【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(shí)，送風(fēng)量調(diào)節(jié)器 PI3 同時(shí)按比例改變送風(fēng)量。以減少動(dòng)態(tài)過(guò)程中風(fēng) 煤比例失調(diào)。隨著燃料量調(diào)節(jié)過(guò)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(hào) O 2 ，對(duì)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(shí)送 引風(fēng)之間動(dòng)態(tài)失調(diào)而造成爐膛壓力 PS波動(dòng)，自送風(fēng)調(diào)節(jié)器 PI3 的輸出經(jīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，向引風(fēng)量調(diào)節(jié) PI4 引入一前饋信號(hào)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置通常采用微分器，以保證靜態(tài)時(shí)爐膛壓力 PS等于給定值。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 16 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(jí) 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(gè)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(jí)控制系 統(tǒng)，如圖 31 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(hào)代表燃燒率信號(hào)。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)。如采用熱量信號(hào)代表燃料量信號(hào)時(shí)，燃燒率信號(hào)即為熱量信號(hào)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 17 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(jí)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(jí)控制系統(tǒng)及比值控制系統(tǒng)的原則進(jìn)行。同時(shí)，燃燒控制系統(tǒng)的整定，還必須考慮燃燒特點(diǎn)，整定過(guò)程 要保證燃燒過(guò)程安全經(jīng)濟(jì) 的情況 下 進(jìn) 行。 按照串級(jí)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(dòng)情況下進(jìn) 行。考慮到主蒸汽壓力是關(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(guò)程中，應(yīng)該保證汽壓不致大幅度波動(dòng)。其整定的品質(zhì)指標(biāo)，應(yīng)該保證調(diào)整過(guò)程有足夠的時(shí)間，通常其衰減率Ψ=,即調(diào)節(jié)過(guò)程基本不出現(xiàn)振蕩。在組成燃燒控制回路時(shí)，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?。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。通常各子系統(tǒng)衰減率 Ψ=。 考慮到燃燒過(guò)程中引風(fēng)量為送風(fēng)量的從動(dòng)流量，而送風(fēng)量為燃料量的從動(dòng)量，因此，為保證整定過(guò)程中燃燒過(guò)程能安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，應(yīng)先整定從動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)的情況下進(jìn)行整定。 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。 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(shuō)明書 18 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) s? 、 Tis 和前饋支路中 V? 的設(shè)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(fēng)擾動(dòng)下?tīng)t膛壓力 PS的傳遞函數(shù)， W0(S)為控制通道中廣義對(duì)象傳遞函數(shù) 。 V? 代表前饋支路 中 調(diào)節(jié)器。 圖 32 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(hào)的接線極性來(lái)確定調(diào)節(jié)器正反作用開(kāi)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(hào)增加時(shí)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(hào)增加時(shí)其輸出信號(hào)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(kāi)關(guān)。 ????????????? ????? ???????? vsspIss Vpps?0 WPI4(S)為正作用 調(diào)節(jié)器參數(shù) s? 、 Tis 按廣義被控對(duì)象 W0(S)的特性整定。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)。對(duì)于此對(duì)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)= )11(sTK isPs ? 代入式（ 31），可得特征方程的根： )1( 00 Psi PsKKT KKs ??? （ 32） 顯然 ， Kps取任何值時(shí)，閉環(huán)調(diào)節(jié)過(guò)程都是非周期過(guò)程。調(diào)節(jié)器參數(shù) Tis 越小， Kps越內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 19 大特征方程負(fù)實(shí)根越大，調(diào)節(jié)過(guò)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=，此時(shí)通過(guò)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 33 所示，仿真曲線如圖 34 所示。 可得調(diào)節(jié)器參數(shù)為 s? =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(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。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(guò)一定的時(shí)間，可見(jiàn)，這種反饋控制方案的本身決定了無(wú)法將干擾對(duì)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(dòng)而不是偏差進(jìn)行控制。也就是說(shuō)，當(dāng)干擾已出現(xiàn)調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)檢測(cè)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(gè)“前饋 反饋”復(fù)合控制系統(tǒng)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20 圖 34 爐膛壓力控制系統(tǒng) 響應(yīng) 曲線 前饋支路中參數(shù) V? 的整定，按不變性原理進(jìn)行，由圖 32，在送風(fēng)量 V 擾動(dòng)下，Ps 的傳遞函數(shù) W(S)為 W(S)= ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?SWSW SWSWSV SP OPI OVS ? ?? 1 1 ? （ 31） 根據(jù)不變性原理：令 W(S)=0，則： ? ?? ?SW SWOV1??? （ 32） 由于： ? ? ? ?? ?SSV SPSW S ???， ? ? ? ?? ?SSV SPSW SSO 1? ??? 因此： V? = （ 33） 由以 上 計(jì)算可得送風(fēng) V 擾動(dòng)下?tīng)t膛壓力控制系統(tǒng)的仿真方框圖如圖 35 所示。 送風(fēng) V 擾動(dòng)下 PS響應(yīng)曲線如圖 36所示。由圖可以看出，爐膛壓力在送風(fēng)擾動(dòng)下經(jīng)過(guò)幾次振蕩最終回到零，說(shuō)明爐膛壓力控制子系統(tǒng) 能夠克服 送風(fēng)量 擾動(dòng)，有很好的控制效果。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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。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?jí)系統(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， ?????? ? ???????? V VTVVIV ? WPI3(S)為正作用 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 22 圖 37 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) V? 、 Tiv 按 W2(S)的動(dòng)態(tài)特性整定。已知 W2(S)=，送風(fēng)調(diào)節(jié)器 采用試驗(yàn)方法整定時(shí)， 首先將 Tiv 設(shè)置在 10~20s 之間， V? 放 在 100%位置，將氧量調(diào)節(jié)器開(kāi)路。將送風(fēng)量控制系統(tǒng)投入自動(dòng)，作定值擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)。記錄風(fēng)量 V 變化。然后改變比例帶 V? ，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，V? =80%。 送風(fēng)控制系統(tǒng)的仿真 方 框圖如圖 38 所示。 其響應(yīng)曲線如圖 39 所示。 圖 38 LD 擾動(dòng)對(duì) V 的響應(yīng) 方 框圖 圖 39 V 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(shuō)明書 23 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 ， ?????? ?????? ???????? VV OO VOOO ? 22222 % WPI5(S)為正作用 氧量校正調(diào)節(jié)器的參數(shù)按 W3(S)的動(dòng)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 22333 )291( )1()( SSTKSW ???? （ 34） 氧量校正調(diào)解器的整定原則，需保證調(diào)節(jié)過(guò)程有足夠的穩(wěn)定。 對(duì)于二階對(duì)象來(lái)說(shuō)，其調(diào)節(jié)器參數(shù)可由以下公式求得： ? =， Ti= （ 35） 因此氧量校正調(diào)節(jié)器的參數(shù)可設(shè)置為： o? =K3==? 200% Tio=T3=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 310 所示，其階躍響應(yīng)曲線如圖 311 所示。 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(shuō)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 。所以要重新 調(diào)整比例帶和積分時(shí)間，經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)整，使得 輸出為 4:1 的衰減曲線，此時(shí)的 o? =180%， Tio=80。 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(shuō)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 S