自然循環(huán)鍋爐中過熱蒸汽控制的數(shù)據(jù)分析

王華盛,鄭文崗（.北華大學(xué)工程訓(xùn)練中心; . 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,吉林 吉林 30）

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自然循環(huán)鍋爐中過熱蒸汽控制的數(shù)據(jù)分析

王華盛1,鄭文崗2
（1.北華大學(xué)工程訓(xùn)練中心; 2. 北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,吉林 吉林 132021）

摘 要：通過研究自然循環(huán)鍋爐的過熱蒸汽控制系統(tǒng)，針對(duì)常規(guī)PID難以解決系統(tǒng)燃燒過程中產(chǎn)生的擾動(dòng)因素和滯后延時(shí)問題，本文提出預(yù)測(cè)外推數(shù)據(jù)處理算法的控制策略，結(jié)合內(nèi)模控制進(jìn)一步完善預(yù)測(cè)控制效果，解決由于各種干擾因素及相互影響和滯后延時(shí)引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性能和動(dòng)態(tài)性能變差的問題。

關(guān)鍵詞：自然循環(huán)鍋爐；過熱蒸汽；內(nèi)模控制

1 自然循環(huán)鍋爐控制系統(tǒng)分析

自然循環(huán)鍋爐是工廠中重要的動(dòng)力設(shè)備，在燃燒系統(tǒng)中，影響過熱蒸汽的因素很多，各種擾動(dòng)因素之間又相互影響過熱蒸汽溫度的動(dòng)態(tài)特性也各不相同。因此過熱蒸汽控制的主要任務(wù)就是：（1）解決過熱器延遲較大的問題；（2）盡量消除各種干擾因素及相互影響，使過熱器的出口蒸汽溫度維持在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而保證過熱蒸汽品質(zhì)。

2 過熱蒸汽控制

由于過熱蒸汽不易控制，一般很少用于工業(yè)制作的熱量傳遞過程，因此通過分析過熱蒸汽的壓力與溫度的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)蒸汽控制。

2.1 過熱蒸汽壓力

以過熱蒸汽壓力為被控變量的鍋爐燃燒系統(tǒng)控制，使燃油與空氣量之間保持一定的比值，以獲得良好燃燒。鍋爐出口的蒸汽壓力控制是其對(duì)燃油量的串級(jí)控制系統(tǒng)和燃油流量與空氣流量的比值控制系統(tǒng)。過熱蒸汽壓力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　過熱蒸汽壓力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 過熱蒸汽溫度控制

溫度控制本身有很大的滯后，單回路反饋控制不但滯后時(shí)間較大，而且在抗干擾的穩(wěn)定性上也難達(dá)到要求。針對(duì)系統(tǒng)被控對(duì)象的純滯后時(shí)間問題，本文采用預(yù)測(cè)外推算法處理，其中：調(diào)節(jié)閥為

2.3 內(nèi)模控制

因?yàn)橛袦蟮拇妫栽谄胀ǖ腜ID方法是很難針對(duì)滯后過程來進(jìn)行控制的。而我們則根據(jù)內(nèi)模控制具有能消除滯后影響的特點(diǎn)，采用內(nèi)模控制方法來進(jìn)行控制鍋爐燃燒的系統(tǒng)。并可以通過仿真來進(jìn)行驗(yàn)證，它的超調(diào)量小，穩(wěn)定性強(qiáng)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

圖2　預(yù)測(cè)外推數(shù)據(jù)處理的過熱蒸汽溫度控制仿真模型

內(nèi)模控制結(jié)構(gòu)，R(S)為給定輸入，Y(S)為給定輸出，D(S)為干擾輸入，C(S)為控制器，G(S)為受控過程，為對(duì)象的預(yù)測(cè)模型（內(nèi)部模型）。

2.4 過熱蒸汽流量控制

過熱蒸汽流量的變化間接反映著最初進(jìn)入除氧后的軟化水流量的變化，從而影響整個(gè)系統(tǒng)流量和過熱蒸汽的穩(wěn)定和質(zhì)量，并使蒸汽的溫度和壓力達(dá)到工藝要求，是蒸汽流量維持在允許的波動(dòng)范圍內(nèi)。因此建立以過熱蒸汽流量為被控變量，執(zhí)行器為過熱蒸汽管線調(diào)節(jié)閥的單回路反饋控制系統(tǒng)，控制器為PID調(diào)節(jié)器。過熱蒸汽流量控制仿真模型如圖3所示。

圖3　過熱蒸汽流量控制仿真模型

仿真結(jié)果證明只要有偏差，積分就作用，由于反饋回路有延遲，導(dǎo)致偏差一直累積，波形偏離初始值不斷向上增長，調(diào)節(jié)時(shí)間過長。由于加入微分作用，超調(diào)量減小。只加入比例與微分作用，調(diào)節(jié)時(shí)間減小，穩(wěn)定值仍可回歸與初始值1。

3 設(shè)計(jì)總結(jié)

綜上所述，本設(shè)計(jì)的方案基本以工業(yè)上常見的控制方案為依據(jù)，以PID控制和對(duì)預(yù)測(cè)外推數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，解決各種干擾因素及相互影響，之后運(yùn)用內(nèi)模控制來解決滯后延時(shí)的問題。并運(yùn)用Matlab仿真軟件做過熱蒸汽的壓力、溫度、流量的數(shù)據(jù)分析，以方便做到集中控制。這樣可以保證方案簡(jiǎn)單，具有較高的可實(shí)施性。減少人為干預(yù)，并消除了安全隱患，提高生產(chǎn)效率。也考慮了安全生產(chǎn)的要素，保證了系統(tǒng)能在安全的狀況下安全生產(chǎn)。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.060