【正文】 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 圖 16 DT不變時(shí)汽壓在燃料量擾動(dòng)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(gè)過程，所以汽壓變化一開始有遲延，以后直線上升。其二是汽輪機(jī)耗 汽 量擾動(dòng)，稱為外部擾動(dòng)。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(shí)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。 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。在單元制運(yùn)行方式下，由一臺(tái)鍋爐向一臺(tái)汽輪機(jī)供汽，機(jī)爐之間存在緊密聯(lián)系。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。圖 13所示為其對(duì)應(yīng)的 方框圖。在鍋爐的負(fù)荷不變時(shí)，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(dòng)。因此，采用直吹式制粉系統(tǒng) 是大 機(jī)組發(fā)展的方向。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。 大型火力發(fā)電機(jī)組是典型的過程控制對(duì)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(cuò)，有上千個(gè)參數(shù)需要監(jiān)視、操作或控制，沒有先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備和控制系統(tǒng)要正常運(yùn)行是根本不可能的。二，維持鍋爐燃燒的最佳狀態(tài)和經(jīng)濟(jì)性。 在直吹式鍋爐運(yùn)行時(shí)，制粉設(shè)備是與鍋爐緊密地聯(lián)系在一起的。 在組織 直 吹式 鍋 爐燃燒過程控制系統(tǒng)時(shí)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)。該系統(tǒng)采用帶氧量校正信號(hào)的“燃料 空氣”系統(tǒng)方案。 燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù) 鍋爐燃燒過程是一個(gè)將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽哉羝问较蛟O(shè)備（以汽輪機(jī)為代表）提供熱能的能量轉(zhuǎn)換過程。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)。爐膛壓力是否正常，關(guān)系著鍋爐的安全運(yùn)行。 綜上所述，燃燒過程的幾項(xiàng)任務(wù)是不可分割的。圖 14 是其生產(chǎn)流程示意圖。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(duì)象是一個(gè)無(wú)自平衡能力的調(diào)節(jié)對(duì)象。燃燒率的改變，主要是燃料量的改變，而蒸汽壓力對(duì)于燃料量變化的響應(yīng)，有一定的延遲時(shí)間，延遲時(shí) 間 M? 的大小，受燃料系統(tǒng)的影響較大。 對(duì)于以上幾點(diǎn)，在組成控制系統(tǒng)時(shí)，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。以使鍋爐燃燒率與外界相適應(yīng)。所以對(duì)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。引風(fēng)調(diào)節(jié)器 PI4 接受爐膛壓力信號(hào) PS，通過調(diào)節(jié)引風(fēng)量 Vs 確保爐膛壓力為給定值。當(dāng)發(fā)生燃料側(cè)擾動(dòng)，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。這樣熱量信號(hào)可用下式表示： DQ=D+Cbdtdpb （ 27） 式中 DQ— 熱量信號(hào)； D— 蒸汽流量； Cb— 鍋爐的蓄熱系數(shù)； Pb— 蒸汽壓力； t— 時(shí)間。這就是實(shí)際熱量信號(hào)，記作 DQ 實(shí) 。該系統(tǒng)與圖 22 系統(tǒng)的不同點(diǎn)就是加入了氧量的校正信號(hào)，以彌補(bǔ)單純采用熱量信號(hào)來校正的不足。以減少動(dòng)態(tài)過程中風(fēng) 煤比例失調(diào)。圖中 PI1 為主汽壓力調(diào)節(jié)器， PI2 代表燃燒率調(diào)節(jié)器。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(shí)間，通常其衰減率Ψ=,即調(diào)節(jié)過程基本不出現(xiàn)振蕩。 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 給定內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 值。 用六邊形法則判斷調(diào)節(jié)器 WPI4(S)的正反作用開關(guān)。 圖 33 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(duì)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(shí)間。 送風(fēng) V 擾動(dòng)下 PS響應(yīng)曲線如圖 36所示。記錄風(fēng)量 V 變化。 圖 310 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(shí)間很長(zhǎng)，說明按經(jīng)驗(yàn)公式所計(jì)算出的參數(shù) 不能 使系統(tǒng)輸出 達(dá)到理想的 4:1 曲線 。 圖 314 LD 擾動(dòng)下送風(fēng)控制系統(tǒng)仿真方框圖（ a） 由圖可得： 2 3 ?? mA PaLDV （ 39） 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 圖 315 LD 擾動(dòng)下送風(fēng) V 響應(yīng)曲線（ a） 改變階躍擾動(dòng) LD 的 幅值，做負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)，仿真方框圖如圖 316 所示，其響應(yīng)曲線如圖 317 所示。熱量信號(hào)的整定在于選擇微分器參數(shù) TD、 KD。 熱量信號(hào) 對(duì)于燃料量擾動(dòng) 的仿真方框圖如圖 320所示。 顯然，燃料調(diào)節(jié)器 WPI2 為正作用調(diào)節(jié)器。圖 330 給出了在負(fù)荷指令 LD擾動(dòng)下，一臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí)主蒸汽壓力 PM 的響應(yīng)曲線。這時(shí)的 PM 經(jīng)變送器后與主蒸汽壓力給定值相比較，給定值內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 35 為零，所以進(jìn)入主調(diào)節(jié)器 WPI1(S)的差值為一正向的。 當(dāng) 負(fù)荷指令 LD有 正向 單位階躍輸入時(shí)送風(fēng) V和 燃料量 M響應(yīng)曲線如圖 336所示。 當(dāng) 送風(fēng)控制子系統(tǒng)有 單位 階躍輸入 時(shí) 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 338 和 339所示 。 圖 342 送風(fēng)控制子系統(tǒng)響應(yīng)曲線 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 40 圖 343 爐膛壓力控制子系統(tǒng)響應(yīng)曲線 由圖 342和 343可以看出當(dāng)汽輪機(jī)耗汽量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，各子系統(tǒng)也會(huì)受到影響。 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(gè)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(huì)加大。%，微差壓力 177。K1Ti1177。 ： 20℃ ～ 120℃ 。巴老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、知識(shí)淵博、對(duì)工作一絲不茍，這種精神很 值得我學(xué)習(xí)。 在論文完成過程中，也會(huì)請(qǐng)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。 ： ibⅡ BT4. （ 5） 信號(hào)傳輸距離 1000m。K 3Ti3177。% （ 8） 定值刻度誤差 177。而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于工程實(shí)現(xiàn)。對(duì)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(gè)新的值。 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(shí)相當(dāng)于給爐膛壓力控制子系統(tǒng)加了一個(gè)送風(fēng)量的擾動(dòng)。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(shí)也相當(dāng)于給燃料量子系統(tǒng)加了一個(gè)階躍輸入，燃料量也很快得到響應(yīng)。內(nèi)回路是一個(gè)隨動(dòng)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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 圖 330 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(shí)： ? =30s； ? =mA/mA 采用 動(dòng)態(tài)參數(shù)法的 經(jīng)驗(yàn)公式整定燃料調(diào)節(jié)器，取 Ψ= 得： M? =?? =%， TiM=? =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 325 所示 ，其階躍響應(yīng)曲線如圖 326 所示?？芍撉€ 基本能夠正確 反映燃料量變化。按內(nèi)擾特性整定時(shí)，要求熱量信號(hào) DQ 能準(zhǔn)確反映燃料量的變化。 加入前饋后系統(tǒng)在負(fù)荷擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線如圖 319所示。 即： WPI5(S)= SS18080 180? ? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 圖 311 氧量校正輸出曲線 將此調(diào)節(jié)器放入系統(tǒng)中， 此時(shí)的 SIMULINK 仿真 方 框圖如圖 312 所示 ， 系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 曲線如圖 313 所示。 最后選定調(diào)節(jié)器參數(shù)為 Tiv=20，V? =80%。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 圖 35 送風(fēng)擾動(dòng)下仿真方框圖 圖 36 送風(fēng)擾動(dòng)下 PS響應(yīng)曲線 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 37 所示?？紤]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(dòng)而不是偏差進(jìn)行控制。爐膛壓力在內(nèi)擾下的動(dòng)態(tài)特性 W0(S)基本上是一個(gè)比例環(huán)節(jié)。 爐膛壓力控制系統(tǒng)的整定包括調(diào)節(jié)器參數(shù) s? 、 Tis 和前饋支路中 V? 的設(shè)置。因此燃燒率控制回路，作為整個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)回路，原則 上應(yīng)該按照隨動(dòng)系統(tǒng)的快速性原則進(jìn)行整定。當(dāng)系統(tǒng)采用“燃料 空氣”系統(tǒng)方案時(shí)，燃燒率信號(hào)為燃料量信號(hào)。由調(diào)節(jié)器 PI5 根據(jù)煙氣含氧量信號(hào) O 2 ，對(duì)送風(fēng)量進(jìn)行細(xì)調(diào)。由于煙氣含氧量代表煙氣中過?？諝庀禂?shù)。 若調(diào)整 D? ，使 KD D? =1，同時(shí)，令 ddbb TKCC ?? ， 則有： DQ 實(shí) ? ?bbdddbdb pSCDSTDSTSTpST SCD ???????? 1 111 （ 29） 比較式（ 28）和式（ 29）兩式，實(shí)際熱量信號(hào) DQ 實(shí) 相當(dāng)于理想熱量信號(hào) DQ 理 與慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)。 圖 23 給出了理想熱量信號(hào)在不同情況下的響應(yīng)曲線 。而且無(wú)法保證風(fēng) 煤之間最佳比值 。由式（ 22）及（ 23）兩式，可得： MkLDM 1? （ 25） vMkkMV? （ 26） 即： 燃料控制與送風(fēng)控制兩個(gè)子系統(tǒng)為比值控制系統(tǒng)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 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(dòng)。其中燃料量控制和送風(fēng)量控制兩個(gè)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(shí)保證燃燒經(jīng)濟(jì)性。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 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 21 所示。 。 DT 擾動(dòng)下， Pb、 PM 的傳遞函數(shù) 為 ： sCCsCCRsD sPG bMbMgrTbbT )( 1)( )( ????? （ 13） sCCsCCR sCRsD sPG bMbMgr bgrTMMT )( )1()( )( ?? ???? （ 14） 由以上兩式可以看出， DT 擾動(dòng)下， Pb為反向積分特性， PM 為反向比例加積分特性。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。這些都將是燃 燒過程控制系統(tǒng)的具體組成。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(huì)增加爐膛漏風(fēng)，降