基於PKS系統鍋爐溫度控制的研究

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基於PKS系統鍋爐溫度控制的研究鍋爐出口溫度的穩定控制十分重要，太高浪費燃料，太低則不能達到工藝的要求。

目錄

案例背景介紹

1引言

鍋爐出口溫度的穩定控制十分重要，太高浪費燃料，太低則不能達到工藝的要求。本文針對鍋爐的溫度進行了研究，運用串級控制方式，以鍋爐為被控對象，以鍋爐出口水溫為主被控參數，以爐膛內水溫為副被控參數，首先進行了理論的研究，利用仿真軟件對串級迴路各參數的變化對鍋爐溫度的影響進行了仿真研究。在生產實踐中，利用霍尼韋爾PKS DCS為控制器，構成鍋爐溫度串級控制系統；採用PID算法，運用DCS功能塊圖編程語言進行編程，實現鍋爐溫度的自動控制。

案例實施與應用情況

2　鍋爐溫度串級PID控制研究

（1）鍋爐溫度控制現狀

現有鍋爐溫度共有三個測點，測點1和2分別安裝在蒸汽管道的中間位置，距離比較近，測點3安裝在蒸汽管道的出口位置，通過現場的熱電偶元件（K型號）傳給溫度變送器，再通過溫度變送器傳到DCS系統，進而對蒸汽溫度進行測量。三個溫度測量點量程都是0℃～800℃，正常工作下，溫度不會低於515℃或者高於545℃，所以正常運行時汽包溫度應在正常溫度15℃上下範圍波動。

（2）串級調節迴路特點分析

主蒸汽溫度調節的主要困難在於引起蒸汽溫度變化的擾動因素很多，不容易控制。如蒸汽流量、火焰中心位置、燃燒工況、煙汽溫度和流速、爐膛受熱面結焦和過熱器積灰的變化等，都會使主蒸汽溫度發生變化。其中起主要作用的是蒸汽流量和減溫水流量兩個方面。由於被控對象（過熱器通道）具有較大的延遲和慣性以及運行中要求有較小的溫度控制偏差，所以採用單迴路調節系統往往不能獲得較好的調節品質。針對主汽溫調節對象調節通道慣性延遲大、被調量信號反饋慢的特點，應該從對象的調節通道中選擇一個比被調量反應快的中間點信號作為調節的補充反饋信號，以改善調節通道的動態特性，提高調節系統的控制品質。

（3）主蒸汽溫度調節系統的組成及原理

主蒸汽溫度調節原理圖，正常運行時，主要是通過兩級減溫器來調節主蒸汽溫度。第一級噴水減溫器設在分隔屏出口，用以保護後屏不超溫，作為過熱器溫的粗調；第二級噴水減溫器設在後屏出口，作為細調，一級和二級噴水減溫控制系統均系串級控制系統。一級噴水減溫控制系統調節的主參數為後屏出口溫度，副參數為一級減溫器出口溫度（作為前饋信號）。二級噴水減溫控制系統的被控對象為末過出口溫度，副參數為二級減溫器出口溫度（作為前饋信號）。由於兩級減溫器調門的開度與正參數不是成比例關係，因此正常運行時應保持減溫器具有一定的開度。

2鍋爐溫度串級PID控制系統設計

由圖2可以看出，此串級控制迴路是用兩個串聯的PID控制器和一個執行器來控制主汽溫度。其基本原理就是系統根據主蒸汽溫度設定值和反饋值y1的偏差e，作為主調節器的輸入，主調節器經過PID運算後的輸出u，作為副調節器的輸入設定值，此設定值與二級噴水減溫器的出口溫度反饋y2的偏差e2作為二級過熱器出口溫度調節器的輸入，其輸出u2作為執行器的輸入動作指令。一般在主蒸汽溫度調節系統中，副調節迴路動態特性的遲延和慣性比較小，在這種情況下，副迴路的調節過程快得多，當副迴路消除噴水擾動時，主蒸汽溫度基本上不受影響。因此，當副迴路動作時主迴路可以看作是開路，主迴路動作時，副迴路可以看作是迅速動作的隨動系統，即二級減溫器出口溫度基本上與校正信號e成比例變化。

4.鍋爐溫度串級PID控制MATLAB仿真研究

通過用PID控制器、模糊控制器和模糊PID控制器分別對系統進行控制，可以得到響應曲線如圖4所示。

黃色為PID控制曲線，綠色為模糊PID控制響應曲線，紫色為模糊控制響應曲線。從圖中可以看出基於模糊PID控制器的系統的性能指標為：調節時間Ts=450秒，超調量δ=27%，穩態誤差為ess=0，由仿真的曲線很容易看出，採用串級PID的方法來控制鍋爐溫度，可以使系統超調小、穩定性高，而且調節時間也顯著減少了。

當模型參數改變時，假設模型變為GS=1/（1+60S），用上述三種方法對其通過以上對PID控制、串級控制和模糊自整定PID控制三種方案的理論分析和仿真研究，不難得出：用PID方法來控制系統容易產生超調和振盪；而串級控制雖說可以減少控制系統的振盪，卻產生了穩態誤差，並且穩態誤差比較大；最後採用模糊PID的方法來控制系統既克服了單純採用PID控制及模糊控制的缺點，同時也使系統實現了超調量小、調節時間短、穩態誤差小的性能指標。因此本文選用模糊自整定PID串級控制為鍋爐溫度控制系統的控制方案。