基于模糊控制算法的锅炉燃烧控制系统的研究毕业论文(编辑修改稿)

基于模糊控制算法的锅炉燃烧控制系统的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

4. 省煤器 ： 是利用烟气余热加热锅炉给水 ， 以降低排出烟气温度的换热器。 5. 空气预热器 ： 是继续利用离开省煤器后的烟气余热 ， 加热燃料燃烧所需要的空气的换热器。 通常 ， 大、中型锅炉中均设有空气预热器。 为保证正常工作 ， 锅炉还必须有一些辅助设备 ， 包括以下几个部分 ： 1. 引风设备 ： 包括引风机、烟囱、烟道口几部分 2. 送风设备 ： 由送风机和风道所组成 5 3. 给水设备 ： 由给水泵和给水管组成 4. 水处理设备 ： 其作用为清除水中杂质和降低给水硬度 5. 燃料供给设备 ： 由运煤设备、原煤仓和储煤斗等设备组成 6. 除灰除尘设备 ： 除灰设备是收集锅炉灰渣并运往储灰场地的设备 锅炉工作过程 锅炉的工作过程概括起来包括三个同时进行着的过程 ： 燃料的燃烧过程，烟气向水的传热过程和水的汽化过程。 燃煤锅炉的燃烧过程 ： 燃料煤加到煤斗中并抖落在炉排上，通过减速机、链条带动炉排转动，将燃料煤带入炉内。 煤边燃烧边向后移动，引风机将燃烧所需的空气送入风箱，向上通过炉排到达燃烧层。 风量和燃料量成比例 (风煤比 )，以便进行充分燃烧，形成高温烟气。 燃料煤燃烧剩下的灰渣，在炉排末端返过除渣板后排入灰斗。 此过程称为燃烧过程。 烟气向水的传热过程 ： 由于燃料的燃烧放热， 炉膛内温度很高。 高温烟气与水冷壁进行强烈的辐射换热和对流换热， 将热量传递给管内的水。 烟气受引风机、烟囱的引力向炉膛上方流动。 经过 烟气出烟窗 (炉膛出口 )并通过防渣管后就冲刷蒸汽过热 器 (蒸汽过热器是一组垂直放置的蛇形管受热面，使汽锅中产生的饱和蒸汽在其中受烟气加热而过热 )。 烟气流经过热器后又经过胀接在上、下炉筒间的对流管束，使烟气冲刷管束，再次以对流换热方式将热量传递给管束内的水。 沿途降低温度的烟气最后进入尾部烟道，与省煤器和空气预热器内的水进行热交换后，以较低的烟温排出锅炉。 省煤器实际上就是给水预热器，它和空气预热器一样，都设置在锅炉尾部烟道中，以降低排烟温度，提高锅炉效率，从而节省燃料。 水的汽化过程 :就是蒸汽的产生过程 ， 主要包括水循环和汽水分离过程。 经过处理的水由泵加压 ， 先流经 省煤器而得到预热 ， 然后进入汽锅。 锅炉工作时 ， 汽锅中的工作介质是处于饱和状态下的汽水混合物。 位于烟温较低区段的对流 6 管束 ， 因受热较弱 ， 汽水的容重较大。 而位于烟气高温区的水冷壁和对流管束 ， 因受热强烈 ， 相应水的容重较小 ， 因而容重大的往下流入下锅筒 ， 而容重小的则向上流入上锅筒 ， 形成了水的自然循环。 蒸汽产生的过程是借助上炉筒内装设的汽水分离设备 ， 以及在锅筒本身空间中的重力分离作用 ， 使汽水混合物得到分离。 蒸汽在上锅筒顶部引出后进入蒸汽过热器 ， 而分离下来的水仍回到上锅筒下半部分的水中。 锅炉的主要控制系统 供热锅炉设备的控制任务是根据热负荷的需要 ， 供应一定温度的蒸汽 ， 同时使锅炉在经济的条件下运行。 按照这些控制要求 ， 锅炉设备有以下主要的控制系统。 1 锅炉汽包水位控制 2 锅炉燃烧系统的控制：燃烧控制中三个被控变量是蒸汽压力 (或负压 )、烟气分(经济燃烧指标 )和炉膛负压。 可选用的操纵变量也是三个 :燃烧量、送风量和引风量。 组成的燃烧系统控制方案要满足燃烧所产生的热量。 要使燃料与空气量之间保持一定的比值 ， 保证燃烧的经济性和锅炉的安全运行。 要使引风量与送风量相适应 ，保证炉膛负压在一定的范围内。 3 过热蒸汽系统的控制 在本文中着重对锅炉燃烧系统进行研究 ， 设计出燃烧系统的控制方式。 而对其控制系统的控制不作详细描述。 锅炉燃烧系统的动态特性 燃料传送 过程 燃料煤传送过程的输入参数是给煤机的转速 ， 输出参数是给煤量的多少。 给煤机在动态特性上是一个一阶滞后环节。 同时 ， 给煤机传送具有纯滞后时间 T。 所以 ，煤粉传送过程的传递函数为 下式 ()： 𝐺1(s)= K1𝑇1𝑠+1𝑒−𝜏𝑠 () 其中， K1 为放大系数， T1 时间常数，单位 s， τ 为煤传送滞后时间，单位 s。 7 燃料燃烧过程 燃料燃烧过程的输入参数是给煤量 ， 输出参数是燃料燃烧所产生的热量 ， 可以用一阶滞后环节来近似描述其动态特性 ，如式 ()： 𝐺2(s)= K2𝑇2𝑠+1 () K2 为 燃烧过程的放大系数 ， T2 燃烧过程的时间常数。 蒸汽形成过程 蒸汽形成过程包括汽水蓄热和蒸汽析出两个过程 ， 它的输入参数为导管传递给省煤器省煤段和循环系统中汽水混合物的热量 ， 输出参数按理应当是锅炉水所含有的热量 ， 在一定的压力下 ， 蒸发强度与受热强度成正比 ， 因此可以用受热过程中析出的蒸汽量 Ds 来衡量锅炉水含热量的变化。 所以 ， 输出参数可以为析出管道出口的蒸汽量 Ds 在研究蒸汽形成过程的动态特性时 ， 可以分省煤器省煤段和循环系统中蒸发段两部分。 对于循环系统蒸汽段 ， 其传递函数可表示为 下式 ()： G31 (s)= K31∗ 1−e−T31sT31 s () 省煤器省煤段的传递函数可表示为 下式 ()： G32 (s)= K32 ∗ 1−e−T32sT32 s () T31 循环系统蓄热过程的时间常数 ， 单位 s； K31 循环系统蓄热过程的放大系数 ；T31 省煤器省煤段的停留时间 ， 单位 s； K31 省煤器省煤段的放大系数。 综合 公式 ， 可以求出蒸汽形成过程的传递函数 为下式 ()： G3(s)= G1(s)+G2(s) () 锅炉供暖系统的控制要求 锅炉供暖系统包括两个主要控制任务 ， 一个是燃烧系统控制 ， 另一个是给水系统控制。 另外还有过热蒸汽系统的控制和锅炉水处理过程的控制等。 其中燃烧系统 8 的控制是主要的。 燃烧控制的基本任务既要供热量适应负荷的需要 ， 还要保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性。 因此 ， 燃烧控制要通过调节给煤量来保持分配到的负荷。 调节送风量使之随时与给煤保持恰当的比例 ， 以保证完全的燃烧和最小的热损失。 调节引风使之随时与送风相适应 ， 以保持炉膛负压在一定的范围内。 多台锅炉并列运行的母管制方式 ， 还要实现按预定比例向各台锅炉分配负荷 ， 使各台锅炉负荷均衡 ， 共同维持供热母管的正常运行。 给水控制的任务主要是控制供水流量和回水流量 ， 从而间接地影响供水温度和回水温度 ， 从一定程度上解决一直困扰供热系统的竖 向失调问题。 燃烧自动控制的任务是 :使燃烧燃料产生的热量适应需求量 ， 使燃料量与送风量随时保持适当的配比 ， 以保证烟气中含氧的最佳值 ， 即最佳过剩空气系数 ， 达到经济燃烧。 使引风量随时与送风量保持平衡 ， 维持炉膛负压不变。 根据锅炉燃烧过程的特点 ， 燃烧自动控制是这样来实现的 ， 即 :通过调节给煤、送风和引风来保证蒸汽压力、烟气含量和炉膛负压为一定值。 燃烧过程的控制基本要求有三个 : 保证出口蒸汽压力稳定 ， 能按负荷要求自动增减燃料量。 燃烧良好 ， 供气适宜。 既要防止空气不足使烟囱冒黑烟 ， 也不要因空气过量而增加热量损失。 保证锅炉安全运行。 保持炉膛一定的负压 ， 以免负压太小 ， 甚至为正 ， 造成炉膛内热烟气往外冒出 ， 影响设备和工作人员的安全 :如果负压过大 ， 会 使热量损失增加。 9 1 号 + + 给煤量 + _ 1 号 + + + + 送风 引风 2 号 …… . …… . …… . 2 号 图 锅炉燃烧系统控制图 锅炉燃烧控制系统框图 根据母管制并行运行 ， 锅炉燃烧过程调节所要完成的任务 ， 将整个系统分成四个相互联系的子系统 ， 即压力调节系统 (调节与并列运行的所有锅炉均有关的母管压力 )、每台 锅炉 给煤调节系统、送风调节系统和引风调节系统。 通过对这四个系统的分析 ， 可以得到锅炉燃烧控制系统的结构 (如图 所示 )。 为了使给煤机、送风机、引风机协调工作 ， 以克服耦合 的影响 ， 必须采用多变量输入多变量输出的协调控制方式控制锅炉的燃烧过程。 给煤调节系统的设计 在锅炉的燃烧系统中 ， 给煤调节器是整个燃烧控制系统中的重要环节 ， 是节约能源 ， 提高经济效益的主要实现途径。 燃料在锅炉中燃烧形成烟气 ， 烟气中的含氧量由氧化锆分析仪来检测 ， 并转换为标准的电压信号 ， 伏值 0— 5V， 送给单片机的模拟输入通道 ， 单片机接受到信号后进行判断后 ， 将信号送出 ， 对变频器进行相应的控制 ， 以此来控制电动机的转速 ， 从而控制送入锅炉的给煤量 ， 使 燃烧达到最佳设定负荷 母管压力调节器 最佳O2% 增量前馈 负荷调节器 温度调节器 氧量调节器 测量 O2% 送风门挡板 一号锅炉 设定炉膛负压 送风前馈 母管压力反馈及负荷量计算 引风调节器 引风阀 母 管 炉膛负压反馈 10 热效率。 在给煤调节系统中 ， 分为两部分 :一个是负荷主调节器 ， 另一个是炉膛温度副调节器。 主副调节器都采用模糊自整定控制器。 由于系统在动态调节过程中 ， 要求控制器具有较好的鲁棒性和快速性 ， 对精度要求不是十分高 ， 因此采用常用的二维模糊控制器。 在实时控制过程中 ， 为了减少运算量 ， 将模糊控制规律制成模糊控制表。 模糊控制器的输入变量是锅炉的负荷及锅炉负荷变化 ， 输出是链条炉的给煤量。 根据现场的控制要求和模糊推理求出模糊控制规则表 (见表 )。 表 主调节器模糊控制表 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 2 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 2 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 3 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 5 3 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 4 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 为了使锅炉的炉膛温度控制在稳定的范围之中 ， 提高锅炉的运行工况 ， 缩小各锅炉之间的 不均衡性 ， 还要引入副调节器 ， 对给煤量进行修正 ， 以使炉膛温度控制在一定的范围之内。 对于炉膛温度修正副调节回路 ， 取炉膛温度的偏差及偏差变化为模糊控制器的输入变量 ， 修正给煤量为控制器的输出变量 ， 求出模糊控制规律 (见表 )。 这些工作都是离线进行的 ， 求出模糊控制表后 ， 将其存入计算机中。 实时控制时 ， 模糊控制器只需要进行以下的工作 :在每个控制周期中采样给定负荷值 ， 炉膛温 11 度值 ， 并计算出相应的负荷偏差、温度偏差及偏差的变化量 ， 再将各变量分别进行模糊量化 ， 取得以相应论域元素表征的查找模糊控制表所需的模糊量的论域值 ， 然后根 据论域元素的值查找模糊控制表可以得出输出论域值元素。 将该论域元素值乘以相应的调节器的比例因子 ， 得出给煤量的输出信号。 表 炉膛温度修正量调节模糊控制表 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 5 4 3 2 5 6 6 6 5 5 5 5 4 3 3 2 2 1 4 6 6 6 5 4 4 4 3 2 1 0 0 0 3 5 5 5 4 3 3 3 2 1 1 0 0 0 2 4 4 4 3 2 2 2 1 0 0 0 0 0 1 3 3 3 2 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 2 2 2 1 0 0 0 0 0 1 2 2 2 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 2 3 3 3 2 0 0 0 0 0 1 2 2 2 3 4 4 4 3 0 0 0 1 1 2 3 3 3 4 5 5 5 4 0 0 0 1 2 3 4 4 4 5 6 6 6 5 1 2 2 3 3 4 5 5 5 5 6 6 6 6 2 3 4 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 主副调节器的给煤量信号按以下公式 ()合成 : Bw = KbB+ Kc。