自動化專業(yè)畢業(yè)論文.doc

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1、畢 業(yè) 設(shè) 計(論文)系 別動力工程系專業(yè)班級自動化專業(yè)06K1班流化床鍋爐床溫主汽壓控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真題 目 二一年六月II華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（摘要）流化床鍋爐床溫與主汽壓控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真摘要循環(huán)流化床鍋爐(簡稱CFB鍋爐)具有燃燒效率高、燃燒適應(yīng)性廣、低污染等獨特優(yōu)點，受到世界各國的廣泛重視并得到迅速發(fā)展。但CFB鍋爐在理論和實踐兩方面仍有許多不完善之處，尤其在床溫主汽壓控制系統(tǒng)方面，大多數(shù)CFB鍋爐自動化水平不高，有的至今仍采用手動操作，其原因是由于CFB鍋爐是一個多參數(shù)、非線性、時變及變量緊密耦合的復(fù)雜系統(tǒng)。CFB鍋爐很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，如果采用固定參數(shù)的常規(guī)控

2、制器，當工況發(fā)生較大變化時，很難保證控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。相關(guān)研究設(shè)計結(jié)果表明，要想取得較好的控制效果必須將有耦合關(guān)系的系統(tǒng)經(jīng)行解耦，因此本文針對CFB鍋爐的特殊性，尋找到被控對象的傳遞函數(shù)，對傳遞函數(shù)應(yīng)用對角矩陣經(jīng)行解耦，將解耦后的被控對象看做是兩個彼此獨立的系統(tǒng)，進而設(shè)計PID控制器。通過仿真分析結(jié)果表明該方法能夠在完成床溫主汽壓系統(tǒng)解耦的前提下，方便地實現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐控制優(yōu)良的靜動態(tài)特性。解耦后的控制系統(tǒng)具有較好的抗干擾能力、魯棒性等。關(guān)鍵字：循環(huán)流化床鍋爐（CFB）；床溫主汽壓；對角矩陣解耦；PID控制；Fluidized bed boiler main steam pressure

3、control system design and simulationAbstractfluidized bed boiler (CFB boiler for short) has a high combustion efficiency, combustion and wide adaptability, low pollution and other unique advantages are the world wide attention and rapid development. But the CFB boiler both in theory and in practice

4、there are still many imperfections, in particular, the main steam pressure in the bed temperature control system context, most of CFB boiler automation level is not high, some are still using manual operations, the reason is due to CFB Boiler is a multi-parameter, nonlinear, time-varying and variabl

5、e system of closely coupled complex. CFB boiler is difficult to establish accurate mathematical model, if the conventional controller with fixed parameters, significant changes occur when the condition was difficult to ensure quality control system of control. Research design results show that, in o

6、rder to obtain better control effect relationship must be a coupled line system has been decoupled, so the particularity of this paper CFB boiler, to find the transfer function of the object and, on the application of the transfer function of the angle matrix by row decoupling, the decoupling of the

7、 plant is seen as two separate systems, then design PID controller. The simulation results show that the method can complete the bed temperature in the main steam pressure system is decoupled under the premise of convenience Germany to achieve good control of circulating fluidized bed boiler static

8、and dynamic characteristics. Decoupled control system has good anti-jamming capability, robustness.Keywords:circulating fluidized bed boiler (CFB); bed temperature of main steam pressure; diagonal matrix decoupling; PID control;華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（目錄）目錄華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（目錄）摘要IAbstractII1 引言11.1 循環(huán)流化床鍋爐在

9、國外的發(fā)展11.2 循環(huán)流化床鍋爐在國內(nèi)的發(fā)展11.3 國內(nèi)引進流化床技術(shù)的主要類型11.4 循環(huán)流化床鍋爐(CFBB)的優(yōu)缺點21.4.1循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點21.4.2循環(huán)流化床鍋爐的缺點31.5 論文的選題背景及意義41.6 本課題研究的主要內(nèi)容42 循環(huán)流化床鍋爐原理52.1 循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)52.2 循環(huán)流化床鍋爐被控對象特點及控制的難點62.2.1多變量輸入、多變量輸出62.2.2 輸入變量、輸出變量之間的非線性62.2.3循環(huán)流化床形成理論基礎(chǔ)流化態(tài)理論62.3 循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)72.3.1主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)72.3.2一次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)72.3.3二次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)82

10、.3.4引風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)82.3.5給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)82.3.6主汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)92.3.7料層差壓控制93循環(huán)流化床床溫主汽壓控制系統(tǒng)103.1 影響床溫變化的因素103.1.1 給煤與床溫103.1.2 一次風與床溫113.2 影響主汽壓變化的因素123.2.1給煤量對主汽壓的影響123.2.2一次風對蒸汽壓力的影響133.3循環(huán)流化床床溫主汽壓被控對象133.3.1對角矩陣解耦143.3.3PID控制器的設(shè)計173.3.4擾動試驗測試193.3.5魯棒性試驗測試213.4 結(jié)論224結(jié)束語24參考文獻25致謝27華北電力大學(xué)科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（正文）281 引言1.1 循環(huán)流化床鍋爐在國外的

11、發(fā)展1921年12月德國人溫克勒發(fā)明了第一臺流化床，該流化床使用的是粗顆粒床料。1938年l2月麻省理工學(xué)院的劉易斯和吉里蘭發(fā)明了快速流化床。循環(huán)流化床真正成為具有工業(yè)實用價值的新技術(shù)是在20世紀50、60年代。60年代末，德國魯奇公司(Lurgi)發(fā)展并運行了LurgiVAW 循環(huán)流化床鍋爐的氫氧化鋁焙燒反應(yīng)器。1979年芬蘭奧斯龍(Ahlstrom)公司生產(chǎn)了20th的循環(huán)流化床鍋爐，1982年德國魯奇(Lurgi)公司的第一臺50th的商用循環(huán)流化床鍋爐投入運行，這標志著作為煤燃燒設(shè)備的循環(huán)流化床鍋爐誕生了。通常把第一代流化床鍋爐稱為鼓泡床鍋爐(又稱沸騰床)；循環(huán)流化床鍋爐稱為第二代流化

12、床鍋爐。兩者之間既有聯(lián)系，也有差別。隨后，循環(huán)流化床技術(shù)迅速發(fā)展起來，尤其在國外發(fā)展很快，并向大型化方向發(fā)展。目前國外主要開發(fā)研制單位和生產(chǎn)廠家有德國魯奇公司、芬蘭奧斯龍公司、美國巴特爾研究中心、美國福斯特惠勒公司、德國巴布科克和斯坦繆勒公司、瑞典斯圖特斯維公司。1.2 循環(huán)流化床鍋爐在國內(nèi)的發(fā)展我國的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的發(fā)展相對較晚，但進步很快。早在20世紀60年代初就開始發(fā)展鼓泡(流化)床鍋爐，但循環(huán)流化床鍋爐的起步卻較晚，1981年國家計委下達了“煤的流化床燃燒技術(shù)研究”課題，標志著我國循環(huán)流化床鍋爐的研究和產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)正式啟動。直到1989年11月第一臺由中科院與濟南鍋爐廠共同研制的3

13、5 th循環(huán)流化床鍋爐在山東明水電廠投入運行。近幾年國內(nèi)在開發(fā)和研制循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)方面發(fā)展迅速。中國科學(xué)院、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、西安熱工研究所、西安交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)等科研單位和高校與鍋爐廠合作開發(fā)和研制出多種技術(shù)的35 th、65 th、75 th、120th、220th中壓、次高壓及高壓循環(huán)流化床鍋爐。1991年，錦西熱電廠的75 th循環(huán)流化床鍋爐投人運行。1992年哈爾濱鍋爐廠與美國PPC公司合作設(shè)計和生產(chǎn)國內(nèi)首臺220 th循環(huán)流化床鍋爐。到目前為止，已經(jīng)投運的最大機組是裝在四川內(nèi)江的進口410th(100 MW)奧斯龍循環(huán)流化床高壓電站鍋爐。1.3 國內(nèi)引進

14、流化床技術(shù)的主要類型主要類型：(以135MW/440T/H機組為例)芬蘭奧斯龍技術(shù)（如東鍋等）水冷式布風板,雙爐膛結(jié)構(gòu),雙旋風筒,高溫圓型汽冷式分離器,J閥返料器,T型風帽,四臺給煤機前墻給煤,錐型閥放渣技術(shù),選擇性小流化態(tài)風水冷渣方式,旋風筒與大床之間采用雙非金屬膨脹節(jié)連接,循環(huán)倍率為20-30。法國阿爾斯通技術(shù)（如上鍋等）水冷式布風板,單爐膛結(jié)構(gòu),雙旋風筒,高溫圓型絕熱式分離器,U閥自平衡返料器,鐘罩式風帽,四臺給煤機前墻給煤,錐型閥放渣技術(shù),選擇性小流化態(tài)風水冷渣方式,旋風筒與大床之間采用三個非金屬膨脹節(jié)連接,分離器錐管,直管段裝有防堵風管,循環(huán)倍率為20-30。德國EVT福斯特惠勒技術(shù)

15、（如哈鍋等）水冷式布風板,雙爐膛結(jié)構(gòu),雙旋風筒,高溫圓型絕熱式分離器, L閥返料器,鐘罩式風帽,二臺給煤機后墻給煤,錐型閥放渣技術(shù),選擇性小流化態(tài)風水冷渣方式,旋風筒與大床之間采用雙非金屬膨脹節(jié),（3個非金屬膨脹節(jié)）循環(huán)倍率為33-40,快速床,薄床壓控制。1.4 循環(huán)流化床鍋爐(CFBB)的優(yōu)缺點1.4.1循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點(1) 燃料適應(yīng)性廣這是循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點之一。循環(huán)流化床鍋爐中按質(zhì)量百分比計，燃料僅為床料的13，其余是不可燃的固體顆粒。如脫硫劑、灰渣或砂。循環(huán)流化床鍋爐的特殊流體動力特性使得氣一固和固一固混合非常好。因此，即使是很難著火燃燒的燃料，進入爐膛后由于很快與灼

16、熱的床料混合所以能被迅速加熱至高于著火溫度，這就決定了循環(huán)流化床鍋爐不需輔助燃料麗燃用任何燃料。循環(huán)流化床鍋爐既可燃用優(yōu)質(zhì)煤，也可燃用各種劣質(zhì)燃料，如高灰煤、高硫煤、高灰高硫煤、高水分煤、煤矸石、煤泥，以及油頁巖、泥煤、石油焦、尾礦、爐渣、樹皮、廢木頭、垃圾等。（2) 燃燒效率高在循環(huán)流化床鍋爐中燃燒區(qū)域擴展到整個爐膛乃至高溫旋風分離器，攜帶出爐膛的粒子被高溫旋風分離器捕集，并直接送回燃燒室下部循環(huán)再燃燒。其燃燒效率要比鼓泡流化床鍋爐高，燃燒效率通常在97.599.5范圍內(nèi)。在燃燒優(yōu)質(zhì)煤時，燃燒效率與煤粉鍋爐持平；燃燒劣質(zhì)煤時，循環(huán)流化床鍋爐的燃燒效率約比煤粉爐高5。(3) 利于控制SO和NO

17、的排放循環(huán)流化床燃燒溫度一般為900左右，采用石灰石作為床料添加劑時，爐內(nèi)脫硫效果好，在CaS為1.52.5時可達到90的脫硫效果；而鼓泡流化床鍋爐達到90脫硫效率則需CaS為2.53甚至更高。有時即使CaS比更高，鼓泡流化床鍋爐也不能達到90的脫硫效率。與燃燒過程不同，脫硫反應(yīng)進行得較為緩慢。在鼓泡流化床鍋爐中，氣體在燃燒區(qū)域的平均停留時間為12S，而在循環(huán)流化床鍋爐中則為34 S，停留時間更長，反應(yīng)較充分。另外，循環(huán)流化床鍋爐中石灰石粒徑一般為0.10.3 mm；而鼓泡流化床鍋爐中則為0.51 mm。粒徑小反應(yīng)比面積大，反應(yīng)充分。循環(huán)流化床鍋爐一般采用分級燃燒。燃燒溫度不高，NO的生成量顯

18、著減少，循環(huán)流化床鍋爐煙氣中NO 的濃度為50150ppm 。(4) 灰渣綜合利用性能好循環(huán)流化床燃燒過程屬于低溫燃燒，同時爐內(nèi)優(yōu)良的燃盡條件使得鍋爐的灰渣含炭量低，易于實現(xiàn)灰渣的綜合利用另外爐內(nèi)加入石灰石后，灰渣成分也有變化，含有一定的CaSO和未反應(yīng)的CaO。循環(huán)流化床鍋爐灰渣可以用于制造水泥的摻合料或者其他建筑材料的原料，有利于灰渣的綜合利用。同時低溫燒透也有利于提取灰渣中的稀有金屬。（5）負荷調(diào)節(jié)性能好循環(huán)流化床鍋爐由于截面風速高和吸熱控制容易，所以負荷調(diào)節(jié)快。負荷調(diào)節(jié)范圍可低至1025；負荷調(diào)節(jié)速度可達(51O)min。1.4.2循環(huán)流化床鍋爐的缺點循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡床鍋爐的基礎(chǔ)

19、上發(fā)展起來的，它幾乎可以消除鼓泡床鍋爐所有的缺點。但是最近幾年的發(fā)展和實踐表明，循環(huán)流化床鍋爐也有其自身的缺點，有待進一步研究解決。(1)循環(huán)流化床鍋爐部件的磨損和腐蝕嚴重由于循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的流速高、顆粒濃度大、為控制NO的排放而采用分級燃燒時，爐膛內(nèi)存在還原性氣體的區(qū)域等因素，會造成受熱面與吊掛管的磨損與腐蝕，膜式水冷壁的變截面處和裸露在煙氣沖刷中的耐火材料砌筑部件亦有磨損，研究表明，磨損與風速的3.6次方成正比，與濃度成正比。在這方面應(yīng)注意加強試驗以及計算機數(shù)值試驗方面的研究，以解決循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展過程中的這一重大問題。(2) 生成量高流化床燃燒技術(shù)可有效地抑制NO 、排放。但是，又產(chǎn)

20、生了另一個環(huán)境問題，即排放問題。循環(huán)流化床燃燒過程中生成量一般達200ppm比鼓泡流化床鍋爐和高溫煤粉爐要高很多。是一種對大氣臭氧層有很強破壞作用的有害氣體。近年來的研究結(jié)果表明，通過對燃燒工況的調(diào)整能較好地控制的生成量。(3) 耗電量大循環(huán)流化床鍋爐的分離循環(huán)系統(tǒng)比較復(fù)雜，布風板及系統(tǒng)阻力增大，鍋爐自身耗電量大，約為機組發(fā)電量的7左右，導(dǎo)致運行費用增加。(4) 床溫過高循環(huán)流化床的設(shè)計床溫一般為850900。而實際運行中的床溫一般在950以上，甚至更高。超過1000。對于易結(jié)焦的煤來說，這個問題非常突出。(5) 分離裝置和返料機構(gòu)以目前循環(huán)流化床鍋爐的運行情況看，高溫旋風離器還是比較成熟的，

21、但燃用高灰燃料時分離器的磨損問題尚未解決，而且分離器的體積也十分龐大，基本上和爐膛直徑相近。受旋風分離器最大尺寸的限制，大容量循環(huán)流化床鍋爐必須配置多個分離器。由于旋風分離器內(nèi)襯有較厚的防磨耐火材料，熱慣性大，因此延長了啟動時間，負荷變化動態(tài)特性變差。在循環(huán)流化床中，被分離下來的固體物料必須通過返料機構(gòu)送回床內(nèi)。但由于返料機構(gòu)中的溫度很高，采用機械閥門之類的調(diào)節(jié)裝置,會很容易產(chǎn)生卡死、轉(zhuǎn)動不靈活等現(xiàn)象，并且還會產(chǎn)生嚴重的磨損,所以,目前一般采用非機械閥。總之，開發(fā)相應(yīng)合適的返料機構(gòu)是非常必要的。1.5 論文的選題背景及意義循環(huán)流化床鍋爐作為近年來新發(fā)展起來的一門新型鍋爐，具有燃燒效率高、燃料適

22、應(yīng)性廣、負荷調(diào)節(jié)性能好、低污染等許多獨特的優(yōu)點而受到越來越多的關(guān)注。循環(huán)流化床鍋爐是一個多輸入、多輸出、多回路、非線性，存在強交叉耦合的復(fù)雜控制對象，輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)之間存在著許多交叉影響。對于有耦合的系統(tǒng)，要想達到較好的控制效果，需要對有耦合的部分經(jīng)行解耦，通用的解耦方法有前饋補償法、對角矩陣法、單位矩陣法，本文主要應(yīng)用對角矩陣法解耦，是系統(tǒng)達到目的要求,再應(yīng)用PID控制。對于一些回路之間耦合關(guān)聯(lián)嚴重的系統(tǒng)，應(yīng)用解耦方法，以解除系統(tǒng)中各輸入量和輸出量之間的耦合關(guān)系，這種方法在實際中也得到了應(yīng)用，通過計算相對增益，可以確定過程中每個被調(diào)量相對每個調(diào)節(jié)量的響應(yīng)特性，并以此為依據(jù)去夠成控制系統(tǒng)，

23、另外，相對增益還可以指出過程關(guān)聯(lián)的程度和類型，以及對回路控制性能的影響。在生產(chǎn)過程自動化的發(fā)展歷程中，PID控制是歷史最久、生命力最強的基本控制方法。在本世紀40年代以前，除在最簡單的情況下可采用開關(guān)控制以外，它是唯一的控制方式。此后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是電子計算機的發(fā)展，涌現(xiàn)出許多新的控制方法，然而直到現(xiàn)在，PID控制由于它本身的優(yōu)點仍然是最廣泛應(yīng)用的基本控制方式。1.6 本課題研究的主要內(nèi)容1.通過收集參考資料，對所選課題的研究意義、現(xiàn)狀和發(fā)展有一個基本的認識和了解。2.了解流化床鍋爐床溫-主汽壓控制系統(tǒng)在火力發(fā)電機組電力生產(chǎn)過程中的作用、工作原理和需要控制的參數(shù)及一般采用的控制手段；

24、3.了解流化床鍋爐-床溫主汽壓被控對象的動態(tài)特性、查閱被控對象的數(shù)學(xué)模型、提出控制系統(tǒng)設(shè)計的難點及需要解決的相關(guān)技術(shù)問題；4知道影響床溫主汽壓的因素，通過對影響因素的進一步深入了解，設(shè)定控制策略。5.解耦控制算法的研究；6.基于被控對象數(shù)學(xué)模型設(shè)計具有解耦功能的床溫主汽壓控制系統(tǒng)，并通過仿真整定控制器參數(shù)；7.通過仿真試驗，研究控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性、抗干擾能力、解耦能力等，給出相應(yīng)的動態(tài)性能指標。8.獨立完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書提出的內(nèi)容。9.掌握利用MATLAB實施控制系統(tǒng)仿真及參數(shù)整定的基本方法。10.通過整個研究設(shè)計工作，掌握從事工程技術(shù)工作時分析問題解決問題的一般思路和基本方法。2 循環(huán)

25、流化床鍋爐原理2.1 循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)循環(huán)流化床鍋爐是一種利用新型燃燒技術(shù)循環(huán)流化床燃燒礦物燃料生產(chǎn)蒸汽的一種裝置，具有燃燒適應(yīng)性強、效率高、脫硫率高、污染物排放量低等優(yōu)點。目前，推廣循環(huán)流化床的主要障礙在于循環(huán)流化床鍋爐工藝復(fù)雜，對其進行良好的自動控制難度較大，因此目前循環(huán)流化床鍋爐的自動化水平大部分比較低。圖2-1 循環(huán)流化床的結(jié)構(gòu)圖第一部分由爐膛(又稱流化床)、氣固分離設(shè)備，固體物料再循環(huán)設(shè)備和外置熱交換器等組成，上述部件形成了一個固體物料循環(huán)回路。第二部分為水平煙道，布置有過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等。煤粉由給煤機進入爐膛，再由從爐膛底部進入的一次風將煤粉送入爐膛中央進行燃燒。燃燒

26、所需的一次風和二次風分別從爐膛的底部和側(cè)墻送入，燃料主要在爐膛內(nèi)流態(tài)化并呈沸騰狀燃燒。爐膛四周布置有水冷壁管，用于吸收燃燒所產(chǎn)生的部分熱量，由氣流帶出爐膛的固體物料在氣固分離裝置中被收集并通過返料裝置送回爐膛循環(huán)燃燒直至燒盡。煙氣經(jīng)煙道尾部受熱面進行熱交換，最后通過除塵器由煙囪排入大氣。加入石灰石的目的，是為了在爐內(nèi)進行脫硫。石灰石的主要化學(xué)成份是CaO，而煤粉燃燒后產(chǎn)生的SO 、SO 等，若直接通過煙囪排入大氣層，必然會造成污染。加入石灰石后，石灰石中的CaO與煙氣中的SO 、SO。等起化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)的CaSO、 CaSO (即石膏)，從而減少了空氣中的硫酸類的酸性氣體的污染。2.2 循

27、環(huán)流化床鍋爐被控對象特點及控制的難點2.2.1多變量輸入、多變量輸出循環(huán)流化床是一個非線性、多變量、強耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，循環(huán)流化床鍋爐被控對象如下圖2-2所示圖2-2由圖2-2可見，循環(huán)流化床鍋爐被控對象為多變量輸入、多變量輸出對象。由于循環(huán)流化床鍋爐燃燒中，任何一個物理參數(shù)(如溫度、壓力、流量、液位)的改變都會影響到其他物理參數(shù)的改變(這在控制理論中稱之為耦合性)。如燃料量(煤粉量)的改變，不僅會影響到爐床溫度的變化，也會影響到主蒸汽流量的變化，以及影響到主蒸汽壓力的變化和主蒸汽溫度的變化。2.2.2 輸入變量、輸出變量之間的非線性循環(huán)流化床鍋爐燃燒過程中，各被控設(shè)備的輸出物理量對輸入物理量的

28、響應(yīng)有較大的時間滯后特性，以及各被控設(shè)備的輸出物理量與輸人物理量的之間的數(shù)學(xué)特性為非線性，使得控制運算變得復(fù)雜，這樣就必然給各物理量的控制帶來很大的困難。2.2.3循環(huán)流化床形成理論基礎(chǔ)流化態(tài)理論固定床：當空氣流速不大時，空氣穿過床料顆粒間隙由上部出去，而床料高度未發(fā)生明顯的變化，床料未被流化的狀態(tài)稱為：固定床，如鏈條爐。沸騰床：當空氣流速繼續(xù)增大時，小氣泡聚集成較大氣泡不斷上移穿過料層并破裂，此時氣、固兩相混合強烈，如水沸騰狀故這時的狀態(tài)被稱為：鼓泡床或沸騰床。流化床：在鼓泡床的基礎(chǔ)上繼續(xù)增大空氣流速，床料內(nèi)氣泡消去，氣、固兩相混合更加強烈，看不清料層界面，但床內(nèi)仍然存在一個密相區(qū)和稀相區(qū)，

29、下部密相區(qū)的床料濃度比上部稀相區(qū)的床料濃度大得多，在上移過程中床內(nèi)中間的濃度小于四壁附近的物料濃度，這時的狀態(tài)被稱為流化床。這就是所謂的“爐內(nèi)沸騰面壁流”。氣體輸送：當空氣流速再增加時床料上下濃度趨于一致，床料將均勻地快速全部噴出床外，這時的流化狀態(tài)被稱為噴流床或氣力輸送如：煤粉爐的燃燒方式。湍流床：介于流化床與氣體輸送之間的狀態(tài)被稱為湍流床，CFB實際上是在兩中狀態(tài)之間交替變化。圖2-32.3 循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)國內(nèi)的CFB鍋爐，一般都提出了床溫主汽壓閉環(huán)控制的要求，調(diào)節(jié)手段主要是通過調(diào)節(jié)一、二次風的配比及給煤等來進行，但是實際的投運情況表明，這些回路基本上都沒有有效投入自動，特別是在負

30、荷波動時均沒有投自動。2.3.1主汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)給煤量和配風來控制主蒸汽壓力，以滿足機組的運行要求。由于給煤量是影響床溫的重要因素之一，故在構(gòu)造主汽壓力控制方案時把床溫的影響也納入控制方案中。床溫增加則減小給煤量，床溫降低則增大給煤量。由于循環(huán)流化床鍋爐運行時床溫可以在一定范圍內(nèi)波動，故在主汽壓力控制方案中設(shè)置了不調(diào)溫死區(qū)，即床溫在該死區(qū)內(nèi)時不改變給煤供給量。同時由于氧量直接反映了爐膛內(nèi)燃料與風的配比，因此方案中利用氧量校正給煤量。由于主蒸汽流量變化直接反映了機組的負荷變化，故在主汽壓力控制方案中把主蒸汽流量信號經(jīng)過函數(shù)運算后直接加到控制輸出上，通過前饋形式提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。2.3.

31、2一次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)一次風量控制采用串級控制系統(tǒng)，主汽壓力為主調(diào)、一次風量為副調(diào)，其運算結(jié)果去控制一次風門擋板開度，以調(diào)節(jié)送入爐膛的一次風量。一次風量測量值是在考慮了溫度修正和壓力修正后才送入PID中進行運算的。鍋爐負荷指令在進行處理時，需要考慮煤質(zhì)的特性及負荷變化情況。煤種不同時，助燃空氣量會有所不同。同時，負荷變化時一次風量占總風量的比例也會發(fā)生變化。同時由于一次風對鍋爐床溫具有調(diào)節(jié)作用，故在構(gòu)造一次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)時也考慮了床溫修正。如果床溫偏高，在一定范圍內(nèi)可增大一次風量。如果床溫偏低，在一定范圍內(nèi)可減少一次風量。由于床溫主要靠給煤控制，一次風量不作為調(diào)節(jié)床溫的主要手段，故在一次風量控制系統(tǒng)

32、中床溫信號僅作為修正信號。2.3.3二次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)二次風量控制采用串級控制系統(tǒng)。煙氣含氧量測量值與給定值一起送入主調(diào)中進行PID運算，其結(jié)果作為副調(diào)的給定值與二次風量測量值進行PID運算，運算結(jié)果經(jīng)限幅及手操控制后控制二次風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，以使二次風量滿足機組運行要求。由于給煤量變化到煙氣含氧量變化需要一段時間，故在二次風量控制方案中直接對給煤量進行處理，把其結(jié)果作為前饋信號加到控制輸出中，以提高控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。在對給煤量進行處理的函數(shù)中，考慮了燃料空氣比例、負荷影響及一次風量等因素，其運算結(jié)果直接疊加到PID運算的輸出上。2.3.4引風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)在引風量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，爐膛負壓測量

33、值經(jīng)過慣性延滯處理后與給定值一起送入PID中進行運算，運算結(jié)果動作引風機執(zhí)行機構(gòu)，從而控制爐膛負壓滿足機組運行要求。爐膛負壓過程值采取兩點取平均值的辦法進行處理。由于一次風量和二次風量發(fā)生變化時，需經(jīng)過一段時間爐膛負壓才發(fā)生變化，故在引風量控制系統(tǒng)中直接把一次風量與二次風量之和作為前饋信號送入PID控制輸出中，以提高一、二次風量變化時控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性。2.3.5給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)汽包水位是機組運行的一個重要參數(shù)，他反映了給水量與供汽量的動態(tài)平衡關(guān)系。如果水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴重時會導(dǎo)致蒸汽帶水增多，從而增加在過熱器管壁上和汽輪機葉片上的結(jié)垢，甚至會使汽輪機發(fā)生水沖擊而損壞葉片

34、。相反，如果水位過低則會破壞水循環(huán)，導(dǎo)致水冷壁管道破裂。因此，機組啟停和正常運行時要求保持汽包水位相對恒定。如果水位超出正常范圍，輕則發(fā)出報警，重則停爐停機。循環(huán)流化床鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)低負荷時采用單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，高負荷時采用三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。構(gòu)成給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的三沖量是汽包水位、主蒸汽流量及給水流量。汽包水位信號經(jīng)汽包壓力補償后作為主調(diào)的輸入，蒸汽流量信號經(jīng)溫度、壓力修正后與給水流量信號一起作為副調(diào)的反饋輸入。當CFB鍋爐的負荷如果經(jīng)常波動那么就需要對控制策略做一定的修改，因為當鍋爐負荷出現(xiàn)大擾動時，會帶來很嚴重的虛假水位現(xiàn)象。三沖量控制不能使給水控制閥正確、及時地快速跟進負荷的變化。因此需要引入

35、負荷變化率(ff)和汽包水位變化率(fw)兩個變量，正常水位調(diào)節(jié)時（ff）和（fw）均在某一限值之內(nèi)，當出現(xiàn)上述異常時，其值會超過這兩個變量的閾值，這時改用一定的調(diào)節(jié)規(guī)則強行上拉或下拉水位控制閥，以保證汽包水位在安全范圍之內(nèi)。待水位恢復(fù)平穩(wěn)之后，再切入三沖量方案。2.3.6主汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐正常運行時不僅要求主汽壓力穩(wěn)定，而且要求主汽溫度穩(wěn)定。主汽溫度是反映機組運行情況的一個重要參數(shù)。如果主汽溫度偏高，過熱器及汽機將在更加惡劣的環(huán)境下運行，材料的使用壽命將會縮短。相反，如果主汽溫度偏低，則汽機達不到預(yù)定的運行效率。因此，機組正常運行時要求主汽溫度穩(wěn)定。循環(huán)流化床鍋爐主汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

36、采用由主汽溫度、噴水減溫器出口溫度及主汽流量等參數(shù)組成的串級控制系統(tǒng)。主汽溫度測量值作為主調(diào)的反饋輸入值，與主汽溫度設(shè)定值進行PID運算后送入副調(diào)，在副調(diào)中與減溫器出口汽溫進行控制運算，其結(jié)果經(jīng)限幅后由手操器輸出至執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)節(jié)噴水減溫的控制閥。由于主汽流量變化時，噴水量應(yīng)相應(yīng)地發(fā)生變化，故在主汽溫度控制方案中把主汽流量信號以前饋形式引入控制系統(tǒng)中。2.3.7料層差壓控制如果鍋爐采取間隙排渣工藝，可采用計算機報警提示的人工放渣手段。把負荷分為高、平穩(wěn)、中、低4段，不同的負荷段有不同的高、低報警值。這可根據(jù)工藝條件及操作經(jīng)驗取得，可以在流程圖上進行修改。另一方面，如果鍋爐采用連續(xù)排渣，可以使用鍋

37、爐的料層差壓來控制出渣器的轉(zhuǎn)速，這樣來控制排渣量。3循環(huán)流化床床溫主汽壓控制系統(tǒng)3.1 影響床溫變化的因素鍋爐正常的床溫運行范圍為790900 ；高值報警點為955，溫度達990 時主燃料自動開始切除；最低運行床溫790 ，在無助燃情況下，不允許床溫低于這一水平。低值報警點為760，當床溫低于650時，將自動切除主燃料，除非風道點火燃燒器投入運行；當床溫低于540時，無論風道點火燃燒器是否運行，給煤機都將自動切除。影響床溫的因素很多，主要是負荷、煤質(zhì)、給煤量、風量、床層高度等運行中不可避免地存在各種擾動，如負荷升降、煤質(zhì)變化、給煤量和風量變化、排渣不暢等，都會造成床溫變化，需要運行人員根據(jù)床溫

38、的調(diào)節(jié)規(guī)律進行正確判斷并調(diào)整。影響床溫的可調(diào)因素包括給煤量、一次風量、二次風量、爐底排渣量等，但最重要的是給煤量和一次風量運行中調(diào)整給煤量的同時一定要注意調(diào)整風量，一般在加煤時要增加合適的風量，減煤時要減少適當?shù)娘L量。但循環(huán)流化床鍋爐是一個熱慣性很大、爐內(nèi)氣固運動非常復(fù)雜的系統(tǒng)，床溫變化異常復(fù)雜，床溫低時加煤可能使床溫更低甚至發(fā)生滅火或爆燃，床溫高時減煤也不能使床溫立即下降，另外增加一次風量也不一定能使床溫下降，床層高度增加床溫也不一定上升。所以必須深入研究給煤量、風量、床高、出口氧量等對床溫的影響，了懈循環(huán)流化床床溫的運行特性，一定要從定性的理論分析曲線落實到定量的細致調(diào)節(jié)上，才能維持床溫的

39、穩(wěn)定。3.1.1 給煤與床溫給煤是影響床溫最主要、最直接的因素之一，滯后性是給煤調(diào)節(jié)床溫的最大特點，增加了床溫調(diào)節(jié)的難度。圖1是以某次熱態(tài)啟動投煤過程為例的床溫變化曲線，曲線1、2分別是給煤和床溫曲線，量程分別為0100 、500950。開始投煤時，由于床溫較低，投煤以后煤達到著火點所需的時間較長，開始煤的吸熱量大于放熱量，導(dǎo)致床溫繼續(xù)下降；同時床層高度不斷增厚，流化速度降低，煤剛投進去以后基本都漂浮在床層上部，與熱床料混合較差，煤的吸熱與放熱失去平衡，吸熱量大于放熱量，使床溫沒有明顯改變；約28 min后由于積煤較多，發(fā)生了爆燃，床溫迅速上升；在開始階段停止增煤以后，由于積煤較多，經(jīng)過42m

40、in，床溫到達最大值930(由于測點布置在邊壁上，床層中心溫度應(yīng)高于此值)；之后由于床料中可燃物消耗較多，可燃物濃度下降，不足以維持床溫，床溫又下降很多，需加煤以維持床溫，此時床溫已處于正常水平，投入的煤不容易積存，所需的給煤量雖大，但床溫控制的難度較床溫低時容易些。運行實踐表明，啟動中或床溫低于正常床溫時，由于床溫較低，給煤調(diào)節(jié)床溫的延遲時間較長，不宜長時間給煤，容易造成床溫較大波動；并且床溫越低于正常床溫水平，這種延遲現(xiàn)象越明顯。建議采用脈動給煤方式，以較小給煤量在甲乙兩側(cè)對稱給煤，然后根據(jù)床溫變化情況決定給煤方式和給煤量，直到恢復(fù)正常床溫。加煤時，還要增加適當?shù)娘L量，但一定要勤調(diào)微量，使

41、床溫在小范圍內(nèi)變化；如果此時床下油槍已投入， 由于溫度較高，爐底一次風體積成倍膨脹，會使流化風速提高，在這種情況下應(yīng)盡可能使用較小的流化風量，以減小一次風對床溫的影響，保證床溫升溫速率，此時流化風量可降低至80000 mh (冷態(tài)400mm 料層時臨界流化風量85000mh)。在正常床溫時加煤，爐內(nèi)熱容量很大，加煤后很快燃燒放熱，床溫對給煤的延遲時間大為縮短。圖3-2是以某次正常床溫時加煤為例的床溫變化曲線，曲線1、2分別代表給煤和床溫變化，量程分別為50 75 、820860；給煤量增加后約1min，床溫開始上升并到達峰值，之后隨著爐內(nèi)可燃物的減少，床溫相對于峰值總是有所下降。對比了許多不同

42、工況，發(fā)現(xiàn)一般從開始加煤經(jīng)14min，床溫開始上升，并且給煤增量越大，床溫波動也越大。給煤使循環(huán)流化床床溫難于調(diào)節(jié)的另一個主要原因是循環(huán)流化床是一個大熱慣性系統(tǒng)， 因為爐內(nèi)的熱床料很多，熱容量很大，即使給煤減少，床溫也未迅速下降。某次風機跳閘，迅速切斷給煤，床溫穩(wěn)定約23 min后才以10min的速度迅速下降；并且汽溫、汽壓等主要參數(shù)開始也基本穩(wěn)定，沒有發(fā)生突變。除給煤時機、給煤方式、給煤速率，燃料性質(zhì)也會對床溫造成影響。煤質(zhì)發(fā)生變化，給煤量也要發(fā)生相應(yīng)變化。煤種突然變好，這時氧量值降低，汽溫汽壓有上升趨勢，此時表示給煤過大，應(yīng)減少給煤以穩(wěn)定床溫。運行中，給煤粒度比設(shè)計值偏小，粒度較小的煤集中

43、給人爐內(nèi)，容易被煙氣帶人稀相區(qū)，造成密相區(qū)燃燒份額減小，引起床溫降低，此時氧量無明顯變化，應(yīng)減小一次風量，增加二次風量，以維持床溫變化及氧量值。圖3-1 熱態(tài)啟動投煤過程的床溫變化 圖3-2 正常床溫時給煤與床溫3.1.2 一次風與床溫一次風是另一個影響床溫的重要因素。循環(huán)流化床中的一次風有2個作用，一是作為流化用風；二是作為燃燒用風。相應(yīng)地一次風對床溫的影響也有2個方面：風量大，煙氣從密相區(qū)帶走的熱量也多，造成床溫下降；風量大，氣固紊合更加劇烈，提供給碳粒燃燒的氧量上升，燃燒放熱量增加，造成床溫上升。這是兩個相反的趨勢，同樣一次風量不足對床溫的影響也有兩個方面， 特別是煤多風少時，燃燒不良，

44、密相區(qū)燃燒放熱降低，造成床溫下降，如果此時誤判為缺煤而繼續(xù)加大給煤，會使床溫進一步下降。風量的調(diào)節(jié)通常隨給煤量的變化而變化，風煤配比在運行調(diào)節(jié)中非常重要，一定的給煤量總需要提供合適的風量。分析歷史趨勢圖，從整體上看，一次風量與給煤量的變化趨勢大致相近，加煤時需先加風，減煤時需后減風，此時一次風對調(diào)節(jié)床溫的作用表現(xiàn)不明顯。當給煤量維持基本不變，床溫處于780900時，大量運行工況研究表明：一次風增加，床溫下降；一次風減少，床溫上升。此時一次風對床溫的調(diào)節(jié)作用較明顯。圖3-3為一次風與床溫變化示意圖，曲線1、2、3分別表示給煤、一次風、床溫變化，量程分別為4750 、1000O0130000、77

45、08l0 給煤和流化風是影響床溫的重要因素，當鍋爐負荷和給煤量較穩(wěn)定時， 床溫可用流化風量的增減控制；但流化風的調(diào)整力度有限，當床溫過高、過低及需要較大范圍變化時，則通過調(diào)整給煤量來控制。圖3-3 一次風與床溫的變化圖3.2 影響主汽壓變化的因素鍋爐主蒸汽壓力作為表征鍋爐運行狀態(tài)的重要參數(shù)，不僅直接關(guān)系到鍋爐設(shè)備的安全經(jīng)濟運行，而且其是否穩(wěn)定反映了燃燒過程中能量供求關(guān)系。引起主蒸汽壓力變化的因素有：給煤量、蒸汽流量、一、二次送風量、引風量、返料量等各種影響燃燒工況的因素。3.2.1給煤量對主汽壓的影響由于給煤機提供煤粉量不均勻以及煤的質(zhì)量發(fā)生變化，引起了燃料量的變化，爐膛熱負荷立即增大，致使汽

46、包壓力上升，壓差增大，就使蒸汽流量增加，由于汽輪機氣門開度不變，主氣壓將隨蒸汽的積累而增大。當鍋爐燃燒增強時，主汽壓上升；當鍋爐燃燒減弱時，主汽壓下降。3.2.2一次風對蒸汽壓力的影響一次風通過影響燃料的燃燒進一步影響蒸汽壓力。隨著一次風量的加大，流化床內(nèi)部顆粒的流動形態(tài)也由鼓泡床向循環(huán)床轉(zhuǎn)變，回料量明顯增大，流化床下部的密相區(qū)的燃燒份額迅速減小。因鼓泡床大部分物料集中在密相區(qū)，稀相區(qū)物料濃度比較低；而在循環(huán)床中，大量的細物料在燃燒室、分離器、回料閥間循環(huán)，正是由于大量的細物料的循環(huán)，改變了床內(nèi)燃燒份額的分配，強化了稀相區(qū)的燃燒。3.3循環(huán)流化床床溫主汽壓被控對象經(jīng)查找資料得知循環(huán)流化床床溫主

47、汽壓被控對象的傳遞函數(shù)為 （3-1）由傳遞函數(shù)得知，給煤量和一次風對床溫和主汽壓的控制是有耦合的，所以在對其設(shè)計控制之前要對被控對象經(jīng)行解耦。本文通過對多參數(shù)輸入輸出系統(tǒng)關(guān)聯(lián)進行分析，應(yīng)用對角矩陣法經(jīng)行解耦控制。對于雙輸入雙輸出系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)時相對增益矩陣為（3-2）其中 （3-3）（3-4）對相對增益來說，矩陣中的某一元素代表耦合性。如下表3.3所示：表3-1 取值意義表取值取值所代表的意義0存在正反饋且通道配對不當=0同多反向配對00.5有耦合且通道配對不對0.51存在正反饋且通道配對不當燃燒系統(tǒng)的耦合主要表現(xiàn)在給煤量和一次風量的參數(shù)變化引起床溫和主汽壓的共同變化，從而嚴重影響控制效果。由對象

48、的傳遞函數(shù)得知： （3-5）由于，介于0.5和1之間，接近0.5，根據(jù)表得知，系統(tǒng)耦合嚴重，并確定解耦后的單回路控制方案為給煤量控制床溫，一次風量控制主汽壓。3.3.1對角矩陣解耦雙變量解耦控制系統(tǒng)有下圖3-4所示圖3-4設(shè)，分別為,而，均為解耦器。為了計算出解耦器的數(shù)學(xué)模型，先寫出該系統(tǒng)的傳遞矩陣如下 （3-6）對角矩陣綜合法即要使系統(tǒng)傳遞矩陣成為如下形式： （3-7）(1)(2)兩式相比較得知 （3-8）將被控對象的傳遞函數(shù)數(shù)值代入得：= （3-9）由得到的 = （3-10）構(gòu)建對角矩陣解耦框圖如圖3-5 圖3-53.3.2開環(huán)解耦MATLAB仿真應(yīng)用MATLAB仿真搭建的框圖如下圖3-6

49、圖3-6 應(yīng)用對角矩陣解耦法得到的單回路解耦控制圖其中解耦系數(shù)分別為：Gain=0.5836 ，Gain1=-0.9449 ，Gain2=0.2572， Gain3=0.5836經(jīng)過仿真得到的仿真結(jié)果如下：當床溫給定階躍信號，主汽壓給定為0時得到的圖形如下圖3-7：圖3-7當主汽壓給定為節(jié)約信號，床溫給定為0時得到的圖形如下圖3-8：圖3-8由上面的圖得知，應(yīng)用對角矩陣解耦得到的結(jié)果還是比較理想的。3.3.3PID控制器的設(shè)計在解耦的基礎(chǔ)上，應(yīng)用PID對系統(tǒng)進行控制，PID控制器的設(shè)計及數(shù)值求取框圖如下圖3-9所示圖3-9 PID控制的系統(tǒng)解耦模型圖根據(jù)對控制效果的要求，得到PID的參數(shù)為床溫

50、控制器中P=0.55,I=O.OO12.主汽壓控制器中P=0.9,I=0.00115.仿真結(jié)果如下所示：當床溫給定階躍信號，主汽壓給定為0時，得到的控制器輸出圖形如圖3-10得到的輸出圖形如圖3-11：圖3-10圖3-11當主汽壓給定為節(jié)約信號，床溫給定為0時，得到的控制器輸出圖形如圖3-12得到的圖形如圖3-13：圖3-12圖3-133.3.4擾動試驗測試加入PID控制器的系統(tǒng)，基本就滿足了要求，但在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)不可能一直在理想的條件下運行，在不同的時間段內(nèi)，可能有不同形式的擾動加入，影響系統(tǒng)的正常運行，為進一步測定本控制器對控制對象的控制效果，現(xiàn)進行擾動試驗。得到的擾動試驗仿真結(jié)果如下

51、：首先測定擾動對床溫的影響，加入控制器后，當床溫給定為階躍信號，主汽壓給定為0時，系統(tǒng)達到穩(wěn)定后，在800s時，在被控對象前加入幅值為0.2、時間為50s的方波擾動測試系統(tǒng)的抗干擾能力，得到的輸出圖形如圖3-14圖3-14測定擾動對主汽壓控制系統(tǒng)的影響：當主汽壓給定階躍信號，床溫給定為0時，系統(tǒng)穩(wěn)定后在4500s時，在被控對象前加入幅值為0.2時間為50s的方波擾動測試系統(tǒng)的抗干擾能力，得到的輸出圖形如圖3-15 圖3-15通過擾動試驗可知：控制系統(tǒng)具有一定的抗干擾能力，但同樣的擾動對主汽壓和床溫的影響是不同的。3.3.5魯棒性試驗測試系統(tǒng)在運行過程中，隨著運行時間的推移，控制對象會發(fā)生一定的

52、變化，例如燃燒造成的管道結(jié)渣，從而會延緩熱量的傳遞等。為進一步驗證控制系統(tǒng)的性能，現(xiàn)測試系統(tǒng)的魯棒性。測試魯棒性有很多種方法，現(xiàn)使用改變被控對象的時延驗證系統(tǒng)的魯棒性，在實驗中，將被控對象的延遲時間都增大20。得到的曲線如下所示：驗證床溫控制系統(tǒng)魯棒性時給床溫給定階躍信號，主汽壓給定為0時，得到的輸出圖形如圖3-16圖3-16當驗證主汽壓控制系統(tǒng)魯棒性時，主汽壓給定階躍信號，床溫給定為0時，得到的輸出圖形如圖3-17圖3-17經(jīng)過魯棒性測試得知，在被控對象的延遲時間在一定范圍內(nèi)變化時，系統(tǒng)還是能夠較好的得到控制。3.4 結(jié)論經(jīng)過查找資料對循環(huán)流化床具有了一定的了解，國外CFBC技術(shù)在向大型化發(fā)

53、展。目前單機容量最大的CFBC鍋爐(250 MW ，蒸發(fā)量700 th)電站已在法國投入運行，鍋爐效率90.5 ，脫硫率93，NO排放低于250 mgNm。中國現(xiàn)已具備設(shè)計制造75 th循環(huán)流化床鍋爐的能力；自行開發(fā)的220 th 循環(huán)流化床鍋爐示范工程和引進410 th循環(huán)床鍋爐工程在進行。CFBC的設(shè)計基礎(chǔ)研究方面也取得了一些進展，完成了循環(huán)床專用設(shè)計軟件;125 MW 再熱爐型的工程設(shè)計研究和新型75 th和130 th循環(huán)流化床鍋爐的研究設(shè)計工作。循環(huán)流化床燃燒鍋爐的基本特點可概括如下：低溫的動力控制燃燒；高速度、高濃度、高通量的固體物料流態(tài)化循環(huán)過程，高強度的熱量、質(zhì)量和動量傳遞過程

54、。 循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點燃料適應(yīng)性廣、 燃燒效率高 、利于控制SO和NO 的排放、灰渣綜合利用性能好。循環(huán)流化床鍋爐的缺點： 循環(huán)流化床鍋爐部件的磨損和腐蝕嚴重、N2O生成量高、耗電量大、床溫過高、 分離裝置和返料機構(gòu)。循環(huán)流化床鍋爐是在鼓泡床鍋爐的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它幾乎可以消除鼓泡床鍋爐所有的缺點。通過對循環(huán)流化床控制系統(tǒng)的研究及其分析得到進一步的結(jié)論是循環(huán)流化床鍋爐中床溫主汽壓系統(tǒng)具有較強的耦合現(xiàn)象，一次風、給煤量對鍋爐床溫和主汽壓都有影響，兩輸入與輸出具有嚴重的耦合現(xiàn)象。應(yīng)用對角矩陣法對床溫主汽壓控制系統(tǒng)解耦，通過仿真證明具有良好的解耦特性，使兩個相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)彼此獨立，有利于控制

55、器的設(shè)計。控制器使用傳統(tǒng)的PID控制器，主要應(yīng)用比例和積分作用，起到了良好的效果，具體見圖五和六，經(jīng)過對曲線的分析得知，PID在整體上控制效果較好，但對延時問題沒有得到應(yīng)有的解決，由于時間問題，現(xiàn)在就不另設(shè)計系統(tǒng)用來解決延時問題。對于應(yīng)用PID控制的系統(tǒng)，加入擾動時，仿真效果見圖3-14和3-15，有圖可見，控制效果還是較好的，但在擾動加入時，系統(tǒng)的震蕩較嚴重，具體原因分析是，加入擾動時，擾動量太大，雖然最后能達到平衡，但加入時系統(tǒng)的超調(diào)過大。不利于系統(tǒng)的運行。通過魯棒性的測試，說明其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不太敏感。由于實驗條件有限，只是在軟件上進行了成功的仿真，但在實際方面，仍要進一步

56、完善，首先是控制對象傳遞函數(shù)的現(xiàn)場辨識，最好得到較為準確的傳遞函數(shù)，這應(yīng)該是仿真實驗的基礎(chǔ)，然后是PID的整定，在實驗室里較理想的條件下得到的參數(shù)一般與現(xiàn)場實際的有一定的差別，最后是擾動的加入，實際中的擾動是較多且沒有規(guī)律的，所以要想得到較好的結(jié)果還要到現(xiàn)場進行實際的操作。4結(jié)束語循環(huán)流化床鍋爐的自動控制尤其是床溫主汽壓控制對與機組的安全、經(jīng)濟運行至關(guān)重要。循環(huán)流化床鍋爐的工藝特點和本身結(jié)構(gòu)及燃燒特性決定，其床溫主汽壓控制系統(tǒng)是一個多變量、強耦合、大慣性、長延時的非線性時變系統(tǒng)，仿真試驗表明：采用常規(guī)PID控制器很難達到理想的控制效果，需要對被控對象進行必要的解耦，因此對床溫主汽壓控制系統(tǒng)的研

57、究就具有十分重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。由于循環(huán)流化床鍋爐具有以上的特性，目前很難建立循環(huán)流化床鍋爐床溫主汽壓系統(tǒng)的精確模型，本文應(yīng)用的傳遞函數(shù)也具有一定的局限性，所應(yīng)用的解耦及其PID控制是針對文章中具體的傳遞函數(shù)的一種控制，在實際應(yīng)用中效果有可能不太好，所以在控制系統(tǒng)的設(shè)計時，一定要有比較精確的傳遞函數(shù)，這樣理論設(shè)計的系統(tǒng)才能較好的應(yīng)用到實際中，雖然本設(shè)計有一定的局限性，但在本人能力的范圍內(nèi)，根據(jù)所得到的傳遞函數(shù)設(shè)計出來的控制系統(tǒng)，在理論的MATLAB仿真中得到了較好的效果，而且在抗干擾、魯棒性等方面也具有較好的性能。在PID參數(shù)的求取時，仿真顯示基本達到了要求，由于實驗條件的限制，只是

58、在軟件上進行了參數(shù)的求取，各種條件也是滿足理想的，但在實際方面，有可能存在一定的不足，對今后的再學(xué)習研究打下了良好的基礎(chǔ)。由于時間和實驗條件的限制，本人的一些設(shè)想沒來及驗證和實施，比如在控制器的選擇上，應(yīng)用現(xiàn)在比較先進的一些控制器是不是會取得更好的效果。本次設(shè)計主要針對的是系統(tǒng)的耦合，在耦合解除的前提下在設(shè)計基本簡單的控制器，對于對象的延遲就沒有設(shè)計具體的裝置來消除掉。參考文獻1李官鵬,程世慶,韓奎華.循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展和特點J，2004,20(2).2李明,徐向東.循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)J，2002,42(5).3郭爽,邊立秀,張玉萍.循環(huán)流化床鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)J，2000(4).4杜朝

59、波,高建強,王印松.450th循環(huán)流化床鍋爐床溫運行特性分析J，2005,38(1).5黨黎軍.循環(huán)硫化床鍋爐的啟動調(diào)試與安全運行M，西安，中國電力出版社.2001.6呂俊復(fù)等.循環(huán)流化床鍋爐運行與檢修(第二版)M.北京,中國水利水電出版社.2005.7李曉紅，林士偉，陳麗娟，李軍林.循環(huán)流化床鍋爐集散控制系統(tǒng)J，2008，25（4）.8劉鷹，郭東道.用對角矩陣法設(shè)計解耦控制系統(tǒng)J,商場現(xiàn)代化-2008年30期.9金以慧.過程控制M.清華大學(xué)出版社.2008.10黎賓.循環(huán)流化床鍋爐床溫先進控制策略研究J. 廣西輕工業(yè),2008年3月第3期(總第112期).11張永哲,徐向東.循環(huán)流化床鍋爐動

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