鍋爐煙氣含氧量控制 實驗目的 鞏固PID控制器的使用鞏固經驗整定法 衰減振蕩法的使用了解組分對象的特點和控制方法 目錄 一 基礎知識二 煙氣含氧量單回路控制系統的設計三 實驗步驟四 總結 一 基礎知識 1 控制規律的選擇2 控制規律的選擇原則3 PID控制器參數整定方法4 質量指標控制5 成分與物性參數測量的問題6 鍋爐煙氣含氧量控制流程圖7 小鍋硬件和儀器儀表的說明 1 控制規律的選擇 工業控制器常見到有開關控制 比例控制器 比例 積分控制器 比例 微分控制器 比例 積分 微分控制器 過程工業中常見的參數有液位 流量 壓力 溫度和成分 2 控制規律的選擇原則 對控制要求不高的參數 可采用比例控制器 甚至開關控制對控制要求不高 且慣性較大的參數 可采用比例 微分控制器 但對于噪聲較大的參數 如流量 則不能選用比例 微分控制器對于精度要求高的 要加入積分規律 可選用比例 積分控制器較重要的 控制精度要求較高的 希望動態偏差小的 被控對象滯后時間較大的 可選用比例 積分 微分控制器 3 PID控制器參數整定方法 PID控制器參數整定方法有 理論整定法 工程整定法理論整定法 需求出各環節的傳遞函數 實際問題難以滿足 理論計算較繁瑣 工程上一般不采用 工程整定法直接在閉合的控制回路中進行整定 是一種經驗方法 簡單 方便 易于掌握 工程中廣泛采用 主要包括 經驗整定法 臨界比例度法 衰減振蕩法 響應曲線法 4 質量指標控制 選擇質量指標作為被控變量是設計控制系統時首先要考慮的 當直接選擇質量指標作為被控變量比較困難或不可能時 可以選擇一種間接的指標作為被控變量 但是必須注意 所選用的間接指標必須與直接指標有單值的對應關系 并且還需要具有一定的變化靈敏度 5 成分與物性參數測量的問題 并不是所有這類參數都有行之有效的測量方法 有些成分或物性參數目前尚無法實現在線測量和變送 成分分析儀表普遍具有比較大的測量滯后 不能及時地反映產品質量變化的情況 成分分析儀表的工作環境要求都比較高 較差的工作環境可能會帶來比較大的測量誤差 6 鍋爐煙氣含氧量控制流程圖 7 小鍋硬件和儀器儀表的說明 省煤器實質上也是換熱器 殼程中是爐膛燃燒產生的煙氣 管程中是鍋爐上水 鍋爐上水經由省煤器流向汽包 省煤器E1102由多段盤管組成 燃料燃燒產生的高溫煙氣自上而下通過管間 與管內的鍋爐上水換熱 回收煙氣中的余熱并使鍋爐上水進一步預熱 被煙氣加熱成飽和水的鍋爐上水全部進入汽包V1102 燃料經由燃料泵P1102泵入爐膛F1101的燃燒器 空氣經由變頻鼓風機K1101送入燃燒器 變頻器頻率為S1101 被歸一化到0 100 之間 空氣量為FT1104 燃料與空氣在燃燒器混合燃燒 產生熱量使鍋爐水汽化 燃燒產生的煙氣帶有大量余熱 對省煤器E1102中的鍋爐上水進行預熱 省煤器煙氣出口處的煙氣流量為FT1107 溫度為TT1105 煙氣含氧量AI1101設有在線分析檢測儀表 煙道內設有擋板DO1101 風機變頻調速旋鈕S1101和煙道擋板開度調節旋鈕DO1101均位于輔助操作臺上 它們的用途和立體流程設備盤臺上的雙效閥類似 可以內控或外控 輔助操作臺位于鋼制盤臺正面的右上方 可伸縮 檢測儀表說明執行機構說明 二 煙氣含氧量單回路控制系統的設計 1 認識煙氣含氧量2 煙氣含氧量控制方案3 煙氣含氧量控制方案選擇4 煙氣含氧量控制方案 1 認識煙氣含氧量 煙氣含氧量是指燃料燃燒之后排出的煙氣中氧氣的含量 它是鍋爐燃燒的一個重要的指標 它與鍋爐燃燒效率 排煙熱損失等有很大的關系影響煙氣含氧量的因素主要有燃料量 燃料成分 空氣量等 簡單而言 煙氣含氧量的影響因素就是燃燒工況 燃料量和空氣量的比值 認識煙氣含氧量 燃燒工況的影響 燃料一定 空氣量增加 煙氣含氧量將增大 多余的空氣會吸收一定的能量 經過煙囪排放大空氣中 造成能量的浪費空氣量一定 燃料量增加 煙氣含氧量將減少 由于燃料的不完全燃燒 在造成燃料能量浪費的同時還將大量的有毒氣體排放到空氣中 造成環境污染 空氣量一定 燃料中可燃成分增加 煙氣含氧量將減少 由于燃料的不完全燃燒 在造成燃料能量浪費的同時還將大量的有毒氣體排放到空氣中 造成環境污染 空氣量一定 燃料中可燃成分減少 煙氣含氧量將增大 多余的空氣會吸收一定的能量 經過煙囪排放大空氣中 造成能量的浪費 2 煙氣含氧量控制方案 被控對象 煙氣被控變量 煙氣含氧量操縱變量 風機頻率干擾變量 擋板開度 被控對象 煙氣被控變量 煙氣含氧量操縱變量 擋板開度干擾變量 空氣量 3 煙氣含氧量控制方案選擇 進風量和出風量都對煙氣含氧量有顯著的影響 那么選擇哪一個做操縱變量更好呢 經過分析 對煙氣含氧量起到實質性影響的應當是進風量 也就是風機轉速的大小 煙道擋板作為一種可以調節和對煙氣含氧量有影響的因素 更適合于在風機轉速無法調節時進行亡羊補牢似的控制 因此 我們選擇方案一風機轉速來調節煙氣含氧量 4 煙氣含氧量控制方案 控制器正反作用 反作用控制規律 比例 積分作用 三 實驗步驟 1 打開鍋爐工程 2 確認S1101為內控狀態 3 進行控制系統組態 設置數據采集點 采集煙氣含氧量AI1101實測值作控制器輸入 PID控制器組態 具體配置見下頁 設置執行單元 閥門位號S1101 數據輸出類型為 絕對量 進行信號連接 4 在趨勢曲線畫面添加AI1101 S1101 PI1102曲線 5 確認擋板DO1101開度為19 13 運行鍋爐工程 6 控制系統投運 控制系統投運原則 無平衡 無擾動切換AIC1101投運過程 在控制器手動狀態下 不斷修改控制器輸出OP 觀察控制器輸入PV的變化 SP隨之變化 當PV達到2 時 將控制器投自動 7 施加擾動測試控制器性能 將AI1101設定值從2變為3 記錄AI1101的響應曲線 待AI1101穩定后 將AI1101設定值從3再變為2 記錄AI1101的響應曲線 待系統穩定之后 手工將DO1101開度設置為25 觀察AI1101曲線的變化趨勢 當AI1101穩定后 再將DO1101開度設置為15 等待AI1101穩定 將DO1101開度調回到19 等待AI1101穩定 8 使用經驗整定法進行PI參數整定 當Kc 5 Ti 3時 施加擾動得到的響應曲線 9 使用衰減振蕩法進行PI