【文章內(nèi)容簡介】 于送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路。當燃料量依負荷 指令 LD 而改變時，送風(fēng)量調(diào)節(jié)器 PI3 同時按比例改變送風(fēng)量。以減少動態(tài)過程中風(fēng) 煤比例失調(diào)。隨著燃料量調(diào)節(jié)過程的結(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 O 2 ，對送風(fēng)量進行細調(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)量改變時送 引風(fēng)之間動態(tài)失調(diào)而造成爐膛壓力 PS波動，自送風(fēng)調(diào)節(jié)器 PI3 的輸出經(jīng)動態(tài)補償裝置，向引風(fēng)量調(diào)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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 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 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）給出負荷指令（燃燒率指令 LD），控制燃料、送風(fēng)、引風(fēng)、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(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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 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)的組成綜合了串級控制系統(tǒng)及比例控制系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)特點，其系統(tǒng)的整定應(yīng)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(jīng)濟 的情況 下 進 行。 按照串級系統(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，并已投入自動情況下進 行?？紤]到主蒸汽壓力是關(guān)系到鍋爐安全運行的重要參數(shù)，因此在其控制回路整定過程中，應(yīng)該保證汽壓不致大幅度波動。其整定的品質(zhì)指標，應(yīng)該保證調(diào)整過程有足夠的時間，通常其衰減率Ψ=,即調(diào)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(diào)適應(yīng)負荷變化的能力，即隨著負荷指令 LD 的變化，能迅速改變?nèi)紵?。因此燃燒率控制回路，作為整個系統(tǒng)的內(nèi)回路，原則 上應(yīng)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(fēng)量為送風(fēng)量的從動流量，而送風(fēng)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(jīng)濟運行，應(yīng)先整定從動流量的調(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)投入自動的情況下進行整定。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(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)計說明書 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)擾動下爐膛壓力 PS的傳遞函數(shù)， W0(S)為控制通道中廣義對象傳遞函數(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)器入口信號的接線極性來確定調(diào)節(jié)器正反作用開關(guān)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(diào)節(jié)器入口信號增加時輸出也增加，則調(diào)節(jié)器為“正作用”； 反之，若希望調(diào)節(jié)器入口信號增加時其輸出信號減小，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 按廣義被控對象 W0(S)的特性整定。爐膛壓力在內(nèi)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)= )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，閉環(huán)調(diào)節(jié)過程都是非周期過程。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)計說明書 19 大特征方程負實根越大，調(diào)節(jié)過程越快。 可采用衰減曲線法進行調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，取 Ψ=，此時通過仿真，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(shè)定值之前，從而限制了這類控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的進一步提高?？紤]到偏差產(chǎn)生的原 因是干擾作用的結(jié)果，如果直接按擾動而不是偏差進行控制。也就是說，當干擾已出現(xiàn)調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)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(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“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)計說明書 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，按不變性原理進行，由圖 32，在送風(fēng)量 V 擾動下，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 計算可得送風(fēng) 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(fēng) V 擾動下 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)擾動下經(jīng)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(fēng)量 擾動，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)計說明書 21 圖 35 送風(fēng)擾動下仿真方框圖 圖 36 送風(fēng)擾動下 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)為一帶前饋作用的串級系統(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)計說明書 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)的動態(tài)特性整定。已知 W2(S)=，送風(fēng)調(diào)節(jié)器 采用試驗方法整定時， 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)器開路。將送風(fēng)量控制系統(tǒng)投入自動，作定值擾動實驗。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 擾動對 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)計說明書 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)的動態(tài)參數(shù)整定（近似認為內(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)過程有足夠的穩(wěn)定。 對于二階對象來說，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)時間很長，說明按經(jīng)驗公式所計算出的參數(shù) 不能 使系統(tǒng)輸出 達到理想的 4:1 曲線 。所以要重新 調(diào)整比例帶和積分時間，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整，使得 輸出為 4:1 的衰減曲線，此時的 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， 此時的 S