燃煤锅炉燃料与空气的比值控制系统Simulink仿真.docx

课程设计锅炉燃烧过程中空燃比的控制系统与Simulink仿真作 者:张卫东学 号：1302034220学院(系):机械与动力工程学院专 业:机械电子工程指导教师:张纪平 博士评阅人:张纪平 博士 2016年6月锅炉燃烧过程中空燃比的控制系统与Simulink仿真摘 要燃煤锅炉是发电、化工、炼油等工业生产和集中供热过程中重要的动力设备，锅炉能耗巨大，控制锅炉燃烧在最佳工况和节能具有重要的经济效益。经过对燃煤锅炉燃烧过程的认真分析后，制定了相应的控制方案。并针对锅炉燃烧过程中空燃比的控制系统做了详细的动态分析，在参考了一些相关的硕博论文及书籍后，得到了它的动态特性，接着建立了该系统的近似微分方程模型，进而找到了它的传递函数，经过bode图分析后，确定该系统稳定。为了优化该系统，我们加入了PID控制对其进行优化，经过多次调节、Simulink仿真后得到了满意的仿真结果。最后，我们选用了三菱FX2系列的PLC控制器实现对锅炉燃烧的智能控制。关键词：燃煤锅炉，空燃比，传递函数，PID优化，PLC控制器目录一、引言1二、锅炉的选择11、产品介绍12、锅炉外观13、性能优势：14、技术参数：1三、燃烧过程控制系统的基本理论21、蒸汽压力控制系统和空燃比控制系统22、炉膛负压控制系统23、控制方案34、燃烧过程控制任务3四、燃烧系统调节对象的特性41、锅炉燃烧的动态特性52、气压被控对象的生产流程及环节划分53、床温被控对象的近似传递函数5五、传递函数的理论基础51、部分典型环节的传递函数62、系统的传递函数6六、锅炉各环节的传递函数及其参数确定71、燃料流量被控对象的传递函数为：82、燃料流量至蒸汽压力关系为：83、燃料流量检测变换系统数学模型为：84、燃料流量与控制流量比值为：85、空气流量被控对象为:86、炉膛负压控制引风量与负压关系：87、送风量对负压的干扰：9七、系统的相对稳定性分析9八、PID控制算法的理论基础及调节方法121、PID控制方式122、PID参数的整定123、KP、KI、KD对系统控制过程的影响124、PID参数整定---Simulink环境下PID参数的稳定边界法整定13九、燃料流量与空气流量控制系统Simulink仿真14十、PLC控制器的选择181、PLC控制器的系统原理框图182、PLC机型的选择及各硬件性能指标分析183、三菱FX2系列PLC18参考文献19引言燃煤锅炉是发电、化工、炼油等工业生产和集中供热过程中重要的动力设备，锅炉能耗巨大，控制锅炉燃烧在最佳工况和节能具有重要的经济效益。目前，国内除了一些大中型锅炉采用了先进的控制技术外，一般的小型锅炉仍在使用仪表、继电器作为主要的控制手段，人为参与过多、工作条件差、劳动强度高、锅炉的热效率低、资源浪费和污染严重。针对上述特点和不足，我们对锅炉燃烧过程中空燃比的影响因素进行了研究，设计了一种控制与维护方便、燃煤热效率有所提高的自动控制系统，并利用Simulink仿真工具箱进行了仿真实验。锅炉的选择锅炉种类繁多，我们经过多次筛选，最终选中了郑州锅炉股份有限公司的DZL系列快装链条炉排锅炉作为我们此次的研究对象。产品介绍郑锅DZL系列快装链条炉排锅炉是郑州锅炉股份有限公司，根据广大消费者的需求、集同类产品之长精心设计而成。具有可靠性高、热效率高及较强的超负荷能力等优点，是国内同类产品的最佳设计产品。锅炉外观图 2.1 DZL系列快装链条炉排锅炉性能优势：避免了鼓包缺陷、有利于劣质煤燃烧、防止炉排漏风、避免产生管板裂纹。技术参数：表 2.1 DZL型链条炉排燃煤锅炉（部分）型号规格额定蒸发量(t/h)额定蒸汽压力(MPa)额定蒸汽温度(℃)给水温度(℃)设计燃料DZL4-1.25-WⅢ41.2519420Ⅲ类无烟煤DZL4-1.6-AⅡ41.6204Ⅱ类烟煤DZL6-1.25-AⅡ61.25194Ⅱ类烟煤DZL6-1.6-AⅡ61.6204Ⅱ类烟煤经过比较，选取DZL6-1.25-AⅡ型号的锅炉，额定蒸发量6(t/h)，额定蒸汽压力1.25(MPa)，额定蒸汽温度194(℃)，给水温度20(℃)，设计燃料：Ⅱ类烟煤。燃烧过程控制系统的基本理论燃煤锅炉的燃烧控制主要由三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、空燃比控制系统和炉膛负压控制系统，而空燃比控制系统是我们本次研究与Simulink仿真的重点。蒸汽压力控制系统和空燃比控制系统燃煤蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供应其他生产环节使用。一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反应在燃煤蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助