罗威[1]2016年在《基于动态仿真的富氧燃烧锅炉岛控制策略优化研究》文中研究表明在全球减排CO2的背景下,中国作为CO2排放量最大的国家担负着巨大的减排压力。富氧燃烧技术能够与现有燃煤发电系统兼容,且技术障碍较低,是短期内能实现大规模商业化运行从而大量减排C02的技术。近年来,针对富氧燃烧技术小型中试平台的试验研究已有所发展,然而与之密切相关的全系统动态仿真及控制方案设计的研究工作却十分有限,运行控制方案的缺乏将严重制约富氧燃烧技术实现商业化应用。基于此,本文选取国内仅有的3MWth和35MWth两套富氧燃烧试验系统作为研究对象,建立了对应的动态模型,对不同系统的动态特性进行了详细分析,并对不同系统结构的烟气循环系统与锅炉岛全局控制方案及运行模式切换策略进行了设计与优化。本文首先对3MWth与35MWth富氧燃烧试验平台进行了介绍,并对其相似点和差异性进行了比较。使用过程模拟软件Aspen Plus对3MWth富氧燃烧锅炉岛进行了建模分析。通过Aspen Custom Modeler工具自定义了汽包和炉膛辐射传热模型并嵌入AspenPlus中,建立了35MWth富氧燃烧锅炉岛稳态模型。在此基础上,从质量平衡和能量平衡的角度对两套模型进行了详细验证,结果表明模型在空气燃烧和富氧燃烧两种工况下均能与实验结果匹配。在Aspen Plus建立的稳态模型基础之上,加入设备的动态特性参数,基于Aspen Plus Dynamics建立了3MWth与35MWth富氧燃烧锅炉岛动态仿真模型。以试验数据为基础,提出了一种基于过程特征时间参数表征动态过程特性的模型验证方法,在多种工况下对模型进行了验证,结果显示建立的动态仿真模型能够很好地表征试验系统的动态特性。以3MWth富氧燃烧锅炉岛为例,对富氧燃烧锅炉岛在不同扰动条件下的响应进行了研究,包括不同热负荷,以及某恒定负荷条件下不同过剩氧系数,不同给水量以及变循环倍率的扰动测试。通过以上测试,得到了系统应对不同扰动条件下的响应特性,为试验过程中运行工况寻优提供了很好的支撑。根据烟气循环系统的功能确定了该系统的两大控制目标：烟气循环倍率和循环烟气压力,确定了两组用于控制烟气循环系统的控制方案。一个是循环烟气阀门(Recyclevalve)和循环风机(Recycle fan)的组分(简称为RR组合),另一个是排烟阀门(Stack valve)和循环风机(Recycle fan)的组合(简称SR组合)。通过Bristol矩阵和Niederlinski index分析方法,对两种控制方案的控制性能进行了耦合分析,结果表明两种控制方案均能满足系统的控制要求。为进一步比较两种控制方案的性能和效率,引入了动态炯效率的评价工具,并在叁种不同时间尺度和强度的扰动下,对两种控制方案进行了比较。结果表明,叁种扰动下的RR组合的动态炯损失比SR组合分别高2.4%,1.7%和0.6%,因此SR组合的动态炯效率更高。从锅炉岛全局功能与安全经济运行角度出发,通过从上到下分析及自底而上设计两个步骤对35MWth富氧燃烧系统进行了分析,确定了系统的主要控制目标,包括炉膛出口氧浓度、炉膛压力、一次风中的氧浓度、蒸汽温度及汽包水位。在此基础上,建立了常规控制层和监控控制层回路。随后,设计了多个单回路比例积分控制器方案。根据控制变量的特性,设计控制器并依据Zielger-Nichols准则对控制器参数进行了整定。在负荷响应速率为2%/min及给水温度与漏风率扰动条件下,对控制方案的性能进行了测试。结果表明,本文建立的锅炉岛全局控制方案不仅能满足负荷的快速响应,还具有良好的抗扰动。空气与富氧燃烧运行模式切换是富氧燃烧系统运行过程中的关键控制难题。依据富氧燃烧系统烟气循环过程特性,提出了运行模式切换过程的四大控制目标：系统安全兼顾燃烧与传热过程稳定及高C02浓度,制定了富氧燃烧系统运行模式切换的控制原则。针对3MWth与35MWt11两种不同烟气循环系统结构的富氧燃烧系统设计了相应的运行模式切换方案,结果表明本文提出的控制方案能够将系统平稳地从空气燃烧运行模式切换到富氧燃烧运行模式,炉内传热保持稳定,烟气中C02浓度可高达80%。此外,炉内微正压运行可减少系统漏风,提高烟气中C02浓度。另外,将动态(火用)效率分析引入到35MWth富氧燃烧系统不同运行模式切换方案的评价中。结果表明,分步切换控制方案下的动态(火用)损失更大。
马忠丽[2]2003年在《锅炉燃烧系统最优控制规律的研究》文中指出为了完成对燃煤锅炉燃烧系统的最优控制规律的研究，本文以某型燃煤锅炉的燃烧系统作为研究对象，分别对其蒸汽压力回路和经济燃烧回路进行系统分析，得到了相应的控制方案，设计了一种基于遗传算法的模糊-PI复合控制器对该系统进行控制，并用MATLAB下的遗传算法工具箱进行了系统仿真研究。 本文首先简单介绍了燃煤锅炉燃烧系统自动控制的主要任务，并介绍了目前对锅炉燃烧系统研究的一般控制规律以及模糊控制系统的发展及其在控制工程中的应用。 然后在对燃煤锅炉燃烧系统的工艺流程和工作过程的分析基础上，设计出对燃煤锅炉燃烧系统的控制方案。 接着对模糊控制系统和遗传算法的基本理论基础和设计方法进行了介绍，给出了模糊控制器和遗传算法的基本设计步骤。 重点是针对燃煤锅炉燃烧系统的特点和控制要求，设计了一种基于遗传算法的模糊-PI复合控制器对其进行控制，该控制器以偏差、偏差变化率作为输入量，通过遗传算法在线调整模糊控制器的模糊变量隶属度函数和PI控制器的参数，从而达到优化模糊控制规则和PI控制器参数的目的，实现燃烧系统的蒸汽压力回路和经济燃烧回路的控制要求。 最后在简单介绍了MATLAB下的遗传算法工具箱的基本使用方法后，用MATLAB下的遗传算法工具箱对燃煤锅炉燃烧系统进行了计算机仿真研究，给出了几组仿真曲线，通过比较，得出结论。
李娟[3]2009年在《燃醇基燃料锅炉燃烧系统优化建模与智能控制研究》文中指出醇基燃料作为新型的替代能源对煤气、汽油、柴油等常规燃料不但有着完全可替代性,而且制取技术成熟,燃烧产物不对环境构成危害,是一种比较理想的替代燃料,具有广阔的应用前景,然而醇基燃料并未得到广泛的应用,其中一个重要的原因就是目前醇基燃料的燃烧技术控制还未成熟,因此本文就燃醇基燃料锅炉的燃烧系统优化建模与智能控制进行研究,在分析该类型锅炉特性的基础上,提出了一套醇基燃料这一新型清洁替代燃料燃烧优化控制的可行方法。论文主要工作与创新之处如下:(1)结合了遗传算法、量子计算、混沌理论的优点,提出了一种新型的优化算法——混沌量子遗传算法,大大提高了算法的并行度和搜索能力。典型函数的测试结果表明该算法具有很高的搜索效率。(2)采用泛函分析的理论建立燃醇基燃料锅炉燃料消耗的最优化模型,同时运用混沌量子遗传算法对其中的参数进行寻优,找到一条用于醇基燃料流量控制的燃醇基燃料锅炉水温最优升温曲线。(3)利用模糊综合评判理论和自动获取权重的量子混沌优化神经网络方法,通过对隶属函数的选择和综合评判权重的自适应调整来识别突变引起的误差以及连续长时间出现误差,并剔除变化较小的误差,提出了一种醇基燃料流量实测数据有效性检测方法,有效地解决了实际复杂环境中多传感器实时数据采集的野值所导致的实测结果精度降低问题。(4)运用模糊神经网络控制技术对燃醇基燃料锅炉的燃烧系统进行建模,根据燃烧控制系统的特性建立模糊控制规则,并用神经网络对已知规则进行离线训练学习,用训练后的连接权值、阈值构建了在线模糊神经网络模型,以最优升温曲线为设定值进行锅炉水温的控制,仿真结果验证了该模糊神经网络控制策略的有效性。
吴昊[4]2010年在《燃煤锅炉燃烧系统辨识建模与预测控制研究》文中提出目前,我国燃煤锅炉数量巨大,能源消耗严重。同时普遍存在运行效率低、自动化水平落后的问题。随着提高能源利用效率和减低排放的要求越来越高,我国政府对燃煤锅炉监管力度明显加大,燃煤锅炉自动化水平的提高势在必行,这必将促进燃煤锅炉控制系统的广泛应用,也将对控制系统品质提出新的要求。一个合理的燃煤锅炉动态特性数学模型是设计或改进控制系统的前提和基础。只有从数学模型出发,才能综合出适当的控制算法,才能进行控制系统优化。本文以燃煤锅炉热力系统的动态特性辨识建模及其控制为目的,以一链条燃煤锅炉为试验台,对链条燃煤锅炉燃烧系统进行了理论分析,给出了链条燃煤锅炉燃烧系统的叁输入叁输出模型。此后根据链条燃煤锅炉燃烧系统为多输入多输出系统的特点,分析了多输入多输出系统的辨识原理与方法,将多输入多输出系统通过推导,简化为多个多输入单输出系统,大大简化了系统模型的建立和辨识计算。在设计辨识实验时,本文以二位式伪随机信号作为激励信号,采用基于最小二乘理论的辨识算法对系统进行建模。其中,同时作用于系统的多个输入信号的选择及输入信号参数选择、数据预处理、算法实现叙述详实,具有一定的工程指导价值。这种方法对系统高频动态特性的捕捉能力较强,并且试验的同时对系统的正常运行影响较小,值得推广。随后,本文介绍了预测控制的基本原理,以辨识出的链条燃煤锅炉燃烧系统的模型作为预测模型,详细给出了针对该模型的多变量广义预测控制算法,并结合链条锅炉实际的运行数据予以仿真计算。最后,针对燃煤锅炉具有慢时变的特点介绍了自适应的广义预测控制算法。本文所进行系统辨识建模与预测控制研究所提出的数学模型及控制算法对控制系统设计和优化具有一定的指导意义,该方法同样适用于其他热力系统的动态特性辨识建模与控制。
樊振国[5]2008年在《基于PLC的分布式系统在锅炉监控中的应用研究》文中提出锅炉是工业生产中能源动力供应的主要设备,也是我国北方大部分城市集中供热和建筑采暖的主要设备。伴随着计算机应用技术与信息技术的不断发展,以可编程逻辑控制器(PLC:Programmable Logic Controller)为核心的计算机监控系统在工业锅炉控制中的应用越来越引起人们的广泛关注。锅炉作为将一次能源转化为二次能源的高耗能、高污染的设备,因自动化程度不高而长期工作在非经济工况状态下,结果导致了我国能源消耗的居高不下和环境污染。此外,我国目前的锅炉行业还存在着劳动力密集以及生产与管理脱节的情况。为了充分发挥能源效能、减轻工人劳动强度、提高企业信息化管理水平,设计一套安全、可靠、有效的系统来实现锅炉生产的自动监控势在必行。本文以叁台工业热水锅炉及其相关辅助控制设备为研究对象,采用Siemens S7-300 PLC为核心控制器,结合Profibus现场总线技术,利用变频调速技术、网络技术和冗余技术,将现场所有控制设备构建为分布式监控系统。通过对下位机与上位机的软件编程和软硬件组态,实现了叁台热水锅炉的全部监控。Profibus总线是工业自动化领域广泛使用的现场总线标准,ET200M是Siemens PLC用来实现分布式I/O的模块化从站,利用接口模块IM153-2可以方便地把ET200M从站接入到Profibus总线上,使S7-300 PLC分布式锅炉监控系统的实现成为可能。变频器通讯控制是网络技术在变频器技术中的一项新的应用,该应用有效地节约了系统的硬件成本,通过Profibus总线上通讯报文的收发,使交流变频调速技术的实现更加简单、可靠。软冗余技术是一种通过软件来实现的、低成本的冗余技术。结合支持软冗余的硬件设备,系统可以在主系统发生故障的情况下自动切入到备用系统中,极大地提高了系统的可靠性。自动负荷调节是应工艺的要求通过软件编程的方式实现的对燃烧系统各风机进行的自动调节,该技术在保证了锅炉安全运行的前提下,减少了系统能量及能源的浪费,是节能环保的关键性技术。此外,顺序控制及系统中的安全保护机制保证了系统的安全运行;信息丰富、人机交互友好的上位机画面,实时显示了系统运行时的全部数据和状态,方便了操作和信息管理。
陈晓冬[6]2006年在《油轮锅炉燃烧控制方法的研究》文中研究指明本文针对油轮锅炉的运行特点及对燃烧控制系统的要求，对控制对象的动态特性进行分析研究，得到了相应的控制方案并应用模糊—PID复合控制方法对该系统进行控制，并用MATLAB下的模糊逻辑工具箱进行了系统仿真研究。 本文首先简单介绍油轮锅炉燃烧系统自动控制的主要任务，并介绍了目前对油轮锅炉燃烧控制系统研究的一般控制规律的工作原理及存在的不足以及模糊控制系统的发展及其在控制工程中的应用。 然后针对油轮锅炉的结构及运行特点，设计了燃烧控制系统的控制方案，接着对模糊控制系统的基本理论基础和设计方法进行了介绍，给出了模糊控制器的基本设计步骤。 重点是针对油轮锅炉燃烧系统的特点的控制要求，设计了一种模糊—PID复合控制器对其进行控制，该控制器以偏差、偏差变化率作为输入量，在线调整PID控制器的参数，从而达到优化模糊控制规则和PID控制器的参数的目的。 最后，用MATLAB下的模糊逻辑工具箱对所设计的燃烧控制系统通过计算机仿真研究，给出了几组仿真曲线，得出结论。
姚若玉[7]2003年在《基于模糊控制理论的锅炉燃烧系统控制》文中认为石河子热力公司26~#供热站自八八年成立以来，一直担负着为全市供暖的任务。虽然设备几经更新，但由于种种原因，采暖能耗一直很高，其中锅炉燃烧控制落后是原因之一。 本文以26~#供热站的2台50t/h燃煤锅炉的燃烧控制为课题，以改进原有PID控制为目的，以当前发展比较迅速的模糊控制理论为手段，提出了采用8051单片机控制变频器改变给煤机、引风机和送风机转速的设计方案，实现了燃烧过程的计算机控制。系统对锅炉燃烧进行监控，通过传感器采样信号，计算是否达到最佳含氧量、最佳风煤比，来控制给煤量、引风量和送风量，使燃烧达到最佳热效率和提高锅炉运行的经济效益。用MATLAB对应用模糊自整定PID控制器的锅炉燃烧控制系统模型进行仿真研究。 针对锅炉这种具有非线性、参数不稳定、难以建立精确数学模型的控制对象，采用传统的PID控制，效果不佳。结合模糊控制理论和PID控制，本文提出用模糊自整定控制器实现对锅炉的控制。并利用MATLAB仿真工具对模糊自整定PID控制器的性能作了初步研究。仿真结果表明，明显优于传统PID控制，具有超调量小、过渡时间短、稳定性好、适应性强等特点，能够达到预期的控制效果。
张光[8]2012年在《供暖热水锅炉控制系统设计与实现》文中研究说明锅炉是采暖、发电、化工、钢铁等行业不可缺少的热能提供者。因此,锅炉的自动控制水平和精度对生产的安全性、稳定性具有十分重要的意义。本文以某供暖公司居民供暖用80吨燃煤热水锅炉控制系统的设计和实现为背景,详细分析和设计了热水锅炉自动控制系统。本文在对热水锅炉的工艺流程深入分析的基础上,针对锅炉控制系统的多变量、非线性等问题,研究了热水锅炉控制系统的控制重点和控制难点。针对热水锅炉系统的燃烧系统、水循环系统两个重要组成部分的特点,结合项目的具体情况及对控制系统的要求,实现了热水锅炉控制系统的设计。针对热水锅炉的燃烧、水循环系统的特点,对系统中的鼓风控制系统、引风控制系统、炉排控制系统、循环水控制系统进行了控制策略的分析和控制方案设计,采用PID控制器对各子系统分别进行单闭环控制。对于引风控制系统,在采用单闭环反馈控制的基础上,通过加入鼓风前馈,使系统对鼓风量发生变化时,可以提前做出反应,减少对锅炉的引风系统产生的影响。根据确定的控制方案及热水锅炉的工艺要求,对锅炉的上煤、燃烧、水循环等控制系统进行了硬件和软件设计。采用PLC、上位机控制模式,根据现场监控点的情况,确定PLC的硬件配置,并依据工艺的要求确定热水锅炉控制系统中温度传感器、压力变送器、以及其他执行器等的选择。并结合监控层、现场控制层的特点以及热水锅炉系统对控制的要求,详细阐述了组态软件和PLC编程软件的开发过程和控制程序的组织结构。现场实际应用表明,所确定的控制方案可以较好的完成对热水锅炉的控制目的,达到了预先设计要求。
李玲玲[9]2016年在《自抗扰控制技术在锅炉控制系统中的应用研究》文中提出锅炉是石油、化工、电厂等工业过程中非常重要的能量转换设备,同时也是一个具有时滞性、不确定性、非线性等特点的比较典型的多输入多输出工业过程控制系统。随着社会的进步和发展,人们对锅炉控制的要求逐渐向降低能源消耗、生产高效和清洁生产的方向发展。然而以我国的锅炉自动化水平还没有办法完全实现这些高要求,因此设计一个不仅可以使锅炉安全稳定高效地运行,还可以兼顾到节能减排的锅炉控制系统是必要的。SMPT-1000是水汽热能全流程的模拟仿真装置,本文研究对象为SMPT-1000中的锅炉系统。依据工艺流程及被控对象的特性分析,把锅炉控制系统分为两部分即水汽系统和燃烧系统。依据控制系统设计原则设计锅炉整体的PID控制方案,给出PID控制器的正反作用及控制规律。采用PCS7对锅炉控制方案进行CFC组态、SFC组态及设计监控界面,完成锅炉PID控制系统的实施。PID控制由于其自身局限性,并不能很好地完成对锅炉系统的有效控制。针对锅炉系统具有的不确定性、非线性、时滞等特性,采用自抗扰控制技术来实现其有效控制。过热蒸汽压力是锅炉系统中典型的不确定性对象,本文使用最小二乘直接辨识方法对蒸汽压力模型进行辨识与验证,并对蒸汽压力的自抗扰控制进行matlab仿真。在基于PCS7完成整个锅炉控制方案的实验过程中,过热蒸汽压力控制回路采用自抗扰控制,而其他控制回路仍然采用PID控制。仿真和实验运行结果表明,自抗扰控制的控制效果表现出明显的优越性,且自抗扰控制对系统不确定性具有很好的适应性,还可以提高系统参数的鲁棒性。
赵金凤[10]2009年在《热水采暖锅炉计算机控制研究》文中指出随着城市建设的迅速发展,供暖面积的不断扩大,如何科学有效地控制和管理供暖系统,提高供暖的经济效益和社会效益,成为急需解决的重要课题。当前我国供暖系统中,锅炉房供暖所占比例很大,供暖锅炉以燃煤链条锅炉为主,锅炉实际运行效率远低于设计效率,建立一套合理的实际可行的燃烧控制系统,对于节约能源、保护环境等有着重大的社会经济效益。根据实际情况,结合本地历年冬季室外环境温度数据和经验,本文总结了锅炉出水温度随室外温度变化的控制规律,并给出规律的修正方法,使智能控制系统根据室外温度的变化自动调整锅炉出水温度的给定值,实现锅炉的高效运行。链条燃煤锅炉燃烧过程机理复杂,给煤量变化不稳定,难以建立单一的控制模型,本文采用模糊控制方案,利用S7-300设计了一种通用的模糊控制器,完成锅炉燃烧过程的控制。为优化燃烧过程,本文提出了风煤比自寻优控制算法。控制系统分为叁层:上位机、PLC、现场电气设备及传感器。上位机负责对整个系统的实时监控;PLC一方面实现与上位机的通讯,另一方面完成与变频器等现场设备的通讯连接;电气设备及传感器完成现场数据的采集、预处理和变送等工作。
参考文献：
[1]. 基于动态仿真的富氧燃烧锅炉岛控制策略优化研究[D]. 罗威. 华中科技大学. 2016
[2]. 锅炉燃烧系统最优控制规律的研究[D]. 马忠丽. 哈尔滨工程大学. 2003
[3]. 燃醇基燃料锅炉燃烧系统优化建模与智能控制研究[D]. 李娟. 湖南大学. 2009
[4]. 燃煤锅炉燃烧系统辨识建模与预测控制研究[D]. 吴昊. 上海交通大学. 2010
[5]. 基于PLC的分布式系统在锅炉监控中的应用研究[D]. 樊振国. 太原理工大学. 2008
[6]. 油轮锅炉燃烧控制方法的研究[D]. 陈晓冬. 上海海事大学. 2006
[7]. 基于模糊控制理论的锅炉燃烧系统控制[D]. 姚若玉. 西安建筑科技大学. 2003
[8]. 供暖热水锅炉控制系统设计与实现[D]. 张光. 东北大学. 2012
[9]. 自抗扰控制技术在锅炉控制系统中的应用研究[D]. 李玲玲. 青岛科技大学. 2016
[10]. 热水采暖锅炉计算机控制研究[D]. 赵金凤. 内蒙古科技大学. 2009
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