【文章內容簡介】 證了燃料量與送風量之間的最佳比值。為減少送風量改變時送引風之間動態(tài)失調而造成爐膛壓力PS波動，自送風調節(jié)器PI3的輸出經動態(tài)補償裝置，向引風量調節(jié)PI4引入一前饋信號，動態(tài)補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)的參數整定根據燃燒控制系統(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)組成的多參數比值系統(tǒng)，按照壓力調節(jié)器（主調節(jié)器）給出負荷指令（燃燒率指令LD），控制燃料、送風、引風、各量成適當比值變化，以保證爐膛發(fā)熱量與負荷指令相適應，因此，若以其中某一參數代表燃燒控制回路，則燃燒控制系統(tǒng)可被視為典型的串級控制系統(tǒng)，如圖31所示。圖中PI1為主汽壓力調節(jié)器，PI2代表燃燒率調節(jié)器。若以燃料量控制子系統(tǒng)代表燃燒率調節(jié)回路，則子系統(tǒng)的反饋信號代表燃燒率信號。當系統(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31 燃燒控制系統(tǒng)等效框圖 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)等結構特點，其系統(tǒng)的整定應按照串級控制系統(tǒng)及比值控制系統(tǒng)的原則進行。同時，燃燒控制系統(tǒng)的整定，還必須考慮燃燒特點，整定過程要保證燃燒過程安全經濟的情況下進行。 按照串級系統(tǒng)先整定內回路再整定外回路的原則，其主蒸汽壓力控制回路的整定，應在燃燒率控制各子系統(tǒng)完畢，并已投入自動情況下進行?？紤]到主蒸汽壓力是關系到鍋爐安全運行的重要參數，因此在其控制回路整定過程中，應該保證汽壓不致大幅度波動。其整定的品質指標，應該保證調整過程有足夠的時間，通常其衰減率Ψ=,即調節(jié)過程基本不出現(xiàn)振蕩。在組成燃燒控制回路時，通常強調適應負荷變化的能力，即隨著負荷指令LD的變化，能迅速改變燃燒率。因此燃燒率控制回路，作為整個系統(tǒng)的內回路，原則上應該按照隨動系統(tǒng)的快速性原則進行整定。通常各子系統(tǒng)衰減率Ψ=。 考慮到燃燒過程中引風量為送風量的從動流量，而送風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濟運行，應先整定從動流量的調節(jié)系統(tǒng)，并按此順序將各子系統(tǒng)投入自動狀態(tài)。即燃料控制系統(tǒng)的整定應在送風和爐膛壓力控制系統(tǒng)投入自動的情況下進行整定。送風控制系統(tǒng)應在爐膛壓力調節(jié)系統(tǒng)投入自動的情況下進行整定。 燃燒控制系統(tǒng)的工程整定 實際工作中，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。 爐膛壓力控制系統(tǒng)參數整定 爐膛壓力控制系統(tǒng)的任務是保證引風量與送風量協(xié)調變化，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，即處于負壓狀態(tài)。 爐膛壓力控制系統(tǒng)的整定包括調節(jié)器參數、Tis和前饋支路中的設置。爐膛壓力控制系統(tǒng)的等效框圖如圖32所示，圖中W1(S)為送風擾動下爐膛壓力PS的傳遞函數，W0(S)為控制通道中廣義對象傳遞函數。代表前饋支路中調節(jié)器。圖32 爐膛壓力控制系統(tǒng)等效框圖首先確定調節(jié)器的正反作用。確定系統(tǒng)中調節(jié)器正反作用的原則是：依據調節(jié)器入口信號的接線極性來確定調節(jié)器正反作用開關的位置，從而保證系統(tǒng)中主副回路全部實現(xiàn)負反饋，前饋通道實現(xiàn)補償，這樣就可以保證系統(tǒng)正常運行。如果希望調節(jié)器入口信號增加時輸出也增加，則調節(jié)器為“正作用”；反之，若希望調節(jié)器入口信號增加時其輸出信號減小，則調節(jié)器為“反作用”。用六邊形法則判斷調節(jié)器WPI4(S)的正反作用開關。 WPI4(S)為正作用調節(jié)器參數、Tis按廣義被控對象W0(S)的特性整定。爐膛壓力在內擾下的動態(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 （31）式中 W0(S)=K0 ， WPI(S)=代入式（31），可得特征方程的根： （32）顯然，Kps取任何值時，閉環(huán)調節(jié)過程都是非周期過程。調節(jié)器參數Tis越小，Kps越大特征方程負實根越大，調節(jié)過程越快。可采用衰減曲線法進行調節(jié)器的參數整定，取Ψ=，此時通過仿真，并調整調節(jié)器的參數，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33所示，仿真曲線如圖34所示?？傻谜{節(jié)器參數為=7%，Tis=。圖33 爐膛壓力控制系統(tǒng)仿真框圖在熱工控制系統(tǒng)中，由于被控對象通常存在一定的純滯后和容積滯后，因而從干擾產生到被調量發(fā)生變化需要一定的時間。從偏差產生到調節(jié)器產生控制作用以及操縱量改變到被控量（被調量）發(fā)生變化又要經過一定的時間，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定值之前，從而限制了這類控制系統(tǒng)控制質量的進一步提高?？紤]到偏差產生的原因是干擾作用的結果，如果直接按擾動而不是偏差進行控制。也就是說，當干擾已出現(xiàn)調節(jié)器就直接根據檢測到的干擾大小和方向按一定規(guī)律去進行控制。由于干擾發(fā)生后被控量還未顯示出變化之前，調節(jié)器就產生了控制作用，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”復合控制系統(tǒng)。圖34 爐膛壓力控制系統(tǒng)響應曲線前饋支路中參數的整定，按不變性原理進行，由圖32，在送風量V擾動下，Ps的傳遞函數W(S)為 W(S)= （31）根據不變性原理：令W(S)=0，則： （32）由于：，因此：= （33）由以上計算可得送風V擾動下爐膛壓力控制系統(tǒng)的仿真方框圖如圖35所示。送風V擾動下PS響應曲線如圖36所示。由圖可以看出，爐膛壓力在送風擾動下經過幾次振蕩最終回到零，說明爐膛壓力控制子系統(tǒng)能夠克服送風量擾動，有很好的控制效果。圖35 送風擾動下仿真方框圖圖36 送風擾動下PS響應曲線 送風控制系統(tǒng)的參數整定送風控制系統(tǒng)的方框圖如37所示。系統(tǒng)包括送風量控制回路、氧量校正回路和前饋調節(jié)回路。此系統(tǒng)為一帶前饋作用的串級系統(tǒng)，由于送風系統(tǒng)是一快速響應系統(tǒng)，而氧量變化要慢，故可按照先內后外的整定原則，先整定送風量調節(jié)回路，再整定氧量校正回路，最后確定前饋調節(jié)器的參數。送風量調節(jié)器WPI3(S)正反作用的確定，依據六邊形法則判斷為， WPI3(S)為正作用圖37 送風控制系統(tǒng)方框圖送風量調節(jié)回路中，調節(jié)參數、Tiv按W2(S)的動態(tài)特性整定。已知W2(S)=，送風調節(jié)器采用試驗方法整定時，首先將Tiv設置在10~20s之間，放在100%位置，將氧量調節(jié)器開路。將送風量控制系統(tǒng)投入自動，作定值擾動實驗。記錄風量V變化。然后改變比例帶，使風量變化近似比例環(huán)節(jié)。最后選定調節(jié)器參數為Tiv=20，=80%。送風控制系統(tǒng)的仿真方框圖如圖38所示。其響應曲線如圖39所示。圖38 LD擾動對V的響應方框圖圖39 V響應曲線氧量校正調節(jié)器WPI5(S)正反作用的確定，依據六邊形法則判斷為， WPI5(S)為正作用氧量校正調節(jié)器的參數按W3(S)的動態(tài)參數整定（近似認為內回路為比例環(huán)節(jié)，比例系數為I）。已知 （34）氧量校正調解器的整定原則，需保證調節(jié)過程有足夠的穩(wěn)定。對于二階對象來說，其調節(jié)器參數可由以下公式求得：=，Ti= （35）因此氧量校正調節(jié)器的參數可設置為：=K3==%Tio=T3=29=42s將此參數的調節(jié)器放入系統(tǒng)中，系統(tǒng)的仿真方框圖如圖310所示，其階躍響應曲線如圖311所示。圖310 加入氧量調節(jié)器的送風系統(tǒng)仿真方框圖觀察系統(tǒng)的階躍響應曲線，系統(tǒng)的響應時間很長，說明按經驗公式所計算出的參數不能使系統(tǒng)輸出達到理想的4:1曲線。所以要重新調整比例帶和積分時間，經過反復的調整，使得輸出為4:1的衰減曲線，此時的=180%，Tio=80。即：WPI5(S)=圖311 氧量校正輸出曲線將此調節(jié)器放入系統(tǒng)中，此時的SIMULINK仿真方框圖如圖312所示，系統(tǒng)的階躍響應曲線如圖313所示。