【正文】 在最初的正常狀態(tài)下有A＜B的關(guān)系，所以燃料設(shè)定信號(hào)選擇了A，但在負(fù)荷急增使A急劇上升后，由于空氣流量控制系統(tǒng)的滯后，使得過渡狀態(tài)下出現(xiàn)B＜A而有＝B，此后若重新進(jìn)入正常狀態(tài)，主信號(hào)A將再次出現(xiàn)小于B的狀態(tài)而使＝A。在負(fù)荷急劇減少時(shí)，A將迅速下降，此時(shí)由于空氣流量控制系統(tǒng)的滯后而使B呈現(xiàn)大于A的狀態(tài)所以此與正常狀態(tài)下一樣有＝A。從另一方面來看，由于空氣流量控制系統(tǒng)在負(fù)荷正常和負(fù)荷急劇上升的過渡狀態(tài)下有A＞C，所以空氣流量設(shè)定信號(hào)將選擇高值信號(hào)，于是有＝A。當(dāng)負(fù)荷急劇減小時(shí)，將由于燃料控制系統(tǒng)的滯后，而在過渡過程中出現(xiàn)A＜C，于是選擇高值信號(hào)而有＝C，再度進(jìn)入正常狀態(tài)時(shí)又將出現(xiàn)A＞C，而有＝A。綜上所述可以看到，實(shí)際的空氣過剩率在正常狀態(tài)下與設(shè)定值相等，但在負(fù)荷急增的過渡狀態(tài)下，將下降到（設(shè)定時(shí)＝）而在負(fù)荷急降時(shí)，空氣過剩率的上升量僅取決于燃料系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)的響應(yīng)速度之差。系數(shù)設(shè)定一般?。?，空氣過剩率的設(shè)定應(yīng)使與燃燒發(fā)煙限制值相吻合，具體數(shù)值可在現(xiàn)場整定，變換系數(shù)可根據(jù)所選的變送器量程上限求得，有 （32）式中：為燃料流量測量范圍上限，；為空氣流量測量范圍上限，；a為燃料的單位理論空氣量。單交叉方案投運(yùn)后，控制效果良好，爐壓穩(wěn)定，能耗下降，已基本滿足工藝要求，總結(jié)該系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：（1）負(fù)荷急增時(shí)會(huì)有空氣先行增加的控制，而負(fù)荷急減會(huì)有燃料先行減少的控制，從而防止了黑煙發(fā)生，節(jié)能效果好；（2）可有效的防止供氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障所造成的燃料過剩。但該方案存在的問題是在負(fù)荷急劇下降時(shí)，空氣過剩處于一種完全不能控制的自由狀態(tài)，由此致使：（1）過渡狀態(tài)下會(huì)存在過?？諝馑斐傻臒釗p失；（2）燃料流量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉情況下，將出現(xiàn)瞬時(shí)空氣大量過剩而使?fàn)t溫下降。為解決上述問題，我們又將原方案進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)施了雙交叉限幅燃燒控制方案，事實(shí)證明效果更好。雙交叉限幅燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)（）。雙交叉燃燒控制是以維持合適的空氣、燃燒比值為手段，達(dá)到燃燒時(shí)始終維持低過剩空氣系數(shù)，從而保證了較高的燃燒效率，同時(shí)減少了排煙對(duì)環(huán)境的污染。雙交叉燃燒控制實(shí)際上是以爐壓調(diào)節(jié)為主回路，以燃燒流量和空氣流量調(diào)節(jié)并列為副回路的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加上高、低信號(hào)選擇器、高低信號(hào)限制器組成的帶有邏輯功能的比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它的主要作用是當(dāng)熱負(fù)荷變化，導(dǎo)致爐子負(fù)荷發(fā)生變化，以維持爐壓在給定值上，而且使燃燒工況始終處于低過?？諝庀禂?shù)的經(jīng)濟(jì)合理狀況。由圖可知，由空氣流量測量值F2 和負(fù)偏置( k2) 確定燃料流量的下限值B。 由空氣流量測量值F2 和正偏置(k1) 確定燃料流量的上限值C。 由燃料流量的測量值F1 和正偏置k4 確定了空氣流量( 折合到燃料流量當(dāng)量) 的上限值B′。由燃料流量的測量值F1 和負(fù)偏置( k3) 確定了空氣流量(折合到燃料流量當(dāng)量) 的下限值C′。下面分三種情況進(jìn)行討論：當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)，爐壓穩(wěn)定在給定值上,爐壓調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)經(jīng)過高低限模塊HLM、LLM后，又分別通過燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高、低選模塊HSELSE1和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的HSELSE2，相應(yīng)地加到燃料流量調(diào)節(jié)器FC1和空氣流量調(diào)節(jié)器FC2作為它們的給定值，使燃料流量和空氣流量自動(dòng)調(diào)節(jié)到正常數(shù)值上，從而保證爐壓維持在給定值上。在穩(wěn)定工況下，所有高選、低選和高限、低限模塊，對(duì)主控制信號(hào)不起限制作用。當(dāng)爐負(fù)荷A急劇下降時(shí),A信號(hào)與B在高值選擇器HS1比較后,取大信號(hào)B, 然后B 與信號(hào)C 在低值選擇器LS1 比較選擇其中的小信號(hào)B 作為燃料流量設(shè)定值,即燃料量取下限值。 與此同時(shí),A 與信號(hào)B′在低值選擇器LS2 比較選擇其中的小信號(hào)A, 然后A 與C′在高值選擇器HS2 比較選擇其中大信號(hào)C′,作為空氣流量設(shè)定值,做到燃料量領(lǐng)先減小,空氣流量也減小而又不會(huì)冒黑煙。由于空氣流量設(shè)定值在動(dòng)態(tài)過程中按信號(hào)C′變化,但信號(hào)C′大于A ,因而限制了負(fù)荷急劇下降時(shí)剩余空氣系數(shù)的上限值。當(dāng)爐負(fù)荷急劇上升時(shí), A 信號(hào)增大, 與信號(hào)B′通過低選擇器LS2 比較選擇較小的信號(hào)B′,B′與C′在高選擇器HS2 比較后,選擇大的信號(hào)B′,即空氣流量取按燃料流量確定的上限值,使空氣流量領(lǐng)先增加,但不超過上限值。與此同時(shí), A 與信號(hào)B 在高選擇器HS1 比較,選擇較大的信號(hào)A, 然后A 與C 通過低選器LS1 比較選擇小者C( 按空氣流量確定的燃料流量的上限值) 作為燃煤流量的給定值。但注意到一般選擇k1 k4 , 防止了燃料供應(yīng)過多冒黑煙的現(xiàn)象。實(shí)踐結(jié)果表明,k1 ～ k4 的取值與系統(tǒng)的負(fù)荷響應(yīng)性能和節(jié)能效果有關(guān)。從節(jié)能的觀點(diǎn)著想,k1 和k2 的值愈小愈好,但這樣一來會(huì)惡化系統(tǒng)負(fù)荷響應(yīng)的性能。此外,由于燃料、空氣流量測量系統(tǒng)中測量值的隨機(jī)波動(dòng)是不可避免的,為了防止由此而引起的高低值選擇器不必要的頻繁切換給系統(tǒng)帶來的擾動(dòng), 因此系統(tǒng)必須設(shè)置相應(yīng)的死區(qū), 即需有相應(yīng)的k3 和k4 值。所以k1 ～ k4 的值要根據(jù)實(shí)際情況和控制要求在調(diào)試中確定。一般取k1= k3 ,k2= k4 。設(shè)爐子在額定工作狀態(tài)下, 空氣過剩系數(shù)為設(shè)定值。若＝ , 取k1= ,k3= , ≤≤,即在最佳燃燒區(qū),這就是說,雙交叉限幅控制能夠既在靜態(tài)又在動(dòng)態(tài)過程中始終保持空燃比在最佳范圍內(nèi),無論負(fù)荷如何變化,剩余空氣系數(shù)總能控制在確定的范圍內(nèi),在最佳的低氧燃燒區(qū)。在雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)中，加入了煙道氣氧含量的一個(gè)控制回路。這是一個(gè)以煙道中氧含量為控制目標(biāo)的燃燒流量與空氣流量的變比值控制系統(tǒng)，也稱煙氣氧含量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這一控制系統(tǒng)可以保證鍋爐最經(jīng)濟(jì)燃燒。在整個(gè)生產(chǎn)過程中保證最經(jīng)濟(jì)的燃燒，必須使得燃料和空氣流量保證最優(yōu)比值。上述方案中保證了燃料和空氣的比值關(guān)系，但并不能保證燃料的完全燃燒控制。因?yàn)?，其一，在不同的?fù)荷下，兩流量的最優(yōu)比值不同；其二，燃料的成分（如含水量、灰分等）有可能會(huì)變化；其三，流量測量的不準(zhǔn)確。這些因素都會(huì)不同程度地影響到燃料的不完全燃燒或空氣的過量，造成鍋爐的熱效應(yīng)下降，這就是燃燒流量和空氣流量定比值的缺點(diǎn)。為了改善這一情況 ，最簡單的方法是有一個(gè)指標(biāo)來閉環(huán)修整兩流量的比值。目前，最常用的是煙氣中的含氧量。（1）鍋爐的熱效率鍋爐的熱效率主要反映在煙氣成份和煙氣溫度這兩個(gè)方面。煙氣中各種成份，如、和未燃燒烴的含量，基本可以反映燃料燃燒的情況。最簡單的方法是用煙氣中含氧量來表示。根據(jù)燃燒反應(yīng)方程式，可以計(jì)算出是燃料完全燃燒時(shí)所需的氧量，從而得知所需空氣量，稱為理論空氣量。而實(shí)際上完全燃燒所需要的空氣量，要超過理論計(jì)算的量，超過理論空氣量的這部分稱為過?？諝饬?。由于煙氣的熱損失占鍋爐的大部分，當(dāng)過?？諝饬吭龆鄷r(shí)，一方面使?fàn)t膛溫度降低，另一方面使煙氣損失增加。因此，過?？諝饬繉?duì)不同的燃料都有一個(gè)最優(yōu)值，以滿足最經(jīng)濟(jì)燃燒的要求。對(duì)于燃料最優(yōu)過?？諝饬考s為8％～15％。過?？諝饬砍Ｓ眠^剩空氣系數(shù)表示，定義為實(shí)際空氣量和理論空氣量之比 （ 33）因此, 是衡量經(jīng)濟(jì)燃燒的一種指標(biāo)。過?？諝庀禂?shù)很難直接測量，但與煙氣中氧含量有關(guān)，可近似表示為 （34）、鍋爐效率的關(guān)系。當(dāng)在1～，與接近直線關(guān)系，～（最佳過?？諝饬考s為8％～15％）時(shí)，％～3％。，過剩空氣量約為8％～15％時(shí)，鍋爐有最高效率。，CO及鍋爐效率的關(guān)系（2）煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在這個(gè)方案中，含氧量煙氣作為被控變量。當(dāng)煙氣中含氧量變化時(shí)，表明燃燒過程中的過?？諝饬堪l(fā)生變化，通過含氧量控制器來控制空氣量與燃料量的比值，力求使控制在最優(yōu)設(shè)定值，從而使對(duì)應(yīng)的過剩空氣系數(shù)穩(wěn)定在最優(yōu)值，保證鍋爐燃燒最經(jīng)濟(jì)，熱效率最高?？梢姡瑹煔夂趿块]環(huán)控制系統(tǒng)是將原來的定比值改變?yōu)樽儽戎?，比值由含氧量控制器輸出。?shí)施時(shí)應(yīng)注意，為快速反映煙氣含氧量，對(duì)煙氣含氧量的檢測變送系統(tǒng)應(yīng)選擇正確。目前，常選用氧化鋯氧量儀表檢測煙氣中的含氧量。（1）爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)為了防止?fàn)t膛內(nèi)火焰或煙氣外噴，爐膛中要保持一定的微負(fù)壓。爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)中被控變量是爐膛壓力（控制在負(fù)壓），操縱變量是引風(fēng)量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化不大時(shí)，可采用單回路控制系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時(shí)，應(yīng)引入擾動(dòng)量的前饋信號(hào)，組成前饋－反饋控制系統(tǒng)。例如，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時(shí)，蒸汽壓力的變動(dòng)也較大，這時(shí)，可引入蒸汽壓力的前饋信號(hào)，（a）所示的前饋－反饋控制系統(tǒng)。若擾動(dòng)來自送風(fēng)機(jī)時(shí)，送風(fēng)量隨之變化，引風(fēng)量只有在爐膛負(fù)壓產(chǎn)生偏差時(shí)，才由引風(fēng)調(diào)節(jié)器去調(diào)節(jié)，這樣引風(fēng)量的變化落后于送風(fēng)量，必然造成爐膛負(fù)壓的較大波動(dòng)。為此可引入送風(fēng)量的前饋信號(hào)，（b）所示的前饋－反饋控制系統(tǒng)。這樣可使引風(fēng)調(diào)節(jié)器隨送風(fēng)量協(xié)調(diào)動(dòng)作，使?fàn)t膛負(fù)壓保持恒定。－反饋控制系統(tǒng)（2）防止回火的連鎖控制系統(tǒng)當(dāng)燃料壓力過低，爐膛內(nèi)壓力大于燃料壓力時(shí)，會(huì)發(fā)生回火事故。采用壓力開關(guān)PSA，當(dāng)壓力低于下限設(shè)定值時(shí)，切斷燃料控制閥的上游切斷閥，防止回火。（3）防止脫火的選擇控制系統(tǒng)當(dāng)燃料壓力過高時(shí)，由于燃料流速過快，易發(fā)生脫火事故。為此，設(shè)置燃料壓力和蒸汽壓力的選擇性控制系統(tǒng)。正常時(shí)，燃料控制閥根據(jù)蒸汽負(fù)荷的大小調(diào)節(jié)。一旦燃料壓力過高，燃料壓力控制器P1C的輸出減小，被低選器選中，由燃料壓力控制器P1C取代蒸汽壓力控制器，防止脫火事故發(fā)生。，并設(shè)置回火報(bào)警系統(tǒng)。第四章 鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的選擇控制系統(tǒng)的優(yōu)劣對(duì)鍋爐的控制效果有著直接的影響，因此，在選擇控制系統(tǒng)時(shí)，采取了兩步走的措施。第一步先從市場上品種繁多的品牌中選擇；第二步在選中的同類產(chǎn)品中再進(jìn)行二次選型。除了在方法上精心安排，在選型時(shí)重點(diǎn)考慮了以下因素：功能、性能、價(jià)格。以確保最經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制要求。現(xiàn)在國內(nèi)外用于鍋爐行業(yè)電氣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)主要有：單片機(jī)、工控機(jī)、可編程控制器、集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。而可編程邏輯控制器（PLC）、集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)為當(dāng)前較為先進(jìn)的三大控制系統(tǒng)。本文重點(diǎn)對(duì)它們進(jìn)行比較選型。①可編程邏輯控制器是用來取代用于電機(jī)控制的順序繼電器電路的一種器件。由于PLC具有輸入輸出光電隔離、停電保護(hù)、自診斷等功能，所以抗干擾能力強(qiáng)，能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中，故障率低。但PLC模塊只是簡單電氣轉(zhuǎn)換單元，沒有智能芯片，出現(xiàn)故障后相應(yīng)單元全部癱瘓。PLC在與別的PLC或上位機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也經(jīng)常與國際標(biāo)準(zhǔn)不符。在網(wǎng)絡(luò)安全上，PLC一般采用電源、CPU、網(wǎng)絡(luò)雙冗余，缺乏很好的保護(hù)措施。②集散控制系統(tǒng)是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計(jì)算機(jī)站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器構(gòu)成。處于底層的過程控制級(jí)一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)。生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)對(duì)來自過程控制級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理，如各種優(yōu)化計(jì)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、故障診斷、顯示報(bào)警等。為保證控制的設(shè)備安全可靠，DCS采用了雙冗余的控制單元，當(dāng)重要控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，都會(huì)有相關(guān)的冗余單元實(shí)時(shí)無擾的切換為工作單元，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠。是目前最為先進(jìn)的控制系統(tǒng)。③現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一種全計(jì)算機(jī)、全數(shù)字、雙向通信的新型控制系統(tǒng)。它與DCS的本質(zhì)差異在于現(xiàn)場級(jí)設(shè)備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)了控制裝置與現(xiàn)場裝置的雙向通信，消除了生產(chǎn)過程監(jiān)控的信息“盲點(diǎn)”。同傳統(tǒng)DCS和PLC控制系統(tǒng)相比，以現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)FCS的優(yōu)越性概括起來有以下幾方面：互操作性、分散性、可靠性、精確性、開放性、經(jīng)濟(jì)性、可維護(hù)性。通過功能比較，在優(yōu)越性方面我們可以非常容易的得出結(jié)論：FCSDCSPLC?？刂葡到y(tǒng)的性能指標(biāo)一般以核心特征來反映其控制品質(zhì)。PLC的關(guān)鍵技術(shù)在于其內(nèi)部固化了一個(gè)能解釋梯形圖語言的程序及輔助通訊程序，梯形圖語言的解釋程序的效率決定了PLC的性能。DCS的關(guān)鍵是通訊，也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全性。FCS的核心是總線協(xié)議，其多個(gè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)對(duì)它有很大的制約作用。據(jù)報(bào)道，目前，我國工控機(jī)生產(chǎn)廠家中，%，%， %，%，其他（自動(dòng)化儀表、模塊）%。由于它們適用的場合各有側(cè)重，廠家各有不同，所以只能進(jìn)行相對(duì)價(jià)格比較。目前來說，PLC價(jià)格相對(duì)較低，F(xiàn)CS價(jià)格相對(duì)較高，DCS價(jià)格介于中間。在充分分析了PLC、DCS、FCS功能、性能和價(jià)格的基礎(chǔ)上，我們通過查閱大量的資料和在鍋爐行業(yè)的應(yīng)用情況的調(diào)研，確定使用比較適合應(yīng)用于大中型鍋爐控制的DCS控制系統(tǒng)，完成了第一步選型。 DCS控制系統(tǒng)方案的確定在確定具體采用哪種DCS控制系統(tǒng)，我們主要考慮了國內(nèi)外DCS產(chǎn)品種類和選型考慮因素。①目前的DCS產(chǎn)品種類國內(nèi)的主要有:；、MACS、FOCS等系列產(chǎn)品；；國外的有霍尼韋爾公司的S9000/SCAN3000系統(tǒng)、西屋（westinghouse）、貝利（bailey）、橫河公司μXL系統(tǒng)、羅斯蒙特公司的delta V系統(tǒng)等等。②選型考慮因素在選型時(shí)，我們具體考慮了6個(gè)方面的因素：。從各家DCS產(chǎn)品針對(duì)的控制對(duì)象方面考慮。從實(shí)現(xiàn)鍋爐平穩(wěn)運(yùn)行的實(shí)時(shí)控制要求上考慮。從D