锅炉燃烧过程控制新版系统仿真.docx
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锅炉燃烧过程控制新版系统仿真
锅炉燃烧过程控制系统仿真
目标:
经过该项目标训练,掌握串级控制、比值控制、前馈控制在锅炉燃烧过程控制系统综合应用。
原理简述:
燃烧过程控制系统:
燃油锅炉燃烧过程控制关键由三个子系统组成:
蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。
1、蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统
锅炉燃烧目标是生产蒸汽供其它生产步骤使用。
通常生产过程中蒸汽控制是经过压力实现,后续步骤对蒸汽生产用量不一样,反应在蒸汽锅炉步骤就是蒸汽压力波动。
维持蒸汽压力恒定是确保生产正常进行首要条件。
确保蒸汽压力恒定关键手段是伴随蒸汽压力波动立即调整燃烧产生热量,而燃烧产生热量调整是经过控制所供给燃料量和合适百分比助燃空气控制实现。
所以,蒸汽压力是最终被控制量,能够依据生成情况确定;燃料量是依据蒸汽压力确定;空气供给量依据空气量和燃料量合理比值确定。
2、炉膛负压控制系统
锅炉炉膛负压过小时,炉膛内热烟、热气会外溢,造成热量损失,影响设备安全运行甚至会危及工作人员安全;当炉膛负压太大时,会使外部大量冷空气进入炉膛,改变燃料和空气比值,增加燃料损失、热量损失和降低热效率。
控制方案:
某锅炉燃烧系统要求对系统进行蒸汽压力控制。
本项目采取燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统,并辅以炉膛负压控制方案,控制系统框图图所表示。
已知控制系统传输函数:
燃料流量系统数学模型:
G(s)=
空气流量模型:
G(s)=
引风量和负压关系模型:
G(s)=
送风量对负压干扰模型:
G(s)=
并取:
燃料流量至蒸汽压力关系约为:
G(s)=4
蒸汽压力至燃料流量关系约为:
G(s)=1/4
燃料流量和控制流量比值:
G(s)=2
空气流量和燃料流量比值:
G(s)=1
实现步骤:
1、系统稳定性分析
作出伯德图,假如相角裕度Pm>0°或幅值裕度Gm>1,表示系统稳定。
(1)燃料流量系统数学模型:
G(s)=
伯德图:
(2)空气流量数学模型G(s)=
伯德图:
(3)引风量和负压关系模型G(s)=
伯德图:
2、控制系统参数整定
(1)燃烧控制系统
为使系统无静差,燃烧流量调整器采取PI形式,即:
其中,参数Kp和Ki采取稳定边界法整定。
先让Ki=0,调整Kp使系统等幅振荡,即系统临界稳定状态。
系统临界振荡仿真框图及其振荡响应图所表示:
统计此时振荡周期Tcr=10.7s和百分比参数Kcr=3.55,则Kp=Kcr/2.2=1.613,Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.188
在Kp=1.613,Ki=0.188基础上,对PI参数深入整定,燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入仿真框图以下所表示,其中PI模块结构图所表示。
调整Kp=1,Ki=0.08,系统响应图所表示,可见系统有约5%超调量。
(2)蒸汽压力控制系统
在燃料流量控制系统整定基础上,采取试误法整定压力控制系统参数。
系统整定仿真框图图所表示。
由仿真结果能够看出,系统响应超调量约为50%。
此时系统调整器最简单,工程上系统响应速度和稳定程度通常。
(3)空气流量控制系统
空气流量控制系统整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似
统计此时振荡周期Tcr=7s和百分比参数Kcr=4.25,则Kp=Kcr/2.2=1.93,Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.34
在Kp=1.93,Ki=0.34基础上,对PI参数深入整定,空气流量控制系统单位阶跃输入仿真框图以下所表示,其中PI模块结构图所表示。
调整Kp=1.45,Ki=0.1,系统响应图所表示,可见系统有约2%超调量。
整定后空气流量控制系统阶跃响应
(4)炉膛负压控制系统
负压控制系统整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似。
统计此时振荡周期Tcr=3.8s和百分比参数Kcr=1.42,则Kp=Kcr/2.2=0.65,Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.21
在Kp=0.65,Ki=0.21基础上,对PI参数深入整定,炉膛负压控制系统单位阶跃输入仿真框图以下所表示,其中PI模块结构图所表示。
调整Kp=0.45,Ki=0.085,系统响应图所表示,可见系统有约5%超调量。
整定后负压控制系统阶跃输入
(5)负压控制系统前馈赔偿整
采取动态前馈整定,其前馈赔偿函数为:
4.3控制系统SIMULINK仿真
(1)无干扰仿真
利用各整定参数对控制系统进行仿真,框图如所表示。
设定蒸汽压力值为6,炉膛负压值为5。
仿真结果图所表示。
(2)有扰动仿真
系统在三个部分中均加入了幅值-1随机扰动。
系统仿真图如所表示。
仿真结果图所表示。
5.1总结
本文介绍了燃油蒸汽锅炉燃烧控制系统设计和仿真研究背景和现实状况,并设计出了一套含有普遍可行性燃烧控制系统,它共分为三个子系统:
蒸汽压力控制系统,燃料空气比值系统和炉膛负压控制系统,本文分别对其做了论证和分析。
同时,选择了MATLAB中SIMULINK工具箱对整个系统进行仿真。
在仿真阶段,采取控制方法是应用最广泛PI控制,最终全部使波形达成了稳定状态。
仿真中分了有扰动和无扰动两种不一样情况进行,扰动为幅值±0.1随机扰动,能够看到在有扰动情况下,稳定性变差。
但Tp,Ts和超调量均无显著改变。
系统基础符合要求。
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