锅炉燃烧控制系统仿真.docx

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锅炉燃烧控制系统仿真

内蒙古科技大学

本科生课程设计论文

题目：

锅炉燃烧控制系统的仿真

学生姓名：

孙艳立

学号：

0967106240

专业：

自动化

班级：

09-2班

指导教师：

李琦

2012年11月3日

内蒙古科技大学课程设计任务书

课程名称

控制系统仿真

设计题目

转速闭环控制的直流调速系统仿真

指导教师

李琦

时间

2012年10月29日至11月2日

一、教学要求

1、直流电机调速系统的基本工作原理；

2、通过对直流电机调速系统的建模，掌握使用Matlab/Simulink软件及PowerSystem工具箱对直流调速系统的建模与仿真方法；

3、理解直流调速系统中，开环、转速单闭环及带电流截止副反馈的转速单闭环调速系统的工作原理，理解以上系统的启动过程电流、转矩、转速的变化，以及调速过程中转矩与转速的关系。

二、设计资料及参数

设计资料详见《电力电子与电力拖动控制系统的Matlab仿真》（洪乃刚主编）6.2.1-6.2.2节；

本设计涉及到的控制原理、电力拖动自动控制系统等内容参考相关专业课教学内容。

设计参数：

见《电力电子与电力拖动控制系统的Matlab仿真》（洪乃刚主编）6.2.1-6.2.2节；

三、设计要求及成果

1、利用Simulink及PowerSystem工具箱建立直流电动机转速单闭环系统模型，并仿真；

2、利用Simulink及PowerSystem工具箱建立带电流截止副反馈的直流电动机转速单闭环系统模型，并仿真；

3、分析以上仿真中，启动过程电流、转矩、转速的变化，以及调速过程中转矩与转速的关系。

通过示波器观察仿真结果，并结合电力拖动自动控制系统课程中的内容验证仿真的正确性;

4、撰写不少于3000字的设计报告。

设计报告要求提交纸质文档，设计报告包括设计背景、设计原理、设计过程、结果分析等几个部分，要求给出设计模型图以及仿真结果图。

相关Matlab/Simulink设计文件要求提交电子文档。

四、进度安排

收集和查阅资料（一天）

Matlab/Simulink建模（两天）

控制系统设计与优化（一天）

编写技术设计书（一天）

五、评分标准

课程设计成绩评定依据包括以下几点：

1）工作态度（占10%）；2）基本技能的掌握程度（占20%）；3）方案的设计是否可行和优化（40%）；4）课程设计技术设计书编写水平（占30%）。

分为优、良、中、合格、不合格五个等级。

考核方式：

设计期间教师现场检查；评阅设计报告。

六、建议参考资料

1、《控制系统数字仿真与CAD》，李国勇，电子工业出版社，2003年9月第1版

2、《电力电子与电力拖动控制系统的Matlab仿真》,洪乃刚，机械工业出版社，2006年5月第1版

3、《电力拖动自动控制系统》，陈伯时，机械工业出版社，1991年，第2版

4、《自动控制原理》上、下册，吴麒，清华大学出版社，1994.5第1版

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。

关键字：

锅炉控制仿真系统

锅炉燃烧控制系统的仿真

过程控制系统的matlab仿真

一燃烧控制任务

1一、1、设计背景

燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统,主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。

目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。

燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成,各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。

锅炉燃烧过程自动控制主要包括三项控制内容。

1二、2、控制燃料量

当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时,必须相应地改变锅炉燃烧的燃料量（单位时间内送入炉膛的燃料重量）。

1三、3、控制送风量

为了实现经济燃烧,必须相应地调节送风量,使送风量（单位时间内送入炉膛的空气重量）与燃料量相适应。

燃烧过程的经济与否可以从过剩空气系数是否合适来衡量,过剩空气系数通常可用烟气中的含氧量来间接表示。

也可通过使风量与燃料量成一定比例的方法实现经济燃烧。

控制送风量也是为了实现安全运行,若风量相对于燃料量太少的话,亦可能导致熄火事故。

1四、4、控制引风量

为了保持炉膛压力在要求的范围内,引风量（单位时间内从炉膛引出的烟气重量）必须与送风量相适应。

炉膛压力的高低也关系着锅炉的安全、经济运行。

炉膛压力过低,会使大量的冷风漏入炉膛,将会增大引风机的负荷和排烟损失,炉膛压力太低甚至会引起内爆;反之,炉膛压力高且高出大气压力时,会使烟气冒出,不仅会影响环境卫生,甚至可能影响设备和人身安全。

二燃烧过程的控制

1、设计原理及过程锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的要求，同时还要保证锅炉安全经济运行。

一台锅炉的燃料量、送风量和引风量三者的控制任务是不可分开的，可以用三个控制器控制这三个控制变量，但彼此之间应互相协调，才能可靠工作。

对给定出水温度的情况，则需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。

同时应使炉膛内存在一定的负压，以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火安全和环境卫生。

2、燃料量控制系统燃料控制的任务是使进入锅炉的燃料量随时与蒸汽负荷要求相适应。

当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时，必须相应的改变锅炉燃烧的燃料量。

燃料量控制是锅炉控制中最基本也是最主要的一个系统。

因为给煤量的多少既影响主汽压力,也影响送、引风量的控制,还影响到汽包中蒸汽蒸发量及汽温等参数,所以燃料量控制对锅炉运行有重大影响。

设置燃料量控制子系统的目的之一就是利用它来消除燃料侧内部的自发扰动，改善系统的调节品质。

另外，由于大型机组容量大，各部分之间联系密切，相互影响不可忽略。

特别是燃料品种的变化、投入的燃料供给装置的台数不同等因素都会给控制系统带来影响。

燃料量控制子系统的设置也为解决这些问题提供了手段。

为使具有快速消除燃料扰动措施，采用燃料量作为福变量、蒸汽压力作为主变量的串级控制系统蒸汽压力燃料量的串级控制，风量控制系统为了实现经济燃烧，当燃料量改变时，必须相应的改变送风量，使送风量与燃料量相适应。

燃料量与送风量的关系燃烧过程的经济与否可以通过剩余空气系数是否合适来衡量，过剩空气系数通常用烟气的含氧量来间接表示。

实现经济燃烧最基本的方法是使风量与燃料量成一定的比例。

送风量控制子系统的任务就是使锅炉的送风量与燃料量相协调，可以达到锅炉的最高热效率，保证机组的经济性，但由于锅炉的热效率不能直接测量，故通常通过一些间接的方法来达到目的。

以实测的燃料量作为送风量调节器的给定值，使送风量和燃料量成一定的比例

3、炉膛负压控制及安全控制保持炉膛压力要求范围内，引风量必须与送风量相适应。

炉膛压力高低也关系着锅炉安全和经济运行。

炉膛压力过低会使大量冷风漏入炉膛，将会增大引风机负荷和排烟损失，炉膛压力太低会引起内爆；反之炉膛压力高且高出大气压力时候，会使火焰和烟气冒出，影响环境卫生，可能影响设备和人生安全。

引风量控制子系统任务是保证一定炉膛负压力，且炉膛负压必须控制允许范围内，一般-20Pa左右。

控制炉膛负压手段是调节引风机引风量，其主要外部扰动是送风量。

作为调节对象，炉膛烟道惯性很小，内扰和外扰下，都近似一个比例环节。

一般采用单回路调节系统并加以前馈方法进行控制，为炉膛负压给定值，S为实测炉膛负压，Q为引风量，V为送风量。

炉膛负压实际上决定于送风量和引风量平衡，故利用送风量作为前馈信号，以改善系统调节性能。

另外，调节对象相当于一个比例环节，被调量反应过于灵敏，防止小幅度偏差引起引风机挡板频繁动作，可设置调节器比例带自动修正环节，使小偏差时增大调节器比例带。

负压S测量信号，也需进行低通滤波，以抑制测量值剧烈波动。

三控制系统参数整定及仿真

1、仿真模型的建立

进入MATLAB，单击MATLAB命令窗口工具栏中的SIMULINK图标，或直接键入SIMULINK命令，打开SIMULINK模块浏览器窗口，由于版本的不同，各个版本的模块浏览器的表示形式略有不同，但不影响基本功能的使用。

打开模型编辑窗口：

通过单击SIMULINK工具栏中新模型的图标或选择File→New→Model菜单项实现。

复制相关模块：

双击所需子模块库图标，则可打开它，以鼠标左键选中所需的子模块，拖入模型编辑窗口。

2、控制系统的参数整定

对于燃料流量控制系统，为了使系统无静差，燃料流量控制器采用PI控制形式，其参数Kp=0.55、Ti=15，燃料流量控制系统的阶跃响应曲线如图3-1。

图3-1燃料流量控制系统阶跃响应

蒸汽压力控制与燃料流量控制系统构成串级控制系统，主控制器即蒸汽压力控制器采用PI控制器形式，参数整定为Kp=0.2，Ti=20。

对于空气流量控制系统，空气流量控制器采用PI控制，参数整定为Kp=0.55、Ti=15。

对于负压控制，其控制采用PI控制，参数整定为Kp=0.03、Ti=45

当送风量突变50%的炉膛负压响应曲线如图3-2所示，送风量对炉膛负压影响较大。

图3-2送风量突变时炉膛负压的阶跃响应

3、控制系统的仿真

将前面整定好的子系统连接构成如图3-3所示的燃油蒸汽锅炉的燃烧控制系统仿真框图。

假设蒸汽压力设定值10炉膛负压设定值为5，系统施加幅值为0.2的随机干扰。

系统仿真曲线如图3-4.

图3-3燃烧控制系统的仿真框图

图3-4控制系统的响应曲线

四实训心得体会

通过这周的实训，我学习到了很多matlab软件的知识，使我眼界打开，感受颇深。

在实训中，我们认识了matlab软件的基本功能，了解了它的使用方法及作用。

它为我们的学习带来了很多的便捷。

通过实训，同学们的友谊也增进了不少，很多不太会做的步骤在同学们的帮助下完成了。

我们通过相互学习，相互沟通，一起研究，让本次实训做得相当的成功，心中的成就感与自豪感油然而生。

我们的指导老师，他也和我们一起忙活着，我们总是围在他身边，听他耐心的为我们讲解，直到我们听懂为止。

最后我希望我们班能在以后的生活、学习中表现得更出色，更团结。

老师

能够笑脸常开，万事如意！