燃煤供暖锅炉控制的系统研究及应用.doc

燃煤供暖锅炉控制系统的研究及应用摘要：随着社会的发展与进步，重视燃煤供暖锅炉控制系统的研究及应用对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍燃煤供暖锅炉控制系统的研究及应用的有关内容。关键词燃煤；控制；系统；供暖；锅炉；应用；中图分类号：tk223文献标识码：a 文章编号：引言锅炉是用热能来加热工质(一般为水)产生蒸汽的设备，由锅和炉两大部分组成。锅是锅炉接受热量，并把热量传给工质的受热面系统；炉是锅炉中把燃料的化学能转变为热能的空间和烟气流通的通道一炉膛和烟道。一、锅炉自动控制的国内现状在国内，由于经济技术条件的限制，锅炉设备水平一直比较落后，大多数中小型锅炉水平基本上停留在手动和简单仪表操作的水平。80年代中后期，随着先进的控制技术引入我国的锅炉控制，锅炉的计算机控制得到了很大的发展。至90年代，锅炉的自动化控制己成为一个热门领域，利用单片机、可编程序控制器、工业计算机以及引进的国外控制设备开发的各种控制系统，已逐渐用于对原有锅炉的技术改造中，并向与新建炉体配套的方向发展，许多新的控制方法，诸如最优控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制等自动控制的最新成果也在锅炉自动控制中得到了尝试和应用但由于控制技术单一，或控制算法的建模往往不能反映真实的锅炉燃烧状况，导致在工程实践中并不怎么成功，不能产生很好的经济效益，挫伤了用户在工业锅炉上用计算机进行控制的积极性。进入本世纪以来，为了进一步改善锅炉操作状况，降低能耗，确保安全运行，减少对大气的污染，同时随着人工智能理论的发展成熟，智能控制技术的大规模应用，对新一代锅炉计算机优化控制系统的开发和应用已势在必行且条件成熟。二、锅炉供暖系统特点及控制要求通常，锅炉采暖系统有两种，一种是蒸汽锅炉采暖系统，一种是热水锅炉采暖系统。蒸汽采暖系统一般是以饱和蒸汽为介质，蒸汽在热系统的管道和散热设备内的流动过程中由于冷却会不断地产生凝结水，所以必须及时地排除蒸汽中所携带的凝结水，否则，大量的凝结水会引起管道的堵塞和水击现象，造成管道和设备的破坏，另外由于采暖系统温度变化范围大，严密性差，维护困难，泄露严重，不利于远距离输送。热水采暖系统的供热量是由热水温度的变化来调节的，热水温度变化的幅度和频率都比较小，热网的连接件不会出现剧烈的胀缩，严密性好，漏损很少，大大减轻了漏损热损失。热水锅炉一旦发生水泄漏，易于发现，能使系统得到及时的维修。由于热水温度较低，输送过程中的管道热损失减少，尤其是远距离输送更是这样。所以在大面积区域集中供热网中一般都采用热水供热系统。热水锅炉的工作原理可简述为：水在热水锅炉中被加热到设计的温度后经供水管道送到各用户的散热器中散热，使室温升高，热水被冷却。然后再经回水管路由循环水泵抽回注入锅炉。水在这样一个系统中不断地从热水锅炉吸收热量，又不断地在散热器中将热量散出，达到供热采暖的目的。根据锅炉给暖系统的工作特点，控制系统的基本控制任务和控制要求包括：燃烧控制和给水控制。其中燃烧控制较为复杂，主要包括这样一些内容：炉膛温度控制、炉膛负压控制、引风控制、送风控制等；给水控制主要包括：供水压力、供水温度、供水流量等，以及对各运行参数和设备状态进行检测，以便进行显示、报警、工况计算以及制表打印等。三、自动运行控制参数的分析及确定对燃煤锅炉的控制实际上就是对锅炉的燃烧控制，使其输出热量随系统热负荷的变化而变化，从而达到节能目的。对供暖锅炉燃烧控制的难点在于其依据性参数的确定，主要有：室外温度；供、回水温度；室内温度；鼓、引风机及炉排的转速。3.1室外温度由于供暖系统具有滞后性，供暖系统的供热量并不是对应时段建筑物的耗热量或者系统的热负荷，因此，供热站或供暖锅炉房的供热参数的调节不需要也难以做到根据室外温度变化瞬时精确控制，往往是分阶段进行调节。基于这种认识，控制设计引入了延伸预测法中具有短期预测能力的简单滑动平均和分时段、温度的模糊控制法。简单滑动平均是以过去某一时段的平均值作为将来某一时期预测值的一种方法。由于滑动平均法适用于短期预测，因此，对于存在滞后性的供暖系统来说，采用简单滑动平均法，既可以利用上一时段的气象参数、运行参数预测下一时段的运行参数，又可以在一定程度上利用系统的惰性，对系统进行分时段模糊变频控制，避免气温控制系统因室外温度的瞬时变化而频繁动作。简单滑动平均的表达式是：式中ft是t时的预测数，是预测的下一时段的室外温度；xi是已记录的t时段前狀个时段的实际室外温度；n是在计算滑动平均值时所使用的历史数据，即滑动时段的长度，n的取值反映预测值对数据变化的反应速度，一般在之间，也有为了使预测更符合当前的发展方向，采用加权平均的方法，即对不同时期的序列赋予不同的权重。记录系统每记录次室外温度，为了确定n的取值和是否采用加权滑动平均法，可以通过比较预测误差来选择，取n值分别为和，加权预测的前期权重分别为，和，计算结果是n取时加权（权重分别为，）滑动平均法的累计误差平方最小（）（预测值与观测值比较表略），因此，在控制设计时采用了加权预测法的室外气温的预测值作为控制的基本依据，也就是系统每采集并记录次室外温度，在开始供暖的前，以前次采集的实测室外温度作为控制风机、炉排的基本参数，从供暖的第开始，以前次实测记录的室外温度的加权平均值作为后的预测室外温度，控制风机、炉排和循环泵的运行，以此类推。采用简单滑动平均法控制锅炉的燃烧及循环泵的运行，其实质就是对室外空气温度的提前预测，从而推算下一时段的热负荷，这样既可以在一定程度上利用系统惰性对系统进行模糊控制，又可按一定时段调整一次运行参数，利于系统平稳运行，具有可操作性。由于系统越大，其惰性越大，因此，系统运行参数的调整间隔也应越长，本课题选定的供暖系统相对较小，调整的间隔选定为。3.2供、回水温度供暖系统的实际运行参数与设计值差异较大，如系统设计供、回水温度一般为，但实际运行供水温度远低于，一般最高供水温度均低于。传统的确定运行参数的方法：一种是看天气、凭经验，一般中小型锅炉房采用这种方法，供暖质量及能耗的高低取决于司炉人员的水平和工作责任心；另一种方法是预先根据调节运行公式计算运行参数，绘制热媒运行调节参数对照表，由司炉及管理人员根据天气预报查运行参数对照表对系统进行调节。第一种方法随意性较大，也不能用于对系统进行自动控制，第二种方法适应自动控制的要求，但要建立与系统相适应的数学模型。国内对调节运行公式多有探讨，但应用于实际的不多，其调节运行公式为式(2),(3)中tg, th,为任意室外日均温度下的供、回水温度，c ; tn,为实际运行时的任意室内日均温度，c;tg，以为设计供、回水温度，c;tn为室内计算温度，c ;tw为任意室外日均温度，c;式为室