自然循环锅炉中过热蒸汽控制的数据分析

王华盛,郑文岗（.北华大学工程训练中心; . 北华大学机械工程学院,吉林 吉林 30）



自然循环锅炉中过热蒸汽控制的数据分析

王华盛1,郑文岗2
（1.北华大学工程训练中心; 2. 北华大学机械工程学院,吉林 吉林 132021）

摘 要：通过研究自然循环锅炉的过热蒸汽控制系统，针对常规PID难以解决系统燃烧过程中产生的扰动因素和滞后延时问题，本文提出预测外推数据处理算法的控制策略，结合内模控制进一步完善预测控制效果，解决由于各种干扰因素及相互影响和滞后延时引起的系统稳定性能和动态性能变差的问题。

关键词：自然循环锅炉；过热蒸汽；内模控制

1 自然循环锅炉控制系统分析

自然循环锅炉是工厂中重要的动力设备，在燃烧系统中，影响过热蒸汽的因素很多，各种扰动因素之间又相互影响过热蒸汽温度的动态特性也各不相同。因此过热蒸汽控制的主要任务就是：（1）解决过热器延迟较大的问题；（2）尽量消除各种干扰因素及相互影响，使过热器的出口蒸汽温度维持在规定的范围内，从而保证过热蒸汽品质。

2 过热蒸汽控制

由于过热蒸汽不易控制，一般很少用于工业制作的热量传递过程，因此通过分析过热蒸汽的压力与温度的数据来实现蒸汽控制。

2.1 过热蒸汽压力

以过热蒸汽压力为被控变量的锅炉燃烧系统控制，使燃油与空气量之间保持一定的比值，以获得良好燃烧。锅炉出口的蒸汽压力控制是其对燃油量的串级控制系统和燃油流量与空气流量的比值控制系统。过热蒸汽压力控制系统结构图如图1所示。

图1　过热蒸汽压力控制系统结构图

2.2 过热蒸汽温度控制

温度控制本身有很大的滞后，单回路反馈控制不但滞后时间较大，而且在抗干扰的稳定性上也难达到要求。针对系统被控对象的纯滞后时间问题，本文采用预测外推算法处理，其中：调节阀为

2.3 内模控制

因为有滞后的存，所以在普通的PID方法是很难针对滞后过程来进行控制的。而我们则根据内模控制具有能消除滞后影响的特点，采用内模控制方法来进行控制锅炉燃烧的系统。并可以通过仿真来进行验证，它的超调量小，稳定性强，具有很强的实用性。

图2　预测外推数据处理的过热蒸汽温度控制仿真模型

内模控制结构，R(S)为给定输入，Y(S)为给定输出，D(S)为干扰输入，C(S)为控制器，G(S)为受控过程，为对象的预测模型（内部模型）。

2.4 过热蒸汽流量控制

过热蒸汽流量的变化间接反映着最初进入除氧后的软化水流量的变化，从而影响整个系统流量和过热蒸汽的稳定和质量，并使蒸汽的温度和压力达到工艺要求，是蒸汽流量维持在允许的波动范围内。因此建立以过热蒸汽流量为被控变量，执行器为过热蒸汽管线调节阀的单回路反馈控制系统，控制器为PID调节器。过热蒸汽流量控制仿真模型如图3所示。

图3　过热蒸汽流量控制仿真模型

仿真结果证明只要有偏差，积分就作用，由于反馈回路有延迟，导致偏差一直累积，波形偏离初始值不断向上增长，调节时间过长。由于加入微分作用，超调量减小。只加入比例与微分作用，调节时间减小，稳定值仍可回归与初始值1。

3 设计总结

综上所述，本设计的方案基本以工业上常见的控制方案为依据，以PID控制和对预测外推数据进行处理分析，解决各种干扰因素及相互影响，之后运用内模控制来解决滞后延时的问题。并运用Matlab仿真软件做过热蒸汽的压力、温度、流量的数据分析，以方便做到集中控制。这样可以保证方案简单，具有较高的可实施性。减少人为干预，并消除了安全隐患，提高生产效率。也考虑了安全生产的要素，保证了系统能在安全的状况下安全生产。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.060