【正文】 鍋爐那樣燃料立刻燃燒生熱，而是分區(qū)、分段緩慢進(jìn)行的，所以燃煤鍋爐燃燒系統(tǒng)的燃燒過程長(zhǎng)，具有較大滯后。鼓風(fēng)量的變化是本調(diào)節(jié)回路最大的干擾，而鼓風(fēng)量沒有準(zhǔn)確計(jì)量，所以將鼓風(fēng)閥門開度近似為風(fēng)量大小，作為前饋信號(hào)引入。從投運(yùn)效果來看，在鼓風(fēng)量或煤量變化后，能通過調(diào)節(jié)引風(fēng)閥，將負(fù)壓的均值控制在給定值的177。模仿操作工的操作方法，我們對(duì)負(fù)壓的測(cè)量值加了一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的滑動(dòng)濾波，濾波后的值反映了爐膛負(fù)壓變化的總體趨勢(shì)，參與控制，取得很好的效果。(3)爐膛負(fù)壓控制方案設(shè)計(jì)由于燃燒狀態(tài)的不穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓大范圍、無規(guī)律地波動(dòng)，波動(dòng)范圍約是O～100Pa，有時(shí)還瞬時(shí)出現(xiàn)微正壓，如果我們拿測(cè)量的信號(hào)直接用于控制，會(huì)造成閥門頻繁動(dòng)作，有時(shí)可能是誤動(dòng)作。因?yàn)槊哼M(jìn)入爐膛后并不象燃油或氣那樣立即完全燃燒，如果立即減少風(fēng)量，會(huì)導(dǎo)致助燃風(fēng)量不足。所以，把煤量信號(hào)作為前饋引入到風(fēng)量調(diào)節(jié)回路中，當(dāng)煤量發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)改變風(fēng)量進(jìn)行粗調(diào)，然后再由PID進(jìn)行細(xì)調(diào)來消除余差。另外，煤量的變化是本控制回路最大的干擾，如果煤量變化后等到煙氣中的氧含量有變化后再去調(diào)節(jié)風(fēng)量，顯然是來不及的?？刂扑闶娇蓪憺椋?)偏差時(shí)，實(shí)現(xiàn)PD控制；2)偏差時(shí)，實(shí)現(xiàn)PID控制。(2)鼓風(fēng)量的控制從實(shí)測(cè)的特性可知，鼓風(fēng)量控制回路對(duì)象純滯后和時(shí)間常數(shù)之比接近1／2，所以采用常規(guī)PID也容易產(chǎn)生超調(diào)和振蕩。如果入口溫度沒有大的變化，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無須改變煤量，從而保證爐排上煤層厚度均勻。3)對(duì)于純滯后大的對(duì)象，對(duì)控制中由純滯后引起的系統(tǒng)振蕩有很好的克服作用。1℃左右的偏差是允許的；而且，主要的干擾如入口溫度的變化是緩慢進(jìn)行的，沒有大的頻繁的干擾，所以“等等看”控制算法是適用的。出口溫度的控制采用算法簡(jiǎn)單、易于掌握、對(duì)大滯后有較強(qiáng)克服能力的“等等看”控制算法；氧含量控制網(wǎng)路采用前饋—反饋控制，控制算法采用變形的PID算法—積分分離式PID算法；負(fù)壓回路，由于滯后相對(duì)比較小，采用一般PID算法加引風(fēng)前饋的控制策略.(1)出口溫度的“等等看”控制算法：“等等看”控制算法就是仿人工操作而設(shè)計(jì)的一種非連續(xù)的自動(dòng)控制方式，其主要思想是：偏差e的校正是不連續(xù)的，只有偏差大到必須改變控制量時(shí)，才使控制量發(fā)生相應(yīng)的變化；在施加控制之后，等一段時(shí)間看看控制效果，以決定是否進(jìn)一步施加控制。所以，這些先進(jìn)的控制算法對(duì)本系統(tǒng)的小型下位機(jī)未必適用。針對(duì)燃煤鍋爐燃燒系統(tǒng)的純滯后問題，國(guó)內(nèi)外展開了廣泛的研究并提出了許多新的控制策略如廣義預(yù)估控制、模糊控制等，引入燃煤鍋爐的控制中，這些先進(jìn)的控制算法有的在實(shí)際應(yīng)用中取得較好的控制效果。另外，各輸入輸出變量間存在強(qiáng)耦合。從燃燒對(duì)象實(shí)測(cè)特性來看，燃燒對(duì)象具有大的純滯后和時(shí)間常數(shù)，特別是出口溫度和氧含量回路，其純滯后和過程時(shí)間常數(shù)相比一般比較大，有的甚至接近1。其輸入輸出變量之間的關(guān)系可近似用(4．28)式表示。4．3．1 燃煤熱水鍋爐燃燒過程對(duì)象的實(shí)測(cè)特性從控制理論的角度分析熱水鍋爐，它是一個(gè)多變量、非線性、分布參數(shù)的和帶時(shí)延的復(fù)雜對(duì)象，它有多個(gè)被控變量(溫度，氧含量和爐膛負(fù)壓等)和調(diào)節(jié)變量(煤量，鼓風(fēng)量和引風(fēng)量等)，相互之間存在著交叉影響，還有煤質(zhì)、環(huán)境溫度和水流量等諸多干擾因素。因此，鍋爐的被控變量可以確定為：鍋爐水流量、省煤器水流量、出口水溫、爐膛負(fù)壓和煙氣氧含量。同時(shí)，由于測(cè)量?jī)x表的精度等原因，使尋優(yōu)的靈敏度不高，很難真正找到最優(yōu)點(diǎn)，只能找到近似的最優(yōu)點(diǎn)。但是，對(duì)于滯后大的對(duì)象如燃煤鍋爐，或由于算法本身收斂速度慢使尋優(yōu)步數(shù)增加，會(huì)導(dǎo)致尋優(yōu)周期長(zhǎng)。根據(jù)圖？的極值關(guān)系，以為目標(biāo)函數(shù)，通過調(diào)整，在線計(jì)算鍋爐的熱效率，逐步尋找到熱效率最高時(shí)對(duì)應(yīng)的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，模型是離線計(jì)算好的，所以尋找最優(yōu)值速度快，而且對(duì)工況沒有干擾；缺點(diǎn)是所采集的數(shù)據(jù)量有限，還摻雜人的經(jīng)驗(yàn)，模型精度難免受影響。有人根據(jù)司爐的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的觀察，記錄積累了不同負(fù)荷下認(rèn)為是燃燒工況最佳的煙氣氧含量數(shù)據(jù)，然后利用這些數(shù)據(jù)通過線性回歸的方法，建立了最佳氧含量隨負(fù)荷變化的數(shù)學(xué)模型。4．2．2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀針對(duì)最佳空氣過剩率隨負(fù)荷變化的情況，很多學(xué)者展開了研究，并產(chǎn)生了很多的處理方法。因此單純的比值控制并不能保證任何情況下的最佳燃燒狀態(tài)。圖4．3熱效率與Ⅱ的關(guān)系從煙氣化學(xué)成分分析可知，空氣過剩系數(shù)和煙氣中的殘氧的含量有近似對(duì)應(yīng)關(guān)系：通過測(cè)量煙氣中的氧含量就可近似獲得空氣過剩系數(shù)，所以現(xiàn)在的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中，普遍采用測(cè)量煙氣中過剩氧含量來控制風(fēng)量，保證空氣量和燃料量保持一定的比值關(guān)系。由圖4—2可以得到鍋爐熱效率？和空氣過剩系數(shù)的關(guān)系，如圖4—3所示。其關(guān)系如圖42所示。4．2鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎(chǔ)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀4．2．1鍋爐優(yōu)化控制的理論基礎(chǔ)根據(jù)燃燒理論，燃料在爐膛內(nèi)燃燒和熱空氣帶入的熱量大體上可分為6部分，即 式中—入爐熱量總和；——工質(zhì)吸收的熱量；——排煙熱損失；——?dú)怏w未完全燃燒熱損失；——固體未完全燃燒熱損失；——爐體散熱損失；——灰渣物理熱損失。這些內(nèi)部擾動(dòng)包括燃料的質(zhì)量變化，給風(fēng)量和引風(fēng)量的變化等。這三項(xiàng)調(diào)節(jié)任務(wù)是相互關(guān)聯(lián)的，它們可以通過調(diào)節(jié)燃料量、給風(fēng)量和引風(fēng)量來完成。爐膛負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。如果爐膛負(fù)壓太小。3．維持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量與給風(fēng)量的不相適應(yīng)。一般說來，保持2％的氧或10％的過?？諝馐亲钸m宜的。如果能夠恰當(dāng)?shù)乇３秩剂狭颗c空氣量的正確比值，就能達(dá)到最小的熱量損失和最大的燃燒效率。2．保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性是鍋爐燃燒過程控制的第二個(gè)任務(wù)。這項(xiàng)控制任務(wù)就稱為熱負(fù)荷控制。具體調(diào)節(jié)任務(wù)可概括為三個(gè)方面：1．維持出水溫度不變維持出水溫度不變，這是燃燒過程控制的第一項(xiàng)任務(wù)。其傳遞函數(shù)可表示為省煤器省煤段的傳遞函數(shù)可表示為其中為循環(huán)系統(tǒng)蓄熱過程的時(shí)間常數(shù)，；為循環(huán)系統(tǒng)蓄熱過程的放大系數(shù)；為省煤器省煤段的停留時(shí)間，；為省煤器省煤段的放大系數(shù)。輸出參數(shù)為管道出口的能量。所以，煤粉傳送過程的傳遞函數(shù)為 （419）其中為放大系數(shù)：為時(shí)間常數(shù)，S；為煤傳送滯后時(shí)間，s；2．燃料燃燒過程燃料燃燒過程的輸入?yún)?shù)是給煤量，輸出參數(shù)是燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，可以用一階慣性環(huán)節(jié)來近似描述其動(dòng)態(tài)特性： （420）其中為燃燒過程的放大系數(shù)；為燃燒過程的時(shí)間常數(shù)。當(dāng)給煤機(jī)從中間儲(chǔ)倉(cāng)供應(yīng)爐膛燃料時(shí)，給煤機(jī)在動(dòng)態(tài)特性上是一個(gè)一階滯后環(huán)節(jié)。把代入上式得到 （418）由于積灰流通面積是個(gè)不確定的時(shí)變因素，這個(gè)因素將嚴(yán)重影響風(fēng)量控制，使燃燒較難工作在最佳區(qū)。為了說明風(fēng)道的時(shí)變性，設(shè)所選的風(fēng)道區(qū)域是紊流段。這種變化容易引起風(fēng)/煤的配比失調(diào)，造成排煙損失或不完全燃燒損失。風(fēng)路參數(shù)的時(shí)變性。結(jié)垢的熱傳導(dǎo)時(shí)滯常數(shù)可用來描述，為結(jié)垢厚度。結(jié)垢問題是鍋爐穩(wěn)定控制、安全生產(chǎn)的重要問題。隨著揮發(fā)分燃盡，碳進(jìn)行兩相燃燒，即碳和一氧化碳燃燒，燃燒速度與碳表面覆蓋的灰層厚度有關(guān)。在燃燒過程中，決定反應(yīng)速度的是反應(yīng)過程中最慢的那部分歷程。(1)煤的燃燒過程時(shí)滯特性與輻射換熱的非線性煤的燃燒是兩相燃燒，多相反應(yīng)過程。在工程實(shí)際中，不僅輻射換熱具有非線性，而且還有燃燒換熱過程的時(shí)滯性、負(fù)載的時(shí)變性、設(shè)備性能時(shí)變性等特性。分析爐內(nèi)換熱的特點(diǎn)，輻射換熱是鍋爐燃燒過程換熱的主要方面，火焰輻射包括原子氣體輻射、火焰中灰粒輻射、火焰中焦炭粒子輻射和碳黑粒子輻射，但工程上通常把爐內(nèi)火焰看作為均勻輻射體，輻射換熱可用下式計(jì)算： （416）其中為爐膛黑度；為絕對(duì)黑體的輻射系數(shù)；為火焰的絕對(duì)平均溫度；為受熱面外壁的絕對(duì)溫度；為爐膛內(nèi)有效輻射受熱面積。進(jìn)入鍋爐內(nèi)參加燃燒的冷空氣的焓也是一時(shí)變值，這都給工程上的熱量、熱損、熱平衡以及鍋爐的熱效率計(jì)算帶來困難。影響的主要因素有：燃料性質(zhì)、燃燒器設(shè)計(jì)、爐膛溫度、爐膛設(shè)計(jì)和爐膛過量空氣系數(shù)等。若對(duì)于給定燃料，各處灰量及灰中可燃物有可靠數(shù)據(jù)時(shí)，也可按上述公式計(jì)算。(5)機(jī)械不完全燃燒熱損失對(duì)于層或室燃燒，此項(xiàng)損失是指飛灰、落灰和灰渣中未燃盡可燃物造成的熱損失。對(duì)于運(yùn)行鍋爐，借助排煙處煙氣成分的測(cè)量，然后按下式計(jì)算求得 （413） 其中、為干煙氣中一氧化碳、氫氣、甲烷的容積百分比，可從煙氣分析測(cè)得；為干煙氣中三原子氣體容積百分比。(3)排煙熱損失排煙熱損失是指鍋爐排煙物理熱造成的熱損失，它等于排煙焓與冷空氣焓的焓差?！?(2)鍋爐有效利用熱鍋爐有效利用熱是指鍋爐供出工質(zhì)的總焓與給水焓的差值，對(duì)于熱水鍋爐 （48）其中為鍋爐有效利用熱：B為燃料消耗量；D為鍋爐蒸發(fā)量；為鍋爐自用熱水量；為鍋爐排汽量；熱水焓；為飽和水焓；為給水焓；為汽化潛熱?！?；褐煤=1．13 kJ／(kg固體燃料比熱容按下式計(jì)算 （47）其中為燃料干燥基比熱容，無煙煤、貧煤=0，92 kJ／(kg當(dāng)用外熱源加熱燃料(蒸汽干燥器等)及系統(tǒng)使燃料干燥時(shí)應(yīng)計(jì)算此項(xiàng)，并根據(jù)爐前燃料狀態(tài)取用和燃燒水分。其中為鍋爐輸入熱量；為燃料物理熱；為外來熱源加熱空氣帶入的熱量。2．熱平衡特性分析鍋爐燃燒的熱平衡可用下式表示 （45）其中為輸入熱量；為有效利用熱；為排煙損失熱；為化學(xué)不完全燃燒熱損失；為機(jī)械不燃燒損失R熱；為鍋爐散熱；為灰渣物理熱損失。有了成分含量，經(jīng)門捷列夫化學(xué)公式，可計(jì)算煤的低位發(fā)熱量，即 （44） 其中 為應(yīng)用低位基發(fā)熱量。工業(yè)分析煤的成分百分含量可表示為 (42)其 、 、 分別為固定碳、揮發(fā)分、灰分和水分含量的百分?jǐn)?shù)。煤主要由碳(C)、氫(H)、氧(o)、氮(N)、硫(S)等化學(xué)元素組成。鍋爐內(nèi)部的各種過程往往同時(shí)進(jìn)行，交叉影響。4 .1．1．1工業(yè)鍋爐燃燒過程1．燃燒過程熱量分析工業(yè)鍋爐的能源主要以煤為主，其它燃料，如油、氣、工業(yè)余熱、廢氣等僅占很小部分。它主要包括煤的燃燒氧化釋熱和換熱兩大歷程，二者均存在多相化學(xué)和物理反應(yīng)過程，這些反應(yīng)過程的宏觀時(shí)滯性和非線性是影響鍋爐燃燒過程控制穩(wěn)定性的主要問題。鍋爐生產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要的地位。3．2控制點(diǎn)和控制參數(shù)鍋爐房3臺(tái)鍋爐共設(shè)計(jì)76個(gè)控制點(diǎn)，輸入點(diǎn)67個(gè)，輸出點(diǎn)9個(gè)。3．1．5分析儀表氧化鋯及PH值分析儀就地安裝。(2)就地粘稠介質(zhì)液位測(cè)量選用磁浮子液位計(jì)。3 . 1．3流量?jī)x表鍋爐出口流量選用電磁質(zhì)量流量計(jì)哺。3．1．2．2遠(yuǎn)傳壓力測(cè)量?jī)x表(1)一般壓力測(cè)量選用智能壓力變送器。(3)加熱爐爐管的溫度測(cè)量選用分度號(hào)“S”型刀刃式熱電偶。管道及設(shè)備上安裝均采用DN40法蘭連接”。管道及設(shè)備上安裝均采用DN40法蘭連接。緊急停爐時(shí)，應(yīng)立即停止供給燃料，必要時(shí)扒出爐內(nèi)燃煤或用濕爐灰將火壓滅，其他操作與正常停爐相同。（7） 燃燒設(shè)備損壞，爐墻倒塌或鍋爐構(gòu)架被燒紅，嚴(yán)重威脅鍋爐安全運(yùn)行。（5） 鍋爐雖補(bǔ)給水泵不斷補(bǔ)水，但鍋爐壓力仍然繼續(xù)下降。（3） 壓力表、溫度表、安全閥，其中有一種全部失效。緊急停爐3. 緊急停爐鍋爐運(yùn)行中，有下列情況之一時(shí)，應(yīng)緊急停爐。在壓火期間，如發(fā)現(xiàn)鍋水溫度升高，應(yīng)短時(shí)間開通循環(huán)水泵，防止鍋水超溫汽化。停泵時(shí)，為了防止產(chǎn)生水擊，應(yīng)先逐漸關(guān)閉水泵出口閥門，待出口閥門基本關(guān)閉后再停泵。1． 正常停爐。排污器一般每周排污一次，如果系統(tǒng)新投入運(yùn)行或者水質(zhì)情況較差時(shí)，可適當(dāng)增加排污次數(shù)。7．定期排污。如果自來水壓力高于鍋爐靜壓力時(shí)，應(yīng)用自來水向鍋爐進(jìn)水，并開啟鍋爐的放氣閥。6．停電保護(hù)。5．防止汽化。并監(jiān)視各系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的回水溫度。4．合理分配配水量。熱水采暖網(wǎng)絡(luò)和鍋爐內(nèi)，在運(yùn)行時(shí)充滿了水，水中有許多游離氣體，這些氣體無論對(duì)鍋爐和網(wǎng)絡(luò)來說都是有害的，必須予以排除。如對(duì)外循環(huán)回路加以調(diào)節(jié)，要注意調(diào)整使其溫度偏差不超10℃。運(yùn)行人員要經(jīng)常注意室外溫度的變化，根據(jù)規(guī)定的水溫與氣溫關(guān)系的曲線圖進(jìn)行燃燒量調(diào)整，一般要求供水溫度與水溫曲線所規(guī)定的溫度數(shù)值相差不大于2℃。如壓力較大變化，應(yīng)通過閥門作相應(yīng)調(diào)整，確?？偟倪\(yùn)行網(wǎng)絡(luò)壓力不變。當(dāng)系統(tǒng)壓力偏低時(shí)，應(yīng)及時(shí)向系統(tǒng)補(bǔ)水，同時(shí)根據(jù)供熱量和水溫的要求調(diào)整燃燒。2．運(yùn)行參數(shù)控制（1）保持壓力穩(wěn)定。改變每天供熱的時(shí)間長(zhǎng)短即變化鍋爐運(yùn)行時(shí)間。在供水溫度不變的情況下，改變向網(wǎng)絡(luò)供水的流量即加減循環(huán)水的流量。在流量不變的情況下，改變向網(wǎng)絡(luò)的供熱溫度，即改變鍋爐出口水溫。集中調(diào)節(jié)是為了滿足供熱負(fù)荷的需要，對(duì)鍋爐出水口水溫和流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；局部調(diào)節(jié)是通過支管路上的閥門改變熱水流量，以調(diào)節(jié)其供熱量。 運(yùn)行操作1．系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整搞好熱水采暖系統(tǒng)的調(diào)整，控制熱網(wǎng)供，回水溫度，壓力和各回路的系統(tǒng)流量，使之在規(guī)定范圍內(nèi)，對(duì)熱水鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行十分重要。(3) 切勿敲擊安全閥上的任何部分，開啟安全閥只能用閥上的控制桿。 表12 安全閥的校正安全閥的始啟壓力++(1) 鍋爐上必須有一個(gè)安全閥按表中較低的初始開啟壓力進(jìn)行調(diào)整。7．加強(qiáng)監(jiān)視循環(huán)泵壓力表的指示情況，當(dāng)鍋爐進(jìn)水時(shí)先關(guān)閉省煤器再循環(huán)管上的閥門。5．點(diǎn)燃爐排上的火柴并引燃燃煤煤層，待燃燒旺盛時(shí)，用最低的速度使?fàn)t移動(dòng)，視燃燒情況可時(shí)開時(shí)停。鍋爐升火前應(yīng)先開啟循環(huán)水泵，待網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的水循環(huán)起來以后，才能點(diǎn)火。3．本鍋爐水質(zhì)應(yīng)符合GB1576《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》的有關(guān)規(guī)定。 額定熱功率 額定出水壓力 最大熱功率 額定出口水溫 125℃ 額定進(jìn)口水溫 70℃ 使用燃料 III類煙煤 設(shè)計(jì)效率 % 燃料的顆粒度要求 0～3mm