一、燃烧过程控制系统的基本理论
燃油锅炉的燃烧控制主要有三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。 1．蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统
燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供应其他生产环节使用。一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反应在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气实现的。如图1所示
图 1 燃烧炉蒸汽压力控制与燃料比值控制系统
2．炉膛负压控制系统
锅炉炉膛负压力过小时，炉膛内的热烟、热气会外溢，造成热量损失、影响设备安全运行甚至会危及工作人员安全；当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，增加燃料损失、热量损失和降低热效率。聚氨酯浆料
保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。如果负压波动不大，调节引风量即可实现负压控制；当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会较大，此时，经常采用的控制方案如图2所示。
图 2 炉膛负压控制系统
二、燃烧过程控制任务
燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃料的种类和供给系统、燃烧方式以及
锅炉与负荷的联接方式都有关系，但是燃烧过程自动调节的任务都是一样的。归
纳起来，燃烧过程调节系统有三大任务。
第一个任务是维持汽压恒定。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不
相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。
第二个任务是保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地调节送
风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。
第三个任务是调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。
对于一台锅炉，燃烧过程的这三项调节任务是不可分隔的，对调节系统设计
时应加以注意。
三、燃烧系统调节对象的特性
锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是既要提供热量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和锅
炉运行的安全性。为了达到上述目的，燃烧过程的控制系统应包括三个调节任务：即维持汽压、保证最佳空燃比和保证炉膛负压不变。与此相对应，应有三个控制回路分别调节燃料量、送风量和引风量，从而构成了多参数的燃烧过程控制系统。为了能正确地设计控制系统，应先了解对象的动态特性。
气压调节对象的特性
尼龙扣锅炉的燃烧过程是一个能量转换、传递的过程，也就是利用燃料燃烧的热量
产生用汽设备所需蒸汽的过程。主汽压力是衡量蒸汽量与外界负荷两者是否相适
应的一个标志。因此，要了解燃烧过程的动态特性主要是弄清汽压对象的动态特
自动升降器性。
1. 气压被控对象的生产流程及环节划分
锅炉汽包压力是燃烧过程控制的主要被控量，分析燃烧过程对象的动态特
性，是确定燃烧系统自动控制方案的主要依据。工质(水)通过炉膛吸收了燃料燃
烧发出的热量，不断升温，直到产生饱和蒸汽汇集于汽包内，最后经过过热器成
为过热蒸汽，输送到用汽设备作功。
在锅炉运行中，当燃料量M 发生变化时，送风量与引风量应同时协调变化，
这时的燃料量M 的变化，表示锅炉燃烧率的变化，r Q 的变化与燃烧率的变化（相
当于M 的变化）成正比。
燃料从煤斗下来落在炉排上，形成均匀的、有一定厚度的燃料层进行燃烧。
所谓“火床”即是形象地表达了这种燃烧方式的特点。根据给煤量阶跃扰动响应
曲线求得床温被控对象的近似传递函数为： 1()()()1M Q s T K T s W s e M s T s
τ-==⨯+ 燃烧和传热过程是一个复杂的化学物理过程，燃料量改变后，首先需要经过
一定的吸热、燃烧、放热时间，而后将热量传给受热面的金属管壁（辐射传热和
对流传热同时进行），然后将热量传给锅炉的汽水容积。
4 MATLAB 环境下控制算法的研究
化尸池4.1系统辨识
(1)燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制
燃烧流量被控对象为： s e s s G 21
122)(-+= 燃料流量至蒸汽压力关系为：
4)(=s G
蒸汽压力至燃料流量关系为:羟基氧化钴
4/1)(=s G
燃料流量检测变换系统数学模型为：
1)(=s G
燃料流量与控制流量比值为：
2)(=s G
空气流量被控对象为: s e s s G 21102)(-+=
(2)炉膛负压控制
引风量与负压关系： s e s s G -+=
156)( 送风量对负压的干扰为： 1
22)(+=s s G 4.2 控制系统参数整定
氢气压缩机 高压(1)燃烧控制系统
为使系统无静差，燃烧流量调节器采用PI 形式，即：
s
Ki Kp s Gc +=)( 其中，参数Kp 和Ki 采用稳定边界法整定。先让Ki=0，调整Kp 使系统等幅振荡，即系统临界稳定状态。系统临界振荡仿真框图及其振荡响应如图4.1所示：
4.1(a)系统临界振荡仿真框图
4.1(b)系统临界振荡响应
记录此时的振荡周期Tcr=11s和比例参数Kcr=3.8，则Kp=Kcr/2.2=1.73，
Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.18
在Kp=1.73，Ki=0.18的基础上，对PI参数进一步整定，燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真框图如下所示，其中PI模块的结构如图4.2(a)所示。调节Kp=1.1，Ki=0.1，系统响应如图4.2(c)所示，可见系统有约10%的超调量。
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