锅炉燃烧自动控制..doc

摘 要 本文研究了燃煤锅炉燃烧系统的自动控制问题。首先简述了燃煤锅炉的工艺流程、特点及调节系统的任务；分析了燃烧系统调节对象的特性。根据工艺特点，把燃烧控制分成主汽压控制、燃烧经济性控制和炉膛负压控制三部分，分别进行讨论。针对主汽压控制系统这一复杂对象，结合模糊逻辑控制理论，提出了FUZZY—SMITH控制算法，并且与传统PID控制和PID—SMITH控制相比较，仿真结果表明该算法具有良好的动静特性及很强的鲁棒性。 根据现场采集到的数据分析，在锅炉实际生产中，蒸汽压力一定的情况下，热效率和送风量存在着二次曲线的关系。由于二次曲线存在极值，这个极值就是我们要寻求的燃烧最优点。本论文以热量信号为寻优的目标函数，采用动态自寻优控制方法，使系统不断向最优工作点靠近，提高了热效率。其次，由于寻优是一个连续不断的过程，所以算法可以适应由于煤质变化或工况变化等引起的最佳工作点的漂移，具有较好的实用性。 炉膛负压的控制采用传统的PID控制。 关键词 PID控制 SMITH预估控制 模糊控制 燃煤锅炉 燃烧控制 自寻优 1．1课题来源 工业锅炉已被广泛地应用于国民经济各个部门。通常蒸发量较小的用来供热或提供循环热水，蒸发量大的用来驱动蒸汽轮机和蒸汽机，使热能转化为机械能，或进而转换为电能。一台锅炉要能安全、可靠、有效地运行，运行参数达到设计值，除了锅炉本身设备和各种辅机完好外，还必须要求自动化仪表工作正常和自动控制系统方案正确。 通过调研我们发现，我国的工业或民用采暖锅炉的运行普遍存在自动化程度不高，靠人工经验来控制燃烧的问题。这些问题导致锅炉效率不高，能量浪费。同时，生产现场蒸汽用量经常变化，且没有规律，而供汽量目前都采用人工调节的办法来满足热用量的变化，这种人工调节的办法，使供汽的“量”存在浪费的问题，且供汽的“质”也难以保证。因此，锅炉的自动控制成为一个不容忽视的研究课题。 随着科学技术的不断发展以及对节省能源和自动控制要求的不断提高，对实现自动控制的手段也提出了更高的要求。这样就为计算机在自动控制中的应用提供了迫切性，而计算机技术本身的迅速发展也为其应用提供了可能性，利用计算机来实现生产过程的自动控制是目前自动控制技术发展的方向。 本课题为内蒙古重点攻关项目。 1．2课题发展状况 1．2．1工业锅炉简介 一、工业锅炉的工作过程[1] 图1.1为锅炉结构和工艺流程示意图。燃烧的煤层厚度通过闸板控制，炉排转速可由交流变频调速电机控制。尾部受热面有省煤器和空气预热器。 图1.1 10t/h锅炉结构和工艺流程示意图 给水通过省煤器预热后给锅炉上水，空气经空气预热器后由炉排左右两侧6个风道进入，烟气通过除尘器除尘，由引风机送至烟囱排放，主蒸汽经过过热器送至汽柜和用汽部门。鼓风机、引风机都是由交流变频器来控制，通过调节鼓风机、引风机的速度来实现控制鼓风量、引风量。 二、锅炉自动控制的主要任务[2] （一）锅炉汽包水位的控制 汽包水位是锅炉安全运行的主要参数之一。水位过高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热器管内结垢，影响传热效率，严重的将引起过热管爆管；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环，引起水冷壁局部过热而爆管。尤其是大型锅炉，例如，30万KW机组的锅炉蒸发量为1024t/h，而汽包容积较小，一旦给水停止，则会在十几秒内使汽包内的水全部汽化，造成严重的事故。 （二）过热蒸汽温度的控制 大型锅炉的过热器是在接近过热器金属管的极限高温条件下工作的，金属管道强度的安全系数很小，过热蒸汽温度过高会使金属管道的强度大为降低，影响设备安全；温度过低则使全厂热效率显著下降。所以过热蒸汽温度是有关安全和经济性的重要参数。过热蒸汽温度自动调节的任务是维持过热器出口汽温在允许范围内，以确保机组运行的安全性和经济性。 锅炉燃烧过程的控制 燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃料的种类和供给系统、燃烧方式以及锅炉与负荷的联接方式都有关系，但是燃烧过程自动调节的任务都是一样的。归纳起来，燃烧过程调节系统有三大任务。 第一个任务是维持汽压恒定。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。 第二个任务是保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。 第三个任务是调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。 对于一台锅炉，燃烧过程的这三项调节任务是不可分隔的，对调节系统设计时应加以注意。 1．2．2工业锅炉控制的发展与现状 一、锅炉自动控制装置的发展 锅炉是一种将一次能源（煤炭、石油、天然