供热锅炉控制系统数学建模及仿真

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供热锅炉控制系统数学建模及仿真

对供热锅炉控制系统建模分析，本章以炉排电机为被控对象，假定燃烧过程为固定风煤比控制，完成了供热锅炉燃烧热量传导函数和炉排传递函数建模，在建模基础上对温度控制系统的不同控制算法进行仿真分析并改进。

锅炉温度控制即炉排调节系统，目前运行中的供热锅炉，多数采用传统的控制方式或仪表人工操作，锅炉温度控制主要针对由外界环境影响或负荷变化引起的扰动，以及燃烧燃烧系统本身存在的大滞后环节，起到提高系统响应时间作用风煤比自寻优控制是指根据进煤量及时调整鼓风量达到最优燃烧效率的控制，主要解决国内锅炉燃烧效率低的问题。由于定值控制系统是无法适应煤质变化这一干扰的，采用风煤比自寻优控制算法调整鼓风量变化抑制由煤质的变化引起的风煤比比值漂移现象。炉膛压力控制主要调节引风机频率来维持炉膛压力恒定，保证锅炉安全运行，并起到烟气排放的动力作用。

首先对供热锅炉工艺流程进行了详细介绍，具体包括煤的燃烧控制设备、烟气排放设备和水循环控制设备，然后根据供热锅炉控制要求阐述了锅炉控制的主要任务，最后针对锅炉燃烧控制系统主要控制对象、燃烧热量损失和系统主要控制回路进行了分析，为进一步完成供热锅炉的控制算法比较研究打下了基础。

燃烧热量传导系统数学建模

锅炉本体占有很大空间，锅炉燃烧过程包涵几种处于不同热力学状态的介质，而且同种介质不同位置参数也不相同，具有典型分布式参数特点。针对这样一个非线性的复杂分布式参数控制系统，通常采用分区集总控制的方法，简化为集总参数模型，对区域内的各种分布式参数都采用平均值方法来代表。

供热锅炉主要应用管式换热器，它是由多跟等长的金属传热管并联组成的典型表面式换热设备，进口段为冷介质，介质在流动过程中逐渐吸收热量，其对应的热力学状态参数不断改变；金属传热管具有显著的蓄热性能，管外燃烧产生的大量烟气通过传热面向管内介质水传热。受热管管外烟气向管内冷水传热过程如图模型。

为单位时间内受热管管外烟气向单位长度管壁传递的热量值；为单位时间内单位长度管壁向管内介质水传递的热量值；为管壁金属的温度；为工质流量；尸为压力；为流速；为内能；为热力学温度；为密度；为给；为截面积。假设对所有并联的受热管等效为一根受热管，则介质水的通流面积是并联各管的所有通流面积之和，而长度等同于并联管；管外烟气对管内介质水只有径向放热且管壁各个位置传热强度都是均匀的，金属受热管管壁的外层和内层之间无温差，因此，金属管壁温度只沿轴方向有变化，且假定管内介质水充分混合，同一横截面内没有径向和切向的温差；管内介质水沿轴方向做一元流动（无内部环流）。

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