循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽溫度控制系統(tǒng)及仿真

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽溫度控制系統(tǒng)及仿真范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要:為解決傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽串級PID溫度控制系統(tǒng)的大滯后、大慣性問題，基于Matlab建立了主蒸汽和鍋爐煙氣傳熱過程程序，通過調整減溫水量使鍋爐主蒸汽溫度控制在目標溫度范圍內。然后，將傳熱計算程序導入多模型切換控制系統(tǒng)仿真平臺，結果表明，基于傳熱計算的多模型切換控制系統(tǒng)成功解決了主蒸汽溫度的慣性大和延時大的問題，并且該控制系統(tǒng)能夠適應鍋爐負荷的變化。

關鍵詞:循環(huán)流化床鍋爐;主汽溫度;PID;控制系統(tǒng)

引言

傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽溫度控制采用串級PID控制系統(tǒng)，難以對鍋爐主蒸汽溫度進行精確控制。串級PID控制系統(tǒng)的主回路主要包括主調節(jié)器(PID控制器)、調節(jié)死區(qū)和主蒸汽溫度變送器。為了解決控制模型與參數(shù)不匹配問題，采用了可變參數(shù)PID控制器，該控制器根據(jù)控制量和目標量之間的差異實時調整參數(shù)比例微分積分的值，并且當受控模型發(fā)生變化時，提高系統(tǒng)的控制質量。然而，PID調節(jié)器的參數(shù)仍然是偏差或時間線性函數(shù)，主蒸汽溫度無法達到設定值，由于上述原因，AntonioNevado開發(fā)了一種自適應預測控制系統(tǒng)，稱為蒸汽溫度優(yōu)化器(STO)，該自適應預測控制系統(tǒng)大大提高了控制精度和穩(wěn)定性。項杰和董文博針對系統(tǒng)控制模型的不確定性和非線性串級PID溫度控制系統(tǒng)的控制對象，提出了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法的非線性預測模糊變量控制系統(tǒng)，實驗和仿真結果驗證了該方法比線性控制算法對蒸汽溫度的控制效果更好。RayTK通過對具有實時運行參數(shù)的兩級SH調溫器進行火用分析，確定了優(yōu)化路徑。但是，目前研究的控制方法主要是基于運行參數(shù)的估算計算量，本文將研究基于熱力學計算的控制程序以提高循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽溫度的控制精度。

1主蒸汽換熱系統(tǒng)的設計計算

基于Matlab對循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽換熱系統(tǒng)進行了模塊化設計。整個模塊分為計算模塊、換熱單元和輔助模塊，計算模塊分為物理參數(shù)、放熱計算、爐膛計算，換熱單元分為對流受熱面、半輻射受熱面和減溫水計算。在模型分析的基礎上，采用模塊化編程方法完成計算系統(tǒng)的編程。最后，將各模塊進行組合，并按計算順序將各換熱單元模塊進行連接，形成鍋爐主蒸汽換熱計算系統(tǒng)。換熱計算方法為:在已知循環(huán)流化床鍋爐過熱器主蒸汽入口溫度的情況下，將過熱器的出口主蒸汽溫度作為高溫過熱器的入口溫度，其傳熱計算分為熱段和冷段———高溫過熱器部分和過熱水的冷部分，通過計算過熱器出口主蒸汽溫度和過熱器入口主蒸汽溫度差，結合不同負荷條件下所對應的傳熱系數(shù)，計算得出控制主蒸汽出口溫度所需的減溫水量，并且在鍋爐工況變化的條件下，保證過熱器出口主蒸汽溫度恒定不變。

2基于傳熱計算的多模型切換主蒸汽溫度控制系統(tǒng)

在調溫器控制系統(tǒng)中，被控對象分為超前區(qū)和滯后區(qū)兩部分。研究時將主蒸汽控制系統(tǒng)的超前區(qū)和滯后區(qū)的傳遞函數(shù)簡化為一階慣性加純滯后傳遞函數(shù)。超前區(qū)的傳遞函數(shù)可以表示為:式中K為放大系數(shù)，T為時間常數(shù)，n為階數(shù)。可以通過實驗獲得上述引導區(qū)域參數(shù)，慣性傳遞函數(shù)的計算公式可以表示為:以30%鍋爐負荷為例，超前區(qū)域的傳遞函數(shù)為8．07/(24S+1)2，則滯后區(qū)傳遞函數(shù)為1．48/(46．6S+1)4，如圖1所示，等效一階慣量加純滯后傳遞函數(shù)為(1．48/108．5S+1)e－85S。該控制系統(tǒng)將傳熱過程與常規(guī)PID控制相結合，并引入切換功能。該切換函數(shù)通過對多模型切換指標的計算，將鍋爐被控對象切換到最接近對應的典型負荷控制模型，使控制參數(shù)與模型匹配，以達到預期的控制效果。如圖2所示的仿真系統(tǒng)是在30%負荷條件下建立的，由傳熱計算系統(tǒng)和多模型切換系統(tǒng)組成。換熱計算系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)為結構參數(shù)和運行參數(shù)，減溫水量通過燃燒和熱平衡計算得出;當鍋爐負荷發(fā)生變化時，由S功能編寫的開關進行切換。

3多模型切換主汽溫度控制系統(tǒng)仿真

基于換熱計算的多模型開關主汽溫度控制系統(tǒng)，由典型負荷控制模型下的傳熱計算系統(tǒng)和換熱計算系統(tǒng)組成，并在不同的負荷條件下進行切換計算。主汽溫控制系統(tǒng)在五種典型負荷工況下的仿真結果如圖3所示。當鍋爐負荷變化時，多模型切換程序切換到與當前控制模型匹配的控制模型，以獲得理想的控制效果。仿真結果驗證了該多模型切換系統(tǒng)的有效性。隨著鍋爐運行負荷的增加，控制系統(tǒng)的響應時間和達到穩(wěn)態(tài)的時間縮短。當鍋爐運行負荷降低時，系統(tǒng)能有效地降低超調。圖4顯示了鍋爐在50%負荷下運行的階躍響應曲線，該多模型切換程序將在仿真開始時進行切換，并準確地切換到最接近50%負荷的鍋爐負荷模型，仿真結果驗證了其準確性。由圖4仿真曲線可以看出，初始階段系統(tǒng)在30%負荷控制模式下運行。由于運行負荷不是典型負荷，經(jīng)過多次模型切換，在系統(tǒng)運行約200s后，系統(tǒng)切換到44%控制模式然后自動輸出最佳校正因子，當被控對象處于接近44%負荷控制模型后，穩(wěn)定了主汽溫度。根據(jù)以上仿真結果，基于傳熱計算的主汽溫度控制系統(tǒng)的控制效果要優(yōu)于串級PID控制系統(tǒng)，主要是因為該系統(tǒng)可以快速消除系統(tǒng)的干擾。

4結論

本文對循環(huán)流化床鍋爐主蒸汽傳熱系統(tǒng)進行了模塊化設計計算，并與多模型系統(tǒng)切換控制系統(tǒng)結合，建立了主蒸汽溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅成功解決了主蒸汽溫度的慣性大和延時大的問題，并且該控制系統(tǒng)能夠適應鍋爐負荷的變化，快速消除控制系統(tǒng)中的干擾，還可以將控制模型與控制器參數(shù)進行匹配。典型負荷條件下的仿真結果表明，隨著鍋爐運行負荷的增加，控制系統(tǒng)的響應時間和達到穩(wěn)態(tài)的時間縮短。當鍋爐的運行負荷降低時，系統(tǒng)可以有效地減少超調，在非典型負荷條件下，控制系統(tǒng)可以連續(xù)切換模型以逼近鍋爐運行負荷。

參考文獻

［1］岳光溪．循環(huán)流化床技術發(fā)展與應用［J］．節(jié)能與環(huán)保，2004(1):14－15．

［2］劉德昌．流化床燃燒工業(yè)技術應用［M］．北京:中國電力出版社，1998．

［3］洪烽，劉吉臻，高明明．基于蓄能深度利用的循環(huán)流化床機組動態(tài)優(yōu)化控制［D］．北京:華北電力大學(北京)，2019．

作者：周帥 單位：太原鍋爐集團有限公司