【正文】 著燃料量的改變，鍋爐的風(fēng)量也需要作出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。由一于目前普遍采用氧量計(jì)，過(guò)量空氣系數(shù) α與煙氣中 O2 含量關(guān)系如式 3 一 1 所示 : 22121O??? (31) 式中 02 一煙氣中的含氧量， %。但是，當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大時(shí)，則因爐膛溫度降低和煙氣流速加快使燃燒時(shí)間縮短，可能使不完全燃燒損失反而增加， ‘而煙氣熱損失則總是隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增大而增加的。由一于灰分在還原性氣體中熔點(diǎn)降低，易引起爐內(nèi)結(jié)渣以及高溫硫腐蝕等不良后果。總之送風(fēng)量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)給鍋爐的安全運(yùn)行帶來(lái)不良的影響。一、二次風(fēng)的風(fēng)量分配應(yīng)根據(jù)它們所起的作用進(jìn)行調(diào)節(jié)。風(fēng)量調(diào)節(jié)時(shí)，還應(yīng)通過(guò)爐膛出口氧量的變化，來(lái)判定是否己滿(mǎn)足需要。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，最先 將在爐膛壓力的變化上反應(yīng)出來(lái)，而后才是蒸汽參數(shù)的一系列變化。 運(yùn)行中引起爐膛負(fù)壓波動(dòng)的主要原因是燃燒工況的變化。例如在引風(fēng)量未變時(shí)，增加送風(fēng)量，就會(huì)使?fàn)t膛出現(xiàn)正壓。當(dāng)爐膛壓力發(fā)生劇烈波動(dòng)時(shí)，往往是熄火的頂兆，這時(shí)必須加強(qiáng)監(jiān)視爐內(nèi)燃燒上況，分析原因，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和處理。引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)方法要求和送風(fēng)機(jī)基本相同。 在鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中包含兩個(gè)控制系統(tǒng) :主蒸汽壓力控制系統(tǒng)和爐膛壓力控制系統(tǒng)， ‘而主蒸汽壓力又由主蒸汽壓力與燃料流量構(gòu)成的燃料控制系統(tǒng)和燃料流量與空氣流量構(gòu)成的送風(fēng)控制系統(tǒng)組成 。在送風(fēng)控制系統(tǒng)中，要求保持合理的風(fēng)、煤配合，才一能使鍋爐經(jīng)濟(jì)的燃燒，所以該控制系統(tǒng)的被控變量是煙氣成分，操縱變量是送風(fēng)量 。所以，要對(duì)燃料流量設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié) 器，讓它對(duì)干擾進(jìn)行快速的控制，這便構(gòu)成了一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)。通過(guò)上述分析，得到了燃燒 過(guò)程的基本控制控制方案如下 圖 燃燒過(guò)程的基本控制方案 10 圖 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖 為了使鍋爐能夠充分且完全的燃燒 :在蒸汽量要求增加時(shí)，應(yīng)先加大空氣量，后加大燃料量 。 在正常工況下，即系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，蒸汽壓力控制器的輸出 IP 等于燃料流量變送器輸出 I1，也等于空氣流量變送器的輸出呈上空氣過(guò)剩系數(shù) K 后的值 I2。這一過(guò) 程保證在增加燃料量前。燃料降低，經(jīng)變送器的測(cè)量信號(hào)為高選器選中，作為空氣流量控制器的給定值，命令空氣降量，降量過(guò)程直至 Ip= I1=I2， ，系統(tǒng)又恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。另外，鍋爐負(fù)荷不同時(shí)，兩者的最優(yōu)比也應(yīng)有所不同。根據(jù)燃燒方程式，可以計(jì)算出燃料完全燃燒時(shí)所需的氧量，從而可以得出所需的空氣量，成為理論空氣量場(chǎng) QT。因此，對(duì)不同的燃料，過(guò)?？諝饬慷加幸粋€(gè)最優(yōu)值，即所謂最經(jīng)濟(jì)燃燒，如圖 所示。 13 圖 過(guò)?？諝饬颗c能量損失的關(guān)系 圖 過(guò)?？諝饬颗c O2 及鍋爐效率間的關(guān)系 14 圖 煙氣中含氧量的閉環(huán)控制方案 案中，只要把氧含量成分控制器的給定值，按正常負(fù)荷下煙氣氧含量的最優(yōu)值設(shè)定，就能使過(guò)剩空氣系數(shù) α穩(wěn)定在最優(yōu)值，保證鍋爐燃燒最經(jīng)濟(jì) 、熱效率最高。為此用反映負(fù)荷變化的蒸汽壓力作為前饋信號(hào)， K 為靜態(tài)前饋放大系 15 數(shù)。 (1)防脫火系統(tǒng)這是一個(gè)選擇性控制系統(tǒng)，在燃燒背壓正常情況下，由蒸汽壓 力控制器控制燃料閥，維持鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。窄比例 )。于是低懸著器 16 LS 就改選 P2C 的輸出 PB 送往控制閥，構(gòu)成燃料壓力控制系統(tǒng)，從而控制燃料壓力的上升，達(dá)到防止脫火的產(chǎn)生。當(dāng)燃料壓力正常時(shí)， P3C 下限接點(diǎn)是斷開(kāi)的，電磁閥是失電低選器 LS 輸出直通控制閥，此時(shí)系統(tǒng)的工作情況和以上防止脫火的工作情況相同。過(guò)程工業(yè)中常見(jiàn)的被控參數(shù)有溫度、壓力、液位和流量。 (4)對(duì)于比較重要的，控制精度要求比較高，希望動(dòng)態(tài)偏差較小、控制對(duì)象的時(shí)間滯后比較大的參數(shù)，應(yīng)當(dāng)采用比例一 積分一微分控制器 【 14】 。因?yàn)楦弊兞康姆€(wěn)定并不是目的，設(shè)置副變量的目的就在于保證和提高主變量的控制質(zhì)量。然而副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，它的給定值跟 19 隨主控制器的愉出的變化而變化，為了能快速跟蹤，副控制器不帶積分，因?yàn)榉e分會(huì)使跟蹤變的緩慢。 在該系統(tǒng)中，爐膛負(fù)壓是一個(gè)單純的前饋 反饋控制系統(tǒng) :反饋回路是一個(gè)簡(jiǎn)單的單回路控制系統(tǒng)，它的對(duì)象是爐膛負(fù)壓，所以該控制器可以選比例一積分控制規(guī)律，前饋控制器則直接選用具有比例作用的控制器 。如果在這種情況下它的輸出為低信號(hào)，則應(yīng)選低選器。在蒸汽壓力和燃料流量構(gòu)成的串級(jí)控制系統(tǒng)中，蒸汽壓力控制器為主控制器，燃料流量控制器為副控制器，當(dāng)系統(tǒng)處于危險(xiǎn)狀況時(shí)，燃料閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，則閥門(mén)為氣開(kāi)閥，所以 Kv為正 。同理可知空氣流量控制器也為反作用控制器。由 KvKoKmKc 為正可得 Kc 為負(fù)，所以爐膛壓力控制器為正 作用控制器。在非正常情況下，該系統(tǒng)構(gòu)成的是燃料氣壓力控制系統(tǒng)，當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度增大時(shí)，燃料氣壓力升高，則 K01 為正，同理可得，燃料壓力控制器也為反作用控制器 。整定的順序是先整副環(huán)后 22 整主環(huán)，這是它們的共同點(diǎn)。而副變量的設(shè)立主要是為了提高主變量的控制質(zhì)量，對(duì)副變量本身沒(méi)有很高的要求，允許它在一定的范圍內(nèi)變化。人民根據(jù)長(zhǎng)期的時(shí)間和大量的經(jīng)驗(yàn)積累，總結(jié)出對(duì)于不同的副變量情況，副控制器參數(shù)可按下表所給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。 (4) 如果系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，只要加大主、副控制器的任一參數(shù)，就可消除，如 ―共 振 ‖劇烈，可先轉(zhuǎn)入手動(dòng)，待穩(wěn)定后，再在比生產(chǎn) ―共振 ‖時(shí)略大的控制器參數(shù)下重新投運(yùn)和整定，直到達(dá) 到滿(mǎn)意時(shí)為止。如果衰減比大于 4:1， δ 繼續(xù)減小當(dāng)衰減比小于 4:1 時(shí) δ 應(yīng)增大，直到過(guò)渡過(guò)程呈 現(xiàn) 4:1 衰減時(shí)為止。 24 圖 4:1 衰減曲線(xiàn) 按表 經(jīng)驗(yàn)公式算出控制器參數(shù)后，按照先比例、后積分、最后微分的程序，依次將控制器參數(shù)放好。 表 衰減曲線(xiàn)法整定控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式 控制器類(lèi)型 控制器參數(shù) δ/% Ti/min TD/min P δS PI PID 25 下 δ 值，直到達(dá)到滿(mǎn)意為止。 (3)適當(dāng)放寬比例度，一般放大 20%左右，然后把積分時(shí)間慢慢減小，找到系統(tǒng) 處于振蕩與不振蕩的臨界過(guò)程或微震蕩的過(guò)程為止。 (2)包含國(guó)際上同類(lèi)儀表的幾乎所有的功能，通用性強(qiáng)、技術(shù)成熟可靠 。 (6)采用先進(jìn)的 AI 人工智能調(diào)節(jié)算法，無(wú)超調(diào)，具備自整定 (AT)功能 。除具備 AI708 的全部功能及特點(diǎn)外，還具備外給定、手動(dòng) /自動(dòng)切換操作、手動(dòng)自整定及顯 示輸出值等功能。 27 在該設(shè)計(jì)中所選的型號(hào)是 AI808， AI808 型可替換原來(lái)的 DDZ II 、 III 型調(diào)節(jié)器 且精度高。 (4)全球通用的 85 一 264VAC 輸入范圍開(kāi)關(guān)電源或 24VDC 電源供電，并具備多種外型尺寸供客戶(hù)選擇 。 控制器的選擇 控制器 (或稱(chēng)調(diào)節(jié)器 )將來(lái)自變送器的測(cè)量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算，井輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、液位及其他工藝 變量的自動(dòng)控制。 按照隨動(dòng)控制系統(tǒng)的整定要求，整定方法步驟為 : (1)進(jìn)行比值系數(shù)計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)整定 。放好控制器參數(shù)后可以再加一次干擾，驗(yàn)證一下過(guò)渡過(guò)程是否呈 4:1 衰減振蕩。 通過(guò)上述試驗(yàn)，可以找到 4:1 衰減振蕩時(shí)的比例度 δs及振蕩周期 Ts。雙閉環(huán)比值的主流量回路為一般定值系統(tǒng)，可按常規(guī)的單回路系統(tǒng)進(jìn)行整定，該設(shè)計(jì)所選的是衰減曲線(xiàn)法 :衰減曲線(xiàn)法是在系統(tǒng)閉環(huán)情況下將控制器的積分時(shí)間 Ti 放到最大，微分時(shí)間 TD 放到最小，比例度 δ放到適當(dāng)數(shù)值 (一般為 100%)。 (2)將串級(jí)投運(yùn)后，按單回路系統(tǒng)整定方法直接整定主控制器參數(shù) 。此外，對(duì)一于鍋爐燃燒控制這樣一個(gè)具體的串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在一定的范圍內(nèi)，主、副控制器的放大倍數(shù)是可以匹配的，只要主副控制器的放大倍數(shù)及 Kcl 與 Kc2 的乘積等于心 (Ks 為主變量呈 4:1 衰減振蕩時(shí)的控制器比例放大倍數(shù) )，系統(tǒng)就能產(chǎn)生 4:1 衰減過(guò)程。所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)將副控制器參數(shù)一次放好，不再變動(dòng)，然后按一般單回路系統(tǒng)的方法，直接整定出主控制器參數(shù)。 所謂控制系統(tǒng)的目的，就是對(duì)于一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)并安裝就緒的控制系統(tǒng)，通過(guò)控制器參數(shù) (δ、 Ti、 TD)的調(diào)整，使得系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程達(dá)到最為滿(mǎn)意的質(zhì)量指標(biāo)要求。變送器為正，則 Km為正。當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度增加時(shí)，爐膛壓力降低，所以 KO 與為負(fù) 。由 KvKoKmKc 為正可得 Kc 為正，所以燃料控制器 (副控制器 )為反作用控制器，這樣，只根據(jù)主對(duì)象與主 變送器放大倍數(shù)的符號(hào)就可以確定主控制器的正、反作用 。副控制器的正、反作用要根據(jù)副環(huán)的具體情況決定，而與主環(huán)無(wú)關(guān)。至于在非正常情況工作下的控制器，為了使它能在生產(chǎn)處于不正 常情況時(shí)迅速而及時(shí)地采取措施，以防事故的發(fā)生，其控制規(guī)律應(yīng)選窄比例式 (即比例放大倍數(shù)很大 )。 燃料流量與空氣流量組成的是雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，在該閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，主流量是燃料流量，副流量是空氣流量。另外，從串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上看，主環(huán)是一個(gè)定值系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用。串級(jí)系統(tǒng)中主變量是生產(chǎn)上藝的主要操作指標(biāo)，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的安全，工藝上對(duì)它的要求比較嚴(yán)格，一般來(lái)說(shuō)，主變量不允許有余差。 (2)對(duì)于不太重要的參數(shù)，但是慣性較大，又不希望動(dòng)態(tài)偏差較大，可考慮采用比例 微分控制器，但是對(duì)于系統(tǒng)噪聲較大的參數(shù)，例如流量，則不能選用比例一微分控制器 。當(dāng)燃料氣管線(xiàn)壓力慢慢上升到正常值時(shí)， P3C 接點(diǎn)又復(fù)斷開(kāi)，電磁閥復(fù) 斷開(kāi)，一于是低選器 LS 的輸出又能直通控制閥，恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。 (2)防回火系統(tǒng)當(dāng)燃料壓力不足時(shí)，燃料氣管線(xiàn)的壓力又可能低于燃燒室壓力，這樣就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)的 ―回火 ‖現(xiàn)象，這會(huì)危機(jī)燃料 氣罐發(fā)生燃燒和爆炸，因此必須設(shè)法加以防止。這樣，低選器 LS 將選中 P1C的輸出 PA 送往控制閥，構(gòu)成蒸汽壓力控制系統(tǒng)。在上圖中，低選擇器輸出 PY 與輸入信號(hào)的關(guān)系如下 : 當(dāng) PAPa 時(shí)， PY=PA 當(dāng) PAPa 時(shí)， PY=PB 且以上兩個(gè)控制器均為反作用 (這是根據(jù)系統(tǒng)的要求確定，有關(guān)控制器正反作用的選擇問(wèn)題待后而討論 )，其中 P1C 為正常情況下工作的控制器， P2C 為非正常情況下工作的控制器，而且是窄比例的 (即比例放大倍數(shù)很大 )。 當(dāng)爐膛負(fù)壓 太小，甚至為正時(shí)，會(huì)造成爐膛內(nèi)熱煙氣玩外冒出，影響設(shè)備和工作人員的安全 。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較小時(shí)，單回路的控制系統(tǒng)就能滿(mǎn)足 。過(guò)剩空氣量常用過(guò)?？諝庀禂?shù) α來(lái)表示，即實(shí)際空氣量 QP 與理論空氣量 QT 之比 : TP /?? (32) 因此 ,α 為衡量經(jīng)濟(jì)燃燒的一種指標(biāo)。即需要一定的過(guò)?？諝?量。通常用煙氣中的氧含量作為送風(fēng)量的校正信號(hào)。 12 前面介紹的鍋爐燃燒過(guò)程的燃料與空氣比值控制存在兩個(gè)不足 之處。整個(gè)提量過(guò)程直至 Ip=I1=I2 時(shí)，系統(tǒng)又恢復(fù)到正常工況時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行提量時(shí)，隨著蒸汽量的增加，蒸汽壓力減少，壓力控制器的輸出 Ip 增加 (根據(jù)串級(jí)控制系統(tǒng)的要求，壓力控制器應(yīng)選用反作用式控制器 )，這個(gè)增加了的信號(hào)不被低選器選中，而被高選器選中，它直接改變空氣流量控制器的 11 圖 燃燒過(guò)程的改進(jìn)控制方案 給定值，命令空氣量增加，也就使 I2 開(kāi)始增加。完成該邏輯提降量是依靠系統(tǒng)中設(shè)置的兩個(gè)選擇器 :高選擇器 HS，低選擇器 LS。在這里，不管燃料量還是送風(fēng)量都應(yīng)該是可控制的，所以采用的是雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，它在提降量上也是很方便的，只要緩慢的改變主流量的給定值，就可以提降主流量，同時(shí)副變量也就跟蹤提降，并保持兩者比值不變。 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的控制方案 確定 蒸汽壓力的主要擾動(dòng)是蒸汽負(fù)荷的變化與燃料量的波動(dòng)。如果想要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行高效、精確的控制，首先得依次對(duì)這三個(gè) 子控制系統(tǒng)進(jìn)行被控變量的選擇。如果被控變量選擇不當(dāng)，不論采用何種儀表，組成 什么樣的控制系統(tǒng)，都不能達(dá)到頂期的控制效果，滿(mǎn)足不了生產(chǎn)的技術(shù)要求。這樣 , 就不會(huì)由于燃料量擾動(dòng)而引起汽包壓力發(fā)生過(guò)大變化 【 12】 。當(dāng)燃燒不穩(wěn)時(shí)，爐膛壓力將產(chǎn)生劇烈的波動(dòng)，爐膛風(fēng)壓表相應(yīng)作大幅度的劇烈晃動(dòng)。在燃燒產(chǎn)生煙氣及其排放的過(guò)程中，如果排出爐膛的煙氣量等于燃燒產(chǎn)生的煙氣量，則進(jìn)、出爐膛的物質(zhì)保持平衡，此時(shí)爐膛負(fù)壓就相對(duì)保持不變。 爐膛負(fù)壓過(guò)大，將會(huì)增加爐膛和煙道的漏風(fēng)，鍋爐在低負(fù)荷或燃燒 .工況不穩(wěn)的情況下運(yùn)行時(shí)，便有可能由于漏入冷風(fēng)而造成燃燒惡化，甚至發(fā)生鍋爐熄滅。 爐膛壓力控制系統(tǒng) 爐膛壓力是反應(yīng)燃燒上況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)。此外，二次風(fēng)應(yīng)能與進(jìn)入爐膛的可燃物 充分混合，這就需要較大的二次風(fēng)速，對(duì)高溫火焰起到攪拌混合的作用，以強(qiáng)化燃燒。本爐所使用的送風(fēng)機(jī)為軸流風(fēng)機(jī)，通過(guò)改變風(fēng)機(jī)動(dòng)葉角度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。