【《燃烧器工作原理和建模分析概述》4100字】

燃烧器工作原理和建模分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u5653燃烧器工作原理和建模分析概述 1307821.1燃烧器的组成及其原理 1136371.2燃烧器数学模型构建 3174361.1.1建模综述 3134421.1.2燃烧器温度控制方案设计 41241.1.3沥青搅拌站燃烧器的数学模型 6105571.3燃烧器仿真分析 71.1燃烧器的组成及其原理燃油燃烧器点火很方便、刚性好、不容易产生结焦、堵塞、并且它的雾化效果好，燃烧完全也稳定，而且燃料的黏度在燃油燃烧器进行雾化时并无太大影响[7]，因此它的使用年限也是比较长的。在喷嘴结构中进出油气孔径大小与进出油道空气孔径径大小尺寸都较大，且很容易被空气阻塞、结焦，并且它的最大优点是在燃料雾化的过程中，空气的消耗量较小；它的喷射火焰管和喷射运动速度快，刚性高。并且它还可以通过直接把一种冷态的重油和澄油进行转化而燃烧。因此在本文中，采用的是燃油燃烧器，燃油燃烧器一般是以油作为燃料的一种装置，由燃油雾化器和调风机构组成。燃油燃烧器大致有两种类型，分别为轻油型和重油型燃烧器。这两种类型的燃油燃烧器在它们所需要燃烧的工作过程中所需要燃烧的实际上并非都是以一种液体作为燃料的油，柴煤机和电动发动机的燃烧实际上都是在一种气体状况下才能进行的。结构如下图2-1所示[7]，燃烧器经由一个排气管道的进风口直接吸入一定量的空气，空气和燃油料均匀地混合到整个燃烧器内，燃烧器经由一个高温的加热使得油料气化，最后将油料处于气化状态。燃油燃烧器由5个系统组成：（1）\t"/item/%E7%87%83%E6%B2%B9%E7%87%83%E7%83%A7%E5%99%A8/_blank"点火系统

：点火系统主要是由点火电极、点火高压线缆和点火电极组成，用来将空气与燃料的混合物进行点燃[11]。（2）监控系统：这种监控系统的作用就是为了保证燃烧器安全和稳定地工作，它最重要的组成部分包括火焰监控器、压力观察仪、温度观察仪等。（3）燃料系统：燃料系统是由油管和油阀连接头、油泵、电磁阀、喷嘴、重油预热器组成，用来保证燃烧器工作所需要的燃料[11]。（4）风机送风传动系统：送风系统其主要零部件是由壳体、风机马达、风机叶轮、风枪和点火管、风门传动控制器、风门控制挡板、凸轮式风速调节传动装置和扩散盘组成，它的作用是想燃烧器内部排放含有一定温度还有风速的空气[11]。（5）电控系统：电控系统重要控制元件是程控器，是以上各个系统的联络中心和指挥中心，对各种的燃烧器匹配有不同的程控器[11]。燃油燃烧器结构图如下图2-1所示图2-1燃油燃烧器结构图1.2燃烧器数学模型构建1.1.1建模综述任何一个采用自动化控制的系统，都应该是由每一个被控对象（包括工艺装置）和每一个自动化控制装置（例如变送器、调整器、执行器等）两个大部分共同组成[12]。只有我们掌握了它们各自的动态属性，并把它们合理地组织起来形成了控制体系，才能真正达到人们所希望的控制目标。控制系统的设计、运用的优劣，在很大程度上依赖于对被控物体的动态性质了解程度。被控对象的动态特征实际上也就是通过建立一种基于被控对象的动态数学模型，即用一种数学方程式来描述被控对象各种变量之间的相互关系。建立系统的被控模型，如下图2-2。控制器控制器执行器被控对象温度图2-2系统结构研究被控对象动态特性的作用主要有以下几方面:建立一套合理的自动化控制系统。从控制系统的设计原理我们得知,只有准确掌握了每一个被控物体和受测者的动态属性，才能够确定最优控制的规律，设计生产出合理的控制系统。（2）制定合理的技术装置及施工方案。目前，被控制造工艺装置的设计与生产制造仅以其静态化的性能为主要基础。如果我们通过对于所选择的被控对象及其动态特性问题进行了深入地研究分析，得出了这些被控对象及其动态特征结构和其参数对于工艺动态特性的影响，则我们就能够同时可以针对所选择的工艺装置给出具体的设计要求或合理地提出改进建议，使我们所选择的各种工艺物件都能够始终保持良好的工作动态特性，为我们所设计出令人满意的工作控制系统打下了先决条件[13]。（3）选择一个控制系统中的最优整定参数。只有充分地掌握了所有被控对象的各种动态属性，才会更加有可能运用控制学的理论来进行计算和确定各个控制系统的最优整定参数。被控对象的各种动态属性都可以通过两种方式获得，即进行理论性建模或者进行实践性建模，或者把二者结合起来。理论上的建模方法就是依靠基本的物理、化学定律和一些工艺性的参数，在一定假设条件下，导出所有的被控物体和对象的数学模型。这种方法一般只能用来描述新研究到的一些受控物体动态特征。实验性建模主要目的就是从实际试验的数据中进行分析并推导得出一种新的数学模式，即先根据试验经历或对数据的分析判断确定该模型的结构，然后由试验数据确定其所有未知的参数。实验建模的整个过程也叫做系统的辨识（鉴定）。在机械工程中许多受控对象都使用的是相当复杂的机械设备和系统，它们的数学模型也非常复杂，采用理论和建模的方法来获得它们的数学模型也会相当困难，或者说我们还需要用很复杂的数学模型方式来描述它们的动态性质。因此，在数学工程上主要研究目的就是通过综合借助数学实验室和建模处理技术的各种方法应用来快速获取可靠的对被控对象和实验对象的立体数学实验模型[14]。事实证明，对于许多复杂的产品生产线和制造管理过程，用根据实际应用情况不断进行的数据分析和设计建立综合起来的近似化和数学控制模型方法去准确地地描述其中的动态控制特性，完全可以能够帮助设计一个能够令所有人因此感到完全满意的过程控制管理系统。1.1.2燃烧器温度控制方案设计沥青混合料的整个生产工艺过程都是由一台电脑控制的，生产前把其生产必须要求的参数直接输入到电脑，工艺的流程中，在环境没有太大的变化和其他条件比较稳定的前提下，电脑就全程会依据沥青生产的工艺要求对沥青生产工艺的全过程进行监视和跟踪：冷石料的运输、加热温度、并将每一种材料依据配比对的拌和速率进行测量、确定搅拌时间等[15]。电脑的自动化控制，使得生产流程相对平稳。燃烧器设备装置是完成建筑工业沥青原料搅拌站准备工作的重要技术关键设备装置，选用一台生产技术稳定、安全可靠的沥青燃烧器就一定能够为其工业生产经营过程中能够实现优质、高产、低能源消耗、少量高污染、环保和文明的工业生产方式提供了先决技术条件。本文主要探讨采用新型Oertli(欧特力)Mibum系列新型燃烧器和新型Digiburner(蒂吉博纳)Zzrnz系列新型燃烧器作为我们所要进行研究的重点项目。OERTLI(欧特力)MIB燃烧器特点:（1）一体式燃烧器；（2）机械或电动调节空气/燃料比例调节器；（3）对于非常高压或者主要是高于低温的燃油压缩空气可以进行高压雾化;对于高压空气雾化：我们可以通过调节燃油温度控制范围1：4，燃油燃气压力30bar；对于压缩空气的低压雾化：我们可以通过调节燃油温度控制压力范围1：6，燃油的燃气压力10bar，压缩空气的燃油压力6bar，压缩空气燃油消耗量的控制比例确定为10%的最大实际用油消耗量[16]；（4）燃烧控制器和温度传感器等技术为主要核心设备的控制系统；（5）使用低噪音技术；（6）适合于燃料：包括轻油、重汽车、燃料油、各类气体燃料，并且可以进行油气的混烧，但对燃油的品质有很高的要求。DIGIBURNER(蒂吉博纳)ZZR燃烧器特点[17]:（1）一体式燃烧器；（2）使用变频技术调节空气/燃料比例；（3）压缩空气的雾化：可以在调节温度范围1：6，燃油的压力10bar，压缩空气的温度6bar，压缩空气耗量为10%最大油量；（4）以PLC为核心的控制系统；（5）轴流式风机;；（6）适合的燃料：轻油、重汽车、燃烧柴油、渣化汽车、勾兑油等，燃油品质要求低。本文为了提高时时刻刻监视燃烧器温度，对其进行控制的性能，控制油门开度和风机开度，调节这两个阀门开度，使沥青搅拌站燃烧器温度稳定在一定范围内，使得生产出来的沥青满足工艺要求。图2-3燃烧器控制模拟图为了更好地达到以上目的，燃烧过程中控制系统一般应该由两个可调节的任务，即风机开度和油门开度，如上图2-3所示。维持锅炉内负压p和最优空燃比a不变，调节风机的开度和油门开度，以便于维持锅炉内温度控制t保持恒定。为了满足上述的要求，还需要调节送风量和燃料量，对它们进行控制，形成一个沥青搅拌站燃烧器温度控制系统，两个主要的控制单元之间是紧密地联系在一起，两个单元互相协调，以提供适当的负荷，并保证燃烧过程的安全和经济[14]。1.1.3沥青搅拌站燃烧器的数学模型测定燃烧器燃烧系统的响应曲线时使用的标准输入信号主要有阶跃式输出信号和矩形方波式输入信号，阶跃式输出信号是最常见的一种输入信号，其中所对应的各种可以跟随一段时间发展而变化的输出信号曲线叫为阶跃式响应曲线（或称阶跃式飞升曲线）[18]，它们都能够比较直观地描述和反映一个被控物体对象的运动动态，特性参数的信息直接来源于所记录的曲线，无需中间切换，试验的方法也相对较简便。因此，本次检测系统选择了一个阶跃式的信号来作为主要的输入。将系统设定到一个开环式运行的状态，将控制器摆放在手动，阶跃地通过移动和变换控制器移动和用来调节手操输入的电压，记录在一定的温度下就可以用来计算和测量一个变送器的输入和电流[19]，即可以直接得到阶跃式响应的曲线，经简易地处理，就已可以直接计算和得到本次操作过程中模型参数。本文只是基于燃烧器的温度控制系统的特征，构建了一个数学模型用于反应该两种温度控制算法的性能。本文结合了温度控制传感器系统的主要技术特点，在对仿真的研究中我们选择了如下二阶惯性环节中增加滞后的传递函数的模型，用于初步分析描述了燃烧器内部的温度与燃油量之间的变动过程[20]，其传递函数定义为：G(s)=5∗e1.3燃烧器仿真分析根据上式2-1得到的燃油燃烧器温度和燃油量的变化过程的传递函数模型，首先设计沥青搅拌站燃烧器的模拟仿真。图2-4燃烧器Simulink仿真示意图如上图3-3所示，调节油门阀门开度K，从0~100%逐渐调节，可得仿真结果图如下图3-4。a.阀门开度0b.阀门开度20%c.阀门开度50%d.阀门开度100%图2-4手动调节阀门开度仿真结果归纳整理不通开度的仿真结果，可得手动调节油门阀门开度结果如下表2-1。表2-1手动调节阀门开度结果阀门开度稳定时间/s输出温度/℃0