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火电厂锅炉燃烧系统仿真研究

周正兴  
【摘要】: 随着世界经济发展,煤炭资源利用日益紧张,改善与提高当前燃烧控制系统的控制能力对于提高锅炉热效率、节省能源以及提高电厂经济效益等方面具有重要的实际意义。由于火电厂锅炉结构复杂、热容量大、汽压控制对象具有较大的迟延和惯性特性,加上燃料流量准确测量的困难性,以及现用燃料的品质多变性,火电厂目前应用的汽压控制系统很难及时有效地克服燃料内扰,难以确保燃烧过程的稳定性、负荷适应性,影响系统的安全性和运行的经济性。 本文首先分析了锅炉燃烧系统的组成结构及其调节方式,之后重点进行了机组的动态特性和迟延特性分析,考察了负荷变化特性和汽压变化特性。针对原有控制系统中反馈信号的不足,提出引入一个能够更加直接地反映燃料量或者燃烧品质改变的辐射能信号进行快速补偿,以优化燃烧控制性能。 采用基于辐射能信号的锅炉燃烧调节系统设计思想,通过对常用的几种锅炉燃料控制系统的分析比较,提出的以主蒸汽压力为主调参数、以炉膛总辐射能为副调参数的串级燃烧控制策略。并设计一个参数自调整的模糊PI控制器作为主控制器。该控制器首先通过编写S函数来自动修正量化因子和比例因子,从而改善基本模糊控制器的性能;然后将模糊控制与PI控制相结合,以优化燃烧控制性能;仿真结果表明该方案提高了非线性、大时滞燃烧系统的控制品质。 被控对象在工况发生大范围变化时,数学模型会随之发生很大变化。对此制定了新的控制方案,提出了燃烧控制系统的H∞混合灵敏度设计方法。该控制器通过选择合适的加权函数,利用鲁棒控制工具箱得到鲁棒性强的H∞控制器。为了对比分析原有系统和改进系统的性能,研究中运用MATLAB中的SIMULINK仿真工具对二者进行了仿真实验分析,研究结果表明改进的系统比原有系统能够更好地克服内扰,克服控制对象大迟延、大惯性的特点给燃烧过程控制带来的不利影响,节约了能源,提高了机组的安全性和经济性。


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