【正文】 D圖 單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)圖 單交叉限幅 燃燒控制系統(tǒng) 是在 串級(jí)比值燃燒 控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了高值選擇器 HS，低值選擇器 LS，正偏置 +a1(%)和負(fù)偏置 a2(%)， 用來實(shí)現(xiàn)燃料和空氣流量之間的相互制約，防止剩余空氣系數(shù)μ低于其給定值 μ s 以下的某一允許區(qū)間，即 μ ? （ μ s a1） ， 并保證燃料流量 Ff低于冒黑煙界限，以及空氣流量 Fa 高于冒黑煙界限。 單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)的工作原理如下： 在燃料流量調(diào)節(jié)回路中，爐溫調(diào)節(jié)器 TC 的輸出信號(hào) A，與根據(jù)空氣流量測(cè)量值 Fa 算出的 所需燃料流量加上偏置 a1 (%)得到的信號(hào) B rFaB a??? )1001( 1 （ ） 相比較，由低值選擇器 LS 來選通 A、 B 之一作為燃料流量調(diào)節(jié)器 FfC 的給定值 Sf。在空氣流量調(diào)節(jié)回路中，爐溫調(diào)節(jié)器 TC 的輸出信號(hào) A，與燃料流量測(cè)量值 Ff減去偏置 a2(%)得到的信號(hào) D 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） FFaD ??? )1001( 2 （ ） 相比較，由高值選擇器 HS 來選通 A， D 之一，再乘以空燃比 r 作為空氣流量調(diào)節(jié)器 FaC 的給定值 Sa。下面分別對(duì)負(fù)荷穩(wěn)定，升負(fù)荷和降負(fù)荷時(shí)這三種狀態(tài)進(jìn)行分析。 系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，爐溫調(diào)節(jié)器 TC 的輸出信號(hào) A 同時(shí)作為空氣和燃料流量調(diào)節(jié)回路的給定信號(hào)，此時(shí)剩余空氣系數(shù)等于給定值 μ s。 當(dāng)升負(fù)荷時(shí)，信號(hào) A 急劇上升，發(fā)生正跳變。先看空氣流量調(diào)節(jié)回路的情況。此時(shí)， AD， HS 選通 A，再乘以 r 作為空氣流量給定值 Sa，使空氣流量增加 ； 再看燃料流量調(diào)節(jié)回路的情況，當(dāng) A 正跳到 AB 時(shí)， LS 選通 B， A 被中斷， B 作為該回路的燃料流量給定值 Sf，使燃料流量隨著 B 值的增加而增加，即燃料流量隨著空氣流量的增加而增加，交叉限制開始。當(dāng) B 增加到 BA 時(shí)， LS 又選通 A，A 作為該回路的燃料流量給定值，交叉限制結(jié)束。這樣，系統(tǒng)又恢復(fù)到了穩(wěn)定狀態(tài)。 由于 A 跳變， B 緩慢上升，即空氣流量給定值 Sa 急劇上升，燃料流量給定值Sf 緩慢上升，實(shí)現(xiàn)了升負(fù)荷時(shí)“先增加空氣后增加燃料” ,克服了空氣與燃料流量回路特性的差異，使得升負(fù)荷的動(dòng)態(tài)過程能夠合理燃燒 [13]。 當(dāng)降負(fù)荷時(shí)，信 號(hào) A 急劇下降，發(fā)生負(fù)跳變。先看燃料流量調(diào)節(jié)回路的情況。此時(shí)， AB， LS 選通 A， A 作為該回路的燃料流量給定值 Sf，使燃料流量減小，再看空氣流量調(diào)節(jié)回路的情況，當(dāng) A 負(fù)跳變到 AD 時(shí)， HS 選通 D，再乘以 r 作為空氣流量給定值 Sa，使空氣流量隨著 D 的減少而減少，即空氣流量隨著燃料流量的減少而減少，交叉限制開始。當(dāng) D 減少到 DA 時(shí)， HS 又選通 A，再乘以 r作為空氣流量給定值，交叉限制結(jié)束。這樣，系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。由于 A 負(fù)跳變、 D 緩慢下降，即 Sf急劇下降， Sa 緩慢下降，實(shí)現(xiàn)了降負(fù)荷時(shí)“先減少燃料后減少空氣”，同樣克服了 空氣與燃料回路特性的差異。 通過上述分析可知，該系統(tǒng)對(duì)燃料流量和空氣流量只規(guī)定了不超過冒黑煙界線，并沒有規(guī)定空氣過剩的界線。也就是說，系統(tǒng)只限制了升負(fù)荷時(shí)剩余空氣系數(shù) μ 的下降幅度，即 μ ? （ μ sa1），而不能抑制降負(fù)荷時(shí)剩余空氣系數(shù) μ 的上升，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 這也是該系統(tǒng)的缺點(diǎn)。由于該系統(tǒng)只對(duì)剩余空氣系數(shù) μ 做了單向限幅，故起名為單交叉限幅。 單交叉限 幅 燃燒控制系統(tǒng)特點(diǎn) 單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng) 升負(fù)荷時(shí)空氣先行，降負(fù)荷時(shí)煤氣先行，由于采用了這種控制方式，所以 單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng) 具有以 下特點(diǎn)： （ 1） 當(dāng)升負(fù)荷時(shí)，先增加空氣后增加燃料；當(dāng)降負(fù)荷時(shí)，先減少燃料后減少空氣。這樣，可以防止冒黑煙。 （ 2）一旦空氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障， Fa 降于 0，那么燃料流量也自動(dòng)降為 0，確保安全燃燒。 （ 3）當(dāng)降負(fù)荷時(shí)，不能抑制剩余空氣系數(shù) μ 的上升，在這段動(dòng)態(tài)過程 中 燃燒效率有所下降。 由于單交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)限制了剩余空氣系數(shù) μ 的下限值，可以防止負(fù)荷增加的動(dòng)態(tài)過程中燃料過剩所引起的不完全燃燒。但它沒有限制剩余空氣系數(shù) μ的上限值，因而導(dǎo)致負(fù)荷減少的動(dòng)態(tài)過程中空氣過剩，使得燃燒效率降低。為了克服上述缺點(diǎn)，可采用雙交叉限 幅 燃燒控制系統(tǒng)。 雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng) 雙交叉限幅燃燒控制原理圖 L S 1L S 2H S 2+ a 4/ r+ a 1* rH S 1 a 2 a 3F f CT C爐溫F a C燃 料空 氣M VT iS iF fS fF aF aS fF fACBDE圖 雙交叉限幅燃燒控制原理圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng) 是在單交 叉限幅燃燒控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了高值選擇器 HS2，低值選擇器 LS 2，正偏置 +a4(%)和負(fù)偏置 a3(%),從而保證了爐子負(fù)荷擾動(dòng)的過程中，既限制了剩余空氣系數(shù) μ 的下限值，又限制了它的上限值，使得燃料流量 Ff和空氣流量 Fa 分別限制在冒黑煙界限和空氣剩余界限之內(nèi)。 雙交叉限幅燃燒控制系統(tǒng)的工作原理 在燃料流量調(diào)節(jié)回路中 ，爐溫調(diào)節(jié)器 TC 的輸出信號(hào) A，與根據(jù)空氣流量測(cè)量值 Fa 算出的所需燃料流量減去偏置 a3 (%)得到的信號(hào) C rFaC a??? )1001( 3 （ ） 和信號(hào) B 相比較，由高值選擇器 HS2和低值選擇器 LS 1來選通 A、 C、 B 之一作為燃料流量調(diào)節(jié)器 FfC 的給定值 Sf。 在空氣流量調(diào)節(jié)回路中，爐溫調(diào)節(jié)器 TC 的輸出信號(hào) A，與燃料流量測(cè)量值Ff加上偏置 a4(%)得到的信號(hào) E fFaE ??? )1001( 4 （ ） 和信號(hào) D 相比較，由低值選擇器 LS 2和高值選擇器 HS1來選通 A、 E、 D 之一，再乘以空燃比 r 作為空氣流量調(diào)節(jié)器 FaC 的給定值 Sa。 下面分別對(duì)負(fù)荷穩(wěn)定，升負(fù)荷和降負(fù)荷這三種狀態(tài)進(jìn)行分析。 系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，爐溫調(diào)節(jié)器 TC 的輸出信號(hào) A 同時(shí)作為燃料和空氣流量調(diào)節(jié)回路中的給定信號(hào)，此時(shí)剩余空氣系數(shù)等于給定值 μ s 。 當(dāng)升負(fù)荷時(shí)，信號(hào) A 急劇上升，發(fā)生正跳變，先看空氣流量調(diào)節(jié)回路的情況。此時(shí) AE ， LS 2 選通 A。當(dāng) A 正跳變到 AE 時(shí)， LS2 選通 E， A 被中斷，同時(shí)ED,HS1又選通 E，再乘以 r 作為空氣流量給定值 Sa，使空氣隨著 E 值的增加而增加，即空氣流量隨著燃料流量的增加而增加，交叉限制開始。當(dāng) E 增加到 EA時(shí)， LS 2選通 A， E 被中斷，同時(shí)， AD， HS1又選通 A，再乘以 r 作為空氣流量給定值 Sa，交叉限制結(jié)束 ， 此時(shí)系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài) ； 再看燃料流量調(diào)節(jié)回路的情況 ， 此時(shí) AC， HS2選通 A。當(dāng) A 正跳變到 AB 時(shí)， LS1又選通 B， A 被中斷，B 作為該回路的燃料給定值 Sf，使燃料流量隨著 B 值的增加而增加，即燃料流量隨著空氣流量的增加而增加 ， 交 叉限制開始。當(dāng) B 增加到 BA 時(shí)，同時(shí) AC，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） HS2選通 A， LS 1也選通 A， A 作為該回路的燃料流量給定值 Sf，交叉限制結(jié)束，此時(shí)系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。至此，升負(fù)荷的過渡過程結(jié)束。在這個(gè)動(dòng)態(tài)的過程中，燃料流量和空氣流量互相影響，交替增加 [8]。 當(dāng)降負(fù)荷時(shí)，信號(hào) A 急劇下降，發(fā)生負(fù)跳變。先看燃料流量調(diào)節(jié)回路的情況，此時(shí) AC， HS2選通 A。當(dāng) A 負(fù)跳變到 AC 時(shí)， HS2選通 C， A 被中斷，同時(shí) CB，LS 1又選通 C， C 作為該回路的燃料流量給定值 Sf，使燃料流量隨著 C 值的減小而減小，即燃料流量隨著空氣流量的減小而減小，交 叉限制開始。當(dāng) C 減小到 CA 時(shí)， HS2選通 A，同時(shí)， AB， LS 1也選通 A， A 作為該回路的燃料流量給定值 Sf，交叉限制結(jié)束。此時(shí)系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)；再看空氣流量調(diào)節(jié)回路的情況，此時(shí)AE， LS 2選通 A。當(dāng) A 負(fù)跳變到 AD 時(shí)， HS1又選通 D，再乘以 r 作為空氣流量給定值 Sa，使空氣流量隨著 D 值的減小而減小，即空氣流量隨著燃料流量的減小而減小，交叉限制開始。當(dāng) D 減小到 DA 時(shí)，同時(shí) AE， LS 2選通 A， HS1也選通 A，再乘以 r 作為空氣流量給定值 Sa，交叉限制結(jié)束，此時(shí)系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。至此，降負(fù)荷的過渡過程 結(jié)束。在這個(gè)動(dòng)態(tài)過程中，空氣流量和燃料流量互相影響，交替減小。 通過上述分析可知，當(dāng)升負(fù)荷時(shí)，由于信號(hào) A 急增，偏置 a1(%)和 a4(%)分別給燃料流量調(diào)節(jié)器 FfC 的給定值和空氣流量調(diào)節(jié)器 FaC 的給定值一個(gè)增量，信號(hào)B 和 E 使 FfC 和 FaC 的給定值既受到限制又交替上升；反之，當(dāng)降負(fù)荷時(shí)，由于信號(hào) A 急減，偏置 a3(%)和 a2(%)分別給 FfC 和 FaC 的給定值一個(gè)減量，信號(hào) C 和D 使 FfC 和 FaC 的給定值既受到限制又交替減小。 該系統(tǒng)對(duì)燃料流量和空氣流量既規(guī)定了冒黑煙界限，又規(guī)定了空氣剩余界限。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)， 剩余空氣系數(shù)等于給定值 μ s。在升、降負(fù)荷的動(dòng)態(tài)過程中，不但升負(fù)荷時(shí)剩余空氣系數(shù)不低于防止冒黑煙的下限值，即 μ ? （ μ sa1） 。而且降負(fù)荷時(shí)剩余空氣系數(shù)又不高于規(guī)定的上限值，即 μ ≤ （ μ s+a3）。由于該系統(tǒng)對(duì)剩余空氣系數(shù)做了雙向限幅，故起名為雙交叉限 幅 。這正是雙交叉限 幅 系統(tǒng)優(yōu)于單交叉限 幅系統(tǒng) 之處，從而使燃燒過程無論在穩(wěn)定狀態(tài)還是動(dòng)態(tài)過程都能保持在最佳燃燒區(qū)，達(dá)到防止冒黑煙、防止污染和節(jié)能的目的。 雙交叉限幅燃燒控制 系統(tǒng)中設(shè)置的四個(gè)偏置 + a1 (%)、 a2 (%)、 a3 (%)、 + a4 (%)的作用如下： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） （ 1）在動(dòng)態(tài)過程中可以起限幅作用，當(dāng)升負(fù)荷時(shí)， + a1 (%)作為防止冒黑煙的界限設(shè)定， + a4 (%)作為空氣過剩的界限設(shè)定，反之，當(dāng)降負(fù)荷時(shí)， a3 (%)作為空氣過剩的界限設(shè)定， a2 (%)作為防止冒黑煙的界限設(shè)定。 （ 2）補(bǔ)償空氣和燃料流量回路間特性的差異，可以通過選擇 a4 (%)a1 (%)，當(dāng)升負(fù)荷時(shí)多增加一些空氣流量，實(shí)現(xiàn)“先增加空氣后增加燃料”，選擇a3(%)a2(%)，當(dāng)降負(fù)荷時(shí)多減少一些燃料，實(shí)現(xiàn)“先減少燃料后減少空氣”，這 樣，不僅可以使燃料和空氣流量的變化速度相協(xié)調(diào)，而且可以解決因燃料流量調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作 過 快，往往空氣流量調(diào)節(jié)閥跟不上而失調(diào)，引起冒黑煙的問題。 （ 3） 在穩(wěn)態(tài)過程中防止空氣和燃料流量的波動(dòng)， + a1 (%)和 a3 (%)可以防止因空氣流量的波動(dòng)而引起燃料流量的波動(dòng)，而 a2 (%)和 + a4 (%)可以防止因燃料流量的波動(dòng)而引起空氣流量的波動(dòng)。這就相當(dāng)于設(shè)置了一個(gè)死區(qū)，可以防止干擾和改善系統(tǒng)響應(yīng)特性。 雙交叉限幅燃燒控制 特點(diǎn) 雙交叉限幅方法是針對(duì)動(dòng)態(tài)過程的一種控制方式，從理 論上講，燃燒過程中，空燃比保持在最佳 值，可以減少廢氣中的污染 物 含量 ，從而實(shí)現(xiàn)了燃料流量和溫度的良好控制。但由于系統(tǒng)分析也是基于理想狀態(tài)，在實(shí)際應(yīng)用中也存在不足之處。 雙交叉限幅燃燒控制 系統(tǒng) 的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）保證空氣過剩率 雙交叉限幅有力地限制了空氣過剩率的實(shí)際值，克服了單交叉限幅的不足，從而保證了在負(fù)荷波動(dòng)的過程中，空氣過剩率 μ 不會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)定值，保證燃燒控制系統(tǒng)工作在最佳燃燒區(qū)域內(nèi)。 （ 2）克服煤氣壓力波動(dòng)的影響 在加熱爐系統(tǒng)中，煤氣壓力的波動(dòng)范圍非常大（ ～ ），在同一閥門開度下 ，導(dǎo)致煤氣流量發(fā)生很大的變化。雙交叉系統(tǒng) 能夠使得空氣和煤氣回路同時(shí)感應(yīng)到煤氣流量的變化，做出相應(yīng)的調(diào)整， 從而 保證了系統(tǒng)不受壓力波動(dòng)的干擾。 （ 3）出鋼質(zhì)量和環(huán)境保護(hù) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 雙交叉限幅減少了缺氧燃燒和過氧燃燒帶來的熱損失，降低了系統(tǒng)的能耗，同時(shí)避免了鋼的過氧燒損，保證了出鋼質(zhì)量。并且最大程度上降低了黑煙以及 NOx和 SOx給環(huán)境帶來的污染。 雙交叉限幅燃燒控制方式的缺點(diǎn)： 雙交叉限幅燃燒控制方式雖然能保證燃燒系統(tǒng)工作在最佳區(qū)域內(nèi)， 但是其控 制方式在實(shí)際的工程應(yīng)用中效果較差，通過理論分析 總結(jié)出了影響雙交叉限幅性能的原因： （ 1）響應(yīng)速度慢 從原理分析可以得出， 雙交叉限幅燃燒控制實(shí)質(zhì)上犧牲了系統(tǒng)跟蹤負(fù)荷變化的速度，降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。當(dāng) a1～ a4 選擇很小的時(shí)候，雖然能夠達(dá)到節(jié)能的目的，并且有利于環(huán)保，但過小的限幅系數(shù)使系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷變化響應(yīng)的快速性大大降低。 （ 2）無法克服熱值波動(dòng) 在燃燒控制系統(tǒng)中，由于煤氣熱值發(fā)生變化，空燃比應(yīng)該跟著變化，否則就不能保證系統(tǒng)的最佳燃燒控制。當(dāng)熱值上升時(shí)，空燃比