燃煤锅炉燃料与空气的比值控制系统Simulink仿真

和空燃比控制系统，并辅以炉膛负压控制的方案[5]，控制系统框图如图3.3所示。 4、 燃烧过程控制任务

燃烧过程自动调节系统的选择，虽然与燃料的种类和供给系统、燃烧方式以及锅炉与负荷的联接方式都有关系，但是燃烧过程自动调节的任务都是一样的。

归纳起来，燃烧过程调节系统有三大任务。

第一个任务是维持汽压恒定。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量，以维持汽压恒定[5]。

第二个任务是保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性，还有利于节约能源。

第三个任务是调节引风量与送风量。当燃料量改变时，必须使引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。

因此，对于一台锅炉，燃烧过程的这三项调节任务是不可分隔的，对调节系统设计时应加以注意。 图 3.3控制系统总框图 4/ 19

四、 燃烧系统调节对象的特性

锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是：既要提供热量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性。

为了达到上述目的，燃烧过程的控制系统应包括三个调节任务：即维持汽压、保证最佳空燃比和保证炉膛负压不变。

与此相对应的，应有三个控制回路分别调节燃料量、送风量和引风量，从而构成了多参数的燃烧过程控制系统。为了能正确地设计控制系统，应先了解对象的动态特性。

1、 锅炉燃烧的动态特性

锅炉的燃烧过程是一个能量转换、传递的过程，即利用燃料燃烧的热量产生用汽设备所需蒸汽的过程。主汽压力是衡量蒸汽量与外界负荷两者是否相适应的一个标志。因此，要了解燃烧过程的动态特性主要是弄清汽压对象的动态特性[3]。 2、 气压被控对象的生产流程及环节划分

锅炉汽包压力是燃烧过程控制的主要被控量，分析燃烧过程对象的动态特性，是确定燃烧系统自动控制方案的主要依据。

工质(水)通过炉膛吸收了燃料燃烧发出的热量，不断升温，直到产生饱和蒸汽汇集于汽包内，最后经过过热器成为过热蒸汽，输送到用汽设备作功。

在锅炉运行中，当燃料量M发生变化时，送风量与引风量应同时协调变化，这时的燃料量M的变化，表示锅炉燃烧率的变化，（相Qr的变化与燃烧率的变化当于M的变化）成正比。 3、 床温被控对象的近似传递函数

根据给煤量的阶跃扰动响应曲线[3]，求得床温被控对象的近似传递函数为：

WT(s)?KQT(s)??e??s M(s)1?T?s (4.1)

式中：M为燃料量，e??s为延时环节，T、KQ为常数。

燃烧和传热过程是一个复杂的化学物理过程，燃料量改变后，首先需要经过一定的吸热、燃烧、放热时间，而后将热量传给受热面的金属管壁（辐射传热和对流传热同时进行），然后将热量传给锅炉的汽水容积。

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五、 传递函数的理论基础

不同的自动控制系统，其物理结构不同，但从系统的数学模型来看，一般可将自动控制系统看作由若干个典型环节（比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节以及延时环节等）组成，研究和掌握这些典型的特性有助于对系统性能的研究[1]。

1、 部分典型环节的传递函数 1)

比例环节

比例环节的微分方程为：xo(t)?K?xi(t)，（K为放大倍数），对比例环节的微分方程进行拉普拉斯变换，得：Xo(s)?K?Xi(s)。 因此，比例环节的传递函数为：G(s)?2)

惯性环节

Xo(s)?K Xi(s)惯性环节因含有储能元件，故对突变的输入信号不能立即响应，其运动方程的微分方程为：

Tdy(t)?y(t)?Kx(t) dt其中，T为时间常数，K为惯性环节增益。那么传递函数则为

G(s)?Y(s)K ?X(s)Ts?13) 延时环节

延时环节（或称迟延环节）是输出滞后输入时间?，但不失真地反映输入环节。 延时环节的输入xi(t)与输出xo(t)之间有如下关系：

xo(t)?xi(t??)

延时环节也是线性环节，它符合叠加原理。可得延时环节的传递函数为：

Xi(s)e??sG(s)??e??s

Xi(s)6/ 19

2、 系统的传递函数

传递函数（transfer function）是经典控制理论中对线性系统进行研究、分析 与综合的数学工具。

对标准形式的微分方程进行Laplace变换，可将其化为代数方程，如果在此

基础上前进一步，将此代数方程右端变量的算子除以左端变量的算子，则可获得传递函数[1]。

设有线性定常系统，若输入为xi(t)，输出为xo(t)，则系统微分方程的一般形式为：

dnxo(t)dn?1xo(t)an?an?1?????a0xo(t)dtndtn?1 mm?1dxi(t)dxi(t)?bm?b?????b0xi(t)m?1dtmdtm?1 (5.1)

在系统的初始状态或初态为0时，线性定常系统、环节或元件的输出xo(t)的

Laplace变换Xo(s)与输入xi(t)的Laplace变换Xi(s)之比，称为该系统、环节或元件的传递函数G(s)。由此可得：

G(s)??则

L[xo(t)]Xo(s)?L[xi(t)]Xi(s)bms?bm?1s?????b1s?b0ansn?an?1sn?1?????a1s?a0mm?1 (5.2)

(n?m)Xo(s)?G(s)?Xi(s)

(5.3)

六、 锅炉各环节的传递函数及其参数确定

传递函数参数的确定过程中，我们参考了沈阳东源热力公司(其主要用户是蒙牛集团沈阳分公司)的1台35t/h链条燃煤锅炉[7]。

它的设计依据主要为《沈阳东源热力公司35t/h蒸汽锅炉配电、自控仪表修改方案书》，主要技术指标及功能：

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