【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 量回路是平行的副回路，煤氣控制器和空氣控制器是平行的副控制器，完成精確控制。 雙交叉限幅系統(tǒng)控制圖圖中β為空燃比，煤氣交叉限幅器的輸出（G）是煤氣流量控制器的設(shè)定值，空氣交叉限幅器的輸出（H）是預(yù)熱空氣控制器的設(shè)定值，煤氣和空氣交叉限幅器由一個(gè)高選擇器和一個(gè)低選擇器組成。當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，空氣流量的變化和煤氣流量的變化相互制約，并使空氣流量和煤氣流量在預(yù)先設(shè)定好的空燃比范圍內(nèi)變化，以保證調(diào)溫過(guò)程的最佳燃燒狀態(tài)。它在串級(jí)平行控制的基礎(chǔ)上，增加交叉限幅控制功能。煤氣流量和空氣流量與爐溫調(diào)節(jié)構(gòu)成串級(jí)平行控制系統(tǒng)，在空氣流量調(diào)節(jié)回路和煤氣流量調(diào)節(jié)回路各自設(shè)有一個(gè)高選擇器和低選擇器及一些運(yùn)算單元。溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為煤氣流量調(diào)節(jié)器和空氣流量調(diào)節(jié)器的外給定值。 雙交叉限幅控制系統(tǒng)流程圖在煤氣流量控制回路中，空氣流量測(cè)量值與空燃比系數(shù)經(jīng)運(yùn)算后得到輸出值，經(jīng)負(fù)向偏置后與溫度調(diào)節(jié)氣的輸出一起進(jìn)入高值選擇器，選擇高值再與輸出值經(jīng)正向偏置的值一起進(jìn)入低值選擇器，低值作為煤氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。而在空氣流量控制回路中，煤氣流量測(cè)量值經(jīng)正向偏置后與溫度調(diào)節(jié)氣的輸出一起進(jìn)入低值選擇器，選擇低值再與煤氣流量測(cè)量值經(jīng)負(fù)向偏置后的值一起進(jìn)入高值選擇器，高值作為空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。預(yù)熱空氣設(shè)定值得選擇原則：A=MVtRa ()B=min{A,Fg(1+K4)} ()SPa=max{B,Fg(1K2)}β ()煤氣設(shè)定值的選擇原則：C=MVtRf ()D=max{C,Fa(1K3)/β} ()SPg=min{D,Fa(1+K1)/β} ()其中：MVt為溫度控制器的輸出值Ra溫度、空氣量綱比Rf溫度、煤氣量綱比SPa空氣流量設(shè)定值SPg煤氣流量設(shè)定值Fg煤氣流量修正值Fa空氣流量修正值K1煤氣低選系數(shù)K2空氣高選系數(shù)K3煤氣高選系數(shù)K4空氣低選系數(shù)K1，K2，K3，K4的范圍是[—]該系統(tǒng)在負(fù)荷變化或者煤氣熱值波動(dòng)是不會(huì)因?yàn)榭諝獠蛔愣谷紵煌耆?，也不?huì)因?yàn)榭諝膺^(guò)量而出現(xiàn)過(guò)氧燃燒現(xiàn)象，此雙交叉限幅控制的原理如下：⑴爐溫處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)（無(wú)任何擾動(dòng)）溫度調(diào)節(jié)器的輸出與實(shí)際檢測(cè)的煤氣流量相等，在空氣側(cè)，經(jīng)低選、高選得到空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值SPa=βMVtRa，煤氣側(cè)，經(jīng)高選、低選得到煤氣調(diào)節(jié)器設(shè)定值SPg=MVt，雙交叉制約不工作。⑵爐溫低于設(shè)定值時(shí)（升溫調(diào)節(jié)過(guò)程）溫度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用使得其輸出增大，而此時(shí)實(shí)際檢測(cè)的煤氣流量還沒(méi)有改變，在空氣側(cè)，經(jīng)低選、高選得到空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值：B=min{A,Fg(1+K4)}= Fg(1+K4) （）SPa=max{ Fg(1+K4),Fg(1K2)}β= Fg(1+K4)β （）在煤氣側(cè)經(jīng)高選、低選得到煤氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值：D=max{C,Fa(1K3)/β}= MVtRf （）SPg=min{MVtRf,Fa(1+K1)/β}=Fa(1+K1)/β （）從以上兩式可看出，空氣流量隨煤氣流量的增加而增加，反之煤氣流量又隨空氣流量的增加而增加，交叉制約開始，溫度不斷上升，而K4 K1這可以保證在升溫時(shí)，煤氣量隨著空氣量的增加而增加，即空氣先行。空氣比煤氣多一點(diǎn)，避免在燃燒調(diào)整過(guò)程中由于煤氣過(guò)剩而冒黑煙。隨著空氣煤氣流量在相互制約中的不斷增加，最終溫度調(diào)節(jié)器的輸出又與煤氣、空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值相等，此時(shí)系統(tǒng)又處于平衡狀態(tài)，交叉制約結(jié)束。⑶爐溫高于設(shè)定值時(shí)（降溫調(diào)節(jié)過(guò)程）溫度調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用使得其輸出值減小，而此時(shí)實(shí)際檢測(cè)的煤氣流量還沒(méi)有改變，在空氣側(cè)，經(jīng)低選、高選得到空氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值：B=min{A,Fg(1+K4)}= MVtRa （）SPa=max{MVtRa,Fg(1K2)}β=Fg(1K2)β （）在煤氣側(cè)經(jīng)高選、低選得到煤氣調(diào)節(jié)器的設(shè)定值：D=max{C,Fa(1K3)/β}= Fa(1K3)/β （）SPg=min{Fa(1K3)/β,Fa(1+K1)/β}=Fa(1K3)/β （）從以上兩式可以看出，隨著煤氣流量的減少，空氣流量也減少，煤氣流量的減少導(dǎo)致空氣流量的減少，交叉制約開始，溫度不斷下降，直至新的平衡建立。而K3K2這可以保證在降溫時(shí)，空氣量隨著煤氣量的減少而減少，即煤氣先行。煤氣總比空氣少一點(diǎn)，同樣可以避免冒黑煙。有以上分析可見(jiàn)，通過(guò)此系統(tǒng)進(jìn)行燃燒控制，無(wú)論負(fù)荷怎樣變化，實(shí)際空燃比都在一個(gè)較小的范圍內(nèi)波動(dòng)（波動(dòng)范圍由K1，K2，K3，K4確定），可防止溫度或負(fù)荷變化時(shí)空氣煤氣流量的突變，保證溫度均衡變化。在增量時(shí)先增空氣，后增煤氣，在減量時(shí)先減煤氣，后減空氣，達(dá)到減少能源消耗又不出現(xiàn)過(guò)氧燃燒的目的，從而確保了燃燒過(guò)程都能在最佳燃燒區(qū)內(nèi)進(jìn)行，達(dá)到節(jié)能、完全燃燒、防止污染的目的。雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：雙交叉限幅燃燒控制方式能有力地限制空氣過(guò)剩率的實(shí)際值，從而保證了空氣過(guò)剩不至于遠(yuǎn)遠(yuǎn)地偏離設(shè)定值，保證燃燒系統(tǒng)工作在最佳燃燒區(qū)域內(nèi)，減少了缺氧燃燒和過(guò)氧燃燒帶來(lái)的熱損失，最大程度上降低了黑煙及NOx和SOx給環(huán)境帶來(lái)的污染。雙交叉限幅燃燒控制方案采用PID控制原理設(shè)計(jì)的溫度控制器。雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)中燃料流量設(shè)定信號(hào)和空氣流量設(shè)定信號(hào)總是用對(duì)方的實(shí)際流量來(lái)驗(yàn)證它是否合適，通過(guò)相互制約防止負(fù)荷變化時(shí)出現(xiàn)燃料過(guò)剩和空氣過(guò)度過(guò)剩，從而將空氣過(guò)剩系數(shù)的設(shè)定值減少至極限值上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)剩余空氣系數(shù)進(jìn)行雙向限幅功能。這種方案能保證煤氣、空氣充分燃燒，提高燃燒效率，降低氧化鐵皮損耗，有效消除溫度偏差、系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)就是系統(tǒng)的響應(yīng)速度要受燃燒流量控制系統(tǒng)和空氣量控制系統(tǒng)響應(yīng)速度的制約，取決于了兩系統(tǒng)中響應(yīng)較慢的一方的響應(yīng)速度。 空燃比控制從節(jié)省能源和保護(hù)環(huán)境的要求出發(fā)，應(yīng)以最佳的空氣/燃料比控制燃燒。一般采用模糊控制的方法來(lái)尋找最優(yōu)空/燃比值，F(xiàn)OC就是自尋優(yōu)模糊控制器，這是一個(gè)兩輸入單輸出模糊控制器，其輸入是爐膛溫度的增量ΔT（ΔT=TiTi1）和上一周期的尋優(yōu)步長(zhǎng)Ui1，輸出是本次尋優(yōu)步長(zhǎng)Ui（即為本次空/燃比的增量）。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，停止?fàn)t膛溫度的模糊控制，以煤氣流量為基準(zhǔn)，通過(guò)修正空/燃比值，改變空氣的配入量，然后再采用一個(gè)定值PID調(diào)節(jié)，使空氣流量達(dá)到所要求的值。這里空氣壓力穩(wěn)定，只通過(guò)一個(gè)普通的PID調(diào)節(jié)就可以實(shí)現(xiàn)（ 可由PLC完成）。當(dāng)TiTi1∈[NO,PO]且尋優(yōu)步長(zhǎng)Ui∈[NS,PS]時(shí)，停止自尋優(yōu)搜索，轉(zhuǎn)而啟動(dòng)爐膛溫度模糊控制。此時(shí)的Ui即為最優(yōu)空/燃比值。 燃料流量的控制燃燒控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)燃料的流量達(dá)到控制爐膛溫度的目的。在操作站設(shè)定好燃燒區(qū)溫度后，控制系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)算得出理論燃料流量，作為控制參數(shù)與實(shí)際流量比較進(jìn)行燃料流量的回路調(diào)節(jié)。在燃燒控制中燃料介質(zhì)一定，因此可通過(guò)理論計(jì)算出消耗單位燃料而需要的空氣量，作為空氣流量整定值修正空氣流量；同時(shí)也可通過(guò)檢測(cè)空氣實(shí)際流量來(lái)修正燃料控制流量，以達(dá)到最佳燃燒，即現(xiàn)在燃燒控制中常用的雙交叉燃燒控制。根據(jù)環(huán)形加熱爐中燃燒區(qū)域的特點(diǎn)，可采取上下燃燒區(qū)域溫度主副控制。如設(shè)定好上部均熱區(qū)溫度后，其溫度設(shè)定值不僅參與上部均熱區(qū)燃料和空氣流量的控制，而且作為溫度調(diào)節(jié)系數(shù)參與下部均熱區(qū)燃料和空氣流量的控制。上下區(qū)域間采用溫度主副控制主要是通過(guò)熱輻射和交換原理降低燃料消耗量，達(dá)到節(jié)約成本的目的。 檢測(cè)元件的選擇 溫度檢測(cè)元件熱電偶是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件,是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí)，當(dāng)兩接合點(diǎn) 熱電偶溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時(shí)，顯示儀表將會(huì)指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度值。熱電偶的熱電動(dòng)熱將隨著測(cè)量端溫度升高而增長(zhǎng)，它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電極的長(zhǎng)度、直徑無(wú)關(guān)。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。將兩種材質(zhì)不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路就構(gòu)成了熱電偶。熱電偶的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)，即只要熱電偶兩端的溫度不同，則在熱電偶閉合回路中就產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象就稱為熱電效應(yīng)。熱電偶回路中的熱電動(dòng)勢(shì)由接觸電動(dòng)勢(shì)和溫差電動(dòng)勢(shì)兩部分組成。其主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫范圍廣，可以在1K至2800℃的范圍內(nèi)使用，精度高，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好，把溫度轉(zhuǎn)換為電勢(shì)信號(hào)便于處理和遠(yuǎn)距離傳輸。溫度在300℃—600℃時(shí)可選用鎳鉻—康銅熱電偶（E）；但由于考銅合金絲易氧化變質(zhì)，因此用在測(cè)量高于500℃的蒸汽溫度時(shí)，宜選用鎳鉻一鎳硅熱電偶（K）；溫度在600℃至1000℃時(shí)選用鎳鉻一鎳硅熱電偶（K）；溫度在1000℃至1300℃時(shí)應(yīng)該選用鉑銠—鉑熱電偶（S）。S型熱電偶長(zhǎng)期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。S型熱電偶具有準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，測(cè)溫溫區(qū)寬，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其物理化學(xué)性能良好，在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化和惰性氣氛中，使用廣泛。因?yàn)殇撆骷訜釡囟葹?050—1250℃，加熱爐預(yù)熱段溫度在750—1100℃；加熱段溫度在1250—1300℃；均熱段溫度在1150—1250℃。所以應(yīng)該選用鉑銠鉑（S型）熱電偶。 流量檢測(cè)元件在工程上，常把單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)工藝管道某截面的流體數(shù)量稱為瞬時(shí)流量，而把某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)工藝管道某截面的流體總量稱為累積流量。由于流量檢測(cè)的復(fù)雜性和多樣性，流量監(jiān)測(cè)的方法很多，其分類方法也多種多樣。若按檢測(cè)的最終結(jié)果分類，可分為體積流量檢測(cè)法和質(zhì)量流量檢測(cè)法。⑴體積流量檢測(cè)法：體積流量檢測(cè)法又可分為容積法（又稱直接法）和速度法（又稱間接法）兩種。①容積法是以單位時(shí)間內(nèi)排出流體的固定體積數(shù)來(lái)計(jì)算流量?；谌莘e法的流量檢測(cè)儀表有橢圓齒輪式流量計(jì)、腰輪式流量計(jì)、螺桿式流量計(jì)、刮板式流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)等。容積法測(cè)量流量受流體狀態(tài)影響小，適用于測(cè)量高粘度流體，測(cè)量精度高。②速度法是先測(cè)出管道內(nèi)的平均流速，再乘以管道截面積以求得流量。目前工業(yè)上常用的基于速度法的流量檢測(cè)儀表有節(jié)流式（又稱差壓式）流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、旋渦式流量計(jì)、渦輪式流量計(jì)、電磁式流量計(jì)、靶式流量計(jì)、超聲式流量計(jì)等。⑵質(zhì)量流量檢測(cè)法：質(zhì)量流量檢測(cè)法也可分為間接法和直接法兩種。①間接法是用測(cè)得的體積流量乘以密度求得質(zhì)量流量。但當(dāng)流體密度隨溫度、壓力變化時(shí)，還需要隨時(shí)測(cè)量流體的溫度和壓力，并通過(guò)計(jì)算對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)溫度和壓力波動(dòng)頻繁時(shí)測(cè)量參數(shù)多、計(jì)算工作繁瑣、累積誤差大、測(cè)量精度難以提高。②直接法是用測(cè)量?jī)x表直接測(cè)量質(zhì)量流量，具有精度不受流體的溫度、壓力、密度等變化影響的優(yōu)點(diǎn)，但目前尚處于研究發(fā)展的階段，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不如測(cè)量體積流量那樣普及。目前已有的質(zhì)量流量檢測(cè)儀表有科里奧利式流量計(jì)、量熱式流量計(jì)、角動(dòng)量式流量計(jì)等。渦街流量計(jì)是典型的速度流量計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)管道中的流體遇到橫置的、滿足一定條件的柱狀障礙物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生有規(guī)律的周期性漩渦序列，其漩渦系列平行排成兩行，如同街道兩旁的路燈，俗稱“渦街”。由于這一現(xiàn)象首先是由卡曼發(fā)現(xiàn)的，故又命名為“卡曼渦街”。渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無(wú)可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高,維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定。渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高,可在20℃—+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出,容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進(jìn)、理想的測(cè)量?jī)x器。綜上所述，渦街流量計(jì)表現(xiàn)出簡(jiǎn)單而優(yōu)良的特性，而且障礙柱體使流體產(chǎn)生的壓力損失要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于孔板等節(jié)流元件所產(chǎn)生的壓力損失，所以，本設(shè)計(jì)選用