燃油锅炉经济高效的控制方案

宋永平 路咏梅 山东省东营市供热管理处 257091

燃油锅炉经济高效的控制方案

宋永平 路咏梅 山东省东营市供热管理处 257091

PID控制；串级控制；调节器

引言

在锅炉控制中炉膛温度和出水温度是两个最重要的指标，控制的好坏关系到系统的稳定性和燃油经济性，直接影响设备的使用效率和使用寿命。

1 原理及方案

工作原理：燃料燃烧产生的热量加热炉炉墙和壁管。从而加热炉内和炉墙内壁管中的水，达到充分利用燃料产生的热量和所需的温度。可以在燃油管道上装一个电动调节阀，通过控制燃油量，以达到控制炉膛温度和出水温度的目的。

控制方案：由于加热炉扰动的因素多，比如原料侧的扰动及负荷扰动；燃烧侧的扰动等，致使超调常数大。要达到较好的控制效果，需采用主副两级回路串级控制系统，充分运用副回路超调小速度快的作用。加热炉出口出水温度和滞后较小的炉膛温度组成主副变量，构成燃料锅炉主副变量的串级控制系统。从而有效地提高控制质量，达到控制要求，并满足经济高效。

燃油锅炉整体串级控制：针对燃油的黏度,成分，处理量和燃油油热值为主要干扰对象而设计加热炉的原料出口温度与炉膛温度的串级控制系统流程。如下图：

图1 加热炉出口温度串级控制系统结构方框图

串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，引起主、副变量偏离设定值，由主、副回路调节器通过控制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的过渡过程。由加热炉出口温度串级控制系统结构图可绘制出其结构方框图，如图1所示。

2 控制系统回路的设计与实现

2.1 副回路的选择

2.1.1 副参数要物理可测，副对象的时间常数要小，纯滞后时间应尽可能短。

2.1.2 副回路应尽可能多地包含变化频繁，幅度大的干扰，尤其要将严重影响主参数，变化剧烈而又频繁的干扰包含在副回路中。

2.1.3 主、副被控过程的时间常数要是当匹配。

2.1.4 应综合考虑控制质量和经济要求。

综上所诉根据生产工艺要求选择炉膛的温度为副回路。

2.2 主、副回路调节器调节规律的选择

在串级控制系统中，主，副调节器起的作用不同。主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择调节器规律的基本出发点。

主回路被控参数是控制的主要指标，允许波动范围很小，一般要求无静差，因此，主调节器应选PI或PID调节规律。

副回路被控参数允许在一定范围的变化，因此，副调节器选择P调节规律。

2.3 关键设备选择

2.3.1 根据工艺要求及安全生产的因素考虑应该选择调节阀为气开方式。 阀的结构形式，应能满足控制流体的压力、温度、流动性、腐蚀性、控制特性、泄漏率、动力形式及抗噪音、震动的要求； 阀的公称通径及额定流量系数，应能满足工艺的流量要求；阀材料的选择，应能满足介质温度、压力、腐蚀、冲蚀等要求； 阀的允许压差，应能满足现场实际最大压差的要求。

2.3.2 炉膛温度及出水温度测量应采用高精度高可靠性的热电阻和热电偶。

2.3.3 控制器性能稳定可靠，满足最大要求。

2.4 PID整定

PID整定的常用方法：理论计算法和工程整定法。锅炉的加热过程涉及物理，化学，难以建立准确的数学模型，故采用工程整定法。

PID控制器操作方便简单，对进行温度精确控制只需要对一下几个参数进行设置：1)、温度t设定;2)、比例P值;3)、积分I值; 4)、微分D值。PID模块的温度控制效果主要受P、I、D这三个参数影响。

比例运算（p）

比例控制设置是根据设定温度值（t。）与实际测量温度（t）相关的一种运算，得到（t’）。如果当前值（t’）小，运算值为100%。假定（t’）在允许的一定范围内，运算值根据偏差比例求得并逐渐减小直到偏差为0，然后再回到上一步。若出现残余偏差，可采取适当减小比例P方法减小残余偏差。但是P不能太小，否则会出现振荡现象。

积分运算（I）

积分作用可以消除系统偏差，但是可以引起积分饱和，造成积分过量，导致超调和控制品质下降。可以采用以下方法克服：积分限幅法，积分分离法和变速积分法。

微分运算（D）

微分运算可弥补比例和积分运算产生的延时现象。如果采用微分先行，可以保障输出的稳定，不会出现剧烈变化。在给定值变化的情况下，被控量缓慢变化，不会引起微分项的突变。

主回路控制器的选择：主回路被控变量温度，允许波动的范围很小，一般要求无余差，主回路控制器应选PI控制规律。

副回路被控变量的设置是为了保证主回路被控变量的控制质量，提高系统的反应速度，提高控制质量，可以允许在一定范围内变化，允许有余差，因此副回路控制器只要选P控制规律就可以了。

对于该温度串级控制系统，在一定范围内，主、副回路控制器的增益可以相互匹配。根据表1，可以大致确定副控制器的增益及比例带。

表1 常见对象的副控制器比例带的经验法

根据本设计，适当选取kc2=3.5（整定时可以根据具体情况再做适当调整）。然后在副回路已经闭合的情况下按单回路控制器参数整定方法整定主控制器，本方案采用衰减曲线法整定，考虑到4：1衰减太慢，因此采用10：1衰减曲线法整定主控制器参数。

3 效果

在实践中本方案对小型燃气 燃油锅炉控制效果良好。具有控制对象超调小，波动小，自控稳定的优点。

4 结语

控制效果的好坏一方面取决于控制器的设计和整定，另一方面要有可靠性准确性很高的测量变送仪表来保障。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.099