燃煤锅炉温度控制系统设计+MATLAB仿真(3)

菜单

1.1.1 冷凝式燃气锅炉技术介绍

跟据相关的史书记录，1979年荷兰科学家设计制造了全球第一台冷凝式锅炉，通过12个月的改进测试，在1980年正式投入运行，减排效果明显。正因为其在节能和环保方面的优益表现，逐渐受到大家的青睐。1980年～1990年，冷凝式燃气锅炉技术迅速在美国，加拿大以及欧洲的很多国家得到发展应用，在英法等国得到了大面积的使用。实现烟气冷凝的主要办法有间壁式冷凝换热和直接接触冷凝换热两个方向。对于冷凝式锅炉的布局大体上可以分成正常锅炉尾部加装冷凝式热交换器的分离式冷凝锅炉和正常冷凝式锅炉。

①．整体冷凝式锅炉

整体冷凝式锅炉顾名思义是指为完成锅炉烟气冷凝专门单独设计的受热面一体化的供热设备，在锅炉内部实现烟气中水蒸气的冷凝是整体式冷凝锅炉的特点，炉膛的设计必须符合冷凝受热面的设计从而达到整体性能的展现。整体冷凝式锅炉基本都采用独特燃烧的技术，此技术缩小了锅炉的炉膛容积，使得整体冷凝式锅炉的尺寸大幅减小，从而使得结构紧凑，性能优异。整体冷凝式锅炉主要分为倒置燃烧器和两级换热器两类。倒置燃烧器冷凝式锅炉一般有一、二级换热器。上排的主要功能是在对流换热的同时还要接受辐射，下排的主要功能还是以对流换热为主。第二级燃烧器在上部，烟气和冷凝气的流动方向相同，自上而下流动。

辐射换热器和对流冷凝换热器这两个换热器组成了冷凝式锅炉两级换热器。因为辐射换热器直接受到火焰的辐射，所以辐射换热器一直处于一个温度很高的环境；而安装在了烟道的下方的对流冷凝换热器为了方便冷凝液的排放，这样的话冷凝液流动的方向就能和烟无流动的方向保持一致。整体冷凝式锅炉兼顾燃烧器，对流受热面以及辐射受热面的总体布置。和正常锅炉的区别是在燃烧器功能的对比上，由于冷凝液在锅炉里面产生，导致其在挑选换热面的时候，要使用耐腐蚀的材质。

②．分离式冷凝锅炉

当下在整体性冷凝式锅炉中，一般的容积都比较小，使用分离式结构的锅炉基本上都大容积的冷凝式锅炉，将能回收烟雾冷凝热的装置额外装在正常锅炉的最后处，然后在锅炉的外部来完成烟气中水蒸气冷凝这一进程，这种装置被称为烟气冷凝热能回收装置。装有此装的置燃煤锅炉的省煤器装置都有一样的地方。分离式冷凝锅炉技术是整体冷凝式锅炉的一小部分，其对于科技水平的需求并没有整体冷凝式锅炉那么高，但两者道理上是相通的。

1.1.2 燃气锅炉自动控制的提出及主要技术问题

节能与环保是呈现在大家面前的两大问题。近几年来，伴随着科技的发展，对锅炉的控制已由繁琐的人为操作，逐步进化到便利的智能化操作。1970～1980年，锅炉燃烧的控制过程主要依靠工人实际操作，自动化水平很低，燃烧控制的优劣，基本上取决于司炉工人的实际操作经验，这种不但对于工人的劳动强度很高，并且锅炉的经济性和安全性无法获得很好的保障，环境遭到污染严重。到了1980～1990年，慢慢的有了由正常检测，调节仪器和仪表组成的模拟式控制系统，此系统具有较高的可靠性和安全性，具有操作简单和维护方便的优点，在日常的生活和生产中，得到了广泛的应用，基本上实现了自动化控制。进入20世纪末期，伴随着计算机技术的飞速成熟，并逐步应用到过程控制的每个领域，一切依靠计算机控制的系统具有较强的运算能力，较高的控制精度，较广的控制范围。并且计算机系统还拥有较强的判断逻辑能力以及优秀的记忆存储能力，当控制过程中的参数发生变化时，计算机可以做出飞速判断，然后自动使用最优控制。现如今智能化越来越普及的21世纪，锅炉的自动化控制又有了质的变化，锅炉的自动控制已经集合检测技术、传感器测量技术与执行机构控制于一身的综合应用系统。伴随着一个又一个先进的控制理论的推出，控制理论的高速发展对锅炉的控制起到了如虎添翼的效果，并且不断的被现在的锅炉控制使用。这些控制理论中属PID控制技术最具有典型的代表性，即比例、积分、微分控制，目前这种控制理论已经很好的安装到了锅炉的控制系统上，可是随着人们在实际应用中的不断探索，也逐渐研究出了传统PID控制系统的缺点，即在控制参数的整定方面上存在相对的局限性，传统的PID控制系统是通过建立控制对象的精确数学模型，在数学模型的基础上应用很多方法控制参数，只要控制参数一旦确定下来，就无法更改。然而对于锅炉来说，锅炉是多输入还是多输出是和每个参数相互关联，其过程受环境、燃料、水量等诸多因素的影响，模型结构和工作参数都不是固定不变的，这种变化对于传统PID控制的系统来说，很难做到实时的变化去适应这些影响，因而控制的效果不是很理想。想要处理这个问题，就需要PID控制系统的参数整定能够摆脱对控制对象数学模型的依赖，可以随着控制对象受到的各种因素的改变而改变，随即就完成实时修整。模糊控制理论逐渐步入了人们的视野，模糊控制理论就是因此诞生的。1965年University of California, Berkeley（美国加州大学伯克利分校）的L.A.Zadeh教授提出了模糊数学和模糊控制的基础，由此基础逐步发展成为模糊控制理论，并且得到了高速的发展。模糊控制器具有不需要掌握被控对象的数学模型，而只需要根据已有的知识和经验设计控制的优势，但模糊控制也存在控制精度不高、控制品质粗糙的缺点。鉴于PID控制和模糊控制的优点和缺点，越来越多的专家学者提出了能否将模糊控制和PID控制的相互结合的假设，模糊控制器灵活适应性强的特点又弥补的PID参数难整定的不足，同时PID控制器良好的消除稳态误差的特性弥补了模糊控制器的缺点。此外，甚至是基于神经网络的PID控制，专家PID控制以及基于遗传算法的PID控制等，这些先进的控制理论都是把PID的控制和各种智能控制的优点相结合的，取长补短相得益彰已达到登峰造极的控制效果。