锅炉燃烧过程控制系统解析

燃煤锅炉燃烧控制系统与工程化应用介绍简介燃煤锅炉是目前工业生产和居民生活中广泛使用的一种发热设备。

然而，其高能耗、高污染的特点也使其成为环保领域关注的焦点。

燃烧控制是影响锅炉能耗和排放水平的重要因素之一。

在这一背景下，燃煤锅炉燃烧控制系统的研究和工程化应用具有重要意义。

燃煤锅炉燃烧控制系统燃煤锅炉燃烧控制系统是指控制煤粉、空气、烟气等因素，使其在燃料燃烧区内良好混合，实现燃烧效率的最大化，同时控制排放的一套自动控制系统。

其包括三个子系统：煤粉输送及控制系统煤粉输送及控制系统主要负责将经过煤粉磨机加工后的煤粉送入锅炉。

在此过程中，应精确控制煤粉的输送速度和质量。

另外，还需要对煤粉进行仔细的采样与分析，以保证燃烧效率和排放水平。

空气供应及调节系统空气供应及调节系统主要负责为锅炉提供所需空气。

它包括进风机、风道、调节阀等组成的供氧系统，以及空气预热系统。

空气预热可以利用余热，提高燃烧效率和节能降耗。

烟气排放系统烟气排放系统主要负责处理和排放锅炉产生的烟尘和废气。

它包括除尘器、脱硫装置、脱硝装置等组成的烟气净化系统，以及烟气处理后的排放管线。

工程化应用目前，我国在钢铁、电力等行业广泛使用燃煤锅炉。

其中，燃烧控制技术的应用，可以有效降低能耗，提高企业竞争力，同时减少污染排放，实现环保要求。

控制策略优化控制策略优化是燃煤锅炉燃烧控制系统的重要方向。

通过优化控制策略，可以提高系统响应速度和控制精度，同时保证系统安全性和稳定性。

目前，燃煤锅炉燃烧控制系统已经发展到了第三代控制策略，即模型预测控制和智能控制。

自动化控制燃煤锅炉燃烧控制系统的自动化控制能力一直以来都是人们努力的方向。

通过实现集中控制和自动化能力，进一步提高燃烧效率和降低排放水平。

智能化控制智能化控制是燃煤锅炉燃烧控制系统工程化应用的新方向。

它可以帮助企业实现操作自动化，同时通过分析历史数据与先进算法相结合，自动进行控制策略生成，使燃烧效率和排放水平达到最优。

锅炉燃烧控制方案1. 引言锅炉燃烧控制是现代锅炉系统中非常重要的一部分。

有效的燃烧控制可以提高能源利用率，降低能源消耗，减少环境污染。

本文将介绍一种高效的锅炉燃烧控制方案，包括锅炉燃烧系统的组成、燃烧过程的主要参数和控制策略。

2. 锅炉燃烧系统的组成锅炉燃烧系统主要由燃烧器和燃烧控制系统组成。

2.1 燃烧器燃烧器是将燃料和空气混合并进行燃烧的装置。

它通常包括燃料喷嘴、燃烧室和风门。

燃料喷嘴将燃料喷射进入燃烧室，风门调节空气的流量和氧气的浓度，确保燃料能够充分燃烧。

2.2 燃烧控制系统燃烧控制系统负责监测和控制燃烧过程的各个参数。

它通常包括燃烧器控制器、氧气浓度检测器和燃烧温度传感器。

燃烧器控制器接收并处理来自传感器的信号，根据预设的控制策略调整燃烧器的工作状态，以达到稳定的燃烧效果。

3. 燃烧过程的主要参数燃烧过程的主要参数有燃料流量、空气流量、氧气浓度和燃烧温度。

3.1 燃料流量燃料流量是指单位时间内进入燃烧室的燃料量。

它的大小直接影响燃烧的强度和稳定性。

燃料流量的控制通常通过调节燃料喷嘴的开度来实现。

3.2 空气流量空气流量是指单位时间内进入燃烧室的空气量。

空气中的氧气是燃烧的必需品，过多或过少的空气都会影响燃烧效果。

通常通过调节风门的开度来控制空气流量。

3.3 氧气浓度氧气浓度是指燃烧室中氧气的浓度。

它是燃烧过程中重要的参数，直接影响燃烧的效率和产物的排放。

通过氧气浓度检测器监测燃烧室中的氧气浓度，并将信号传给燃烧器控制器进行相应的调整。

3.4 燃烧温度燃烧温度是指燃烧室内的温度。

燃烧温度的高低直接影响能量的转化和利用效率。

通过燃烧温度传感器监测燃烧温度，并将信号传给燃烧器控制器进行调整。

4. 燃烧控制策略4.1 比例控制比例控制是根据燃料流量和空气流量的比例来调节燃烧效果的控制策略。

通过改变燃料喷嘴和风门的开度，使得燃料和空气的比例保持在一个合适的范围，以实现稳定的燃烧效果。

4.2 反馈控制反馈控制是根据燃烧过程中检测到的实际参数值与预设值之间的差异来调节燃烧效果的控制策略。

锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真燃烧过程控制系统概述燃烧蒸汽锅炉的燃烧过程主要由三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。

[6]如图1是燃烧过程控制系统示意图，图2是原理方框图，图3是燃烧过程控制特点。

图1燃烧过程控制系统示意图图2原理方框图图3 燃烧过程控制特点2.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是为后续的生产环节提供稳定的压力。

一般生产过程中蒸汽的控制是通过调节压力实现的，随着后续环节的蒸汽用量不同，会造成燃油蒸汽压力的波动，蒸汽压力的波动会给后续的生产造成不良的影响，因此，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料产生的热量，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燃空气实现的。

因此，各个控制环节的关系如下：蒸汽压力是最终被控量，根据生成量确定；燃料量根据蒸汽压力确定；空气供应量根据空气量与燃料量的比值确定。

控制量如图4所示。

图5为燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统结构简图。

图6为燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图。

图4控制量示意图图5燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图图6燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图2.2炉膛负压控制系统所谓炉膛负压：即指炉膛顶部的烟气压力。

炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。

炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。

当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。

因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。

大多数锅炉采用平衡通风方式，使炉内烟气压力低于外界大气压力，即炉内烟气负压，炉膛内烟气压力最高的部位是炉堂顶部。

燃气锅炉的燃烧控制系统及其要素燃气锅炉作为一种重要的能源设备，在现代生活中扮演着不可替代的角色。

其中，燃烧控制系统是燃气锅炉的核心部件之一，对于燃气锅炉的性能、效率和安全性都起着至关重要的作用。

因此，了解燃气锅炉的燃烧控制系统及其要素是必不可少的。

本文将对燃气锅炉的燃烧控制系统作一详细解析。

一、燃烧控制系统的组成燃气锅炉的燃烧控制系统主要由点火系统、风机系统、燃气系统、火焰监测系统、温度控制系统等组成。

1. 点火系统点火系统是燃气锅炉的启动系统，其作用是将点火电流传递到点火电极上，使燃料被点燃。

点火系统由点火变压器、点火电极、高压电缆等组成。

2. 风机系统风机系统主要由鼓风机、风管等组成，其作用是将空气送入燃烧室，同时调节氧气的浓度和风量，以获取最佳的燃烧效果。

3. 燃气系统燃气系统主要由燃气阀门和燃气管道等组成，其作用是将燃气送入燃烧室中。

燃气阀门通过控制燃气的流量和压力，来调节燃烧室中的氧气浓度和燃料供应量，以达到最佳的燃烧效果。

4. 火焰监测系统火焰监测系统主要由火焰探测器、火焰信号放大器等组成，其作用是监测火焰的状态，以确保燃烧过程的安全和有效性。

一旦火焰出现问题，火焰监测系统就会发出警报，同时停止燃气供应，以保护燃烧设备和用户的安全。

5. 温度控制系统温度控制系统主要由温度传感器和温度控制器等组成，其作用是监测燃烧室内部的温度，并通过控制燃气、空气的配比和供应量，来调节燃烧室的温度，以满足用户的需求。

例如，在供暖场合下，温度控制系统可以根据室内温度的变化，自动调节燃烧室内的温度，以达到最佳的供暖效果。

二、燃烧控制系统的要素燃烧控制系统的要素主要包括燃气/空气比、火焰形态和火焰温度等。

1. 燃气/空气比燃气/空气比是指燃烧室中燃气和空气的配比，其配得过多或过少都会影响燃烧效果。

燃气/空气比过多会导致燃气未完全燃烧，产生有害气体和烟雾等物质，同时也会浪费燃料资源；而燃气/空气比过少则会导致缺氧燃烧，产生大量一氧化碳等有害气体，同时也会降低燃烧效率。

锅炉燃烧过程控制系统设计摘要锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备之一。

而锅炉燃烧所用的煤炭、重油等又是极其重要的战略资源,不可再生。

因此锅炉的燃烧控制相当重要,控制不好将造成资源浪费、环境污染和效益低下。

要使锅炉燃烧达到最佳的燃烧状态,锅炉燃烧控制系统对锅炉的燃烧过程进行自动化控制是至关重要的。

燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。

目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。

燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。

本文通过对整个燃烧系统的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。

在仪表选型时，采用了先进的数字式仪表，井以PID控制来实现，最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。

论文详细介绍了锅炉控制系统的设计，其中包括硬件结构、系统主要功能、系统硬件配置、软件设计原则、主程序流程等。

系统投入运行后，锅炉的燃烧效率和稳定运行情况都有了明显改善，有利于锅炉高效稳定运行，实现增产降耗的目标。

关键词：锅炉；燃烧控制；PID控制；Control System Design of Boiler Combustion ProcessAbstractBoiler is chemical, oil refining, power generation and other industrial processes essential to one of the important power ed in the boiler burning coal, heavy oil is an extremely important strategic resource, non-renewable.Therefore very important to the boiler combustion control, the control will not result in waste of resources, environmental pollution and low efficiency.To burn combustion to achieve the best state，Boiler combustion control system for automatic control of the combustion process is essential.Power plant boiler combustion control system is the main control system, Including fuel control systems, air volume control system, furnace pressure control system.Currently, most power plant boiler combustion control system still uses PID bustion control system consists of main steam pressure control and combustion rate control cascade control system components,Which control the amount of fuel burn rate control, air volume control, volume control of the wind structure, Respectively, each in different sub-control system Measurement, control means to ensure economic and safe burning fire.Based on the entire combustion system analysis and research, respectively, the boiler combustion control system to determine the main steam pressure control system and the furnace pressure control system of the control scheme，And its control law and parameter selection and setting.In the selection of instruments, the use of advanced digital instrument, well the PID control to achieve,and finally reach the boiler safety, economy, efficient operation.Paper introduces the boiler control system design, including hardware structure, the main function of the system, hardware configuration, software design principles the main program processes.System put into operation, the boiler combustion efficiency and stability of operation has a significant improvement is conducive to efficient and stable operation of the boiler to achieve the target yield and reducing consumption. Keywords: Boiler; combustion control; PID control;目录摘要 (I)Abstract (III)第一章引言 (1)第二章锅炉的组成及工作原理 (1)2.1 锅炉的基本构造 (1)2.2 锅炉的工作原理及过程 (3)2.2.1 燃料的燃烧过程 (4)2.2.2 水的气话过程 (4)2.2.3 烟气向水传热过程 (5)第三章锅炉燃烧控制系统设计 (1)3.1 锅炉燃烧控制系统的任务 (1)3.2 锅炉燃烧控制系统的组成 (2)3.2.1 主蒸汽压力控制系统 (2)3.2.2 炉膛压力控制系统 (5)3.3 锅炉燃烧控制系统中被控变量的选择 (6)3.4 锅炉燃烧控制系统的控制方案 (7)3.4.1主蒸汽压力控制系统方案的确定 (7)3.4.2 炉膛压力控制系统控制方案确定 (14)3.5 锅炉燃烧控制系统的实施 (17)3.5.1 锅炉燃烧控制系统控制器规律的选择 (17)3.5.2 主蒸汽压力控制系统控制器规律的选择 (18)3.5.3炉膛压力控制系统控制器规律的选择 (19)3.6 锅炉燃烧控制系统中控制器的正、反作用的选择 (20)3.6.1 主蒸汽压力控制系统控制器正、反作用的选择 (20)3.6.2炉膛压力控制系统控制器正、反作用的选择 (21)3.7锅炉燃烧控制系统的参数整定 (21)3.8仪表的选择 (25)3.8.1 变送器的选择 (25)3.8.2 控制器的选择 (26)3.8.3 调节阀的选择 (27)第四章利用MATLAB对锅炉燃烧控制系统仿真 (28)4.1建立数学模型 (28)4.2 控制系统参数整定 (29)4.3 控制系统Simulink仿真 (33)第五章总结 (35)参考文献 (36)致谢 (38)第一章引言工业锅炉在工业生产中，尤其在冶金、电力和化工生产中占有重要地位，其控制效果的好坏，效率的高低，一直倍受工业界的关注【1】。

设计题目：燃烧过程控制系统一、燃烧过程控制系统的基本理论燃油锅炉的燃烧控制主要有三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。

1．蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统燃油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，反应在燃油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燃空气实现的。

如图1所示图 1 燃烧炉蒸汽压力控制与燃料比值控制系统2．炉膛负压控制系统锅炉炉膛负压力过小时，炉膛内的热烟、热气会外溢，造成热量损失、影响设备安全运行甚至会危及工作人员安全；当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，增加燃料损失、热量损失和降低热效率。

保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。

如果负压波动不大，调节引风量即可实现负压控制；当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会较大，此时，经常采用的控制方案如图2所示。

图 2 炉膛负压控制系统二、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。

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。

第三个任务是调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。

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。

三、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。

锅炉安全控制技术——燃烧安全控制系统锅炉燃烧控制系统的基本任务是使燃料产生的热量满足锅炉的需要，同时还要保证锅炉的安全经济运行。

燃烧控制的具体内容及控制系统的设计因燃料种类、制粉系统、燃烧设备以及锅炉的运行方式不同而有所区别，但大体来看都要完成以下几方面任务。

①主蒸汽压力的变化反映了锅炉产生的蒸汽与汽轮机消耗的蒸汽兼容的程度。

为此须设置蒸汽压力控制系统。

当负荷变化时，通过控制燃料量使蒸汽压力稳定。

②当燃料量改变时，必须相应地控制送风量，以保证燃烧过程的安全性。

③炉膛压力关系到锅炉的安全经济运行。

燃烧控制系统必须使引风量(烟气量)与送风量相配合以保证炉膛压力为一定值。

1．气动物体的动态特性气压对象由一系列装置组成，如图18—10所示，它包括给煤机1、炉膛2、汽水系统3、过热器4、汽轮机进气阀5和汽轮机6。

相应的方块图18—11，图中方块1表示燃油量和风量同时相应变化时对蒸汽生成的影响，它基本上是一个纯滞后环节。

方块2是汽包的压力对象。

方块4是反映过热器的过热蒸汽压力对象。

它们都是积分环节，其他环节因动态滞后较小，均可看成比例环节。

需指出，气压(Pb或Pt)对象的动态响应特性与汽轮机调节系统的运行有关。

2．炉膛压力对象的特性为了保证炉膛安全，一般要求炉膛压力略低于大气压力，所以炉膛压力一般称之为炉膛负压。

炉膛压力反映了引风量与送风量之间的平衡关系。

当送风量或引风量单独改变时，炉膛负压变化的惯性很小，因此，炉膛负压对象可以近似地视为具有非常小时间常数的一阶惯性环节。