内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
控制、上下部燃烧区域温度主副控制、燃料温度压力控制等，燃烧控制回路如图3.2所示。
图3.2 燃烧控制回路
我们选择在加热Ⅱ段和均热段采用双交叉限幅燃烧控制。系统构成的基础是炉温与煤气流量和空气流量的并列串级控制系统。其中，温度控制回路是主回路，温度控制器是主控制器，实现系统的粗调，煤气和空气流量回路是平行的副回路，煤气控制器和空气控制器是平行的副控制器，完成精确控制，如图3.3所示。
图3.3 双交叉限幅系统控制图
图中β为空燃比，煤气交叉限幅器的输出（G）是煤气流量控制器的设定值，
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空气交叉限幅器的输出（H）是预热空气控制器的设定值，煤气和空气交叉限幅器由一个高选择器和一个低选择器组成。
当负荷发生变化时，空气流量的变化和煤气流量的变化相互制约，并使空气流量和煤气流量在预先设定好的空燃比范围内变化，以保证调温过程的最佳燃烧状态。它在串级平行控制的基础上，增加交叉限幅控制功能。煤气流量和空气流量与炉温调节构成串级平行控制系统，在空气流量调节回路和煤气流量调节回路各自设有一个高选择器和低选择器及一些运算单元。温度调节器的输出作为煤气流量调节器和空气流量调节器的外给定值。
其控制流程图如下图3.4所示。
图3.4 双交叉限幅控制系统流程图
在煤气流量控制回路中，空气流量测量值与空燃比系数经运算后得到输出值，经负向偏置后与温度调节气的输出一起进入高值选择器，选择高值再与输出值经正向偏置的值一起进入低值选择器，低值作为煤气流量调节器的设定值。而在空气流量控制回路中，煤气流量测量值经正向偏置后与温度调节气的输出一起进入低值选择器，选择低值再与煤气流量测量值经负向偏置后的值一起进入高值选择器，高值作为空气调节器的设定值。
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预热空气设定值得选择原则：
A=MVt×Ra (3.1) B=min{A,Fg×(1+K4)} (3.2) SPa=max{B,Fg×(1-K2)}×β (3.3) 煤气设定值的选择原则：
C=MVt×Rf (3.4) D=max{C,Fa×(1-K3)/β} (3.5) SPg=min{D,Fa×(1+K1)/β} (3.6) 其中：MVt为温度控制器的输出值
Ra温度、空气量纲比 Rf温度、煤气量纲比 SPa空气流量设定值 SPg煤气流量设定值 Fg煤气流量修正值 Fa空气流量修正值 K1煤气低选系数 K2空气高选系数 K3煤气高选系数 K4空气低选系数
K1，K2，K3，K4的范围是[1.01—1.10]
该系统在负荷变化或者煤气热值波动是不会因为空气不足而使燃烧不完全，也不会因为空气过量而出现过氧燃烧现象，此双交叉限幅控制的原理如下：
⑴炉温处于稳定状态时（无任何扰动）
温度调节器的输出与实际检测的煤气流量相等，在空气侧，经低选、高选得到空气调节器的设定值SPa=β×MVt×Ra，煤气侧，经高选、低选得到煤气调节器设定值SPg=MVt×Rf.此时调节系统处于平衡状态，双交叉制约不工作。
⑵炉温低于设定值时（升温调节过程）
温度调节器的调节作用使得其输出增大，而此时实际检测的煤气流量还没有改变，在空气侧，经低选、高选得到空气调节器的设定值：
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B=min{A,Fg×(1+K4)}= Fg×(1+K4) （3.7） SPa=max{ Fg×(1+K4),Fg×(1-K2)}×β= Fg×(1+K4)×β （3.8） 在煤气侧经高选、低选得到煤气调节器的设定值：
D=max{C,Fa×(1-K3)/β}= MVt×Rf （3.9） SPg=min{MVt×Rf,Fa×(1+K1)/β}=Fa×(1+K1)/β （3.10） 从以上两式可看出，空气流量随煤气流量的增加而增加，反之煤气流量又随空气流量的增加而增加，交叉制约开始，温度不断上升，而K4> K1这可以保证在升温时，煤气量随着空气量的增加而增加，即空气先行。空气比煤气多一点，避免在燃烧调整过程中由于煤气过剩而冒黑烟。随着空气煤气流量在相互制约中的不断增加，最终温度调节器的输出又与煤气、空气调节器的设定值相等，此时系统又处于平衡状态，交叉制约结束。
⑶炉温高于设定值时（降温调节过程）
温度调节器的调节作用使得其输出值减小，而此时实际检测的煤气流量还没有改变，在空气侧，经低选、高选得到空气调节器的设定值：
B=min{A,Fg×(1+K4)}= MVt×Ra （3.11） SPa=max{MVt×Ra,Fg×(1-K2)}×β=Fg×(1-K2)×β （3.12） 在煤气侧经高选、低选得到煤气调节器的设定值：
D=max{C,Fa×(1-K3)/β}= Fa×(1-K3)/β （3.13） SPg=min{Fa×(1-K3)/β,Fa×(1+K1)/β}=Fa×(1-K3)/β （3.14） 从以上两式可以看出，随着煤气流量的减少，空气流量也减少，煤气流量的减少导致空气流量的减少，交叉制约开始，温度不断下降，直至新的平衡建立。而K3>K2这可以保证在降温时，空气量随着煤气量的减少而减少，即煤气先行。煤气总比空气少一点，同样可以避免冒黑烟。
有以上分析可见，通过此系统进行燃烧控制，无论负荷怎样变化，实际空燃比都在一个较小的范围内波动（波动范围由K1，K2，K3，K4确定），可防止温度或负荷变化时空气煤气流量的突变，保证温度均衡变化。在增量时先增空气，后增煤气，在减量时先减煤气，后减空气，达到减少能源消耗又不出现过氧燃烧的目的，从而确保了燃烧过程都能在最佳燃烧区内进行，达到节能、完全燃烧、防止污染的目的。
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双交叉限幅燃烧控制系统的优点：双交叉限幅燃烧控制方式能有力地限制空气过剩率的实际值，从而保证了空气过剩不至于远远地偏离设定值，保证燃烧系统工作在最佳燃烧区域内，减少了缺氧燃烧和过氧燃烧带来的热损失，最大程度上降低了黑烟及NOx和SOx给环境带来的污染。
双交叉限幅燃烧控制方案采用PID控制原理设计的温度控制器。双交叉限幅燃烧控制系统中燃料流量设定信号和空气流量设定信号总是用对方的实际流量来验证它是否合适，通过相互制约防止负荷变化时出现燃料过剩和空气过度过剩，从而将空气过剩系数的设定值减少至极限值上，实现了对剩余空气系数进行双向限幅功能。这种方案能保证煤气、空气充分燃烧，提高燃烧效率，降低氧化铁皮损耗，有效消除温度偏差、系统稳定的优点，该系统的最大缺点就是系统的响应速度要受燃烧流量控制系统和空气量控制系统响应速度的制约，取决于了两系统中响应较慢的一方的响应速度。 3.2.2 空燃比控制
从节省能源和保护环境的要求出发，应以最佳的空气/燃料比控制燃烧。一般采用模糊控制的方法来寻找最优空/燃比值，FOC就是自寻优模糊控制器，这是一个两输入单输出模糊控制器，其输入是炉膛温度的增量ΔT（ΔT=Ti-Ti-1）和上一周期的寻优步长Ui-1，输出是本次寻优步长Ui（即为本次空/燃比的增量）。实际应用时，停止炉膛温度的模糊控制，以煤气流量为基准，通过修正空/燃比值，改变空气的配入量，然后再采用一个定值PID调节，使空气流量达到所要求的值。这里空气压力稳定，只通过一个普通的PID调节就可以实现（ 可由PLC完成）。当Ti-Ti-1∈[NO,PO]且寻优步长Ui∈[NS,PS]时，停止自寻优搜索，转而启动炉膛温度模糊控制。此时的Ui即为最优空/燃比值。 3.2.3 燃料流量的控制
燃烧控制系统通过调节燃料的流量达到控制炉膛温度的目的。在操作站设定好燃烧区温度后，控制系统通过运算得出理论燃料流量，作为控制参数与实际流量比较进行燃料流量的回路调节。在燃烧控制中燃料介质一定，因此可通过理论计算出消耗单位燃料而需要的空气量，作为空气流量整定值修正空气流量；同时也可通过检测空气实际流量来修正燃料控制流量，以达到最佳燃烧，即现在燃烧控制中常用的双交叉燃烧控制。
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