（机械工程专业论文）链条锅炉控制系统的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 根据北新建材集团有限公司动力分厂的实际情况，为该厂的一台锅炉设计了控制 系统，该系统能够进行实时控制锅炉水位和燃烧，提高了该厂的自动化水平。 对水位系统采用了p i 调节器，其参数根据b a n y a s z 法利用最小二乘的辨识结果 进行整定，并引入了变速积分和部分智能判断。以蒸汽负荷这个主要的外扰因素与给 水流量的差值做为前馈调节，设计出以“水位、给水流量、蒸汽流量”为对象的三冲量 水位控制系统。其控制思想是：假设锅炉系统的进水与出水是平衡的。如此时液面l 低于给定值，则主回路使调节阀开大，给水量加大，而给水量的增加破坏了水平衡， 前馈回路的趋势是使用调节阀关小，给水量减少，两者共同作用的结果使给水量不会 增加很快，这恰恰起到了一种对付纯滞后有效的方法w a i ta n ds e e ( 等等瞧) 的效果， 使之不会产生振荡。 针对工业锅炉本身具有的时交、大滞后、大延时、干扰多的特点，本文提出采用 模糊控制以及部分智能判断对燃烧系统进行控制，当负荷增加需要增加供煤时，采用 空气先行的串级调节；在负荷减少需要减少供煤对，采用燃料先行的串级调节。由于 燃烧系统的机理建模将一个时变的线形系统简化成一个时不变的线形系统，而氧量对 鼓风量的校正也只是基于操作人员的定性经验，因此对燃烧过程的描述存在着许多 “模糊”的地方，对于这种“非完全已知和非传统模型描写的系统”的控制，是目前国际 控制界的热点之一。本文选用定性控制规则和定量控制相结合的办法，并采用多种控 制器切换，以得到不同状态下的优良品质。 本文对以上控制方法进行了深入研究，并实际应用于北新建材集团有限公司 3 5 t h 工业锅炉上，得到了较好的效果，锅炉的安全、环保、节能各方面指标都较以 往仪表控制有了显著的进步。 关键字：锅炉 模糊控制最小二乘法 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a lc o n d i t i o no ft h eb n b mp o w e rd e p a r t m e n t ，ac o n t r o l s y s t e mf o rt h eb o i l e ri sd e s i g n e d t h es y s t e mc a l lp r o v i d er e a l - t i m ec o n t r o lo nw r t c rl e v e l a n dc o m b u s t i o no f t h eb o i l e r , i m p r o v e st h ea u t o m a t i z a t i o nl e v e lo f t h ed e p a r t m e n t t h ew a t e rl e v e ls y s t e mi sc o n t r o l l e db yt h ep ia d j u s t e r , i t sp a r a m e t e ri sa d j u s t e d a c c o r d i n gt ot h er e s u l to fl e a s ts q u a r em e t h o db a s e do nt h eb a n y a s zm e t h o d ，a n dv e l o c i t y v a r i a b l ei n t e g r a la n dp a no fi n t e l l i g e n tj u d g ea r ei m p o r t e d u s i n gt h ed i f f e r e n c eb e t w e e n s t e a ml o a dw h i c hi st h em a i nd i s t u r b a n c ea n df e e d w a t e rf l o wa st h ef o r w a r dr e g u l a t i o n ， s c h e m e so u tat h l 七e i m p u l s cw a t e rc o n t r o ls y s t e mw h o s eo b j e c t sa r e w a t e rl e v e l ， f e e d w a t e rf l o w , s t e a mf l o w t h ec o n t r o li d e ai s ：s u p p o s i n gw a t e r - i na n dw a t e r - o u to ft h e b o i l e rs y s t e mi sb a l a n c e a b l e i ft h ew a t e rs u r f a c ei sl o w e rt h a nt a r g e tv a l u el ，a n dt h e nt h e m a i nl o o pw i l lt u r nt h ea d j u s tv a l v eb i g g e r t h ef e e d w a t e rf l o ww i l li n c r e a s e ；i ft h ew a t e r s u r f a c ei sh i g l l e rt h a nt a r g e tv a l u ea n dd e s t r o y st h ew a t e rb a l a n c e , f o r w a r dl o o pw i l lt u r n t h ea 由船fv a l v es m a l l e r , t h ef e e d w a t e rf l o ww i l ld e c r e a s e t h er e s t d to fb o t ho ft w o m e t h o d sa c to nt h es y s t e mc a u s e st h ef e e d w a t e rf l o ww i l ln o ti n c r e a s ef a s t ，a n dt h i sr e a c h t h ee f f e c t i v em e t h o da g a i n s tp u r el a gw h i c hi sc a l l e d w a i ta n ds e e , a n dt h ee f f e c ti st h e s y s t e mw i l ln o ts u r g e a i ma tt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ei n d u s t r yb o i l e r , s u c ha st i m e - v a r i a b l e ，b i gl a g ，b i g d e l a ya n dm a n yd i s t u r b a n c e s ，t h i sp a p e rp r e s e n t su s i n gf u z z yc o n t r o la n dp a no fi n t e l l i g e n t j u d g et oc o n t r o lt h ec o m b u s t i o ns y s t e m w h e nt h el o a di n c r e a s e sa n dn e e dt oa d ds o m e c o a l ，w ea d o p ts e r i e s - w o u n dm o d u l a t i o nw i t ha i rf i r s t ；w h e nt h el o a dd e c r e a s ea n dn e e dt o r e d u c es o m ec o a l ，w ea d o p ts e r i e s - w o u n dm o d u l a t i o nw i t hc o a lf i r s t b e c a u s eo ft h e m e c h a n i s mm o d e l i n go fc o m b u s t i o ns y s t e m ，t h et i m e v a r i a b l el i n e a rs y s t e mi ss i m p l i f i e d t oat i m e i n v a r i a b l el i n e a rs y s t e m ，a n dt h cr e g u l a t i o no ft h eb l a s ta c c o r d i n gt oo x y g e ni s b a s e do nt h eq u a l i t a t i v ee x p e r i e n c eo ft h e o p e r a t o r s ot h e r ea r em a n y f u z z y p o i n t si nt h e i i 华中科技大学顽士学位论文 d e s c r i p t i o no fc o m b u s t i o np r o c e s s t h ec o n t r o lo f t h i sk i n do f n o n c o m p l e t e l yk n o w na n d n o n - t r a d i t i o nm o d e ld e s c r i p t i o ns y s t e m i so n eo ft h eh o t s p o to fi n t e r n a t i o n a lc o n t r o lf i e l d n o w t h i sp a p e rc h o o s e st h em e t h o do fc o m b i n a t i o nb e t w e e nq u a l i t a t i v ec o n t r o lr u l ea n d q u a n t i t a t i v ec o n t r o l ，a n du s e ss e v e r a lk i n d so fc o n t r o l l e r st os w i t c ht og e tt h ee x c e l l e n t q u a l i t y t h ec o n t r o lm e t h o d sd i s c u s s e da b o v ea r er e s e a r c h e dd e e p l yi n t h i sp a p e r , a n dt h e m e t h o d sa r eu s e do n3 5 t hi n d u s t r yb o i l e ri nt h eb n b m t h ee f f e c ti sg o o d ，a n dt h e i n d e x e so f s e c u r i t y , e n v i r o n m e n t , e n e r g ys a v i n ga r eb e t t e rt h a nm e t e rc o n t r o lb e f o r e k e yw o r d ：b o i l e r 呦c o n t r o l l e a s ts q u a r em e t h o d i i i 独创- 陛声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文【 1 已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对 本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：忍日萄 十i 日期：加年，d 月j 。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留并扁国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密昭。 ( 请在以上方框内打“v ，) 学位论文作者签名：悉即j e l 期：1 ，嘶年，一月，a 日 舯教师签名：押f 讲 曰埘j ：伽y 年，。月，。曰 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题概述 1 1 1 过程控制的特点及发展 1 绪论 生产过程中的温度、压力、流量、液位、和成分等状态参数作为被控参数的控制 系统叫作过程控制系统【l 】。典型的控制系统如图1 1 所示 2 1 ： 圈1 1 典型控制系统方框图 与其他自动控制系统相比，过程控制的主要特点是【3 】【4 1 ： ( 1 ) 系统由过程检测控制仪表组成。过程控制利用气动仪表、电动仪表、组装 式仪表、智能仪表和计算机等，根据生产工艺要求，应用控制理论和控制技术的合理 选用，使系统参数运行在最佳状态，实现对生产过程的最佳控制。 ( 2 ) 被控过程的多样性。过程控制中的被控过程形式很多，如石油化工过程中 的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器、动力核反应 堆；机械工业中的热处理炉；冶金过程中的平炉、转炉等，它们的动态特性一般具有 惯性大，滞后大的特点，而且具有非线性特性。 ( 3 ) 控制方案的多样性。对于多变量、非线性变量、分布参数和时变参数等复 杂过程，控制可采用串级、前馈一反馈、分层递阶、智能、仿人等控制方案。 华中科技大学硕士学位论文 ：= = ；j = = = = ；= = = = ；= = = = = = = = ；= = = = = = = = ；= = = = = = = = = 2 = = = = 2 2 2 2 2 2 = = ；。= ( 4 ) 过程控制的过程是一个慢过程，大多为参量控制。 过程控制的发展与检测手段、计算机的发展密切相关，大体可分为以下几个阶段 【5 】： ( 1 ) 2 0 世纪4 0 年代前：手工控制。当时生产过程的操作主要是凭工人的经验 去整定参数，劳动条件差，生产效率低。 ( 2 ) 5 0 - - 6 0 年代：局部自动化。在生产过程中采用电动式仪表和部分单元组合 式仪表。 ( 3 ) 6 0 7 0 年代中期：综合自动化。在这一阶段中，已出现了采用数字计算机 以及微处理器为基础的集散控制系统，采用了各种复杂的常规控制系统和计算机控制 系统。 ( 4 ) 8 0 年代至今：数字化与智能化。过程控制已发展为无人或少人参与操作管 理。过程控制发展到多变量控制、最优控制、自适应控制、智能化的计算机分布式控 制。计算机的普遍应用使过程控制高度拟人化，自动化，且能用复杂而又先进的算法， 如新型p i d 算法、参数自整定算法、自适应自学习控制算法、分层递阶控制算法、自 寻最优算法，并已实现了过程控制最优化与现代化的集中调度管理较好的结合。 1 1 2 工业锅炉的历史、现状及发展 工业锅炉是典型的过程控制对象。工业锅炉是利用煤、石油或天然气等能源所储 藏的化学能通过燃烧转换成水或蒸汽的热能的重要设型6 1 。锅炉作为热能动力设备已 有2 0 0 多年的历史。近年来，随着人类对环境资源的重视，锅炉在两方面的发展突飞 猛进，一是锅炉本体结构不断改进；二是锅炉的控制技术也在发展，由先前的手工操 作，半手工操作，到仪表操作和计算机控制等阶段。国外的工业锅炉多以燃用石油和 天然气为主，国内大部分为燃煤锅炉。目前，我国的工业锅炉约有数十万台，设备陈 旧落后，平均吨位低，燃烧的热效率较小，污染严重，所以提高锅炉的热效率，节约 燃料势在必行。而锅炉热效率的高低，取决于诸多方面，如锅炉的结构、炉体的形状、 炉排运行的方式、助燃风量的配置、燃料的配给方式，都是直接或间接影响锅炉热效 华中科技大学硕士学位论文 ：一：= = = = = = = = = = = ；= ；= = = = = = ；= = = = = = ；= = = = = ；= ；= = = = = 一 率的因素。下面仅从炉排结构的发展历史来阐述一下我国工业锅炉的现州7 】； ( 1 ) 链条炉排：目前我国锅炉约有4 0 万台套采用链条炉排，配套锅炉大多为从 1 1 0 t h 的工业民用锅炉至3 5 t h 以上的小型电站锅炉，此种锅炉正以每年8 的速度 新增或改造。 ( 2 ) 往复炉排；这是8 0 年代初发展起来并大量使用于l l o t h 的工业与民用锅 炉上，目前已有3 0 万台套在使用，并以每年8 的速度在新增或改造。 ( 3 ) 滚动炉排：这是8 0 年代末发展起来的新式炉排结构，使燃烧干燥挥发，可 有效燃烧直至燃烬。 针对我国的工业锅炉设备陈旧老化，平均吨位低，自动化水平较差，热效率小的 状况，如何将数量众多的各型锅炉，开展节能工作具有及其重要的战略意义 引。纵观 世界各国在锅炉节能方面所取得的成果，可在以下三方面采取措施： ( 1 ) 从供热系统结构上研究节能问题。 ( 2 ) 改进锅炉本体结构，根据不同煤种，不同品质来改善锅炉的燃烧方式与工 艺条件。 ( 3 ) 采用新型的控制手段与方式，这正是广大控制工程人员所要研究的课题， 在既定目标下如何使锅炉高效率地运行。 1 2 国内外链条锅炉控制系统的研究综述 1 2 1 微机在我国工业锅炉控制中的应用 工业锅炉作为典型的过程控制对象，具有大时滞大惯性的特点，是多变量紧耦合 的生产过程。从2 0 世纪6 0 年代中期以来，经过国内外许多学者和工程师的努力，提 出许多应用于控制工程实践的解耦方法，如相对增益分析法、对角矩阵法、单位矩阵 法、前馈补偿法、反馈解耦法、静态解耦法、逆奈奎斯特阵列法。在控制理论上，已 经从经典控制理论阶段，发展成以状态空间法为标志的现代控制理论阶段，直至8 0 年代兴起的智能控制理论阶段( 9 l 。新兴的控带4 理论与控制方法不断涌现，尤其是智能 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = 口= = = = = = = = ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 控制中的专家系统控制、模糊控制、人工神经网络控制、仿人智能控制等，或者上述 两者及两者以上相结合的控制。其中，尤以模糊控制在锅炉这种复杂的系统中应用较 为广泛。 由于燃煤工业锅炉的运行参数很多，各式各样参数之间的相互影响也比较大，许 多参数之间存在明显或不明显的因果关系，情况比较复杂，所以工业锅炉想要达到较 好的控制效果比较困难。多年来，我国的小吨位工业锅炉多以手控为主，虽然在某些 工业锅炉上也有仪表控制系统，但受其局限性的影响，一般对各参数的相互作用考虑 甚少，控制方案一经确定就难于修改，而且近年来新开发的一些算法也难以实施，控 制效果往往不如人意，同时生产与设备的管理也停留在较低水平。 针对这种情况，如何设计研制一种配置灵活、适应性广、价格合理、使用方便的 新型工业锅炉控制系统，已成为工业锅炉自动化的一个重要课题。 微型计算机的广泛应用，为工业锅炉的自动控制展示了广阔的前景。与常规仪表 相比，使用微型计算机进行控制具有以下优点： ( 1 ) 为提高控制效果，可通过微型计算机及与之相配套的检测仪表和接口设备， 在线辨识受控对象的数学模型； ( 2 ) 微型计算机具有很强的数值运算与逻辑判断能力，便于修改、扩展控制程 序，以实现各种高级算法，如最优控制、自适应控制、智能控制等，而不必变更硬件， 这是传统的常规仪表所无法比拟的； ( 3 ) 微型计算机的屏幕显示与打印机的应用，为工厂的现代化管理提供了强有 力的手段； ( 4 ) 便于实现集散控制。微型计算机具有很强的通讯能力，从而整个系统可以 分享及时、准确、可靠的信息，达到使系统整体最佳的目的； ( 5 ) 可减轻生产人员的劳动强度，改善工作条件，提高工作效率。 由于以上特点，微型计算机目前在我国工业锅炉控制中得到了越来越广泛的应 用。下面将对几个典型例子进行介绍。 4 华中科技大学硕士学位论文 1 2 2 几个工业锅炉控制系统实例介绍及分析 北京造纸六厂的工业锅炉微机控制系统 该系统是由北京工业大学，北京自动化仪表厂和北京造纸六厂三方共同研制的， 其对象是s h l l 0 1 3 型工业锅炉。采用砥l 8 0 5 为主机，对蒸汽压力，水位和炉膛负 压进行控制。该系统采用p i d 调节器进行控制，根据司炉工的经验进行参数调节，改 变p i d 调节器的参数及空燃比，以达到最佳工况。据厂家介绍，其控制效果相当于优 秀工人的调节水平。对燃烧系统的控制采用的是燃料( 煤) 先行的串级调节系统。当 负荷波动较大时，需要由人工进行干预，修改p i d 参数及空燃比，以满足负荷的变化 要求。该厂的蒸汽主要用来烘干，所以对品质的要求不太高，只要有一定的压力即可。 对于燃烧系统所具有的纯滞后，采用人为的超调来克服。举例来说，假如现在生产上 要求6 k g e m 2 的蒸汽，则实际供给6 5k g c m 2 的蒸汽，这样就有0 5k g c m 2 的富余量， 当负荷增大导至汽压下降时，这0 5k g c m 2 可作为一个“缓冲”，使蒸汽压力在未降到 实际所能容许的值以前完成调节过程。可以看出，当负荷减小时，汽压会比设定值高 出很多，对调节不利，该厂在实际运行时，各个车间的用汽量遇有大的变化时，须与 动力车间事先联系，进行“超前调节”。 该系统的主要特点是： ( 1 ) 完全摹仿仪表控制，对p i d 参数的整定与仪表系统完全相同，工作便于理 解； ( 2 ) 参数由人工根据经验整定因此依赖于工人的操作水平； ( 3 ) 纯滞后的克服实际上是靠降低热效率来实现的： ( 4 ) 根据工厂实际工况进行设计，使该系统比较适合该厂情况； ( 5 ) 水位调节不够理想，给水调节阀因水位的小范围波动而动作非常频繁，造 成设备的磨损严重： ( 6 燃烧系统由于采用燃料先行的串级调节，在要求增加给煤量时，容易造成 欠氧燃烧，导致冒黑烟； ( 7 ) 画面显示采用汉字方式，比较直观易懂，而且汉字库是由系统设定的少数 华中科技大学硕士学位论文 一= ：= = = = = = = = = = = = 目= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 一 几个字，成本低。缺点是修改与维护比较困难； ( 8 ) 稳定可靠，长时间运行基本没有出现大的问题； ( 9 ) 由于增减负荷时须事先联系，因此适用于负荷的变化可预先估计的系统。 天津毛纺厂的工业锅炉微机控制系统 该系统是由天津节能中心负责研制的，主机采用国产的改进型兼容机，文字画面 采用汉语拼音，图显画面采用直方图的形式，整个系统由计算机台和控制柜组成。该 系统的控制框图。 系统的燃烧控制是以汽包压力为主调信号，自动调节给煤量，并自动配比风量， 通过对烟气残氧量的测量进一步校正鼓风量。该系统的燃烧控制从原理上讲比北京造 纸厂优越，主要原因是控制方案有所改进，采用w s p i d 及前馈调节，对纯滞后的处 理要好的多，据称效果比较理想。 该系统存在的问题是： ( 1 ) 水位在负荷变化较大时，控制精度不理想； ( 2 ) 画面采用汉语拼音不够直观； ( 3 ) 煤量先行的串级调节在增煤时会冒黑烟。 1 3 本文的主要研究工作及内容 在前一时期，我参与了北新建材集团有限公司动力分厂的工业锅炉控制系统的设 计与改造项目。该分厂为全厂( 包括家属区) 提供生活用暖、各车间的动力蒸汽，用 来洗涤、干燥反应剂，合成树脂及为涂料升温、中央空调提供动力。之前，该分厂配 备有三台小型燃煤锅炉，1 拌、2 拌是使用抛煤机的2 0 f f h 工业锅炉，3 撑是1 0 t h 的链条炉， 这三台锅炉比较老式，控制设备落后，运行多年，基本上由司炉工凭经验来操作；4 f 是新近由大连锅炉厂设计安装的3 5 吨节能型燃煤工业链条炉，因采用澳大利亚的新 技术，是全国相同吨位中体积最小的新型燃煤锅炉。公司特为4 群锅炉配备了变频调 速器l l 圳j ，分别用于4 撑炉的上水、引风、鼓风、炉排及二次风。该公司决定：对4 # 锅炉设计，安装一套全新的控制系统。具体要求是：实现系统的商度自动化运行，燃 6 华中科技大学硕士学位论文 烧效率为9 0 以i - ，热效率达8 0 以上，排烟林格曼黑度达到一级以下，具有水位 上下限及气压上限的报警功能，并一次性通过劳动局的安全验收。如何实现上述要求， 是我所研究的主要内容。 通过前一阶段的工作与调研，确定我的工作重点是：针对运行中的4 群锅炉，提 出相应的( 给水和燃烧的自动调节) 数学模型和控制算法，以实现4 牟锅炉安全、环 保、经济运行。 1 3 1 技术方案 通过与用户的交流，并根据现场的具体条件，对所设计的控制系统提出如下的技 术性能指标： ( i ) 1 3 路模拟数据采集显示系统，可采集如下数据：水位、水流量、汽流量、 气压、后风压、炉压、炉温、上水执行反馈、省煤器出口烟温( 西) 、省煤器出口烟 温( 东) 、省煤器入口烟温、省煤器出口水温、排烟温度，a d 转换时间_ e m lt h e nu o = k g l * s g n ( e ) 即当e 很大时使用开关量i 进行控制 ( 3 ) i f el e m 2t h e nu o = k g 2 * s g n ( e ) 即当e 很大时使用开关量2 进行控制 ( 4 ) i fiel 4t h e n = 0 8 * e + 0 2 * e c ( 5 ) i fle 2t h e n = 0 6 * e + 0 4 * e c u 0 = u p * u ( 6 ) i flel o ，则按式( 4 1 9 ) 将u 记入控制表 如x t e m 2 t h e nu o = k g l + s g n ( e ) 即将e 很大时使用开关量2 进行控制 ( 4 ) i fl e l 4 t h e n u = ( 1 1 + e + ( 1 - 1 1 1 ) + e c l ( 5 ) i fi e l 2 t h e n u = c t 2 + e + ( 1 - a 2 ) + e c u o = u p * u ( 6 ) i fl e l i ￥之，夕 y f f ：f 一1i y 1r 占j 口= 血“1 r1 i 口= 口一口f 按式( 3 4 0 ) 按式( 3 4 0 )i 一记入控制表 一u 记入控制表l ri ， i 校正量= b ( a +a ) f = r o f 1r 图5 7 经济燃烧模块程序框图 o 4 8 华中科技大学硕士学位论文 4 ) 最小二乘辨识模块 该模块采用准递推最j 、- - 乘法，不适宜辨识含有色噪声的过程，为节省内存，也 为清楚起见，本系统规定系统参数的辨识只能单个回路顺次进行，而不能同时交叉辨 识两个过程。其标准形式为： y ) = - a l y ( k - 1 ) 一a 2 y ( k - 2 ) + b o u ( k ) + b l u ( k 1 ) 如系统存在纯延时，其格式应在调用前按上面形式重排。 5 ) 控制模块 本模块通过对其他模块的合理调用，实现对水位、燃烧、负压等系统的控制或辩 识。该模块的框图及解释如下。 4 9 华中科技大学硕士学位论文 5 0 华中科技大学硕士学位论文 5 l 华中科技大学硕士学位论文 5 , 2 结果分析与结论 图5 8 控制模块框图及说明 1 ) 结果分析 将此方法应用于北新建材( 集团) 有限公司3 5 f i b 工业锅炉上，得到了较好的验 证，锅炉的安全、环保、节能各方面指标都较以往仪表控制有了显著的进步。其具体 数据如下： ( 1 ) 安全性：实现了水位高低限报警、水位极低报警联锬保护；实现了蒸汽压 力高报警( 一次报警) 、蒸汽压力极高报警连锁保护( - - 次报警) 。经过现场实际调试， 若将设备安全阀起跳值设定在0 8 0 m p a ，第一次报警值设定在0 7 5m p a ，第二次报警 值设定在0 8 0m p a ，在实际运行中，员工都将锅炉设备压力值调到o ，7 0m p a 以下， 华中科技大学硕士学位论文 只有在调试安全阀时或技术监督部门检验锅炉报警时，才能够对该报警及联锁装置进 行实验，因此必须保证该装置的可靠性。经多次测试，上述报警程序灵敏可靠，可靠 性达1 0 0 。 详见锅炉外部检验报告，见附录l 。 ( b ) 环保指标： 改逢前1 1 月 1 2 月1 月 2 月3 月 改造后同期 环保局给出的检测报告，详见炉窑大气污染物测试报告表，见附录2 。 ( 2 ) 节能指标 煤气比由l ：7 升至1 ：9 ，也就是说原来烧1 吨标煤可产生7 吨蒸汽，现在烧1 吨标煤可产生9 吨蒸汽，蒸汽的成本大为降低，降幅为2 8 。 3 5 3 0 2 5 北京市节能办给出的节能监测报告详见附录3 。 2 ) 结论 根据以上数据可以看出，应用该控制系统后，4 # 锅炉的各项指标均达标，且达到 了同行业的优秀标准，这不仅节省了生产成本，更给岗位员工减轻了繁重的体力劳作， 5 姻度 如o 糊黻 湖拗瑚啪啪如 华中科技大学硕士学位论文 为工厂的现代化管理提升了一个新的台阶。 首先，由于控制稳定，蒸汽的品质有所提高，减少了由于负荷突变( 增大、减小) 而使锅炉设备频繁动作，转动机械长期处于不稳定的运行状态，减少了不必要的磨损， 以炉排为例，原来每年都要进行一次大修，采用新的控制方法后，运行3 年才检修了 一次炉排，而且更换新件比例只有原来的1 2 ，极大的降低了维修成本。 其次，由于以往控制方法不当，烟风系统、汽水系统设备频繁出现问题，经常需 要停炉检修，工人需要在密闭的烟道内抢修，稍有不慎就会有危险( 曾经出现过煤气 中毒事件) ，对于锅炉这种热力设备而言，因为它具有大延时、大滞后干扰多的特点， 频繁起、停，对之来讲是十分不利的，因此它需要一个相对稳定的运行环境，采用新 的p i 调节和智能控制后，从未因控制系统出问题而导致设备频繁检修。这样不仅延 长了设备的使用寿命，而且保护了职工的身心健康和生命安全。 再次，由于原来设备频繁起、停，造成锅炉引风机及其辅机冷凝水带水非常严重， 众所周知，烟气自锅炉空气预热器流出后，烟温在1 4 0 。c 附近，在此温度区间不会产 生冷凝水，但是在停机的时候，烟温急剧降低至室温，大量冷凝水析出，附着在设备 上，尤其是在叶片上，由于烟气含硫及未燃尽的碳粒灰尘等，随同水份附着在设备上， 致使叶轮产生不平衡，造成风机振动，电机电流增大，轴承磨损，烟道及蜗壳腐蚀， 密封性能破坏，烟气含氧增大，锅炉排放超标，曾因排放超标，环保局曾罚过款。在 采用了模糊控制以及部分智能判断对燃烧系统进行控制后，当负荷增加需要增加供煤 时，采用空气先行的串级调节；在负荷减少需要减少供煤时，采用燃料先行的串级调 节。由于燃烧系统的机理建模将一个时变的线形系统简化成一个时不变的线形系统， 燃烧相当稳定，从未发生过排放超标的现象，由于没有频繁停炉，上述问题也得到了 相应的解决。 该系统的最大特点是利用原有的主要设备不变，只是在控制算法上提出了一整套 独特理论，直观且可操作性强，普通员工易于掌握，只要懂得基本的计算机知识，就 可操作；而且投资不大，并具有实用价值，深得用户的好评。 华中科技大学硕士学位论文 6 1 结论 6 结论与展望 工业锅炉运行采用微机控制，是随着科学技术的进步和工业生产现代化的发展而 产生的。本论文以工业锅炉作为研究对象，主要取得了如下研究成果。 第一，研究了水位控制系统的特点，进行了机理模型的分析，并通过实验进行了 验证，实现了工业锅炉自动上水系统的控制，该系统不论是在负荷变化较小的情况下， 还是在负荷频繁频繁剧烈变化的运行工况下，都可以实现水位的平稳调节，水位始终 保持在5 的波动范围之内。 第二，针对工业锅炉具有的时变、大滞后、大延时、干扰多的特点，采用模糊控 制与智能判断的方法，对工业锅炉燃烧系统进行控制，取得了较好的效果。安全、环 保、节能等各项指标都较以往仪表控制有了显著的进步。在以锅炉的炉膛温度作为目 标函数，在燃煤量一定的前提下，通过改变风量的大小，寻找炉膛温度的最高点，此 时的过剩空气系数即为当前负荷下的最加值，在燃料量不变的前提下，炉膛温度与锅 炉的热效率是一一对应的，编制的变步长的自寻优算法，达到了以炉膛温度为目标函 数寻找最佳空燃比的目的。 第三，维持炉膛负压值一定。由于实现了最加风煤配比的自动控制，对于工业上 应用的负压型锅炉，能够较稳定地维持在2 4 n 皿水柱之间，这样不仅起到保护环 境的作甩还对现场操作人员的劳动保护起到了积极的作用。改变了以往正压燃烧到处 冒黑烟和火星的恶劣状况。 6 2 晨望 虽然，本论文在工业锅炉的自动控制方面取得了一定的研究成果，但是，仍然存 在着一定的问题。燃烧控制是一项比较复杂的系统工程，由于煤种和炉型的不同，通 常在锅炉冷念启动的时问段内，热工仪表和控制软件不灵敏，它们需要在热态运行中 华中科技大学硕士学位论文 进行调试，这时就需要进行人工干预，虽然从冷态到热态的时间段不会很长，但是仍 然没有起到全过程自动控制燃烧的作用。由于本人在资金和经验方面还比较欠缺，因 此，需要在日后的工作中加强学习、不断探索，相信在不远的将来，一定能够研究出 解决上述问题的方法。 华中科技大学硕士学位论文 致谢 本文研究工作是在导师杜润生教授的悉心指导下完成的。导师渊博的知识、敏锐 的学术洞察力、活跃的学术思维、严谨的学术风格和深邃独到的见解都给作者以极大 的教益，使学生受益匪浅；导师献身祖国科学教育事业的无私精神、对科技前沿的远 见卓识、严谨治学的工作作风、诲人不倦的高尚品德，将使学生受益终生，并将永远 激励作者以导师为榜样奋发向上、不断进取。值此成文之际，向敬爱的导师致以最崇 高的敬意和最衷心的感谢! 在工作过程中，得到了华中科技大学机械学院的导师和北新集团有关同志的大力 协助。同时赵英俊教授也给予我极大帮助，他们那严谨治学、严格要求的工作态度给 我留下深刻印象，激励了我研究的热情。另外，还得到北新集团王际春高工的指导， 他们是我顺利完成论文的航标。 在此，对所有关心和帮助我的同志表示深深的感谢。由于水平和经验不足，文中 难免有错误，望大家批评指正。 赵阳涛 2 0 0 4 1 0 华中科技大学硕士学位论文 参考文献 【1 严伯钧，严俊熙，张仁忠，杨公源编过程控制系统分析与设计中国纺织出版 社。1 9 9 4 【2 】邵裕森，巴筱云主编过程控制系统及仪表机械工业出版社，1 9 9 3 3 】 严绍清主编过程计算机控制系统。西北工业大学出版社，1 9 8 9 【4 徐春山主编过程控制仪表冶金工业出版社，1 9 9 3 【5 金以慧主编过程控制清华大学出版社，1 9 9 3 6 】辽宁省工人技术培训教材编委会主编锅炉工辽宁科学技术出版社，1 9 8 2 【7 】赵翔，任有中合编锅炉课程设计水利电力出版社，1 9 9 1 8 1梁道君，郑金吾燃煤热水锅炉节能优化控制研究节能，1 9 9 9 【9 9王俊普主编智能控制中国科学技术大学出版社，1 9 9 6 【1 0 】吴麒主编自动控制原理清华大学出版社，1 9 9 0 1l 】满永奎，韩安荣，吴成东编著通用交频器及其应用机械工业，1 9 9 5 【1 2 v a r i s p e e d 一6 1 6 p c 5 6 1 6 p 5 使用说明书株式会社安| 电机，y a s k a w a 1 3 1 日本安川变频器使用说明书( v a r i s p e e d 6 1 6 g 5 ) 日本安川电机，y a s k a w a f 1 4 】g 【o o t t l o bw n e j c u d s ) e x p e r ts y s t e m s i n e n g i n e e r i n gp r i n c i p l e s a n d a p p l i c a t i o n s i n t e r n a t i o n a lw o r k s h o pv i e n n a , a u s t r i a , s e p t e m b e r2 4 - 2 6 ，1 9 9 0 p r o c e e d i n g s 【1 5 】卢翔，旌仁经济型智能调