舰船燃油主锅炉燃烧控制研究

摘要

舰船主锅炉作为蒸汽动力装置的核心装备，为适应船舶大型化，动力装置输出功率不断增加，锅炉的蒸汽消耗量大幅提升，而锅炉本身尺寸变化相对较小，使得锅炉系统运行的稳定性降低。因此，采用先进的控制手段和算法，控制锅炉汽包蒸汽压力的稳定，提升燃油的燃烧效率，改善锅炉的稳定性和经济性，是保证舰船高效运行的有效途径。 本文以舰船燃油主锅炉为研究对象，在分析其燃烧控制需求的基础上，将仿人智能与PID控制相结合，旨在解决传统PID蒸汽压力控制存在的动态误差大和调节时间长；引入内模控制供风系统，降低其调节滞后时间，从而提升锅炉的燃烧效率。主要完成以下工作： (1)根据舰船燃油主锅炉的总体结构，分析锅炉的主要工作流程以及蒸汽压力控制回路和燃烧效率控制回路的控制需求，并根据各子回路的特点，设计控制系统的总体结构。 (2)根据锅炉的物理特性，采用机理建模和公式拟合相结合的方法，建立锅炉的数学模型，基于Simulink仿真平台实现锅炉模型仿真。通过锅炉模型在典型工况下的仿真运行，采集仿真模型主要运行参数，并与实际锅炉实验数据进行对比，验证模型的可行性和准确性。 (3)针对舰船燃油锅炉的工作环境，选取ABB AC800M控制器作为核心，设计锅炉燃烧控制器，深入研究仿人智能以及内模控制和前馈控制的基本原理，结合锅炉运行实际情况，设计出锅炉各控制子系统的控制程序，优化控制策略。 (4)通过ABB AC800M控制器与Simulink仿真平台的实时通讯，搭建锅炉燃烧控制系统半实物仿真平台，针对各控制子系统的控制特点，选取锅炉典型工况开展仿真试验，并将实验结果与传统PID比对。分析锅炉仿真模型关键运行参数及其变化趋势，证实锅炉燃烧控制器能有效减小蒸汽压力的动态误差，缩短调节时间，改善燃烧效率，提升经济性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1燃油锅炉燃烧控制

1.2.2锅炉燃烧控制策略

1.3主要研究内容

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

1.3.3拟解决的关键问题

第2章 燃油锅炉燃烧控制需求

2.1 燃烧系统总体结构

2.1.1锅炉本体结构

2.1.2辅助系统结构

2.2 燃烧控制需求分析

2.2.1蒸汽压力控制系统及控制需求

2.2.2燃烧效率调节系统分析及控制需求

2.3 燃烧控制系统总体设计

2.3.1锅炉蒸汽压力控制系统

2.3.2锅炉燃烧效率控制系统

2.4 本章小结

第3章 锅炉燃烧系统建模

3.1 燃烧系统建模方法

3.2 燃烧系统数学模型

3.2.1炉膛燃烧模型

3.2.2汽包模型

3.2.3水冷壁模型

3.2.4燃烧辅助系统的数学模型

3.3 燃烧系统仿真模型

3.3.1Matlab仿真工具Simulink

3.3.2炉膛燃烧模块仿真模型

3.3.3水冷壁仿真模型

3.3.4汽包仿真模型

3.3.5燃烧辅助系统仿真模型

3.4 燃烧仿真模型的验证

3.4.1典型工况下仿真模型验证

3.4.2过度工况下锅炉仿真模型验证

3.5本章小结

第4章 燃烧系统控制器设计

4.1 蒸汽压力控制

4.1.1仿人智能控制算法的基本原理

4.1.2仿人智能的基本控制方法

4.1.3基于仿人智能的蒸汽压力控制

4.2 燃烧效率控制

4.2.1风油比曲线和烟气含氧量

4.2.2内模控制的原理

4.2.3基于内模PID的供风机构控制

4.3 燃烧控制器设计

4.3.1控制器总体结构

4.3.2燃烧控制器硬件

4.3.3控制算法软件设计

4.4 本章小结

第5章 燃烧系统仿真运行与控制器验证

5.1 控制系统与仿真模型通讯建立

5.2 锅炉控制系统仿真运行及结果验证

5.2.1蒸汽压力控制仿真试验验证

5.2.2燃烧效率控制仿真试验验证

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的成果和参加的科研项目