鍋爐煙氣含氧量信號O，經(jīng)校正調(diào)節(jié)器PI5，對燃料量與送風(fēng)量之間的比值進(jìn)行校正。由于煙氣含氧量代表煙氣中過剩空氣系數(shù)。保持一定過?？諝庀禂?shù)，即保證了總?cè)剂狭颗c總風(fēng)量之間的最佳比值。最佳煙氣含氧量與負(fù)荷有關(guān)，通常隨負(fù)荷增加而略有減少。因此以代表鍋爐實(shí)際負(fù)荷的蒸汽流量信號D經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換器后，作為煙氣最佳含氧量的給定值。由于煙氣含氧量的測量有較大的慣性延遲，因此氧量校正回路的工作頻率通常低于送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路。當(dāng)燃料量依負(fù)荷指令LD而改變時，送風(fēng)量調(diào)節(jié)器PI3同時按比例改變送風(fēng)量。以減少動態(tài)過程中風(fēng)-煤比例失調(diào)。隨著燃料量調(diào)節(jié)過程的結(jié)束，燃料量M基本穩(wěn)定。由調(diào)節(jié)器PI5根據(jù)煙氣含氧量信號O，對送風(fēng)量進(jìn)行細(xì)調(diào)。確保煙氣含氧量為最佳值，即間接保證了燃料量與送風(fēng)量之間的最佳比值。為減少送風(fēng)量改變時送-引風(fēng)之間動態(tài)失調(diào)而造成爐膛壓力PS波動，自送風(fēng)調(diào)節(jié)器PI3的輸出經(jīng)動態(tài)補(bǔ)償裝置，向引風(fēng)量調(diào)節(jié)PI4引入一前饋信號，動態(tài)補(bǔ)償裝置通常采用微分器，以保證靜態(tài)時爐膛壓力PS等于給定值。第三章燃燒控制系統(tǒng)的參數(shù)整定根據(jù)燃燒控制系統(tǒng)的組成和工作原理可知，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型系統(tǒng)。主蒸汽壓力控制回路可看作系統(tǒng)的主回路，燃燒率控制可視為系統(tǒng)的內(nèi)回路。燃燒率控制回路是由多個并列子系統(tǒng)組成的多參數(shù)比值系統(tǒng)，按照壓力調(diào)節(jié)器（主調(diào)節(jié)器）給出負(fù)荷指令（燃燒率指令LD），控制燃料、送風(fēng)、引風(fēng)、各量成適當(dāng)比值變化，以保證爐膛發(fā)熱量與負(fù)荷指令相適應(yīng)，因此，若以其中某一參數(shù)代表燃燒控制回路，則燃燒控制系統(tǒng)可被視為典型的串級控制系統(tǒng)，如圖3-1所示。圖中PI1為主汽壓力調(diào)節(jié)器，PI2代表燃燒率調(diào)節(jié)器。若以燃料量控制子系統(tǒng)代表燃燒率調(diào)節(jié)回路，則子系統(tǒng)的反饋信號代表燃燒率信號。當(dāng)系統(tǒng)采用“燃料-空氣”系統(tǒng)方案時，燃燒率信號為燃料量信號。如采用熱量信號代表燃料量信號時，燃燒率信號即為熱量信號。圖3-1燃燒控制系統(tǒng)等效框圖3.1燃燒控制系統(tǒng)整定原則由于燃燒系統(tǒng)的組成綜合了串級控制系統(tǒng)及比例控制系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其系統(tǒng)的整定應(yīng)按照串級控制系統(tǒng)及比值控制系統(tǒng)的原則進(jìn)行。同時，燃燒控制系統(tǒng)的整定，還必須考慮燃燒特點(diǎn)，整定過程要保證燃燒過程安全經(jīng)濟(jì)的情況下進(jìn)行。按照串級系統(tǒng)先整定內(nèi)回路再整定外回路的原則，其主蒸汽壓力控制回路的整定，應(yīng)在燃燒率控制各子系統(tǒng)完畢，并已投入自動情況下進(jìn)行?？紤]到主蒸汽壓力是關(guān)系到鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，因此在其控制回路整定過程中，應(yīng)該保證汽壓不致大幅度波動。其整定的品質(zhì)指標(biāo)，應(yīng)該保證調(diào)整過程有足夠的時間，通常其衰減率Ψ=0.9,即調(diào)節(jié)過程基本不出現(xiàn)振蕩。在組成燃燒控制回路時，通常強(qiáng)調(diào)適應(yīng)負(fù)荷變化的能力，即隨著負(fù)荷指令LD的變化，能迅速改變?nèi)紵省Ｒ虼巳紵士刂苹芈?，作為整個系統(tǒng)的內(nèi)回路，原則上應(yīng)該按照隨動系統(tǒng)的快速性原則進(jìn)行整定。通常各子系統(tǒng)衰減率Ψ=0.75?？紤]到燃燒過程中引風(fēng)量為送風(fēng)量的從動流量，而送風(fēng)量為燃料量的從動量，因此，為保證整定過程中燃燒過程能安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，應(yīng)先整定從動流量的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，并按此順序?qū)⒏髯酉到y(tǒng)投入自動狀態(tài)。即燃料控制系統(tǒng)的整定應(yīng)在送風(fēng)和爐膛壓力控制系統(tǒng)投入自動的情況下進(jìn)行整定。送風(fēng)控制系統(tǒng)應(yīng)在爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入自動的情況下進(jìn)行整定。3.2燃燒控制系統(tǒng)的工程整定實(shí)際工作中，燃燒控制系統(tǒng)的整定通常采用工程整定的方法，下面以某直吹式高壓鍋爐燃燒控制系統(tǒng)為例介紹其工程整定法。3.2.1爐膛壓力控制系統(tǒng)參數(shù)整定爐膛壓力控制系統(tǒng)的任務(wù)是保證引風(fēng)量與送風(fēng)量協(xié)調(diào)變化，維持爐膛壓力為給定值。一般燃煤鍋爐的爐膛壓力保持在-2mmH2O左右，即處于負(fù)壓狀態(tài)。爐膛壓力控制系統(tǒng)的整定包括調(diào)節(jié)器參數(shù)、Tis和前饋支路中的設(shè)置。爐膛壓力控制系統(tǒng)的等效框圖如圖3-2所示，圖中W1(S)為送風(fēng)擾動下爐膛壓力PS的傳遞函數(shù)，W0(S)為控制通道中廣義對象傳遞函數(shù)。代表前饋支路中調(diào)節(jié)器。圖3-2爐膛壓力控制系統(tǒng)等效框圖首先確定調(diào)節(jié)器的正反作用。確定系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正反作用的原則是：依據(jù)調(diào)節(jié)器入口信號的接線極性來確定調(diào)節(jié)器正反作用開關(guān)的位置，從而保證系統(tǒng)中主副回路全部實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋，前饋通道實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，這樣就可以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。如果希望調(diào)節(jié)器入口信號增加時輸出也增加，則調(diào)節(jié)器為“正作用”；反之，若希望調(diào)節(jié)器入口信號增加時其輸出信號減小，則調(diào)節(jié)器為“反作用”。用六邊形法則判斷調(diào)節(jié)器WPI4(S)的正反作用開關(guān)。WPI4(S)為正作用調(diào)節(jié)器參數(shù)、Tis按廣義被控對象W0(S)的特性整定。爐膛壓力在內(nèi)擾下的動態(tài)特性W0(S)基本上是一個比例環(huán)節(jié)。對于此對象一般采用PI規(guī)律的單回路控制系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程為：H(s)=1+W0(S)WPI(S)=0（3-1）式中W0(S)=K0，WPI(S)=代入式（3-1），可得特征方程的根：（3-2）顯然，Kps取任何值時，閉環(huán)調(diào)節(jié)過程都是非周期過程。調(diào)節(jié)器參數(shù)Tis越小，Kps越大特征方程負(fù)實(shí)根越大，調(diào)節(jié)過程越快。可采用衰減曲線法進(jìn)行調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，取Ψ=0.75，此時通過仿真，并調(diào)整調(diào)節(jié)器的參數(shù)，可得到4:1的衰減曲線。爐膛壓力控制系統(tǒng)仿真方框圖如圖3-3所示，仿真曲線如圖3-4所示。可得調(diào)節(jié)器參數(shù)為=7%，Tis=0.002s。圖3-3爐膛壓力控制系統(tǒng)仿真框圖在熱工控制系統(tǒng)中，由于被控對象通常存在一定的純滯后和容積滯后，因而從干擾產(chǎn)生到被調(diào)量發(fā)生變化需要一定的時間。從偏差產(chǎn)生到調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制作用以及操縱量改變到被控量（被調(diào)量）發(fā)生變化又要經(jīng)過一定的時間，可見，這種反饋控制方案的本身決定了無法將干擾對被控量的影響克服在被控量偏離設(shè)定值之前，從而限制了這類控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的進(jìn)一步提高。考慮到偏差產(chǎn)生的原因是干擾作用的結(jié)果，如果直接按擾動而不是偏差進(jìn)行控制。也就是說，當(dāng)干擾已出現(xiàn)調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)檢測到的干擾大小和方向按一定規(guī)律去進(jìn)行控制。由于干擾發(fā)生后被控量還未顯示出變化之前，調(diào)節(jié)器就產(chǎn)生了控制作用，這在理論上就可以把偏差徹底消除。按照這種理論構(gòu)成的控制系統(tǒng)稱為前饋控制系統(tǒng)。爐膛壓力控制系統(tǒng)是一個“前饋-反饋”復(fù)合控制系統(tǒng)。圖3-4爐膛壓力控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線前饋支路中參數(shù)的整定，按不變性原理進(jìn)行，由圖3-2，在送風(fēng)量V擾動下，Ps的傳遞函數(shù)W(S)為W(S)=（3-1）根據(jù)不變性原理：令W(S)=0，則：（3-2）由于：，因此：=0.6（3-3）由以上計算可得送風(fēng)V擾動下爐膛壓力控制系統(tǒng)的仿真方框圖如圖3-5所示。送風(fēng)V擾動下PS響應(yīng)曲線如圖3-6所示。由圖可以看出，爐膛壓力在送風(fēng)擾動下經(jīng)過幾次振蕩最終回到零，說明爐膛壓力控制子系統(tǒng)能夠克服送風(fēng)量擾動，有很好的控制效果。圖3-5送風(fēng)擾動下仿真方框圖圖3-6送風(fēng)擾動下PS響應(yīng)曲線3.2.2送風(fēng)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定送風(fēng)控制系統(tǒng)的方框圖如3-7所示。系統(tǒng)包括送風(fēng)量控制回路、氧量校正回路和前饋調(diào)節(jié)回路。此系統(tǒng)為一帶前饋?zhàn)饔玫拇壪到y(tǒng)，由于送風(fēng)系統(tǒng)是一快速響應(yīng)系統(tǒng)，而氧量變化要慢，故可按照先內(nèi)后外的整定原則，先整定送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路，再整定氧量校正回路，最后確定前饋調(diào)節(jié)器的參數(shù)。送風(fēng)量調(diào)節(jié)器WPI3(S)正反作用的確定，依據(jù)六邊形法則判斷為，WPI3(S)為正作用圖3-7送風(fēng)控制系統(tǒng)方框圖送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路中，調(diào)節(jié)參數(shù)、Tiv按W2(S)的動態(tài)特性整定。已知W2(S)=0.1，送風(fēng)調(diào)節(jié)器采用試驗(yàn)方法整定時，首先將Tiv設(shè)置在10~20s之間，放在100%位置，將氧量調(diào)節(jié)器開路。將送風(fēng)量控制系統(tǒng)投入自動，作定值擾動實(shí)驗(yàn)。記錄風(fēng)量V變化。然后改變比例帶，使風(fēng)量變化近似比例環(huán)節(jié)。最后選定調(diào)節(jié)器參數(shù)為Tiv=20，=80%。送風(fēng)控制系統(tǒng)的仿真方框圖如圖3-8所示。其響應(yīng)曲線如圖3-9所示。圖3-8LD擾動對V的響應(yīng)方框圖圖3-9V響應(yīng)曲線氧量校正調(diào)節(jié)器WPI5(S)正反作用的確定，依據(jù)六邊形法則判斷為，WPI5(S)為正作用氧量校正調(diào)節(jié)器的參數(shù)按W3(S)的動態(tài)參數(shù)整定（近似認(rèn)為內(nèi)回路為比例環(huán)節(jié)，比例系數(shù)為I）。已知（3-4）氧量校正調(diào)解器的整定原則，需保證調(diào)節(jié)過程有足夠的穩(wěn)定。對于二階對象來說，其調(diào)節(jié)器參數(shù)可由以下公式求得：=1.19K，Ti=1.45T（3-5）因此氧量校正調(diào)節(jié)器的參數(shù)可設(shè)置為：=1.19×K3=1.19×1.8=2.14200%Tio=1.45×T3=1.45×29=42s將此參數(shù)的調(diào)節(jié)器放入系統(tǒng)中，系統(tǒng)的仿真方框圖如圖3-10所示，其階躍響應(yīng)曲線如圖3-11所示。圖3-10加入氧量調(diào)節(jié)器的送風(fēng)系統(tǒng)仿真方框圖觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，系統(tǒng)的響應(yīng)時間很長，說明按經(jīng)驗(yàn)公式所計算出的參數(shù)不能使系統(tǒng)輸出達(dá)到理想的4:1曲線。所以要重新調(diào)整比例帶和積分時間，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整，使得輸出為4:1的衰減曲線，此時的=180%，Tio=80。即：WPI5(S)=圖3-11氧量校正輸出曲線將此調(diào)節(jié)器放入系統(tǒng)中，此時的SIMULINK仿真方框圖如圖3-12所示，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖3-13所示。圖3-12加入了氧量調(diào)節(jié)器的送風(fēng)系統(tǒng)仿真圖前饋信號的作用是作為送風(fēng)量的給定值。由圖1-2所示，燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由熱量信號DQ與負(fù)荷指令LD相平衡。靜態(tài)時：LD=DQ=D（3-6）結(jié)合送風(fēng)調(diào)節(jié)：LD·=V（3-7）因此：（3-8）圖3-13氧量校正輸出曲線可根據(jù)試驗(yàn)求得。在系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定好后，對系統(tǒng)做負(fù)荷擾動試驗(yàn)，仿真框圖如圖3-14所示，輸出曲線如圖3-15所示。圖3-14LD擾動下送風(fēng)控制系統(tǒng)仿真方框圖（a）由圖可得：（3-9）圖3-15LD擾動下送風(fēng)V響應(yīng)曲線（a）改變階躍擾動LD的幅值，做負(fù)荷擾動試驗(yàn)，仿真方框圖如圖3-16所示，其響應(yīng)曲線如圖3-17所示。圖3-16LD擾動下送風(fēng)控制系統(tǒng)仿真方框圖（b）由圖可得：（3-10）由式（3-9）和式（3-10）可知：（3-11）圖3-17LD擾動下送風(fēng)V響應(yīng)曲線（b）加入前饋后做負(fù)荷擾動實(shí)驗(yàn)，觀察響應(yīng)曲線，仿真方框圖如圖3-18所示。加入前饋后系統(tǒng)在負(fù)荷擾動下的響應(yīng)曲線如圖3-19所示。可以看出，加入前饋調(diào)節(jié)器后，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快了。而且前饋的加入可以使系統(tǒng)提前動作，更好地改善系統(tǒng)的性能。因此，加入前饋調(diào)節(jié)器后系統(tǒng)的波動比未加時小得多，說明加入前饋調(diào)節(jié)器后系統(tǒng)的性能比未加入時要好。圖3-18加入前饋后系統(tǒng)在負(fù)荷擾動下的仿真方框圖圖3-19加入前饋后系統(tǒng)在負(fù)荷擾動下的響應(yīng)曲線3.2.3燃料控制系統(tǒng)的參數(shù)整定燃料控制系統(tǒng)采用熱量信號作為反饋信號，反映燃料量的變化。因此，系統(tǒng)的整定需首先整定熱量信號DQ。熱量信號的整定在于選擇微分器參數(shù)TD、KD。整定的方法按內(nèi)擾特性或外擾特性整定。按內(nèi)擾特性整定時，要求熱量信號DQ能準(zhǔn)確反映燃料量的變化。按外擾整定時，則根據(jù)外擾熱量信號不變原則整定TD、KD。由于按外擾信號整定比較簡便，因此采用比較普遍。根據(jù)前面對于熱量信號的分析，在負(fù)荷擾動時，熱量信號DQ不變，即有：DQ=D+=0（3-12）由此可得：（3-13）由圖1-2可知，本系統(tǒng)所采用的熱量信號按理想熱量信號形式組成，即：DQ=D+（3-14）比較式（4-13）與式（4-14）兩式，若忽略慣性的影響，則：KDTD=Cb（3-15）已知Cb=70s·mA/mA，由于KD越大，則微分器特性越接近理想微分，因此，KD值取最大值;KD=10,則：TD=7s。熱量信號對于燃料量擾動的仿真方框圖如圖3-20所示。圖3-20燃料量擾動下熱量信號仿真方框圖熱量信號在燃料量擾動下的響應(yīng)曲線如圖3-21所示?？芍撉€基本能夠正確反映燃料量變化。圖3-21熱量信號響應(yīng)曲線熱量信號在汽輪機(jī)耗汽量DT擾動下的仿真方框圖如圖3-22所示。圖3-22DT擾動下熱量信號仿真方框圖熱量信號在汽輪機(jī)耗汽量擾動下響應(yīng)曲線如圖3-23所示。由響應(yīng)曲線可以看出熱量信號有跳變后很快恢復(fù)到零，基本能反映燃料量的變化。圖3-23DT擾動下熱量信號響應(yīng)曲線燃料調(diào)節(jié)器的整定在熱量信號整定好后進(jìn)行。燃燒控制系統(tǒng)方框圖如圖3-24所示。顯然，燃料調(diào)節(jié)器WPI2為正作用調(diào)節(jié)器。圖3-24燃燒控制系統(tǒng)方框圖已知兩臺磨煤機(jī)投入運(yùn)行時廣義對象W5(S)的傳遞函數(shù)為：W5(S)=（3-14）即：=20s=0.0125s·mA/mA采用動態(tài)參數(shù)法的經(jīng)驗(yàn)公式整定燃料調(diào)節(jié)器，取Ψ=0.75得：=1.1=27.5%，TiM=3.3=66s將此參數(shù)的調(diào)節(jié)器放入系統(tǒng)中，系統(tǒng)的仿真方框圖如圖3-25所示，其階躍響應(yīng)曲線如圖3-26所示。圖3-25燃料控制系統(tǒng)仿真方框圖圖3-26燃料控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，系統(tǒng)沒有超調(diào)，不是Ψ=0.75的曲線，說明按經(jīng)驗(yàn)公式所計算出的參數(shù)不能使系統(tǒng)輸出達(dá)到理想的4:1曲線。所以要重新調(diào)整比例帶和積分時間，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整，使得曲線的輸出為4:1的衰減曲線，此時的=600%，TiM=1。即：WPI2(S)=將此調(diào)節(jié)器放入系統(tǒng)中，此時的SIMULINK仿真方框圖如圖3-27所示，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖3-28所示。圖3-27燃料控制系統(tǒng)仿真方框圖圖3-28燃料控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線3.2.4主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路的參數(shù)整定燃燒率調(diào)節(jié)回路可看作主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路中的一個環(huán)節(jié)，其等效傳函W1(S)如圖3-29，因此主調(diào)節(jié)器等效對象為WPM(S)。=（3-15）圖3-29汽壓調(diào)節(jié)回路等效框圖可以看出主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器PI1為正作用調(diào)節(jié)器。圖3-30給出了在負(fù)荷指令LD擾動下，一臺鍋爐運(yùn)行時主蒸汽壓力PM的響應(yīng)曲線。由曲線可求得WPM(S)的特征參數(shù)。圖3-30主蒸汽壓力響應(yīng)曲線在單機(jī)單爐運(yùn)行下，保持汽機(jī)負(fù)荷不變時：=30s；=0.012s·mA/mA同時可求得：WPM(S)=（3-16）由于此系統(tǒng)采用熱量信號作為燃料量反饋信號，降低了調(diào)節(jié)速度，因此，為保證調(diào)節(jié)過程穩(wěn)定性，應(yīng)按內(nèi)擾整定參數(shù)設(shè)置。主蒸汽壓力調(diào)節(jié)器參數(shù)、Tip的選擇按內(nèi)擾整定時，通常保證主蒸汽壓力穩(wěn)定而令Ψ1，因此按下列公式計算：（3-17）按式（3-17）計算時可得單機(jī)單爐運(yùn)行時：（3-18）主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路的仿真方框圖如圖3-31所示。圖3-31主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路仿真框圖主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路響應(yīng)曲線如圖3-32所示。圖3-32主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路響應(yīng)曲線3.3汽輪機(jī)耗汽量DT擾動下系統(tǒng)仿真主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路在汽輪機(jī)耗汽量擾動下的仿真方框圖如圖3-33所示，汽輪機(jī)耗汽量擾動下輸出曲線如圖3-34所示。圖3-33汽輪機(jī)耗汽量擾動下主蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的仿真方框圖當(dāng)DT階躍增加時，相當(dāng)于給系統(tǒng)加了一個負(fù)向的擾動，由于D不變，所以有一個負(fù)向的差值進(jìn)入積分器1/30s，經(jīng)過積分的作用后，使主蒸汽壓力PM負(fù)向的增加，如圖中曲線a-b段所示。這時的PM經(jīng)變送器后與主蒸汽壓力給定值相比較，給定值為零，所以進(jìn)入主調(diào)節(jié)器WPI1(S)的差值為一正向的。主調(diào)節(jié)器為正作用，所以輸出也為一正向值，然后進(jìn)入內(nèi)回路。內(nèi)回路是一個隨動系統(tǒng)，相當(dāng)于比例作用，所以經(jīng)過內(nèi)回路后輸出仍為正。這時蒸汽流量D也為一正向增加的值，D與DT相比較，減弱了DT對系統(tǒng)的負(fù)向作用，使得曲線向上波動如圖中b-c段。由于D的正向作用過大，所以曲線繼續(xù)上升，如圖中c-d段，使得PM為一正向增加的曲線。再與給定值相比較，又使得D為一負(fù)向增加的值，曲線向下如圖中d-e段。反復(fù)的波動后最終曲線穩(wěn)態(tài)值為零，說明主蒸汽壓力系統(tǒng)可以克服蒸汽流量DT（外擾）的影響。圖3-34汽輪機(jī)耗汽量DT擾動下主蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出曲線3.4整個燃燒控制系統(tǒng)的仿真整個燃燒控制系統(tǒng)的仿真方框圖如圖3-35所示。當(dāng)負(fù)荷指令LD有正向單位階躍輸入時送風(fēng)V和燃料量M響應(yīng)曲線如圖3-36所示。由圖3-36可以看出，對送風(fēng)控制子系統(tǒng)來說，相當(dāng)于有個負(fù)荷輸入作用，與送風(fēng)控制子系統(tǒng)有負(fù)荷輸入作用時基本相同，只不過是這個負(fù)荷不是標(biāo)準(zhǔn)的階躍信號而已，由圖可以看出送風(fēng)控制子系統(tǒng)的相應(yīng)速度較快。同樣，負(fù)荷指令LD的階躍增加，反映到燃料量控制子系統(tǒng)時也相當(dāng)于給燃料量子系統(tǒng)加了一個階躍輸入，燃料量也很快得到響應(yīng)。負(fù)荷指令LD與總風(fēng)量信號經(jīng)小值選擇器，取較小者作為燃料調(diào)節(jié)的給定值，以保證動態(tài)過程中，燃料量小于送風(fēng)量。保證了負(fù)荷增加時先增加送風(fēng)量。圖3-35燃燒控制系統(tǒng)整體方框圖圖3-36負(fù)荷增加時V和M的響應(yīng)曲線當(dāng)負(fù)荷指令LD有負(fù)向單位階躍輸入時送風(fēng)V和燃料量M響應(yīng)曲線如圖3-37所示。圖3-37負(fù)荷減少時V和M響應(yīng)曲線由圖3-37可以看出，燃料量M和送風(fēng)V的響應(yīng)曲線近似為負(fù)荷指令LD階躍增加時的反過程。大值選擇器與小值選擇器相配合，使得在LD階躍減少時，燃料量比送風(fēng)量響應(yīng)的快，保證了負(fù)荷降低時先減少燃料量。當(dāng)送風(fēng)控制子系統(tǒng)有單位階躍輸入時主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路和爐膛壓力控制子系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖3-38和3-39所示。圖3-38主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路響應(yīng)曲線圖3-39爐膛壓力控制子系統(tǒng)響應(yīng)曲線從圖3-38和圖3-39中可以看出，送風(fēng)控制子系統(tǒng)有輸入時，主系統(tǒng)沒有輸出，也就是說子系統(tǒng)對主系統(tǒng)沒有影響。同樣，送風(fēng)控制子系統(tǒng)的輸入反映到爐膛壓力控制子系統(tǒng)時相當(dāng)于給爐膛壓力控制子系統(tǒng)加了一個送風(fēng)量的擾動。爐膛壓力控制子系統(tǒng)可以克服干擾，最終達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)爐膛壓力控制子系統(tǒng)有階躍輸入時主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路和送風(fēng)控制子系統(tǒng)響應(yīng)曲線曲線如圖3-40和3-41所示。從圖中可以看出，爐膛壓力控制子系統(tǒng)有輸入時，主系統(tǒng)沒有輸出，也就是說子系統(tǒng)對主系統(tǒng)沒有影響。對于送風(fēng)控制子系統(tǒng)來說，相當(dāng)于沒有輸入，所以送風(fēng)控制子系統(tǒng)也沒有變化。圖3-40主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路響應(yīng)曲線圖3-41送風(fēng)控制子系統(tǒng)響應(yīng)曲線當(dāng)汽輪機(jī)耗汽量DT擾動時送風(fēng)和爐膛壓力控制子系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖3-42和3-43所示。圖3-42送風(fēng)控制子系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖3-43爐膛壓力控制子系統(tǒng)響應(yīng)曲線由圖3-42和3-43可以看出當(dāng)汽輪機(jī)耗汽量發(fā)生擾動時，各子系統(tǒng)也會受到影響。送風(fēng)控制系統(tǒng)可以克服擾動最終達(dá)到穩(wěn)定，只是調(diào)節(jié)時間較長。對于爐膛壓力控制系統(tǒng)，雖然可以最終達(dá)到穩(wěn)定，但系統(tǒng)卻產(chǎn)生了偏差，爐膛壓力控制子系統(tǒng)最終穩(wěn)定在了一個新的值。說明汽輪機(jī)耗汽量的擾動會對爐膛壓力控制子系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響。綜上所述，當(dāng)主系統(tǒng)有變化時必然影響子系統(tǒng)，而當(dāng)子系統(tǒng)有變化時，對主系統(tǒng)沒有影響。這是因?yàn)椋〞r按照先子系統(tǒng)后主系統(tǒng)的順序進(jìn)行整定的，所以子系統(tǒng)不會對主系統(tǒng)產(chǎn)生影響（即送風(fēng)、引風(fēng)系統(tǒng)是從動系統(tǒng)，而主蒸汽壓力控制系統(tǒng)是主動系統(tǒng)）。結(jié)論本文根據(jù)燃燒系統(tǒng)的原理即動態(tài)特性，對影響蒸汽壓力的幾個重要參數(shù)分別進(jìn)行整定。由整定過程可以看出燃燒控制系統(tǒng)中各控制量的關(guān)系及相互間作用，它們構(gòu)成了一個密切聯(lián)系的整體。燃燒系統(tǒng)控制方法一般從燃料量、送風(fēng)量、爐膛壓力幾個方面控制主蒸汽壓力，而它們彼此間又相互影響，包括其中產(chǎn)生的延遲等問題，這樣調(diào)節(jié)困難就會加大。在本文中根據(jù)任務(wù)書的基本要求做出燃燒控制系統(tǒng)基本方案介紹和各子系統(tǒng)的仿真及整個燃燒控制系統(tǒng)的仿真研究，仿真結(jié)果表明這種控制系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷指令變化，有效克服鍋爐燃燒率擾動和汽輪機(jī)耗汽量DT的擾動影響，改善機(jī)組負(fù)荷跟蹤性能，提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于工程實(shí)現(xiàn)。相信不久的將來還會有更先進(jìn)的控制方法使燃燒系統(tǒng)更加完善。本文由于設(shè)計時間有限，并且由于本人的能力有限，在設(shè)計中不免會存在漏洞和問題，希望各位老師能給予指導(dǎo)和糾正，本人將虛心接受并予以改正。參考文獻(xiàn)[1]李遵基．熱工自動控制系統(tǒng)．北京．中國電力出版社．1997年：139-180[2]張子棟，王懷彬，李炳熙．鍋爐自動調(diào)節(jié)．哈爾濱．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社．1994年：148-158[3]張亮明，夏桂娟．工業(yè)鍋爐熱工檢測與過程控制．天津．天津大學(xué)出版社．1997年：239-261[4]胡壽松．自動控制原理．北京．科學(xué)出版社．2001年：50-160[5]黃忠霖．控制系統(tǒng)MATLAB計算及仿真．北京．國防工業(yè)出版社．2001年：250-295[6]金以慧．過程控制．北京．清華大學(xué)出版社．1993年：160-185[7]王志祥.熱工控制設(shè)計簡明手冊.水利電力出版社.2000年：86-121[8]莫彬．過程控制工程．北京．化學(xué)工業(yè)出版社．1991年：136-158附錄一、壓力變送器的主要技術(shù)特性如下：輸入信號壓力或差壓輸出信號0～10mA.D.C負(fù)載電阻0～1.5K靈敏度±0.1%基本誤差一般為±0.5%，低差壓力±0.1%，微差壓力±2.5%變差不大于基本誤差反應(yīng)時間小于1秒恒流性能0.05mA/1.5K二、DTL-121型調(diào)節(jié)器的主要技術(shù)特性如下：輸入信號0～10mA.D.C輸出信號0～10mA.D.C負(fù)載電阻0～3K積分增益180倍微分增益約5倍干擾系數(shù)當(dāng)TI為×檔時，F(xiàn)=1+定值穩(wěn)定度±0.25%定值刻度誤差±2.5%三、微分器的技術(shù)特性如下：輸入信號0～10mA.D.C輸出信號0～±5mA.D.C負(fù)載電阻0～1.5K微分增益1～15倍，連續(xù)可調(diào)微分時間6～300秒零點(diǎn)輸出穩(wěn)定性0.5%四、DJK-300電動執(zhí)行器技術(shù)特性如下：輸入信號0～10mA.D.C輸出力矩25m輸出軸每轉(zhuǎn)時間100秒輸出軸有效角位移0°～90°輸入通道三個輸入電阻200靈敏度150A非線性誤差±1.5%變差1.5%純滯后1秒電源電壓220，50HZ使用環(huán)境溫度（無腐蝕性氣體）使用環(huán)境濕度（無腐蝕性氣體）五、加減器的主要技術(shù)特性如下：輸入通道4個（相互隔離）輸入阻抗300（單通道）輸入信號0～10mA.D.C輸出信號0～10mA.D.C運(yùn)算公式I0=±K1Ti1±K2Ti2±K3Ti3±K4Ti4式中：I0為加減器的輸出電流；Ti1、Ti2、Ti3、Ti4分別為各輸入通道的輸入電流信號；K1、K2、K3、K4分別為各輸入通道的運(yùn)算系數(shù)，這些系數(shù)在0～1的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整。（6）精度±0.5%（7）負(fù)載電阻0～1.5K六、DGA—02型恒流給定器技術(shù)特性如下：輸出電流0～10mA.D.C負(fù)載電阻0～3K再現(xiàn)性0.25%恒流性能（每變化1K）0.1%刻度誤差±1%七、渦輪流量變送器技術(shù)特性如下：供電電源24V輸出功能4～20mA兩線制電流輸出準(zhǔn)確度0.5級、1.0級；使用條件

1.環(huán)境溫度：-20℃～50℃;

2.相對溫度：5%～95%;

3.被測介質(zhì)溫度：-20℃～120℃;

4.大氣壓力：86Kpa～106Kpa;

5.防爆等級：ib信號傳輸距離1000m。謝辭在本次2010年畢業(yè)設(shè)計中，我的指導(dǎo)老師巴達(dá)拉給予我極大的幫助。讓我在這四年中學(xué)到的知識得到充分的結(jié)合與實(shí)踐，在這即將畢業(yè)的時候，用我的畢業(yè)設(shè)計畫上了圓滿的句號。通過這四年的學(xué)習(xí)，使我基本掌握了自動化相關(guān)的知識，讓我能夠在今后的工作中更好的發(fā)揮作用，為祖國的電力事業(yè)盡一份綿薄之力。由于我所掌握的僅僅是自動化的理論知識，對于我所設(shè)計的課題，不能全方位的考慮，是巴老師和我的同學(xué)們的大力協(xié)助，才使我能夠順利的完成我的本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。真心地感謝巴老師給予我的幫助和指導(dǎo)。在論文完成過程中，也會請教系里其他老師，這些老師都很耐心地幫助我，在此也感謝這些老師。設(shè)計中經(jīng)常會和同學(xué)討論和研究，也感謝這些同學(xué)給予我的關(guān)心和幫助。我會在今后的工作中更好的發(fā)揮自己，為我的母校和我的老師爭光?；贑8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究\t"_bla