【正文】 量進(jìn)入爐膛燃燒的煤粉量目前還有困難，或者很難做到精確計(jì)量，因此直接用燃料量作為調(diào)節(jié)的信號是不準(zhǔn)確的。因?yàn)槿剂狭堪l(fā)生變化后，爐內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的熱量就要變化，它不僅影響鍋爐的蒸發(fā)量，也將使汽壓發(fā)生變化，引起鍋爐的 蓄 熱量隨之發(fā)生變化。 所以用蒸汽量和汽壓的變化速度適當(dāng)?shù)鼐C合，就可以代替燃料量。 由于式 （ 27） 中所采用的是理想微分，所以按式 （ 27） 組成的信號又被稱作理想熱量信號，記作 DQ 理 。圖 中 (a)為 DQ 對于燃料量擾動(dòng)的階 躍響應(yīng)曲線， (b)為汽輪機(jī)耗汽量 DT 擾動(dòng)下 DQ 的階躍響應(yīng)曲線。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 (a) (b) 圖 23 熱量信號在各種擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線 若以實(shí)際微分代入式（ 27）組成熱量信號時(shí)，信號在負(fù)荷擾動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線如圖 24 所示 。 然而，若引入蒸汽流量的負(fù)向?qū)嶋H微分信號，以補(bǔ)償汽包壓力微分的慣性遲延部分，則可使熱量信號在燃料量不變而負(fù)荷改變的情況下保持不變。 即 DQ 實(shí) DST SKTpST SKTCD dddDbdddb ?????? 11 ? （ 28） 式中 D? 為 蒸汽流量信號的分流系數(shù) 。由于熱量信號是根據(jù)蒸汽流量 D 和汽包壓力 Pb的變化反映爐膛發(fā)熱量，所以它不僅能反映燃料量的變化，而且可以反映燃料品質(zhì)的變化。實(shí)際 上，由于燃料品種的變化，燃燒工況的改變以及測量上的問題，即使這兩個(gè)流量的信號成固定比例，也不一定能保證燃燒的最佳條件。 圖 25 是利用氧量信號作為經(jīng)濟(jì)燃燒校正信號的燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 圖 25 帶氧量校正的 燃料 空氣 系統(tǒng) 與“燃料 空氣”系統(tǒng)相 比，此方案的送風(fēng)量控制采用串級型比值控制系統(tǒng)，引入鍋爐煙氣含氧量信號 O2 ，經(jīng)校正調(diào)節(jié)器 PI5，對燃料量與送風(fēng)量之間的比值進(jìn)行校正。保持一定過?？諝庀禂?shù)，即保證了總?cè)剂狭颗c總風(fēng)量之間的最佳比值。因此以代表鍋爐實(shí)際負(fù)荷的蒸汽流量信號 D 經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換器后，作為煙氣最佳含氧量的給定值。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。隨著燃料量調(diào)節(jié)過程的結(jié)束，燃料量 M 基本穩(wěn)定。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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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)。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控制系 統(tǒng)，如圖 31 所示 。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。如采用熱量信號代表燃料量信號時(shí)，燃燒率信號即為熱量信號。同時(shí)，燃燒控制系統(tǒng)的整定，還必須考慮燃燒特點(diǎn)，整定過程 要保證燃燒過程安全經(jīng)濟(jì) 的情況 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程中，應(yīng)該保證汽壓不致大幅度波動(dòng)。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?。通常各子系統(tǒng)衰減率 Ψ=。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。 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。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)的等效框圖如圖 32 所示， 圖中 W1(S)為送風(fēng)擾動(dòng)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) 。 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。如果希望調(diào)節(jié)器入口信號增加時(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)器入口信號增加時(shí)其輸出信號減小，則調(diào)節(jié)器為“反作用”。 ????????????? ????? ???????? 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。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(shí)，閉環(huán)調(diào)節(jié)過程都是非周期過程。 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。 可得調(diào)節(jié)器參數(shù)為 s? =7%， Tis=。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(shí)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(jìn)一步提高。也就是說，當(dāng)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(jìn)行控制。按照這種理論構(gòu)成的控制系統(tǒng)稱為前饋控制系統(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)下爐膛壓力控制系統(tǒng)的仿真方框圖如圖 35 所示。由圖可以看出，爐膛壓力在送風(fēng)擾動(dòng)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(dòng)，有很好的控制效果。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 。 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。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)。然后改變比例帶 V? ，使風(fēng)量變化近似比例環(huán)節(jié)。 送風(fēng)控制系統(tǒng)的仿真 方 框圖如圖 38 所示。 圖 38 LD 擾動(dòng)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(jì)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(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）。 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。所以要重新 調(diào)整比例帶和積分時(shí)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(shí)的 o? =180%， Tio=80。 圖 312 加入了氧量調(diào)節(jié)器的送風(fēng)系統(tǒng)仿真圖 前饋信號的作用是作為送風(fēng)量的給定值。靜態(tài)時(shí)： LD=DQ=D （ 36） 結(jié) 合送風(fēng)調(diào)節(jié)： LD 在系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定好后，對系統(tǒng)做負(fù)荷擾動(dòng) 試驗(yàn) ，仿真框圖如圖 314 所示，輸出曲線如圖 315 所示。 圖 316 LD 擾動(dòng)下送風(fēng)控制系統(tǒng)仿真方框圖 （ b） 由圖可得： 7 0 ?? mA PaLDV （ 310） 由式（ 39）和式（ 310）可知： ?? LDVD? （ 311） 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 圖 317 LD 擾動(dòng)下送風(fēng) V 響應(yīng)曲線 （ b） 加入 前饋后 做 負(fù)荷擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，觀察響應(yīng)曲線，仿真方框圖如圖 318 所示。 可以看出，加入前饋調(diào)節(jié)器后，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快了。 因此，加入前饋調(diào)節(jié)器后系統(tǒng)的波動(dòng)比未加時(shí)小得 多，說明加入前饋調(diào)節(jié)器后系統(tǒng)的性能比未加入時(shí)要好。因此，系統(tǒng)的整定需首先整定熱量信號 DQ。整定的方法按內(nèi)擾特性或外擾特性整定。按外擾整定時(shí)，則根據(jù)外擾熱量信號不變原則整定 TD、 KD。 根據(jù)前面對 于 熱量信號的分析， 在負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，熱量信號 DQ 不變，即有： ? DQ=? D+ dtpdC bb ?=0 （ 312） 由此可得： )()( 1010 tptpD dtCbbttb ??? ? （ 313） 由圖 12 可知，本系統(tǒng)所采用的熱量信號 按理想熱量信號 形式組成，即： DQ=D+bDDD pST STK?1 （ 314） 比較式 （ 413） 與式 （ 414） 兩式，若忽略慣性的影響，則： KDTD=Cb （ 315） 已知 Cb=70s KD=10,則： TD=7s 。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)