鍋爐控制課程設計

1、<p><b>　　鍋爐控制課程設計</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要 .............................................................3</p><p>　　一、工業(yè)鍋爐的工作過程................

2、..................................................................4</p><p><b>　　1.1鍋爐簡介4</b></p><p>　　1.2為鍋爐結構和工藝流程示意圖4</p><p>　　二、鍋爐燃燒的控制要求5</p><p>　　2.

3、1鍋爐燃燒過程的任務、被控變量和操縱變量6</p><p>　　三、燃燒控制基本控制方案..................................................................7</p><p>　　3.1控制部分..................................................................

4、..........................7</p><p>　　3.1.1聯(lián)鎖控制部分.................................................................................8</p><p>　　3.2鍋爐自動控制特點...........................................

5、.................................8</p><p>　　3.2.1基本控制方案一..............................................................................9</p><p>　　3.2.1.1串級控制......................................

6、...............................................12</p><p>　　3.2.1.2反作用及控制閥的開閉形式選擇.............................................12</p><p>　　3.2.2基本控制方案二…………………………………………………12</p><p>　　3

7、.2.2.1燃燒過程中煙氣氧含量閉環(huán)控制…………………………….12</p><p>　　3.2.2.2反作用及控制閥的開閉形式選擇…………………………….13</p><p>　　3.3上述兩方案的有缺點……………………………………………...16</p><p>　　3.4控制系統(tǒng)參數(shù)整定………………………………………………...16</p>&l

8、t;p>　　四、鍋爐負荷調節(jié).........................................17</p><p>　　4.1一次風機控制.........................................17</p><p>　　4.2二次風機控制.........................................17</p>

9、<p>　　4.3爐膛負壓控制……………………………………………………...18</p><p>　　4.4鍋爐含氧量調節(jié).......................................19</p><p>　　五、鍋爐燃燒優(yōu)化控制.……………………………………………….20</p><p>　　5.1鍋爐燃燒系統(tǒng)的三大控制任務……………

10、……………………..205.2三大控制任務的手段……………………………………………..18</p><p>　　5.3主要被控參數(shù)……………………………………………………..19</p><p>　　5.3.1鍋爐出口水溫.......................................19</p><p>　　5.3.2爐膛負壓、送風量、引風量...

11、........................20</p><p>　　5.3.3煙氣氧含量……………………………………………………..20</p><p>　　5.4鍋爐運行優(yōu)化控制原理…………………………………………..21</p><p>　　六、安全連鎖控制系統(tǒng).……………………………………………….22</p><p>　　6.1

12、防止回火的連鎖控制系統(tǒng)………………………………………...22</p><p>　　6.2防止脫火的選擇控制系統(tǒng)………………………………………...22</p><p>　　6.3將防止回火和脫火的系統(tǒng)組合…………………………………...22</p><p>　　七、控制系統(tǒng)單元元件的選擇...............................23</p

13、><p>　　7.1蒸汽壓力變送器選擇……………………………………………...24</p><p>　　7.2 燃料流量變送器的選用…………………………………………..24</p><p>　　7.3含氧量檢測器.........................................25</p><p>　　總結............

14、........................................26</p><p>　　參考文獻................................................29</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文研究的是鍋爐燃燒系統(tǒng)的自動控制問題。鍋爐是熱電廠重要且基本的設備

15、 ,其最主要的輸出變量之一就是主蒸汽壓力。主蒸汽壓力自動調節(jié)的任務是維持過熱器出口汽溫在允許范圍內 ,以確保機組運行的安全性和經(jīng)濟性。在可能獲得的原料和能源條件下，以最經(jīng)濟的途徑。為了打到目標，必須對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和控制。因此，過程控制的任務是在了解生產(chǎn)過程的工藝流程和動靜態(tài)特性的基礎上，應用理論對系統(tǒng)進行分析與綜合，以生產(chǎn)過程中物流變化信息量作為被控量，選用適宜的技術手段。實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制目標。鍋爐所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅動透平

16、的動力源，又可作為精餾、干燥、反應、加熱等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，作為動力和熱源的過濾，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。</p><p>　　首先簡述了燃煤鍋爐的工藝流程、特點及調節(jié)系統(tǒng)的任務；分析了燃燒系統(tǒng)調節(jié)對象的特性。根據(jù)工藝特點，把燃燒控制分成主汽壓控制、燃燒經(jīng)濟性控制和爐膛負壓控制三部分，分別進行討論。</p><p>　　在控制算法上，綜合運用了單回路控

17、制、串級控制、比值控制、等控制方式，實現(xiàn)了燃料量控制調節(jié)蒸汽壓力、送風量控制調節(jié)煙氣含氧量、引風量控制爐膛負壓，并有效地克服了彼此的擾動，使整個系統(tǒng)穩(wěn)定的運行。</p><p>　　關鍵字： 燃燒控制 串級控制 爐膛負壓 聯(lián)機控制</p><p>　　一、工業(yè)鍋爐的工作過程</p><p><b>　　1.1鍋爐簡介</b>&

18、lt;/p><p>　　鍋（汽水系統(tǒng)）：由省煤器、汽包（汽水分離器）、下降管、聯(lián)箱、水冷壁、過熱器和再熱器等設備及其連接管道和閥門組成。爐（燃燒系統(tǒng)）：由爐膛、燃燒器、點火裝置、空氣預熱器、煙風道及爐墻、構架等組成。</p><p>　　熱電廠是利用煤和天然氣作為燃料發(fā)電、產(chǎn)汽的，這也是目前世界上主要的電能生產(chǎn)方式。生產(chǎn)工藝是將燃料送入爐膛內燃燒，放出的熱量將水加熱成為具有一定壓力和溫度的過熱

19、蒸汽，過熱蒸汽進入汽輪機膨脹做功，高速氣流沖擊汽輪機葉片帶動轉子旋轉，同時帶動同軸發(fā)電機轉子發(fā)電。熱電廠鍋爐將經(jīng)過處理后的除鹽水加熱至430度(根據(jù)汽機工況)左右的過熱蒸汽送入汽輪機,推動汽輪機保持每分鐘3000轉的速度帶動同軸的發(fā)電機旋轉,通過同軸勵磁機產(chǎn)生的直流電輸入發(fā)電機轉子,在靜子上產(chǎn)生感應電勢,同時作過功的余汽可用來當作供熱源</p><p>　　1.2為鍋爐結構和工藝流程示意圖</p>

20、<p>　　燃燒的煤層厚度通過閘板控制，爐排轉速可由交流變頻調速電機控制。尾部受熱面有省煤器和空氣預熱器。</p><p>　　鍋爐結構和工藝流程示意圖</p><p>　　給水通過省煤器預熱后給鍋爐上水，空氣經(jīng)空氣預熱器后由爐排左右兩側6個風道進入，煙氣通過除塵器除塵，由引風機送至煙囪排放，主蒸汽經(jīng)過過熱器送至汽柜和用汽部門。鼓風機、引風機都是由交流變頻器來控制，通過調節(jié)鼓風機

21、、引風機的速度來實現(xiàn)控制鼓風量、引風量。</p><p>　　二、鍋爐燃燒的控制要求</p><p>　　2.1鍋爐燃燒過程的任務、被控變量和操縱變量</p><p><b>　　主要監(jiān)測參數(shù)</b></p><p>　　鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的基本任務是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應蒸汽負荷要求，同時保證鍋爐的經(jīng)濟、安全運行。為

22、適應蒸汽負荷的變化，應及時調節(jié)燃料量。為完全燃燒，應控制燃燒量與空氣的比值，使過剩的空氣系數(shù)滿足要求，為防止燃燒過程中火焰或煙氣外噴，應控制爐膛的負壓。這三項控制任務互相影響，應消除或削弱它們的關聯(lián)。此外，從安全考慮，需設置防噴嘴背壓過低的回火和防噴嘴背壓過高的脫火措施。</p><p>　　三、燃燒控制基本控制方案</p><p>　　鍋爐的燃燒控制對于鍋爐的安全、高效運行和節(jié)能降耗都具

23、有重要意義，其控制和管理隨之要求也越來越高。燃料控制的任務在于進入鍋爐的燃料量隨時與蒸汽壓力要求相適應。因為蒸汽壓力是衡量鍋爐熱量平衡的標志，燃料又是影響蒸汽壓力的主要因素，因此蒸汽壓力可以作為燃料控制系統(tǒng)的被調量。</p><p>　　鍋爐蒸汽壓力是燃燒過程調節(jié)對象的主要被控量，引起蒸汽壓力變化的因素有很多，如燃料量、送風量、給水量、蒸汽流量以及各種使燃燒工況發(fā)生變化的原因。它受到的主要擾動分為內擾(燃料的變化

24、)和外擾(蒸汽流量的改變)。由于每個系統(tǒng)的輸入輸出之間都一定的系統(tǒng)延遲，即當輸入變化的時候系統(tǒng)輸出不能夠馬上反應其變化從而是系統(tǒng)的控制不及時。</p><p><b>　　3控制部分</b></p><p>　　根據(jù)鍋爐出口熱水溫度、熱水流量、熱水壓力、爐膛壓力、煙氣含氧量自動調節(jié)鍋爐給煤量、鼓/引風機風量，以保證鍋爐處于最佳的燃燒狀態(tài)，最佳熱效率，控制調節(jié)系統(tǒng)采用西

25、門子PCS7控制系統(tǒng)，并備有手動和自動操作模式。</p><p><b>　　3.1聯(lián)鎖控制部分</b></p><p>　　此項目涉及到鍋爐電機起停保護，原則為啟動電機順序一次是引風機、一次風機、二次風機、爐排電機、給煤機。停止電機順序一次是爐排電機、給煤機、一次風機、二次風機、引風機。如果引風機停，必須停一次風機和二次風機，如果一次風機停，必須停二次風機和爐排電機

26、和給煤機。</p><p>　　當鍋爐運行中出現(xiàn)下列情況時，設置自動切斷鼓、引風機的裝置：</p><p>　　●鍋爐壓力降低至0.4MPa時；</p><p>　　●鍋爐水溫升高至140℃時；</p><p>　　●鍋爐出口流量低于420t/h；</p><p>　　●循環(huán)水泵突然停止運行時；</p>

27、<p>　　鍋爐的引風機與鼓風機之間設置聯(lián)鎖：</p><p>　　●啟動：引風機－鼓風機－爐排</p><p>　　●停止：爐排－鼓風機－引風機</p><p>　　鍋爐的爐排與除渣機之間設置聯(lián)鎖：</p><p>　　●啟動：除渣機－爐排</p><p><b>　　停止：爐排－除渣機</

28、b></p><p>　　3.2鍋爐自動控制特點</p><p>　　鍋爐的燃燒控制主要解決的是鍋爐的熱平衡問題。當外網(wǎng)的負荷變化時，相應的一、二次風量分配也會變化。因此，鍋爐的燃燒控制即要控制給煤量，也要控制一、二次風的給風量。也就是要根據(jù)外網(wǎng)的負荷變化情況來控制鍋爐的給煤量。根據(jù)鍋爐燃料的供給速度來控制鍋爐的一、二次風量，再根據(jù)鍋爐的出口的煙氣的含氧量對風/煤比進行自動調整。&l

29、t;/p><p>　　鍋爐自動控制系統(tǒng)將整個鍋爐控制分成如下幾個部分：燃燒過程控制、給水母管壓力控制，除氧器控制。燃燒過程控制又可以分成送風控制、爐排轉速控制、爐膛負壓控制，此三部分相互關聯(lián)。</p><p>　　燃燒系統(tǒng)自動調節(jié)的第一個任務是維持鍋爐出口熱水溫度保持穩(wěn)定，克服自身燃料方面的擾動，保證負荷與出力的協(xié)調；第二個任務是使燃料量與空氣量相協(xié)調（風煤比），保證燃燒的經(jīng)濟性；第三個任務是

30、使引風量與送風量相適應，維持爐膛壓在一定范圍內。</p><p>　　由于鍋爐在運行過程中負荷經(jīng)常發(fā)生變化，這樣必須隨負荷變化及時調整燃料量，鍋爐中，進出熱量的平衡體現(xiàn)在鍋爐出口熱水溫度，負荷調節(jié)即溫度調節(jié)，溫度調節(jié)通過燃料量的調節(jié)即爐排轉速的改變來實現(xiàn)。因此在具體的控制設計中基本上應根據(jù)負荷來設定爐排轉速——粗調，根據(jù)鍋爐出口熱水流量來細調爐排轉速；根據(jù)爐排轉速來設定送風——粗調，由煙氣含氧量來細調送風量，再根

31、據(jù)送風來調整引風以維持負壓。</p><p>　　細調過程在規(guī)則控制中實現(xiàn)，粗調在大的負荷變動中采用。粗調要求有比較準確的爐排轉速與負荷的對應表、鼓風與引風的對應表。細調要求有準確的專家經(jīng)驗。對應表及規(guī)則表可寫入程序并可在界面中修改。</p><p>　　3.2.1基本控制方案一：</p><p>　　3.2.1.1串級控制</p><p>

32、　　選擇串級控制系統(tǒng)的理由：</p><p>　?。?）從回路的個數(shù)分析，由于串級控制系統(tǒng)是一個雙回路系統(tǒng)，因此能迅速克服進入副回路的干擾，從某個角度講，副回路起到了快速“粗調”作用，主回路則擔當進一步“細調”的功能，所以應設法讓主要擾動的進入點位于副回路內。（2） 能改善被控對象的特性，提高系統(tǒng)克服干擾的能力。由于副回路等效被控對象的時間常數(shù)比副對象的時間常數(shù)小很多，因而由于副回路的引入而使對象的動態(tài)特性有

33、了很大的改善，有利于提高系統(tǒng)克服干擾的能力。</p><p>　?。?）提高了系統(tǒng)的控制精度。因此具有一定的自適應能力，可用于負荷和操作條件有較大變化的場合。</p><p>　　以蒸汽壓力為被調節(jié)量，以燃料量為調節(jié)量的串級控制系統(tǒng)設計如圖所示。</p><p>　　主變量的選擇應遵循以下原則：</p><p>　　副變量的選擇應遵循以下原則

34、：</p><p>　　1）應盡量包含生產(chǎn)過程中主要的、變化劇烈、頻繁的和幅度大的擾動，并力求包含盡可能多的擾動；</p><p>　　2）應使主、副對象的時間常數(shù)匹配；</p><p>　　3）應考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟型</p><p>　　串級系統(tǒng)，實質上是把兩個調節(jié)器串接起來，通過它們的協(xié)調工作，使一個被控量準確地保持為給定值

35、。通常串級系統(tǒng)副環(huán)的對象慣性小，工作頻率高，而主環(huán)慣性大，工作頻率低。為了提高系統(tǒng)的控制性能，希望主副環(huán)的工作頻率相差三倍以上，以免頻率相近時發(fā)生共振現(xiàn)象面破壞正常工作。串級控制系統(tǒng)可以看作一個閉合的副回路代替了原來的一部分對象，起了改善對象特征的作用。除了克服落在副環(huán)內的擾動外，還提高了系統(tǒng)的工作頻率，加快過渡過程。</p><p>　　串級控制系統(tǒng)的主回路是一個定值控制系統(tǒng)，在副回路確定后，相當于一個單回路系

36、統(tǒng)，外擾——蒸汽壓力擾動可以在此回路中得到有效抑制。副回路是一個隨動系統(tǒng)，能夠快速有效地克服二次擾動的影響，因此內擾——給煤擾動可以在副回路中得到有效地抑制。同時提高了對一次擾動的克服能力和對回路參數(shù)變化的自適應能力，改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率。</p><p>　　一般來說，一個設計合理的串級控制系統(tǒng)，當干擾從副回路進入時，其最大偏差將會較小到控制系統(tǒng)的，即便是干擾從主回路進入，最大偏差也會

37、縮小到單回路控制系統(tǒng)的。但是，如果串級控制系統(tǒng)設計得不合理，其優(yōu)越性就不能夠充分體現(xiàn)。因此，串級控制系統(tǒng)的設計合理性十分重要。) D6 p9 |0 d$ p</p><p>　　這種方案蒸汽壓力的主要擾動是蒸汽負荷的變化與燃料量的波動。 當蒸汽負荷及燃料量波動較小時， 可以采用蒸汽壓力來控制燃料量的單回路控制系統(tǒng)； 而當燃料量波動較大時， 可組成整齊壓力對燃料流量的串級控制系統(tǒng)。 燃料流量是隨蒸汽負荷而變化的，

38、因而作為主流量， 與空氣流量組成比值控制系統(tǒng)， 使燃料與空氣保持一定的比例， 獲得良好的燃燒， 這是燃燒過程的基本控制方案。</p><p>　　蒸汽 燃料 空氣 </p><p><b>　　IK</b></p><p>　　燃料閥 空氣閥</p>&l

39、t;p>　　蒸汽出口壓力控制系統(tǒng)</p><p>　　3.2.1.2反作用及控制閥的開閉形式選擇</p><p>　　1）主控制器：選擇反作用，因為當閥的開度增大后，燃料的流量增加，閥的開度為+，變送器為+，所以控制器也為+所以控制器選擇反作用</p><p>　　2）副控制器：選擇反作用，因為當閥的開度增大后，蒸汽的溫度升高壓力增大，閥的開度為+，變送器為+

40、，所以控制器也為+所以控制器選擇反作</p><p>　　3）控制閥：氣開型 因為當鍋爐出現(xiàn)事故時閥門一定得是關閉的，否則的話在事故出現(xiàn)后閥門是開的話使燃料流出。會加重事故。</p><p>　　3.2.2基本控制方案二：</p><p>　　3.2.2.1燃燒過程中煙氣氧含量閉環(huán)控制</p><p>　　燃燒過程控制保證了燃料和空氣的比

41、值關系，但并不能保證燃料的完全燃燒，讓了的完全燃燒與燃料的質量（含水量、灰粉等）、熱值等因素有關。不同的鍋爐負荷下，燃料量和空氣量的最佳比值會不同，因此，需要有一個檢查燃料完全燃燒的控制指標，并根據(jù)該指標控制送風量的大小。衡量燃燒過程是否完全燃燒的常用控制指標是煙氣中的含氧量。</p><p>　　它在前述方案中基礎上,加入了煙道氣中氧含量的控制回路。 這是一個以煙道氣中氧含量為控制目標的燃料流量與空氣流量的變比

42、值控制系統(tǒng),也稱煙氣氧含量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 此方案可以保證鍋爐的最經(jīng)濟燃燒。 前述方案一,雖然也考慮了燃料與空氣流量的比值控制,但它不能在整個生產(chǎn)過程中始終保證最經(jīng)濟燃燒。 因為其一,在不同的負荷下,兩流量的最優(yōu)比值是不同的;其二,燃料的成分有可能會變化;其三,流量的不準確。 這些因素都會不同程度的影響到燃料的不完全燃燒或空氣的過量,造成爐子熱效率下降。 這就是燃料流量定比值控制系統(tǒng)的缺點。 為了改善這一情況,最好有一指標來閉環(huán)修正兩流

43、量的比值。 目前最常用的是煙氣中的氧含量。</p><p>　　3.2.2.2 鍋爐的熱效率</p><p>　　鍋爐的熱效率主要反映在煙氣成分（主要是含氧量）和煙氣溫度上。煙氣中各種成分例如：氧氣、二氧化碳、一氧化碳和未燃燒烴含量基本可反映燃料的燃燒情況。常用的含氧量用 表示。</p><p>　　理論空氣量 是根據(jù)燃燒反應方程式，計算出的完全燃燒時所需的空氣量。

44、實際空氣量 是實際燃燒過程的中所需的空氣量，。超過理論空氣量的這部分空氣量稱為過?？諝饬俊＿^?？諝饬吭龃螅瑺t膛溫度降低越多，煙氣中帶走的熱損失也越大。不同的空氣量有最佳值（對于液體，過?？諝饬考s為8％～15％），如下圖：</p><p>　　不完全燃燒的損失 </p><p><b>　　總能量損失</b></p><p><b>

45、　　最高效率區(qū)</b></p><p>　　-20 過剩空氣量％</p><p>　　過?？諝饬颗c能量損失的關系 </p><p>　　過?？諝庀禂?shù)a表示過?？諝饬浚x為：</p><p><b>　　a= </b></p>&

46、lt;p>　　過剩空氣系數(shù)很難直接測量，它與煙氣中氧量 有關。</p><p><b>　　a=</b></p><p><b>　　8 </b></p><p><b>　　6</b></p><p><b>　　4 </b></p

47、><p><b>　　2 </b></p><p><b>　　0</b></p><p>　　10 20 30 40 </p><p><b>　　過?？諝饬浚?lt;/b></p><p>　　過剩空氣量與煙氣含氧量、鍋爐效率的關系<

48、/p><p>　　上圖顯示了過?？諝庀禂?shù)a與煙氣含氧量 、鍋爐效率的關系。當a在1～1、6范圍內時，過剩空氣系數(shù)a與煙氣 接近直線。當a在1、08～1、15（最佳過剩空氣量8%～15%）時，煙氣含氧量 最優(yōu)值為1、6%～3%。從上圖也可看到，約在過?？諝饬繛?5%～18%時，鍋爐有最高效率。因此，用煙氣含氧量作為鍋爐燃燒的經(jīng)濟指標。</p><p>　　以煙氣為被調節(jié)量，以燃料量為調節(jié)量的串級

49、控制系統(tǒng)設計如圖所示。</p><p>　　煙氣含氧量控制系統(tǒng)與鍋爐燃燒控制系統(tǒng)一起實現(xiàn)鍋爐的經(jīng)濟燃燒閉環(huán)控制系統(tǒng)如下圖：</p><p>　　該系統(tǒng)采用變比值控制，變比值器的比值由含氧控制器AC輸出。當煙氣中的含氧量變化時，表明燃燒過程中過?？諝獍l(fā)生變化，因此通過AC及時調節(jié)燃料和空氣的比值，使燃燒過程達到經(jīng)濟的目的。</p><p>　　實施時應注意，快速反映煙

50、氣含氧量，對煙氣含氧量的檢測變送系統(tǒng)應選擇正確。目前，常選用氧化鋯氧量儀表檢測煙氣中的含氧量。</p><p>　　燃料量 蒸汽壓力 空氣量 煙氣含氧量</p><p>　　燃料 空氣</p><p>　　煙氣含氧

51、的閉環(huán)控制系統(tǒng)</p><p>　　3.2.2.3反作用及控制閥的開閉形式選擇</p><p>　　1）主控制器：選擇反作用，因為當煙氣的含氧量增大后，空氣量應減小，閥的開度為+，變送器為+，所以控制器也為+所以控制器選擇反作用</p><p>　　2）副控制器：選擇正作用，因為當閥的開度增大后，燃料流量增大，閥的開度為+，變送器為+，所以控制器也為+所以控制器選擇

52、正作</p><p>　　3）控制閥：氣開型 因為當鍋爐出現(xiàn)事故時閥門一定得是關閉的，否則的話在事故出現(xiàn)后閥門是開的話使燃料流出。會加重事故。</p><p>　　3.3上述兩方案的有缺點</p><p>　　通過對上述兩種方案的詳細說明,從中可以看出各種方案都有其優(yōu)、 缺點:方案一: 主要優(yōu)點:燃料流量是隨蒸汽負荷而變化的,這樣可保持蒸汽出口壓力的穩(wěn)定,又可以

53、保持蒸汽出口壓力的穩(wěn)定,又可使燃空比維持一定,系統(tǒng)控制簡單,使用儀表少。 主要缺點:燃料燃燒不能完全燃燒,當燃料或空氣回路各自出現(xiàn)干擾時,不能嚴格保持動態(tài)的燃料與空氣比的不變。</p><p>　　方案二: 主要優(yōu)點:可以保證鍋爐燃燒過程的空氣與燃料比值最優(yōu)比,防止由于流量測量的誤差以及燃料的質量的變化。 另外,鍋爐負荷不同時,可以保持兩者的最優(yōu)比有一定的不同。 主要缺點:雖然可以做到保證燃燒時刻處于最經(jīng)濟狀態(tài),

54、但是其控制系統(tǒng)、 檢測設備相對來說都比較復雜,其中氧含量檢測設備以目前的技術來說還不能保證檢測結果十分精確,其總體控制效果不能達到理論上的水平系統(tǒng)控制較復雜,儀表多,容易出問題,而且儀表儀器價格昂貴。</p><p>　　3.4控制系統(tǒng)參數(shù)整定</p><p>　　控制系統(tǒng)中滯后產(chǎn)生的主要原因有：對系統(tǒng)變量的測量、系統(tǒng)中設備的物理性質及物或信號的傳遞等。在實際工程控制問題中，有時因滯后系統(tǒng)

55、的影響不大而在系統(tǒng)的設計或模型中將滯后省略。但是在更多的實際工程中，滯后是不能省略的，而且有些控制過程中，滯后往往是時變的，即滯后是時間t的函數(shù)。所以這些對象的純滯后時間對控制系統(tǒng)的控制性能都極為不利，它使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，動態(tài)特性變壞。</p><p>　　由于整個控制系統(tǒng)存在滯后，整個系統(tǒng)具有一階環(huán)節(jié)和二階環(huán)節(jié)來近似的等效</p><p><b>　　一階滯后環(huán)節(jié)</b

56、></p><p><b>　　二階滯后環(huán)節(jié)</b></p><p>　　在現(xiàn)場環(huán)境中，參數(shù)變化是時時刻刻的，很難用一個固定的數(shù)學公式將爐溫的變化規(guī)律總結出來。所以在規(guī)定的要求范圍內，對一些情況進行近似處理是很合理和必要的。在通常情況下，我們給定主控變量一個范圍，作為系統(tǒng)的給定，使可以達到個滿意的結果。對于火電廠鍋爐來說，爐體的容量、結構、檢測元件及其安放位置等

57、都影響著滯后的大小。它不是一個單一的問題，是一個系統(tǒng)問題(容積滯后時間就是級聯(lián)的各個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)之和)。純滯后產(chǎn)生的根源也要從整個測量系統(tǒng)來考慮，并且與溫度的高低有關。</p><p><b>　　解決滯后的辦法</b></p><p>　　1）選擇惰性小的快速測量元件，以減小時間常數(shù)</p><p>　　2)選擇合適的測量位置，以減小純

58、滯后</p><p>　　3)使用微分單元 加入D控制規(guī)律</p><p>　　如 一階滯后 加入微分單元1+TDS,當適當?shù)恼{整TD后可以使TD=T.最后的傳遞函數(shù)就是K,這樣就減少了延遲。</p><p>　　主回路：TC選擇PI控制，原因是主回路中所控制的參數(shù)為壓力，壓力這個參數(shù)滯后是比較小的，當干擾到來的時候會比較快的反應在輸出的變化上，所以不必加

59、入微分環(huán)節(jié)就可以達到很好的控制目的，也節(jié)省了成本。其中的I環(huán)節(jié)可以消除靜差，使系統(tǒng)的控制性能的到提高。</p><p>　　副回路：選擇P控制。理由是副回路是粗調所以要求隨度要快，粗調也就是不要求一步到位，只是對余差進行初步的處理，最后的工作是由主回路來完成的。微分最用也是不必要的，因為加入微分后系統(tǒng)過于敏感，稍有擾動就會動作，這不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中

60、，對于主參數(shù)的質量指標要求很高，而對副參數(shù)的質量指標沒有嚴格要求。通常設置副參數(shù)的目的是為了進一步提高主參數(shù)的控制質量。在副調節(jié)器參數(shù)整定好后，再整定主調節(jié)器參數(shù)。這樣，只要主參數(shù)的質量通過主調節(jié)器的參數(shù)整定得到保證，副參數(shù)的控制質量可以允許犧牲一些。</p><p><b>　　四、鍋爐負荷調節(jié)</b></p><p>　　鍋爐負荷調節(jié)回路鍋爐出口熱水溫度作為主調量

61、，并結合鍋爐出口熱水流量、爐膛溫度、爐膛運算，輸出至爐變頻器，控制爐排轉速，并按鍋爐含氧量智能專家系統(tǒng)計算，保證鍋爐出口熱水溫度，節(jié)約能源。</p><p><b>　　4.1一次風機控制</b></p><p>　　送風控制使燃料量與空氣量相協(xié)調（風煤比），保證燃燒的經(jīng)濟性。結合操作經(jīng)驗，設定一合適的風煤比，給煤輸出變化×風煤比＋上周期一次風機輸出 = 一

62、次風機的輸出。</p><p><b>　　4.2二次風機控制</b></p><p>　　二次風機控制采用單回路，作為一次風量的補充。</p><p><b>　　4.3爐膛負壓控制</b></p><p>　　鍋爐爐膛負壓調節(jié)采用調節(jié)引風機轉速方式，將鼓風機開度作為前饋量，爐膛負壓作為被調量送入

63、控制系統(tǒng)，經(jīng)過爐膛負壓調節(jié)器的運算，控制系統(tǒng)輸出控制引風機變頻器，調節(jié)引風機轉速，以達到節(jié)約能源、穩(wěn)定爐膛壓的目的。爐膛負壓控制是保證鍋爐安全燃燒的首要控制對象。</p><p>　　在鍋爐燃燒控制系統(tǒng)。其主要功能是控制爐膛的燃料的空氣的輸入量，或控制燃燒率，以適應鍋爐負荷的變化。對鍋爐運行和控制系統(tǒng)來說，鍋爐出口蒸汽壓力的變化經(jīng)常作為燃料量的輸入和蒸汽量的輸出之間不平衡的一個標志。引起蒸汽壓力變化的因素很多，其

64、中主要的擾動量是燃料量和蒸汽量的變化。燃燒控制系統(tǒng)的基本要求是：迅速適應外界負荷需求的變化；及時消除鍋爐燃料側的自發(fā)擾動；維持調節(jié)過程中各被調量在允許的范圍內；保證鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性。燃料控制系統(tǒng)一般包括燃料控制、引風控制和鼓風控制三個子系統(tǒng)。</p><p>　　爐膛負壓控制系統(tǒng)中被控變量是爐膛壓力（控制在負壓），操縱變量是引 風量。當鍋爐負荷變化不大時，可采用單回路控制系統(tǒng)。當鍋爐負

65、荷變化較大時，應進入擾動量前饋信號，組成前饋-反饋控制系統(tǒng)。例如當鍋爐負荷變化較大時，蒸汽壓力的變動也較大，這時，可引入蒸汽壓力的前饋信號，如下圖(a)所示的前饋-反饋控制系統(tǒng)。當擾動來自送風機系統(tǒng)時，送風量的變化不及時引入到爐膛負壓控制系統(tǒng)，則需要等到爐膛負壓變化后才能調節(jié)引風量，即不能及時控制爐膛的負壓，為此，將送風量作為前饋信號，如下圖（b）所示的前饋-反饋控制系統(tǒng)。</p><p>　　蒸汽

66、 爐膛 送風量 爐膛</p><p>　　壓力 負壓 變送器 負壓</p><p>　　(a)蒸汽壓力前饋 （b）送風量前饋</p><p>　　上圖PC是爐膛負壓控制器，PY是加法器，PT是蒸汽壓力變送器，F(xiàn)T-1

67、是燃燒用送風變送器，PY和FY是前饋控制器。前饋信號與反饋信號相加。當引風系統(tǒng)有擾動時，也可將引風量引入，組成以爐膛負壓為主控變量，引風量為副被控變量的串級控制系統(tǒng)，與上述的前饋信號一起組成前饋-串級反饋控制系統(tǒng)</p><p>　　4.4鍋爐含氧量調節(jié)</p><p>　　鍋爐含氧量調節(jié)回路將爐膛含氧量作為主調量，將爐排控制信號作為前饋量，并結合鍋爐出口熱水溫度、鍋爐出口熱水流量、爐膛溫

68、度等工況參數(shù)，經(jīng)過控制系統(tǒng)的智能專家調節(jié)運算，計算風煤比系數(shù)，確定含氧量控制點，優(yōu)化含氧量，優(yōu)化燃燒，節(jié)約能源。</p><p>　　五、鍋爐燃燒優(yōu)化控制</p><p>　　5.1鍋爐燃燒系統(tǒng)的三大控制任務a) 保證鍋爐出口水溫恒定以適應負荷需要；b) 維持氧含量在理想范圍保證經(jīng)濟燃燒；c) 維持爐膛在一定負壓范圍之內保證鍋爐安全運行。</p&g

69、t;<p>　　5.2三大控制任務的手段a) 鍋爐出口水溫的控制通過調節(jié)輸入燃料量和送風量的多少來實現(xiàn)；b)氧含量的控制主要通過調節(jié)送風量和燃料成適當配比（風煤比）來實現(xiàn)；c)爐膛負壓的控制主要通過調節(jié)引風量和送風量來實現(xiàn)</p><p><b>　　5.3主要被控參數(shù)</b></p><p>　　5.3.1鍋爐出口水溫</p>

70、;<p>　　鍋爐出口水溫是衡量供求關系平衡與否的重要指標，出口水溫還是送風控制回路中送風調節(jié)器的前饋信號，當負荷變化時送風擋板立即動作。鍋爐出口水溫調節(jié)器根據(jù)鍋爐出口水溫的變化，對各臺并行運行的鍋爐按預定的比例發(fā)出增、減負荷的信號。</p><p>　　5.3.2爐膛負壓、送風量、引風量</p><p>　　爐膛負壓過高或過低都會影響鍋爐的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟燃燒。若爐膛負壓過小

71、，容易局部噴火，不利于安全生產(chǎn);若爐膛負壓過大，則漏風嚴重，從而導致總風量增加、煙氣熱損失增大、煤耗增加。爐膛負壓的穩(wěn)定是通過爐膛負壓、送風量、引風量3個變量參數(shù)信號經(jīng)過控制系統(tǒng)內各功能塊的作用，調節(jié)引風變頻轉速，控制其引風量來實現(xiàn)的。當負荷增大時，熱負荷調節(jié)器發(fā)出信號，通過調速電機增大給煤量。同時，與給煤量成比例的送風量也由于送風調節(jié)器的動作，使送風量相應增大，此時爐膛負壓立即下降，需增加引風量以保證爐膛負壓的穩(wěn)定。由于調節(jié)器要在爐膛

72、負壓變化后才有輸出，雖然引風調節(jié)器的輸出調節(jié)了引風變頻的轉速，但在一段時間內爐膛負壓仍在下降。因此將送風調節(jié)器的輸出作為引風調節(jié)器的前饋信號，送到爐膛負壓調節(jié)回路的引風調節(jié)器，使送風調節(jié)器動作時引風調節(jié)器立即動作，以解決測量滯后問題。引風量實際上是送風量的微調。以上調節(jié)可通過西門子PCS7控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。</p><p>　　5.3.3煙氣氧含量</p><p>　　煙氣氧含量是檢查鍋爐燃

73、燒系統(tǒng)燃料量與送風量是否合適的一個指標。一般用空氣過剩率，即風煤比來衡量燃燒效率。空氣過剩率是通過分析煙氣中氧的含量來設定的。鍋爐煙氣氧含量一般為4%，相應的空氣過剩率在1.02-1.10時，燃燒效率最高。當負荷或燃煤質量發(fā)生變化時，煙氣中的氧含量要發(fā)生變化，因此除了通過氧量調節(jié)器來調節(jié)氧含量外，氧量調節(jié)器的輸出還作為送風調節(jié)器的輸入信號來校正送風量，以保證燃燒的經(jīng)濟性。 鍋爐燃燒系統(tǒng)的三個控制目標是相輔相成的，鍋爐出口水溫變化

74、，需要調節(jié)燃料和送風，這勢必會引起爐膛氧含量和負壓的變化；氧含量變化，需要調節(jié)送風和燃料,同樣要引起出口水溫和爐膛負壓的變化；爐膛負壓變化，需要調節(jié)引風和送風，反過來也要引起氧含量的變化，因此是一個強相關、強耦合的系統(tǒng)。同時，由于實際過程中燃料的配比不穩(wěn)定，燃料的熱值時好時壞，“負荷流量”的需要量時高時低，致使被控對象極其不穩(wěn)，所以存在強烈的外部干擾?？傮w說來，鍋爐燃燒對象是一個具有多變量、強耦合、強干擾、大滯后等特性的復雜過程系統(tǒng)。&

75、lt;/p><p>　　5.4鍋爐運行優(yōu)化控制原理a)通過運行歷史數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)，建立機組在不同的干擾量（負荷，環(huán)境溫度）下，鍋爐各可調量，如一次風壓，二次風壓及不同的二次風量組合，煙氣含氧量、給煤量等，與鍋爐運行性能（NOx和效率）之間的非線性動態(tài)模型； b)通過穩(wěn)態(tài)模型，尋優(yōu)機組當前可以達到的最佳性能； c)采用動態(tài)控制，控制機組達到最佳狀態(tài)，從而實現(xiàn)性能最佳。</p><p>　　

76、六、安全連鎖控制系統(tǒng)</p><p>　　爐膛負壓控制系統(tǒng)可防止爐膛內火焰或煙氣的外噴，此外，當燃料壓力過高或過低，噴嘴發(fā)生堵塞情況下也會發(fā)生事故，為此，除了設置爐膛的負壓控制系統(tǒng)外，還需設置有關的的安全連鎖控制系統(tǒng)。</p><p>　　6.1防止回火的連鎖控制系統(tǒng)</p><p>　　當燃料壓力過低，爐膛內壓力大于燃料壓力時，會發(fā)生回火事故，為此設置入下圖所示的

77、連鎖控制系統(tǒng)。采用壓力開關PSA，當壓力低于下限設定值時，使聯(lián)鎖控制系統(tǒng)動作，切斷燃料控制閥的上游切斷閥，防止回火。其中從安全考慮閥門選擇氣關閥。</p><p><b>　　氣源</b></p><p><b>　　燃料</b></p><p>　　控制閥 切斷閥&

78、lt;/p><p>　　防止回火的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)</p><p>　　6.2防止脫火的選擇控制系統(tǒng)</p><p>　　當燃料壓力過高時，由于燃料流速過快，容易發(fā)生脫火事故。為此，設置燃料壓力和蒸汽壓力的選擇性控制系統(tǒng)，正常時，燃料控制閥根據(jù)蒸汽負荷的大小調節(jié)，一旦燃料壓力過高，燃料壓力控制器PC-2的輸出減小，被低選器選中，由燃料壓力控制PC-1取代蒸汽壓力控制器PC-

79、2，防止脫火事故發(fā)生。其中從安全考慮閥門選擇氣關閥。</p><p>　　燃料 蒸汽</p><p>　　- 防止脫火的選擇控制系統(tǒng)</p><p>　　6.3將防止回火和脫火的系統(tǒng)組合</p><p>　　如下圖所示，并設置回火報警系統(tǒng)。防止脫火采用低選器、防止回火采用高選器， 表示防止回火的最小流量

80、對應的儀表信號。其中從安全考慮閥門選擇氣關閥。</p><p>　　蒸汽 燃料</p><p>　　防止脫火和回火的選擇控制系統(tǒng)</p><p>　　七、控制系統(tǒng)單元元件的選擇</p><p>　　7.1蒸汽壓力變送器選擇&l

81、t;/p><p>　　蒸汽從鍋爐經(jīng)過管道到達蒸汽輪機，其壓力和溫度會有所降低，但降低幅度不大，一般溫度會下降2-4℃，壓力會下降2-4%。可以近似地認為，鍋爐提供的蒸汽溫度和壓力，與蒸汽輪機機組初參數(shù)相同。</p><p>　　但我國目前尚有一些參數(shù)較低的火力發(fā)電機組仍在使用，包括高壓參數(shù)、超高壓參數(shù)機組。</p><p>　　高壓參數(shù)一般為：主蒸汽壓力8-10MPa，

82、溫度500-540℃。</p><p>　　超高壓參數(shù)一般為：主蒸汽壓力12-14MPa，溫度500-540℃。</p><p>　　蒸汽壓力變送器的選用</p><p>　　7.2 燃料流量變送器的選用</p><p>　　LUGB-06型渦街流量計根據(jù)卡門渦街原理測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標況的體積流量或質量流量的體積流量計。廣泛用

83、于各種行業(yè)氣體、液體、蒸汽流量的計量，也可測量含有微小顆料、雜質的混濁液體，并可作為流量變送器用于自動化控制系統(tǒng)中。</p><p>　　LUGB-06型渦街流量傳感器防爆型，符合GB3836-2000《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備》規(guī)定，防爆標志為“ExiaIICT6”，在本次設計中，選用LUGB型渦街流量傳感器其精度等級完全可以滿足火電廠鍋爐溫度控制系統(tǒng)的精度要求。</p><p>　　技

84、術參數(shù)：　　儀表材質：1Cr18Ni 9Ti 　　最高流速：　25m/s　</p><p>　　被測介質溫度（℃）：－40～＋250℃；－40～＋350℃ 　　環(huán)境條件：溫度－10～＋55℃，相對濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa 　　精度等級：測量液體：示值的±0.5 　　測量氣體或蒸汽：示值的±1.0、±1.5 　　量程比：1：10；1：15 　　輸出信號

85、：傳感器：脈沖頻率信號0.1～3000Hz 低電平≤1V 高電平≥6V 　　變送器：兩線制4～20mADC電流信號 　　供電電源：傳感器：＋12VDC、＋24VDC（可選） 　　變送器：＋24VDC 　　現(xiàn)場顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池 　　信號傳輸線：STVPV3×0.3（三線制），2×0.3（二線制） 　　傳輸距離：≤500m 　　信號線接口：內螺紋M20×1.5 　　防爆等級：Exd

86、IIBT6</p><p><b>　　7.3含氧量檢測器</b></p><p>　　公司名稱：濟寧魯科檢測器材有限公司</p><p>　　型號：M289371</p><p>　　· 體積小(鋼筆型)、重量輕(含電池120-200克) </p><p>　　· 堅固可靠，

87、方便佩帶 </p><p>　　· 數(shù)字顯示，一目了然 </p><p>　　· 三鍵操作，類似“傻瓜”相機 </p><p>　　· 超過設定限制時，自動聲、光、振動(選件)報警 </p><p>　　· 內置微處理器，顯示多種測量值(STEL，TWA) </p><p>　　

88、· UL認證本質安全，適用于任何工作環(huán)境 </p><p>　　· “智能”電化學毒氣傳感器，用戶可更換(CO，H2S，SO2，CL2，NO，NO2)</p><p>　　M289371 含氧量監(jiān)測儀應用 </p><p>　　ToxiRAE氣體監(jiān)測儀可用在危險場合連續(xù)監(jiān)測有毒氣體，氧氣，可燃氣濃度。按人體工學設計的ToxiRAE，可方便的佩帶在

89、口袋或腰帶上。 ToxiRAE特別合適于石油化工、礦山、冶金、防化、消防、醫(yī)學、環(huán)保、衛(wèi)生防疫、危險品運輸、城市地下管道作業(yè)等領域的安全監(jiān)測。</p><p>　　M289371含氧量監(jiān)測儀檢測范圍</p><p>　　專用檢測器M289371，不可更換傳感器(技術指標)</p><p><b>　　總結</b></p><

90、p>　　通過這次的鍋爐燃燒控制之系統(tǒng)的設計，是我更深刻的了解了課堂上我所學到的有關鍋爐方面的知識，并且這次設計是我能將學到的東西聯(lián)系在一起學習，并且能過考慮到實際中的一些問題。</p><p>　　由于水平有限，設計中有很多缺陷和錯誤，希望老師同學幫忙指教。通過三年的學習現(xiàn)在到了驗收的時候，課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體

91、訓練和考察過程。這次設計是基于大三下個學期過程控制課程所作的，所做的設計也比較自由自主選題針對鍋爐控制的控制環(huán)節(jié)展開?；旧鲜鞘占Y料，期間把以前學過的專業(yè)課又選節(jié)的瀏覽了一遍，回憶了以前的知識，再就是上圖書館查閱了一些資料，主要還是在網(wǎng)上查閱相關的資料了解，論文的寫作、熱電廠的工藝。同時也學到很多新東西，對過程控制的認識也加深了，特別是對鍋爐的一部分控制系統(tǒng)。查閱資料的時候也有遇到過很多的苦難，不過隨著設計的推進這些苦難也得到解決。還

92、有就是設計期間得到了老師的指導，給我們講了過程控制系統(tǒng)，和如何寫好寫論文以及論文的格式。為以后的工作和明年的畢業(yè)設計做好前期的準備。在完成設計的過程中也發(fā)現(xiàn)單單讀懂看懂書上那點東西是遠遠不夠的，書上只是寫理論，而理論要真的聯(lián)系到實際的應用中還有很多的過程要走。只用通過動手才會發(fā)現(xiàn)自己在那些方面的不足。這樣便可以有針對性的學習。</p><p>　　此次的課程設計是個面對問題解決問題的過程、是自我認識的過程。設計雖

93、然不是很長，但是使自己對所學的知識有個系統(tǒng)的整理和總結?？偠灾敬卧O計是一次能力的提升。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　何衍慶，俞金壽。工業(yè)過程控制 北京：化學工業(yè)出版社2004.2</p><p>　　王洪國．自動控制技術在工業(yè)鍋爐上的應用．云南冶金．1999，6</p><p

94、>　　張亮明，夏桂娟．工業(yè)鍋爐自動控制．北京：中國建筑工業(yè)出版社．1987.</p><p>　　陳學俊，陳聽寬．鍋爐原理．北京：機械工業(yè)出版社．1979.</p><p>　　張江微，白曉清．工業(yè)燃煤鍋爐燃燒系統(tǒng)自動控制方案．1999，11</p><p>　　劉久斌．鏈條爐燃燒控制系統(tǒng)方案分析．熱能動力工程．1996，5</p><p&