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锅炉燃烧系统自动控制设计方案

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发表于 2011-6-18 09:25:12 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一. 锅炉燃烧系统的控制目标& \8 A7 H+ G) V4 k1 p/ F
锅炉燃烧系统主要有三大控制目标:' s2 e% ^# i6 ^7 J0 R
1. 控制主蒸汽的压力恒定,以便满足“负荷流量”所需的压力。例如:负荷流量为35吨/小时的供热锅炉,需要把压力控制在3.3兆帕左右。8 Q/ O6 S: p1 H' y
2. 控制炉膛内氧的含量。一要保证有足够的氧供燃料充分燃烧,不使烟气中有过量的CO,避免浪费燃料和造成环境污染;二是要满足经济燃烧的要求,保证氧量不能过多,以避免尾气带走过多热量形成浪费。例如:一般燃气锅炉需要将含氧量控制在3%~6%之间比较好。
: w- G" h  A" g/ `/ e% S% A1 I3. 控制炉膛负压在一定范围,保证安全生产。例如:炉膛负压一般要求在-20 ~ -40帕之间比较合适,保证炉膛不往外喷火。4 q! j5 G2 Z+ q: s2 n. I
二. 锅炉燃烧系统的控制手段$ D# u( g3 ^/ R7 I8 ~( ]
根据上述控制目标,锅炉燃烧系统需要相应的控制手段:
; ^. Q4 V6 |1 g8 A1. 主蒸汽压力的控制:主要通过调节输入的燃料量和送风量的多少来实现。当“负荷流量”增加时,压力会下降,为了保证流量的供应,必须提高压力使其返回到额定值,因此调节手段主要是增加燃料输入量和送风量;当“负荷流量”下降时,压力会上升,为了保证流量供应,须降低压力使其返回额定值,这时的调节手段主要是减少燃料输入量和送风量;当“负荷流量”恒定时,保持压力为额定值不变。" J. @+ v3 a0 q0 {7 R
2. 炉膛内含氧量的控制:主要通过调节空气(即送风量)和燃料的输入成一定的比例来实现。一般情况下,燃料增加时,燃料耗氧量要增加,为了保证含氧量不致于过低,调节手段是必须相应地增加一定比例的空气量(送风量);燃料减少时,燃料耗氧量会减少,为了保证含氧量不致于过高,这时的调节手段应该是成比例地减少一定的空气量(送风量)。6 e; Y6 s6 b' X+ h4 h+ `: r, i
3. 炉膛负压的控制:主要通过调节引风机的引风量来实现。当燃料和送风需要增加时,炉膛负压势必会向正压的方向减小,为了保证负压,调节手段应该是先增加引风量;当燃料和送风需要减少时,炉膛负压势必会向负的方向增大,这时的调节手段应该是先减少引风量。
4 a) `% h% l0 |2 K" r; j* n三. 锅炉燃烧系统的对象复杂性
8 D( o5 v2 D* h1 U锅炉燃烧系统的三个控制目标是相辅相成的,蒸汽压力变化,需要调节燃料和送风,这势必会引起炉膛含氧量和负压的变化;炉膛含氧量变化,需要调节送风和燃料,同样也要引起蒸汽压力和炉膛负压的变化;炉膛负压变化,需要调节引风,反过来也要引起含氧量的变化。因此是一个强相关、强耦合的系统。同时,由于实际过程中燃料的配比极其不稳定、燃料的热值时好时坏,“负荷流量”的需要量有时高有时低,致使被控对象极其不稳定,所以锅炉燃烧对象存在强烈的外部干扰。另外,燃烧系统需要经过汽包汽水分离系统才能形成蒸汽,这又使得主蒸汽的压力变化具有一定的滞后性。总之,锅炉燃烧对象是一个具有多变量、强耦合、强干扰、大滞后的复杂过程系统。
7 r5 P) l/ `7 Z9 d+ Z/ I四.锅炉燃烧系统的控制方案3 P; {+ F: H5 z- W: D( p
由于锅炉燃烧对象是一个具有多变量、强耦合、强干扰、大滞后的复杂过程系统,常规的PID控制很难相互兼顾使三个控制目标达到相对稳定,因此需要考虑更加复杂的、先进的、智能化的控制方案才能实现。例如:可以采用多变量的模糊控制、预测控制、鲁棒控制、神经网络控制、自适应控制、专家系统控制等;也可多种智能控制融合使用,如多变量模糊预测控制、模糊自适应控制、鲁棒PID控制、模型参考自适应控制、模糊神经网络控制等。
; H. E$ x* _# G! u" \. w五.锅炉燃烧系统的智能控制应用实例
8 c% N* |/ X! o1 C! i在河南安阳钢铁公司的锅炉燃烧系统中,针对实际情况,我们采用了一种多输入多输出的专家预测控制系统方案。这种多变量专家预测控制方案,把蒸汽压力、炉膛氧含量、炉膛负压作为被控变量,把煤气支管调节阀开度、送风机频率、引风机频率作为控制变量,考虑被控变量的历史变化趋势,采用向后预测、多步局部优化的方式,使三个被控变量逐步趋近于目标值。下面是控制系统的主画面:
. ~# u: f5 \2 @$ _+ x1 R6 U 200744105245278.jpg # c8 Z: j( d9 u1 R# Q, ]2 d7 E' y
由于直接采用多变量控制,所以就避免的复杂的解耦运算;由于预测算法考虑了被控量的历史变化趋势,并在每个控制周期进行局部优化,所以系统能够有效的抗击外部干扰,并且能够较好地消除滞后带来的影响。经过实际投运,算法的优越性得到了验证,系统运行稳定,控制效果良好。
( m6 b& u# F0 ]) l8 b文章关键词: 锅炉
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