锅炉烟气含氧量控制

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2、烟气含氧量控制方案
被控对象：烟气 被控变量：烟气含氧量 操纵变量：风机频率
空气 风机 K1101
AIC 1101 AI 1101
炉膛
烟气
M
干扰变量：挡板开度
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被控对象：烟气 被控变量：烟气含氧量
M
AIC 1101 AI 1101
炉膛
DO 1101
烟气
操纵变量：挡板开度 干扰变量：空气量
空气 风机 K1101
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3、烟气含氧量控制方案选择
进风量和出风量都对烟气含氧量有显著的影响，那么选择哪一个 做操纵变量更好呢？ 经过分析，对烟气含氧量起到实质性影响的应当是进风量，也就 是风机转速的大小。烟道挡板作为一种可以调节和对烟气含氧量 有影响的因素，更适合于在风机转速无法调节时进行亡羊补牢似 的控制。因此，我们选择方案一风机转速来调节烟气含氧量。
需求出各环节的传递函数，实际问题难以满足，理论计算较繁
琐，工程上一般不采用。
工程整定法
直接在闭合的控制回路中进行整定。是一种经验方法，简单、
方便、易于掌握，工程中广泛采用。 主要包括：经验整定法、临界比例度法、衰减振荡法、响应曲 线法。
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4、质量指标控制
选择质量指标作为被控变量是设计控制系统时首先要考虑的。 当直接选择质量指标作为被控变量比较困难或不可能时，可以选 择一种间接的指标作为被控变量。但是必须注意，所选用的间接 指标必须与直接指标有单值的对应关系，并且还需要具有一定的 变化灵敏度。
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7、施加扰动测试控制器性能。 将AI1101设定值从2变为3，记录AI1101的响应曲线。
待AI1101稳定后，将AI1101设定值从3再变为2，记录AI1101的响
应曲线。 待系统稳定之后，手工将DO1101开度设置为25，观察AI1101曲线 的变化趋势。 当AI1101稳定后，再将DO1101开度设置为15，等待AI1101稳定。 将DO1101开度调回到19，等待AI1101稳定。
7、小锅硬件和仪器仪表的说明
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1、控制规律的选择
工业控制器常见到有开关控制、比例控制器、比例—积分控制器、 比例—微分控制器、比例—积分—微分控制器。 过程工业中常见的参数有液位、流量、压力、温度和成分
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2、控制规律的选择原则
对控制要求不高的参数，可采用比例控制器，甚至开关控制 对控制要求不高，且惯性较大的参数，可采用比例—微分控制器，
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4、烟气含氧量控制方案
SP 烟气含氧量 控制器 风机频率 调节阀 烟气含氧量
含氧量测量 变送装置
控制器正反作用：反作用
控制规律：比例—积分作用
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三、实验步骤
1、打开锅炉工程。 2、确认S1101为内控状态。 3、进行控制系统组态。 设置数据采集点，采集烟气含氧量AI1101实测值作控制器输入。 PID控制器组态（具体配置见下页）。 设置执行单元，阀门位号S1101，数据输出类型为“绝对量”。
锅 炉 烟 气 含 氧 量 控 制
实验目的
巩固PID控制器的使用 巩固经验整定法、衰减振荡法的使用 了解组分对象的特点和控制方法
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目录
一、基础知识
二、烟气含氧量单回路控制系统的设计
三、实验步骤 四、总结
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一、基础知识
1、控制规律的选择 2、控制规律的选择原则 3、PID控制器参数整定方法 4、质量指标控制 5、成分与物性参数测量的问题 6、锅炉烟气含氧量控制流程图
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燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器；空气经由变频鼓风机 K1101送入燃烧器。变频器频率为S1101（被归一化到0~100%之间）， 空气量为FT1104。
燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生热量使锅炉水汽化。燃烧产生的
烟气带有大量余热，对省煤器E1102中的锅炉上水进行预热。 省煤器烟气出口处的烟气流量为FT1107，温度为TT1105。烟气含氧量
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认识烟气含氧量：燃烧工况的影响
燃料一定，空气量增加：烟气含氧量将增大，多余的空气会吸收 一定的能量，经过烟囱排放大空气中，造成能量的浪费 空气量一定，燃料量增加：烟气含氧量将减少，由于燃料的不完 全燃烧，在造成燃料能量浪费的同时还将大量的有毒气体排放到 空气中，造成环境污染。 空气量一定，燃料中可燃成分增加 ： 烟气含氧量将减少，由于 燃料的不完全燃烧，在造成燃料能量浪费的同时还将大量的有毒 气体排放到空气中，造成环境污染。 空气量一定，燃料中可燃成分减少：烟气含氧量将增大，多余的 空气会吸收一定的能量，经过烟囱排放大空气中，造成能量的浪 费

理论整定法 结果比较精确
需要求出各个环节的传递函数，实际问题 不能满足 理论计算比较繁琐

临界比例度法

使用起来比较方便


不适用于工艺方面不允许被控变量长时间 的等幅振荡的场合 在纯比例控制情况下，系统可能不会出现 等幅振荡 只适用于二阶以上的高阶对象或一阶纯滞 后对象
衰减振荡法

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8、使用经验整定法进行PI参数整定，当Kc=5、Ti=3时，施加扰动得到 的响应曲线。
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9、使用衰减振荡法进行PI参数整定，当Kc=6.0756、Ti=0.95时，施加 扰动得到的AI1101响应曲线。
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10、使用DO1101控制AI1101，经验法整定控制器参数。
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5、成分与物性参数测量的问题
并不是所有这类参数都有行之有效的测量方法，有些成分或物性 参数目前尚无法实现在线测量和变送； 成分分析仪表普遍具有比较大的测量滞后，不能及时地反映产品 质量变化的情况； 成分分析仪表的工作环境要求都比较高，较差的工作环境可能会 带来比较大的测量误差。
整定质量好 对工艺过程干扰小 安全可靠

对时间常数小的系统不易测取衰减振荡周 期 不宜用于干扰频繁的系统
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风机变频 调速旋钮
烟道挡板开 度调节旋钮
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二、烟气含氧量单回路控制系统的设计
1、认识烟气含氧量 2、烟气含氧量控制方案 3、烟气含氧量控制方案选择 4、烟气含氧量控制方案
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1、认识烟气含氧量
烟气含氧量是指燃料燃烧之后排出的烟气中氧气的含量，它是锅 炉燃烧的一个重要的指标，它与锅炉燃烧效率、排烟热损失等有 很大的关系 影响烟气含氧量的因素主要有燃料量、燃料成分、空气量等，简 单而言，烟气含氧量的影响因素就是燃烧工况（燃料量和空气量 的比值）。
进行信号连接。
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模块
参数 位号 状态
取值 AIC1101 手动 反作用 1 99999 0
说明 烟气含氧量控制 器
PID控制 器
正反作 用 参数Kc 参数Ti 参数Td
不使用此参数
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4、在趋势曲线画面添加AI1101、S1101、PI1102曲线。 5、确认挡板DO1101开度为19.13，运行锅炉工程。 6、控制系统投运。 控制系统投运原则：无平衡、无扰动切换 AIC1101投运过程：在控制器手动状态下，不断修改控制器输出OP， 观察控制器输入PV的变化（SP随之变化），当PV达到2%时，将控 制器投自动
AI1101设有在线分析检测仪表。烟道内设有挡板DO1101。
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检测仪表说明
位号 AI1101 检测点说明 烟气含氧量 单位 %
执行机构说明
位号 S1101 DO1101 执行机构说明 鼓风机变频 烟道挡板
风机变频调速旋钮S1101和烟道挡板开度调节旋钮DO1101均位于辅助 操作台上，它们的用途和立体流程设备盘台上的双效阀类似，可以内控 或外控。辅助操作台位于钢制盘台正面的右上方，可伸缩。
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6、锅炉烟气含氧量控制流程图
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7、小锅硬件和仪器仪表的说明
省煤器实质上也是换热器，壳程中是炉膛燃烧产生的烟气，管程 中是锅炉上水。 锅炉上水经由省煤器流向汽包，省煤器E1102由多段盘管组成，燃 料燃烧产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的锅炉上水换 热，回收烟气中的余热并使锅炉上水进一步预热。 被烟气加热成 饱和水的锅炉上水全部进入汽包V1102。
但对于噪声较大的参数，如流量，则不能选用比例—微分控制器
对于精度要求高的，要加入积分规律，可选用比例—积分控制器
较重要的、控制精度要求较高的、希望动态偏差小的、被控对象
滞后时间较大的，可选用比例—积分—微分控制器
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3、PID控制器参数整定方法
PID控制器参数整定方法有：理论整定法、工程整定法 理论整定法：
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11、使用DO1101控制AI1101，经验法整定控制器参数。
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12、取Kc=1、Ti=0.8时，改变风机转速S1101 。
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四、总结
PID参数整定方法
经验整定法
优点
简单方便，适用于记录曲线不规则、外界 干扰频繁的控制系统
缺点
参数整定花费时间长 整定结果因人而异，没有明确的标准