内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
在单回路控制系统中的平衡状态的条件下，如果焦炉立火道的温度突然上升，温度控制器将控制焦炉煤气阀开度变小，使温度回到稳态值，同样如果焦炉立火道温度突然降低，温度控制器控制焦炉燃气气阀开度变大，使温度回升到稳态值。单回路控制系统只针对焦炉立火道内部压力稳定的条件下进行的，当阀门开度不变的条件下，煤气压力增大，从而导致总热值的上升，将会影响焦炉立火道内部温度变化。而由于焦炉立火道是大惯性的对象，要经过比较长的时间，立火道温度检测装置才会检测到焦炉立火道内部温度的变化。 3.1.2 PID控制器
PID调节器将来自焦炉立火道温度变送器测得的焦炉立火道内部平均温度与给定温度进行比值作用后产生的偏差进行比例、积分、微分运算，并输出统一标准信号，去控制阀门开度的大小，实现对温度、压力、流量的热工参数的自动控制。
焦炉立火道温度PID控制系统，就是利用给定值进行比例、微分、积分作用，对焦炉立火道温度被控对象碱性偏差计算，最后确定输出值，对焦炉立火道温度被控对象进行PID控制。调节三个参数使PID 的控制效果达到比较理想的状态。
控制器参数整定的方法很多，归结起来可以分为两大类[7]：一类是理论计算方法，另一类是工程整定方法。本设计主要利用工程整定方法进行控制器参数整定，工程整定方法有临界比例度法、衰减曲线法和反应曲线法。
3.2串级比值控制系统
为了控制煤气和空气有一定的比值关系，串级比值燃烧控制系统[4]，其原理是空气流量和煤气流量的设定值成简单的比值关系。
焦炉立火道内部燃烧正常的情况下，煤气和空气应该控制在空燃比的范围内。焦炉煤气的空燃比大约在1.2左右，如果煤气过量，会煤气燃烧不充分造成能源浪费，产生环境污染；如果空气过量，焦炉立火道内部温度过低，同样也会产生能源浪费现象，大量的热量会随着废气进入大气中，大量的NO2、SO2等气体污染性气体进入空气。
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温度测量变送-温度控制器-燃料控制器燃料阀燃料流量F1燃料测量变送K空气控制器空气阀空气流量-F2空气测量变送
图3.2 串级比值控制系统方框图
在串级比值燃烧控制系统中，煤气流量作为主动量，空气流量作为从动量。在焦炉立火道温度串级比值控制系统相对稳定的情况下，焦炉的混合煤气和焦炉空气按照一定比值进入焦炉立火道燃烧室。
当焦炉立火道温度升高时，在焦炉立火道温度控制器反作用下，使其输出值减小，同时，焦炉立火道温度控制器的输出值经比值器作为空气流量的给定值，控制焦炉煤气调节阀阀度变小；同样空气流量的测量在这短时间内没有发生变化，焦炉立火道中的空气流量控制器的输出值也发生改变。
综上所述，不论焦炉立火道温度升高还是降低，通过串级比值控制系统的控制，可以实现较好的焦炉立火道温度控制。
3.3单交叉限幅燃烧控制系统
3.3.1单交叉限幅燃烧控制系统工作原理
单交叉限幅燃烧控制系统是在串级比值燃烧控制系统的基础上增加了高值选择器HS1（正偏置+a1(%)），低值选择器LS1（和负偏置-a2(%)），用来实现煤气和空气流量之间的相互影响，剩余空气系数μ大于其给定值μs，即μ?（μs- a1），并保证煤气流量Ff低于冒黑烟界限之内，以及空气流量Fa高于冒黑烟界限之外。
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SiTiTCFfFfCSfLS1AHS1D1/rBrSaFaC焦炉立火道温度MVtFaFf-a2+a1燃料空气
图3.3单交叉限幅燃烧控制系统原理图
单交叉限幅燃烧控制系统的工作原理如下。
在煤气流量回路中，焦炉立火道温度调节器TC的输出信号A和空气流量测量值Fa算出的所需燃料流量加上偏置a1 (%)得到的信号B。
B?(1?a1Fa)? （3.1） 100r在焦炉立火道温度单交叉限幅控制系统中有地址选择器选择焦炉立火道的温度信号和焦炉混合煤气的流量信号作为焦炉混合煤气控制器的设定值。焦炉立火道温度控制系统的空气流量控制回路中，焦炉立火道温度控制的温度控制器输出的温度信号减去焦炉混合煤气回路中的正偏执的输出信号D。
D?(1?a2)?FF （3.2） 100由高值选择器HS来选择信号A、D之一，再乘以空燃比r作为空气流量调节器FaC的给定值Sa。
在焦炉立火道的高值选择器选择焦炉立火道温度信号和焦炉混合煤气的流量信号，选择出的信号值在乘以焦炉的空燃比作为焦炉空气流量的设定值。当焦炉立火道温度升高时，焦炉立火道温度信号A急剧上升。空气流量回路中。此时，温度信号A大于流量信号D，HS1选通温度信号A，再乘以空燃比作为空气流量给定值Sa，使空气流量增加；此时煤气流量回路中，温度信号A大于空气信号B，LS1选通空气信号B，温度信号呗低值选择器中断，焦炉空气流量作为焦炉混合煤气的设定值，从而焦炉空气流量逐渐增加，
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从而焦炉混合煤气的流量不断增加，焦炉立火道温度控制系统交叉限制开始发生调节作用[22]。
通过单交叉限幅控制系统的分析可以得到，焦炉立火道温度单交叉限幅控制系统只在焦炉产生黑烟的现象焦炉空气流量的下限值，并没有设定焦炉空气流量的上限值，如果焦炉空气流量过大的情况下，会造成能原谅非现象，单交叉限幅控制系统的缺点。由于单交叉限幅控制系统只对剩余空气系数μ做了单向限幅控制。 3.3.2单交叉限幅燃烧控制系统及其特点
一、单交叉限幅燃烧控制系统
单交叉限幅控制系统结构框图，如图 3.4所示。通过在串级比值控制系统上增加高、低选择器，确保剩余空气系数不低于最佳燃烧区。
空气流量控制器-1/K空气测量变送空气阀空气流量高选器温度设定值温度控制器1+k1燃烧器低选器1-k2燃料测量变送-燃料流量控制器燃料阀燃料流量
图3.4 单边限幅控制系统
二、单交叉限幅燃烧控制系统的特点
焦炉立火道温度单交叉限幅燃烧控制系统焦炉立火道温度升高时先控制空气流量，焦炉立火道温度降低时在控制煤气流量，单交叉限幅燃烧控制系统具有以下特点[17]：
1、一但空气系统出现故障，空气流量降于0，那么煤气流量也自动降为0，确保该系统的安全运行。
2、当焦炉立火道温度升高时，先增加焦炉空气流量后增加焦炉混合煤气流量。
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3、当焦炉立火道温度降低时，单交叉限幅控制系统不能抑制剩余空气系数μ的上升，在焦炉立火道温度降低时煤气的燃烧效率有所降低。
根据焦炉立火道温度单交叉限幅控制系统的特点，为了克服焦炉立火道温度单交叉限幅控制系统的缺点，特别提出焦炉立火道温度双交叉限幅控制系统。
3.4双交叉限幅燃烧控制系统
3.4.1双交叉限幅燃烧控制系统工作原理
双交叉限幅燃烧控制系统是在单交叉限幅燃烧控制系统的基础上，增加了高值选择器HS2（正偏置+a4(%)），低值选择器LS2(和负偏置-a3(%)),从而保证了焦炉立火道温度在各种外界因素和内在因素的干扰情况下，焦炉立火道温度双交叉限幅控制系统设定了巨鹿空气不足的下限值和焦炉空气过量的上限值。在煤气流量调节回路中，焦炉立火道温度TC温度调节器输出信号信号a，空气流量测量根据所需要的燃料流量法计算出的信号中减去焦炉空气流量信号C
C?(1?a3Fa)? （3.3） 100r焦炉混合煤气信号与焦炉空气流量信号相比，LS1来选通温度信号A、空气流量信号C、煤气流量信号B的三个流量信号中的一个作为焦炉混合煤气流量的设定值。 在焦炉立火道温度控制系统中焦炉空气流量回路中，输出信号A作为焦炉立火道温度调节器TC的输出值，与焦炉立火道温度控制 系统中燃料流量测量值Ff加上偏置a4(%)得到的信号E
E?(1?a4)?Ff （3.4） 100焦炉立火道信号流量信号E与焦炉立火道温度控制系统中的空气流量信号D相比较，由低值选择器LS2和高值选择器HS1来选通温度信号A、煤气流量E、空气流量信号D三者之一，再乘以空燃比r作为空气流量调节器FaC的给定值Sa。
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