【正文】 負(fù)荷升高時，燃料量增加，空氣量增加從而會使排煙溫度升高。但由于煙氣速度與鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的功率，以及煙道擋板的開度大小有關(guān)，而這些操縱變量又與煙氣含氧量、爐膛壓力等控制量相關(guān)。所以，最佳排煙溫度有利于提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)效率的提高。 降低煙氣溫度排煙熱損失時鍋爐各項損失中最大的一項。按照鍋爐的負(fù)荷要求，實時調(diào)節(jié)燃油量和空氣量，令空氣量實時地跟蹤燃油量，達(dá)到最佳空燃比，使燃油的燃燒效率高，排出的CO2等溫室氣體減少，令鍋爐處在良好的運(yùn)行狀態(tài)。 緊急停車順序Petri網(wǎng)圖中的序號所代表的具體狀態(tài)和動作下表。 正常停車順序Petri網(wǎng)圖中的序號所代表的具體狀態(tài)和動作下表。S1表示開車前鍋爐必須達(dá)到的安全狀態(tài)，即必須確保所有的閥門和開關(guān)都處于關(guān)閉狀態(tài)；S2~S5是除氧器投運(yùn)階段；S6~S13是鍋爐上水階段；S14~S23是鍋爐點火升壓階段；S24~S32是鍋爐負(fù)荷提升階段；S33表示鍋爐正常運(yùn)行工況狀態(tài)。為了直觀地闡述鍋爐開停車階段的協(xié)調(diào)關(guān)系，本方案應(yīng)用使用圖形化描述方法Petri網(wǎng)來描述鍋爐開停車過程的順序。ID圖第三章 開車及停車順序鍋爐從停爐到進(jìn)入正常運(yùn)行需要一個合理的開車步驟，使鍋爐安全、快速地進(jìn)入正常工況狀態(tài)。 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)Pamp。因為鼓風(fēng)量的大小變化是爐膛負(fù)壓產(chǎn)生擾動的主要因素，因此考慮加入鼓風(fēng)量前饋控制，這樣可以再鼓風(fēng)量發(fā)生擾動時迅速改變排煙量。因此，為了消除耦合，選擇排煙量作為爐膛負(fù)壓的操縱變量，采用調(diào)節(jié)煙道擋板DO1101開度來控制排煙流量。但當(dāng)煙道擋板開度過大時，引風(fēng)抽力可能過大，排煙量過多，可能造成爐膛熄火的危險。所以，鼓入爐膛中的空氣量和排煙量的變化都能引起爐膛負(fù)壓的變化。鍋爐爐膛的負(fù)壓對鍋爐的安全生產(chǎn)和資源的利用率起著決定性的作用。假設(shè)鼓入爐膛的空氣含氧量為，鍋爐排出的煙氣的含氧量與設(shè)定值之間的偏差為，則對應(yīng)煙氣含氧量偏差的空氣量為上式即為煙氣含氧量前饋調(diào)節(jié)器，這相當(dāng)于加入了一個干擾觀測器。因此本方案中考慮根據(jù)鍋爐負(fù)荷大小來調(diào)整最佳空燃比K的大小?？諝獾难a(bǔ)償量多少及增減作用是由煙氣含氧量偏差的大小以及正負(fù)來決定的。爐膛中的燃料燃燒充分與否，直接反映在出口煙氣的含氧量上，因此，考慮到控制的“低碳”性，過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中加入了煙氣含氧量控制器作為前饋回路，起到補(bǔ)償?shù)淖饔?。因此?nèi)環(huán)控制回路采用比值控制器，對燃料和空氣的進(jìn)量進(jìn)行控制。 控制方案設(shè)計在鍋爐實際運(yùn)行中，實時監(jiān)測排出煙氣的含氧量，根據(jù)之前的分析，首先可以通過調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量來控制燃料量與空氣量的比值，逼近最佳空燃比，以保證完全燃燒所需要的足夠風(fēng)量，這是對煙氣含氧量的粗調(diào)；接著在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，按煙氣含氧量前饋量的大小對鼓風(fēng)量進(jìn)行細(xì)調(diào)，從而使煙氣含氧量達(dá)到設(shè)定的理想值。 煙氣含氧量系統(tǒng)SDG模型 被控變量與操縱變量的選擇被控變量：煙氣含氧量工藝要求。鍋爐正常負(fù)荷工況運(yùn)行時，由于爐膛溫度較高，燃料燃燒及與空氣混合條件較好，故燃料可以穩(wěn)定燃燒，為了提高鍋爐效率，這時可以適當(dāng)降低過?？諝庀禂?shù)，則排煙損失降低，且爐膛溫度升高，煙氣速度降低，使煤粉在爐內(nèi)的停留時間相對延長，減少燃料的不完全燃燒率。 煙氣含氧量影響因素?zé)煔夂趿康挠绊憯_動很多，其中最直接的主要擾動為燃料量和燃料量空氣量配比；過熱蒸汽的溫度、流量變化也可以間接影響煙氣含氧量。ID圖 煙氣含氧量控制煙氣含氧量，即爐膛的空氣過剩系數(shù)直接反映了爐膛送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作狀況的好壞，因此煙氣含氧量的大小同時也反映了鍋爐的工作效率。所以選擇比例積分PI控制規(guī)律對過熱蒸汽流量進(jìn)行控制。除此之外，還需考慮到當(dāng)過熱蒸汽流量過高或過低時的安全保護(hù)，這一部分將在“安全聯(lián)鎖系統(tǒng)”中詳細(xì)介紹。根據(jù)調(diào)節(jié)閥流量特性，選擇等百分比調(diào)節(jié)閥。在鍋爐的開車和停車階段，過熱蒸汽的流量變化不應(yīng)過快，這時蒸汽流量控制也很重要。這樣，既利于系統(tǒng)的實現(xiàn)和維護(hù)，又可以根據(jù)蒸汽流量令蒸汽溫度維持在一定范圍內(nèi)。又由于回路中已經(jīng)有預(yù)估補(bǔ)償功能可以補(bǔ)償一定的延時，且考慮到系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)，最終選擇PI控制算法作為此階控制回路的主調(diào)節(jié)規(guī)律。 控制規(guī)律設(shè)計(1) 鍋爐正常負(fù)荷運(yùn)行階段通過以上分析，設(shè)計減溫器軟化水流量控制器時需要考慮到過熱蒸汽溫度偏差范圍，根據(jù)汽溫偏差范圍來決定減溫器動作的快慢和大小。為使過熱蒸汽溫度及時消除導(dǎo)前蒸汽的溫度擾動，快速達(dá)到設(shè)定值，此階段控制系統(tǒng)中加入Smith預(yù)估補(bǔ)償方法，預(yù)先估計出過熱蒸汽在基本擾動下的溫度，然后由預(yù)估器進(jìn)行補(bǔ)償，使被遲延的被調(diào)量超前反映到調(diào)節(jié)器上，使調(diào)節(jié)器提前動作，從而減小超調(diào)量，加速調(diào)節(jié)過程。所以只靠單回路控制系統(tǒng)難以達(dá)到理想的控制效果，需要在基本的主反饋回路中加入可以提前反映擾動的信號，并快速消除擾動。考慮到如果減溫器中軟化水流量過小，而過熱蒸汽的溫度是很高的，導(dǎo)致對減溫器中的管道干燒，可能造成管裂危險。蒸汽壓力控制器為了維持蒸汽壓會增加燃料流量，增加爐膛內(nèi)的熱量。 調(diào)節(jié)閥的選擇V1103是減溫器軟化水流量調(diào)節(jié)閥，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，氣源信號減弱，為保證過熱蒸汽溫度不致過高而損壞管道，故調(diào)節(jié)閥應(yīng)處于打開狀態(tài)，所以選擇氣閉式調(diào)節(jié)閥。操縱變量：減溫器軟化水流量對于蒸汽溫度和壓力的耦合，本方案中采取用減溫器對過熱蒸汽溫度進(jìn)行微調(diào)；用燃料量控制汽壓（此時蒸汽溫度也隨之改變）。但當(dāng)煙氣傳熱量變化時，沿蒸汽管道長度方向的各點溫度幾乎同時變化，因此在過熱蒸汽流量擾動下過熱蒸汽溫度有自平衡特性，且慣性、延時都較小。(3) 爐膛內(nèi)燃燒工況當(dāng)爐膛內(nèi)的燃料量或燃料的燃燒效率發(fā)生變化時，直接影響爐膛溫度，這就使蒸汽的輻射和汽相升溫階段吸收的熱量變化，從而影響過熱蒸汽溫度。(2) 過熱蒸汽流量過熱蒸汽流量變化時會引起汽相升溫階段過熱蒸汽與爐膛煙氣的傳熱條件發(fā)生變化。5℃范圍內(nèi)。K時刻的PID控制器參數(shù)可計算得：Smith預(yù)估補(bǔ)償器：設(shè)計中，為方便表達(dá)，設(shè)爐膛中的溫度變化影響到過熱蒸汽溫度變化的延時為，則有與間的傳遞函數(shù)其中是除去延遲環(huán)節(jié)后的傳遞函數(shù)。規(guī)則結(jié)論部分、和的詞集為{Z，S，M，B}（分別代表0、小、中、大），論域為[0，6]。設(shè)其變化范圍分別為、和。模糊控制算法是基于知識的控制器，具有一定的智能性。 過熱蒸汽壓力燃油空氣雙閉環(huán)比值串級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制器正反作用的確定過熱蒸汽壓力串級控制回路中，根據(jù)主、副控制器的正反作用的確定順序為先副后主原則，首先確定其副回路燃油流量控制器正反作用：副回路：燃油流量調(diào)節(jié)閥為氣開式，為正作用，所以符號為正；當(dāng)閥門開大時，燃油流量增大，所以被控對象為正作用，符號為正；測量變送器的符號為正；偏差符號為負(fù)；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋，所以汽包給水流量控制器為正作用。當(dāng)鼓入爐膛的空氣量和燃油量達(dá)到最佳空燃比時，燃油的燃燒效率最高，即過?？諝饬孔畹?，則排煙中的含氧量也就最適宜，因此煙氣含氧量反映了燃油的燃燒效率。以蒸汽壓力為主控參數(shù)，用來消除過熱蒸汽流量波動引起的干擾，消除蒸汽壓力靜差，從而與副回路組成熱負(fù)荷控制系統(tǒng)。因此，方案中蒸汽壓力的控制系統(tǒng)采用串級控制方法。 調(diào)節(jié)閥的選擇V1104是燃油流量調(diào)節(jié)閥，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，氣源信號減弱，這時為了防止再有燃油進(jìn)入爐膛繼續(xù)燃燒，應(yīng)切斷燃油進(jìn)量，故調(diào)節(jié)閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，所以選擇氣開式調(diào)節(jié)閥。在本鍋爐系統(tǒng)中，由于過熱蒸汽溫度可以用減溫器進(jìn)行微調(diào)，且考慮到過熱蒸汽溫度與壓力之間的關(guān)系，采用燃燒熱跟隨蒸汽壓力的變化，用燃料流量來控制鍋爐的燃燒熱。(3) 過熱蒸汽流量如果過熱蒸汽流量增大，則汽包內(nèi)的蒸汽量減小，使汽包內(nèi)的壓力變小，從而過熱蒸汽出口壓力也會隨之減小。即使燃料量沒有變化，如果鼓入爐膛的空氣量變化，將使燃料的燃燒率變化，當(dāng)空氣量適宜，燃料得到充分燃燒，則蒸汽得到的輻射熱和氣相升溫階段的傳熱都將變化，導(dǎo)致過熱蒸汽的溫度發(fā)生變化。(1) 燃料量影響燃燒熱最主要的因素就是進(jìn)入爐膛的燃料量，燃料量越多，其產(chǎn)生的燃燒熱也就越多。壓力過高，會加速金屬的蠕變，導(dǎo)致鍋爐受損；壓力過低，不可能提供給負(fù)荷設(shè)備符合質(zhì)量的蒸汽。當(dāng)其中任一個參量改變時，其他參量都會受影響。采用免疫PID控制規(guī)律進(jìn)行控制，具體設(shè)計方法如水位調(diào)節(jié)器1。免疫PID控制器結(jié)構(gòu)簡單、控制結(jié)構(gòu)明確，且控制器參數(shù)連續(xù)變化，較易于工程實現(xiàn)。表示免疫促進(jìn)；表示免疫抑制；表示免疫穩(wěn)定。 與的關(guān)系殺傷細(xì)胞的濃度由B細(xì)胞活動的微分給出，則殺傷細(xì)胞的濃度為其中。d為免疫響應(yīng)延遲的代數(shù)；表示B細(xì)胞的濃度變化；為一函數(shù)，與有關(guān)，表示第kd代時B細(xì)胞分泌的抗體與抗原相互作用后的免疫效果；這里選為其中，用來改變函數(shù)形式。B細(xì)胞既受到TH細(xì)胞的活化，又受到TS細(xì)胞的抑制，第k代B細(xì)胞的濃度可表示為T細(xì)胞濃度為TS細(xì)胞濃度為其中，為第k代抗原濃度；為TH細(xì)胞的促進(jìn)因子；為TS細(xì)胞的抑制因子。 隨著抗原的減少，體內(nèi)的TS 細(xì)胞增多，抑制了TH 細(xì)胞的產(chǎn)生，則B細(xì)胞也隨著減少。(1) 生物系統(tǒng)的免疫機(jī)理將生物免疫原理與常規(guī)PID控制相結(jié)合，互相取長補(bǔ)短，在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下快速消除偏差盡可能使系統(tǒng)超調(diào)較小，提高系統(tǒng)的控制性能，這與免疫響應(yīng)過程是一致的。汽包水位控制單回路中，除氧器進(jìn)水流量調(diào)節(jié)閥為氣閉式，為負(fù)作用，所以符號為負(fù)；當(dāng)閥門開大時，汽包上水流量增大，所以被控對象為正作用，符號為正；測量變送器的符號為正；偏差符號為負(fù)；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋，所以汽包給水流量控制器為負(fù)作用。因此在原汽包水位控制系統(tǒng)中加入一個只引入水位信號的單級單沖量控制系統(tǒng)，在鍋爐負(fù)荷低于25%時啟用。因此采用串級三沖量汽包水位控制系統(tǒng)。從而采用三沖量控制方法控制汽包水位，即控制系統(tǒng)中同時引入汽包水位、給水量及過熱蒸汽量三個測量信號。 調(diào)節(jié)閥的選擇V110V1102是汽包上水流量調(diào)節(jié)閥，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，氣源信號減弱，這時為了防止鍋爐發(fā)生干燒危險，應(yīng)保證汽包內(nèi)有一定的水儲量，故調(diào)節(jié)閥應(yīng)處于打開狀態(tài)，所以選擇氣閉式調(diào)節(jié)閥。因此汽包水位控制過程中可認(rèn)為燃料量是間接擾動。(3) 燃料流量如果燃料量出現(xiàn)擾動增加，則飽和水吸收的熱量增大，使鍋爐負(fù)荷的蒸汽量增加，同樣會導(dǎo)致出現(xiàn)“虛假水位”。(2) 鍋爐負(fù)荷如果過熱蒸汽流量（即鍋爐負(fù)荷）突然出現(xiàn)擾動而增大，一方面汽包內(nèi)的物質(zhì)平衡狀態(tài)被打破使水位下降；另一方面，由于鍋爐出口的過熱蒸汽量增加，迫使鍋爐內(nèi)的氣泡增加，而燃料量不可能瞬間隨之增加，這使汽包內(nèi)的壓力減小，水面下的氣泡膨脹，總體積增大，導(dǎo)致水面上升，出現(xiàn)“虛假水位”。但需要注意的是，鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)中的水夾帶著大量的蒸汽氣泡，這些氣泡的總體積受到汽包內(nèi)壓力和過熱蒸汽流量（即鍋爐負(fù)荷）的影響，導(dǎo)致即使水循環(huán)系統(tǒng)中的總水量沒變，而氣泡總體積一旦變化，汽包水位也會隨之變化。ID圖 汽包水位控制方案汽包液位是蒸汽鍋爐運(yùn)行中一個非常重要的控制參數(shù)，它可以間接反映鍋爐負(fù)荷與給水平衡的關(guān)系。單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器是通過加權(quán)系數(shù)的調(diào)整來實現(xiàn)自適應(yīng)、自組織功能的，權(quán)重系數(shù)的調(diào)整可以通過不同的學(xué)習(xí)規(guī)則，從而構(gòu)成不同的控制規(guī)律。 單神經(jīng)元PID控制器結(jié)構(gòu)圖對于增量式PID，控制規(guī)律可以表示為令單神經(jīng)元的三個輸入量分別為則有表示k時刻系統(tǒng)的輸出增量，即誤差的一階差分；表示k時刻的誤差；表示k時刻誤差的二階差分。同時考慮到除氧器液位中的軟化水處于沸騰狀態(tài)，所以液位測量的噪聲較大，因此不易加入微分作用。主回路：將副回路看作正環(huán)節(jié)；測量變送器的符號為正；在沒有給水流量干擾情況下，進(jìn)水流量增大時，除氧器的液位升高，所以被控對象為正作用，符號為正；為使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，必須保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋，所以主控制器為負(fù)作用。105(a)(b) 調(diào)節(jié)器切換時序示意圖要進(jìn)一步實現(xiàn)三沖量串級控制和單回路控制的無擾切換，當(dāng)單回路調(diào)節(jié)器運(yùn)行時，串級三沖量調(diào)節(jié)器的輸出（“進(jìn)水流量調(diào)節(jié)器”輸出）跟蹤單沖量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)輸出（“水位調(diào)節(jié)器2”輸出）；三沖量串級調(diào)節(jié)器運(yùn)行時，單回路調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)輸出（“水位調(diào)節(jié)器2”輸出）跟蹤三沖量串級調(diào)節(jié)器的輸出（“進(jìn)水流量調(diào)節(jié)器”輸出）。這樣可以有效地避免給水流量不穩(wěn)定而導(dǎo)致的調(diào)節(jié)回路反復(fù)切換造成的控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。 除氧器水位三沖量串級控制系統(tǒng)(2) 單回路控制系統(tǒng)但考慮到在給水流量較低時，不能保證流量測量的準(zhǔn)確性，如此時再以給水流量為標(biāo)準(zhǔn)按比例調(diào)節(jié)進(jìn)水流量，就很可能造成除氧器內(nèi)液位波動。而比值控制方法的引入，由于其不依賴于除氧器水位，所以在一定程度上可以緩解“虛假水位”造成的誤操作。因此，采用比值控制方法調(diào)節(jié)除氧器進(jìn)水量跟蹤出水流量，即鍋爐上水流量。所以為了維持除氧器液位保持不變，必須調(diào)節(jié)進(jìn)水量跟蹤鍋爐給水量的變化，使進(jìn)水量和給水量動態(tài)恒等，以達(dá)到除氧器內(nèi)液位的動態(tài)平衡。(2) 除氧器壓力考慮到除氧器里壓力變化對液位造成的影響，由于水沸騰時水位下產(chǎn)生大量氣泡，而當(dāng)除氧蒸汽流量減小時，除氧器里的壓力降低，則液面下的氣泡膨脹，導(dǎo)致除氧器液面上升，出現(xiàn)“虛假水位”。因此，除氧器的液位會經(jīng)常因為鍋爐運(yùn)行工況的變化而波動，同時，除氧器液位控制又存在較大的延時特性，給調(diào)節(jié)工作帶來困難。其控制算法的具體形式為(2) 前饋調(diào)節(jié)器設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與除氧器對象的傳遞函數(shù)分別為，前饋補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)為，除氧器液位擾動傳遞函數(shù)為。所以加入了自動/手動切換器，對壓力偏差與進(jìn)行比較，并對其拍數(shù)進(jìn)行計數(shù)，一旦判斷為異常，則自動切換至手動運(yùn)行。為了防止除氧器在鍋爐負(fù)荷變化時壓力的突然變化，在系統(tǒng)中加入一個限幅模塊。 控制方案設(shè)計為了達(dá)到良好的除氧效果，除氧器內(nèi)必須達(dá)到一定的壓力，所以除氧器壓力控制系統(tǒng)主要任務(wù)就是使除氧器壓力保持穩(wěn)定在設(shè)定值。 被控變量與操縱變量的選擇被控變量：除氧器壓力工藝要求。但當(dāng)蒸汽調(diào)節(jié)閥開度突然變化后的一小段時間里，由于除氧器內(nèi)的蒸汽空間壓力變化較快，因此這段時間里除氧器壓力變化速度較快。即影響除氧器壓力的輸入因素有除氧器進(jìn)水流量和除氧蒸汽流量。由于溫度測量存在大遲延，而除氧蒸汽量對除氧器內(nèi)壓力影響的時間常數(shù)很小，