锅炉燃料油燃烧控制系统
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[15]诸静．模糊控制原理与应用．北京：机械工业出版社．1999
[16]孙增圻．智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社．19Байду номын сангаас7
[17]孙庚山，兰西柱．工程模糊控制．北京：机械工业出版社．1995
[18]冯冬青，谢宋和．模糊智能控制．北京：化学工业出版社．2000
[19]易继锴，侯媛彬．智能控制技术．北京：北京工业大学出版社．1999
[20]杨胜辉．工业锅炉的智能控制系统．科技情报开发与经济．2001,11
[21]张泰山．计算机控制系统．北京：冶金工业出版社．1986
[22]金以惠，方崇智．过程控制．北京：清华大学出版社．1998
3．控制引风量。为了保持炉膛压力在要求的范围内,引风量(单位时间内从炉膛引出的烟气重量)必须与送风量相适应。炉膛压力的高低也关系着锅炉的安全、经济运行。炉膛压力过低,会使大量的冷风漏入炉膛,将会增大引风机的负荷和排烟损失,炉膛压力太低甚至会引起内爆;反之,炉膛压力高且高出大气压力时,会使烟气冒出,不仅会影响环境卫生,甚至可能影响设备和人身安全。
图3-1串级控制仿真原理图
图3-11蒸汽压力燃料流量串级控制系统
风量控制系统采用Pi控制，其参数整定为Kp=0.2，Ti=20，系统的阶跃响应如图3-2所示，系统的阶跃响应曲线仿真如图3-12所示。
图3-2风量控制仿真原理图
图3-12风量控制仿真图
负压控制其控制器采用PI控制，参数整定为Kp=0.03，Ti=45，确定前馈补偿器为G(s)=0.13*(6s+1)/（3s+1）。其仿真框图如图3-3所示，负压控制的阶跃响应如图3-13所示。
[11]白晓清，张江微．工业燃煤锅炉燃烧系统自动控制方案比较研究(一)．节能．1999，5
[12]张江微，白晓清．工业燃煤锅炉燃烧系统自动控制方案比较研究(二)．节能．1999，11
[13]刘久斌．链条炉燃烧控制系统方案分析．热能动力工程．96，5
[14]李友善，李军编著．模糊控制理论及其在过程控制中的应用．北京：国防工业出版社，1993
内蒙古科技大学
本科生课程设计论文
题 目：燃油蒸汽锅炉的燃烧过程控制系统仿真
学生姓名：张 超
学 号：0867112337
专 业：测控技术与仪器
班 级：08-03
指导教师：李琦
2011年12月4日
内蒙古科技大学课程设计任务书
课程名称
控制系统仿真
设计题目
燃油蒸汽锅炉的燃烧过程控制系统仿真
指导教师
李琦
时间
2011.11.28~2011.12.02
3、撰写不少于3000字的设计报告。
设计报告要求提交纸质文档，设计报告包括设计背景、设计原理、设计过程、结果分析等几个部分，要求给出设计模型图以及仿真结果图。相关Matlab/Simulink设计文件要求提交电子文档。
四、进度安排
收集和查阅资料（一天）
Matlab/Simulink建模（两天）
控制系统设计与优化（一天）
第二章设计原理及过程
锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的要求，同时还要保证锅炉安全经济运行。一台锅炉的燃料量、送风量和引风量三者的控制任务是不可分开的，可以用三个控制器控制这三个控制变量，但彼此之间应互相协调，才能可靠工作。对给定出水温度的情况，则需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。同时应使炉膛内存在一定的负压，以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火安全和环境卫生。
设计参数：见《过程控制系统的Matlab仿真》（刘文定主编）9.2.3节。
三、设计要求及成果
1、利用Simulink建立燃油蒸汽锅炉的燃烧过程控制系统的仿真模型，包括燃料量控制系统、风量控制系统、炉膛负压控制系统。
2、设计以上系统中控制器的参数，观察仿真结果，比较各种参数下的系统响应曲线，内容验证仿真结果的正确性;
[2]张亮明，夏桂娟．工业锅炉自动控制．北京：中国建筑工业出版社．1987.
[3]刘培章，刘奇志．燃煤锅炉微机控制系统．电子技术应用．1999，6
[4]陆闽宁，丁维明．工业锅炉微机控制技术探讨．能源利用与研究．1994,5
[5]牛培峰，孙键．循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望．动力工程．1998，12
图2-1蒸汽压力燃料量的串级控制
2.2
为了实现经济燃烧，当燃料量改变时，必须相应的改变送风量，使送风量与燃料量相适应。燃料量与送风量的关系燃烧过程的经济与否可以通过剩余空气系数是否合适来衡量，过剩空气系数通常用烟气的含氧量来间接表示。实现经济燃烧最基本的方法是使风量与燃料量成一定的比例。送风量控制子系统的任务就是使锅炉的送风量与燃料量相协调，可以达到锅炉的最高热效率，保证机组的经济性，但由于锅炉的热效率不能直接测量，故通常通过一些间接的方法来达到目的。以实测的燃料量作为送风量调节器的给定值，使送风量和燃料量成一定的比例。
编写技术设计书（一天）
五、评分标准
课程设计成绩评定依据包括以下几点：1）工作态度（占10%）；2）基本技能的掌握程度（占20%）；3）方案的设计是否可行和优化(40%)；4）课程设计技术设计书编写水平(占30%)。分为优、良、中、合格、不合格五个等级。
考核方式：设计期间教师现场检查；评阅设计报告。
六、建议参考资料
图1 燃烧控制系统结构图
锅炉燃烧过程自动控制主要包括三项控制内容如图1所示。
1．控制燃料量。当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时,必须相应地改变锅炉燃烧的燃料量(单位时间内送入炉膛的燃料重量)。
2．控制送风量。为了实现经济燃烧,必须相应地调节送风量,使送风量(单位时间内送入炉膛的空气重量)与燃料量相适应。燃烧过程的经济与否可以从过剩空气系数是否合适来衡量,过剩空气系数通常可用烟气中的含氧量来间接表示。也可通过使风量与燃料量成一定比例的方法实现经济燃烧。控制送风量也是为了实现安全运行,若风量相对于燃料量太少的话,亦可能导致熄火事故。
Keywords:Boiler Control
第一章设计背景
燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统,主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成,各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。
一、教学要求
1、理解锅炉燃烧控制系统的组成及的工作原理；
2、掌握使用Matlab/Simulink软件对控制系统的建模与仿真的方法；
3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。
二、设计资料及参数
设计资料详见《过程控制系统的Matlab仿真》（刘文定主编）9.2.3节。
本设计涉及到的控制原理、过程控制系统等内容参考相关专业课教学内容。
[6]宋清昆，满春涛．链条炉排锅炉燃烧系统动态自寻优控制．哈尔滨理工大学学报．1998，3
[7]金以惠，方崇智．过程控制．北京：清华大学出版社．1998
[8]牛培峰．国产循环流化床锅炉燃烧过程动态控制模型．华东电力．2000,12
[9]周其节，李培豪．自动控制原理．北京：电子工业出版社．1985
[10]章臣越．锅炉动态特性及其数学模型．北京：水利电力出版社．1987
2.1
燃料控制的任务是使进入锅炉的燃料量随时与蒸汽负荷要求相适应。当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时，必须相应的改变锅炉燃烧的燃料量。燃料量控制是锅炉控制中最基本也是最主要的一个系统。因为给煤量的多少既影响主汽压力,也影响送、引风量的控制,还影响到汽包中蒸汽蒸发量及汽温等参数,所以燃料量控制对锅炉运行有重大影响。设置燃料量控制子系统的目的之一就是利用它来消除燃料侧内部的自发扰动，改善系统的调节品质。另外，由于大型机组容量大，各部分之间联系密切，相互影响不可忽略。特别是燃料品种的变化、投入的燃料供给装置的台数不同等因素都会给控制系统带来影响。燃料量控制子系统的设置也为解决这些问题提供了手段。为使具有快速消除燃料扰动措施，采用燃料量作为福变量、蒸汽压力作为主变量的串级控制系统。如图表2-1所示。
关键字：锅炉控制
This paper studies the coal-fired boiler combustion system of automatic control. The paper describes the coal-fired boiler process, characteristics and regulation system task; analysis of combustion system control object character. According to process characteristics, the combustion control is divided into a main steam pressure control, combustion economic control and furnace pressure control part three, are respectively discussed.
1、《控制系统数字仿真与CAD》，李国勇，电子工业出版社，2011年1月第2版
2、《过程控制系统的Matlab仿真》,刘文定，机械工业出版社，2009年2月第1版
摘要
本文研究了燃煤锅炉燃烧系统的自动控制问题。首先简述了燃煤锅炉的流程、特点及调节系统的任务；分析了燃烧系统调节对象的特性。根据工艺特点，把燃烧控制分成主汽压控制、燃烧经济性控制和炉膛负压控制三部分，分别进行讨论。
其比值控制系统如图2-2所示。
图2-2逻辑提降量控制
2
保持炉膛压力要求范围内，引风量必须与送风量相适应。炉膛压力高低也关系着锅炉安全和经济运行。炉膛压力过低会使大量冷风漏入炉膛，将会增大引风机负荷和排烟损失，炉膛压力太低会引起内爆；反之炉膛压力高且高出大气压力时候，会使火焰和烟气冒出，影响环境卫生，可能影响设备和人生安全。引风量控制子系统任务是保证一定炉膛负压力，且炉膛负压必须控制允许范围内，一般-20Pa左右。控制炉膛负压手段是调节引风机引风量，其主要外部扰动是送风量。作为调节对象，炉膛烟道惯性很小，内扰和外扰下，都近似一个比例环节。一般采用单回路调节系统并加以前馈方法进行控制，为炉膛负压给定值，S为实测炉膛负压，Q为引风量，V为送风量。炉膛负压实际上决定于送风量和引风量平衡，故利用送风量作为前馈信号，以改善系统调节性能。另外，调节对象相当于一个比例环节，被调量反应过于灵敏，防止小幅度偏差引起引风机挡板频繁动作，可设置调节器比例带自动修正环节，使小偏差时增大调节器比例带。负压S测量信号，也需进行低通滤波，以抑制测量值剧烈波动。其系统如图2-3所示。
图3-3负压控制原理框图
图3-13负压控制系统仿真图
3.2
将前面的各个整定好的子系统构成如图3-4所示的燃料油控制系统框图。设蒸汽压力为10，炉膛负压设定为5，系统施加0.2的随机干扰，系统仿真曲线如图3-21所示。
图3-4燃烧控制的系统框图
图3-21燃烧控制系统的曲线响应
参考文献
[1]陈学俊，陈听宽．锅炉原理．北京：机械工业出版社．1979.
图2-3炉膛负压前馈反馈控制系统
2.4
综上所述，对于燃油控制系统主要有三个子系统组成，其原理图如图2-4所示。
图2-4燃油蒸汽的燃烧控制系统
第三章
3.1
对于燃料流量控制系统，为了使系统无静差，燃料控制器采用PI控制方式。其参数整定为Kp=0.55，Ti=15，蒸汽压力控制与燃料控制构成串级控制，蒸汽压力控制器采用PI控制，参数整定为Kp=0.2，Ti=20，其系统框图如图3-1所示，对应的阶跃响应如图3-11所示。
[16]孙增圻．智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社．19Байду номын сангаас7
[17]孙庚山，兰西柱．工程模糊控制．北京：机械工业出版社．1995
[18]冯冬青，谢宋和．模糊智能控制．北京：化学工业出版社．2000
[19]易继锴，侯媛彬．智能控制技术．北京：北京工业大学出版社．1999
[20]杨胜辉．工业锅炉的智能控制系统．科技情报开发与经济．2001,11
[21]张泰山．计算机控制系统．北京：冶金工业出版社．1986
[22]金以惠，方崇智．过程控制．北京：清华大学出版社．1998
3．控制引风量。为了保持炉膛压力在要求的范围内,引风量(单位时间内从炉膛引出的烟气重量)必须与送风量相适应。炉膛压力的高低也关系着锅炉的安全、经济运行。炉膛压力过低,会使大量的冷风漏入炉膛,将会增大引风机的负荷和排烟损失,炉膛压力太低甚至会引起内爆;反之,炉膛压力高且高出大气压力时,会使烟气冒出,不仅会影响环境卫生,甚至可能影响设备和人身安全。
图3-1串级控制仿真原理图
图3-11蒸汽压力燃料流量串级控制系统
风量控制系统采用Pi控制，其参数整定为Kp=0.2，Ti=20，系统的阶跃响应如图3-2所示，系统的阶跃响应曲线仿真如图3-12所示。
图3-2风量控制仿真原理图
图3-12风量控制仿真图
负压控制其控制器采用PI控制，参数整定为Kp=0.03，Ti=45，确定前馈补偿器为G(s)=0.13*(6s+1)/（3s+1）。其仿真框图如图3-3所示，负压控制的阶跃响应如图3-13所示。
[11]白晓清，张江微．工业燃煤锅炉燃烧系统自动控制方案比较研究(一)．节能．1999，5
[12]张江微，白晓清．工业燃煤锅炉燃烧系统自动控制方案比较研究(二)．节能．1999，11
[13]刘久斌．链条炉燃烧控制系统方案分析．热能动力工程．96，5
[14]李友善，李军编著．模糊控制理论及其在过程控制中的应用．北京：国防工业出版社，1993
内蒙古科技大学
本科生课程设计论文
题 目：燃油蒸汽锅炉的燃烧过程控制系统仿真
学生姓名：张 超
学 号：0867112337
专 业：测控技术与仪器
班 级：08-03
指导教师：李琦
2011年12月4日
内蒙古科技大学课程设计任务书
课程名称
控制系统仿真
设计题目
燃油蒸汽锅炉的燃烧过程控制系统仿真
指导教师
李琦
时间
2011.11.28~2011.12.02
3、撰写不少于3000字的设计报告。
设计报告要求提交纸质文档，设计报告包括设计背景、设计原理、设计过程、结果分析等几个部分，要求给出设计模型图以及仿真结果图。相关Matlab/Simulink设计文件要求提交电子文档。
四、进度安排
收集和查阅资料（一天）
Matlab/Simulink建模（两天）
控制系统设计与优化（一天）
第二章设计原理及过程
锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的要求，同时还要保证锅炉安全经济运行。一台锅炉的燃料量、送风量和引风量三者的控制任务是不可分开的，可以用三个控制器控制这三个控制变量，但彼此之间应互相协调，才能可靠工作。对给定出水温度的情况，则需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。同时应使炉膛内存在一定的负压，以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火安全和环境卫生。
设计参数：见《过程控制系统的Matlab仿真》（刘文定主编）9.2.3节。
三、设计要求及成果
1、利用Simulink建立燃油蒸汽锅炉的燃烧过程控制系统的仿真模型，包括燃料量控制系统、风量控制系统、炉膛负压控制系统。
2、设计以上系统中控制器的参数，观察仿真结果，比较各种参数下的系统响应曲线，内容验证仿真结果的正确性;
[2]张亮明，夏桂娟．工业锅炉自动控制．北京：中国建筑工业出版社．1987.
[3]刘培章，刘奇志．燃煤锅炉微机控制系统．电子技术应用．1999，6
[4]陆闽宁，丁维明．工业锅炉微机控制技术探讨．能源利用与研究．1994,5
[5]牛培峰，孙键．循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望．动力工程．1998，12
图2-1蒸汽压力燃料量的串级控制
2.2
为了实现经济燃烧，当燃料量改变时，必须相应的改变送风量，使送风量与燃料量相适应。燃料量与送风量的关系燃烧过程的经济与否可以通过剩余空气系数是否合适来衡量，过剩空气系数通常用烟气的含氧量来间接表示。实现经济燃烧最基本的方法是使风量与燃料量成一定的比例。送风量控制子系统的任务就是使锅炉的送风量与燃料量相协调，可以达到锅炉的最高热效率，保证机组的经济性，但由于锅炉的热效率不能直接测量，故通常通过一些间接的方法来达到目的。以实测的燃料量作为送风量调节器的给定值，使送风量和燃料量成一定的比例。
编写技术设计书（一天）
五、评分标准
课程设计成绩评定依据包括以下几点：1）工作态度（占10%）；2）基本技能的掌握程度（占20%）；3）方案的设计是否可行和优化(40%)；4）课程设计技术设计书编写水平(占30%)。分为优、良、中、合格、不合格五个等级。
考核方式：设计期间教师现场检查；评阅设计报告。
六、建议参考资料
图1 燃烧控制系统结构图
锅炉燃烧过程自动控制主要包括三项控制内容如图1所示。
1．控制燃料量。当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时,必须相应地改变锅炉燃烧的燃料量(单位时间内送入炉膛的燃料重量)。
2．控制送风量。为了实现经济燃烧,必须相应地调节送风量,使送风量(单位时间内送入炉膛的空气重量)与燃料量相适应。燃烧过程的经济与否可以从过剩空气系数是否合适来衡量,过剩空气系数通常可用烟气中的含氧量来间接表示。也可通过使风量与燃料量成一定比例的方法实现经济燃烧。控制送风量也是为了实现安全运行,若风量相对于燃料量太少的话,亦可能导致熄火事故。
Keywords:Boiler Control
第一章设计背景
燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统,主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成,各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。
一、教学要求
1、理解锅炉燃烧控制系统的组成及的工作原理；
2、掌握使用Matlab/Simulink软件对控制系统的建模与仿真的方法；
3、掌握控制器的设计方法，以及控制器参数整定和优化的方法。
二、设计资料及参数
设计资料详见《过程控制系统的Matlab仿真》（刘文定主编）9.2.3节。
本设计涉及到的控制原理、过程控制系统等内容参考相关专业课教学内容。
[6]宋清昆，满春涛．链条炉排锅炉燃烧系统动态自寻优控制．哈尔滨理工大学学报．1998，3
[7]金以惠，方崇智．过程控制．北京：清华大学出版社．1998
[8]牛培峰．国产循环流化床锅炉燃烧过程动态控制模型．华东电力．2000,12
[9]周其节，李培豪．自动控制原理．北京：电子工业出版社．1985
[10]章臣越．锅炉动态特性及其数学模型．北京：水利电力出版社．1987
2.1
燃料控制的任务是使进入锅炉的燃料量随时与蒸汽负荷要求相适应。当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时，必须相应的改变锅炉燃烧的燃料量。燃料量控制是锅炉控制中最基本也是最主要的一个系统。因为给煤量的多少既影响主汽压力,也影响送、引风量的控制,还影响到汽包中蒸汽蒸发量及汽温等参数,所以燃料量控制对锅炉运行有重大影响。设置燃料量控制子系统的目的之一就是利用它来消除燃料侧内部的自发扰动，改善系统的调节品质。另外，由于大型机组容量大，各部分之间联系密切，相互影响不可忽略。特别是燃料品种的变化、投入的燃料供给装置的台数不同等因素都会给控制系统带来影响。燃料量控制子系统的设置也为解决这些问题提供了手段。为使具有快速消除燃料扰动措施，采用燃料量作为福变量、蒸汽压力作为主变量的串级控制系统。如图表2-1所示。
关键字：锅炉控制
This paper studies the coal-fired boiler combustion system of automatic control. The paper describes the coal-fired boiler process, characteristics and regulation system task; analysis of combustion system control object character. According to process characteristics, the combustion control is divided into a main steam pressure control, combustion economic control and furnace pressure control part three, are respectively discussed.
1、《控制系统数字仿真与CAD》，李国勇，电子工业出版社，2011年1月第2版
2、《过程控制系统的Matlab仿真》,刘文定，机械工业出版社，2009年2月第1版
摘要
本文研究了燃煤锅炉燃烧系统的自动控制问题。首先简述了燃煤锅炉的流程、特点及调节系统的任务；分析了燃烧系统调节对象的特性。根据工艺特点，把燃烧控制分成主汽压控制、燃烧经济性控制和炉膛负压控制三部分，分别进行讨论。
其比值控制系统如图2-2所示。
图2-2逻辑提降量控制
2
保持炉膛压力要求范围内，引风量必须与送风量相适应。炉膛压力高低也关系着锅炉安全和经济运行。炉膛压力过低会使大量冷风漏入炉膛，将会增大引风机负荷和排烟损失，炉膛压力太低会引起内爆；反之炉膛压力高且高出大气压力时候，会使火焰和烟气冒出，影响环境卫生，可能影响设备和人生安全。引风量控制子系统任务是保证一定炉膛负压力，且炉膛负压必须控制允许范围内，一般-20Pa左右。控制炉膛负压手段是调节引风机引风量，其主要外部扰动是送风量。作为调节对象，炉膛烟道惯性很小，内扰和外扰下，都近似一个比例环节。一般采用单回路调节系统并加以前馈方法进行控制，为炉膛负压给定值，S为实测炉膛负压，Q为引风量，V为送风量。炉膛负压实际上决定于送风量和引风量平衡，故利用送风量作为前馈信号，以改善系统调节性能。另外，调节对象相当于一个比例环节，被调量反应过于灵敏，防止小幅度偏差引起引风机挡板频繁动作，可设置调节器比例带自动修正环节，使小偏差时增大调节器比例带。负压S测量信号，也需进行低通滤波，以抑制测量值剧烈波动。其系统如图2-3所示。
图3-3负压控制原理框图
图3-13负压控制系统仿真图
3.2
将前面的各个整定好的子系统构成如图3-4所示的燃料油控制系统框图。设蒸汽压力为10，炉膛负压设定为5，系统施加0.2的随机干扰，系统仿真曲线如图3-21所示。
图3-4燃烧控制的系统框图
图3-21燃烧控制系统的曲线响应
参考文献
[1]陈学俊，陈听宽．锅炉原理．北京：机械工业出版社．1979.
图2-3炉膛负压前馈反馈控制系统
2.4
综上所述，对于燃油控制系统主要有三个子系统组成，其原理图如图2-4所示。
图2-4燃油蒸汽的燃烧控制系统
第三章
3.1
对于燃料流量控制系统，为了使系统无静差，燃料控制器采用PI控制方式。其参数整定为Kp=0.55，Ti=15，蒸汽压力控制与燃料控制构成串级控制，蒸汽压力控制器采用PI控制，参数整定为Kp=0.2，Ti=20，其系统框图如图3-1所示，对应的阶跃响应如图3-11所示。