火电厂锅炉温度控制系统设计

题目: 火电厂锅炉温度控制系统设计

初始条件：锅炉温度的控制效果直接影响着产品的质量，温度低于或高于要求时要么不能达到生产质量指标有时甚至会发生生产事故。采用双交叉燃烧控制以锅炉炉膛温度为主控参数、燃料和空气并列为副被控变量设计火电厂锅炉温度控制系统，以达到精度在5 ℃范围内。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、选择控制方案

2、绘制锅炉温度控制系统方案图

3、确定系统传感与变送器的选择、数据采集系统、控制电路等

4、说明系统工作原理

时间安排：

1月21日选题、理解课题任务要求

1月22日方案设计

1月23、24日参数计算撰写说明书

1月25日答辩

目录

1、绪论 (3)

2、锅炉的工艺流程及控制要求 (4)

2.1锅炉的工艺流程 (4)

2.2锅炉的控制要求 (5)

3、锅炉炉膛温度的动态特性分析 (5)

4、方案设计 (7)

4.1炉膛温度控制的理论数学模型 (7)

4.2炉膛温度控制方法的选择 (7)

4.3 系统单元元件的选择 (8)

4.3.1温度检测变送器的选择 (8)

4.3.2流量检测变送器的选择 (10)

4.3.3主、副控制器正反作用的选择 (12)

4.3.4主回路的PID调节器和副回路的PI调节器 (12)

4.3.5控制器仪表的选择 (12)

4.3.6控制阀的选择 (14)

5、控制系统的工作原理 (16)

6、设计心得 (17)

7、参考文献 (18)

1、绪论

工程控制是工业自动化的重要分支。几十年来，工业过程控制获得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及能源的节约都起着重要的作用。

生产过程是指物料经过若干加工步骤而成为产品的过程。该过程中通常会发生物理化学反应、生化反应、物质能量的转换与传递等等，或者说生产过程表现为物流过变化的过程，伴随物流变化的信息包括物流性质的信息和操作条件的信息。

生产过程的总目标，应该是在可能获得的原料和能源条件下，以最经济的途径，将原物料加工成预期的合格产品。为了打到目标，必须对生产过程进行监视和控制。因此，过程控制的任务是在了解生产过程的工艺流程和动静态特性的基础上，应用理论对系统进行分析与综合，以生产过程中物流变化信息量作为被控量，选用适宜的技术手段。实现生产过程的控制目标。

生产过程总目标具体表现为生产过程的安全性、稳定性和经济性。

（1）安全性在整个生产过程中，确保人身和设备的安全是最重要和最基本的要求。在过程控制系统中采用越限报警、事故报警和连锁保护等措施来保证生产过程的安全性。另外，在线故障预测与诊断、容错控制等可以进一步提高生产过程的安全性。

（2）稳定性指系统抑制外部干扰、保持生产过程运行稳定的能力。变化的工业运行环境、原料成分的变化、能源系统的波动等均有可能影响生产过程的稳定运行。在外部干扰下，过程控制系统应该使生产过程参数与状态产生的变化尽可能小，以消除或者减少外部干扰可能造成的不良影响。

（3）经济性在满足以上两个基本要求的基础上，低成本高效益是过程控制的另外一个重要目标。为了打到这个目标，不进需要对过程控制系统进行优化设计，还需要管控一体化，即一经济效益为目标的整体优化。

工业过程控制可以分为连续过程工业、离散过程工业和间隙过程工业。其中，连续过程工业占的比重最大，涉及石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织、医药、建材、食品等工业部门，连续过程工业的发展对我国国民经济意义最大。过程控制主要指的就是连续过程工业的过程控制。

锅炉是工业生产中不可缺少的动力设备，它多产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、

干燥、蒸发等过程提供热源，而且，还可以作为风机，压缩机、泵类驱动透平的动力源。随着石油化学工业规模的不断扩大，生产过程不断强化，生产设备不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高参数、高效率的方向发展。为确保安全，稳定生产，对过路设备的自动控制就显得尤为重要。

2、锅炉的工艺流程及控制要求

2.1锅炉的工艺流程

由于锅炉设备使用的燃料、燃烧设备、炉体形式、锅炉功用和运行要求的不同，锅炉有各种各样的流程。常见流程如图2.1所示。由图可知，蒸汽发生系统由给水泵、给水调节阀、省煤器、汽包及循环管组成。燃料和热空气按照一定的比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽

D,然后经过热器，形成一定汽温的过热蒸汽

s

P的过热蒸汽，经负荷设备调节阀供给生产负荷使用。与D，汇集至蒸汽母管。压力为

M

此同时，燃烧过程中产生的烟气，将饱和蒸汽变成过热蒸汽后，经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。

D

热空气

燃料

2.2锅炉的控制要求

根据生产负荷的不同需要，锅炉需要提供不同规格（压力和温度）的蒸汽，同时，根据安全性和经济性的要求，是锅炉安全运行和完全燃烧，锅炉设备的主要控制要求如下。

1、供给蒸汽量适应负荷变化需要或者保持给定负荷；

2、锅炉供给用汽设备的蒸汽压力应当保持在一定的范围内；

3 、过热蒸汽温度保持在一定范围；

4、汽包水位保持在一定范围；

5、保持锅炉燃烧的经济性和安全性；

6 、炉膛负压保持在一定的范围内。

根据上述要求，锅炉设备的主要控制系统见表2.1.

表2.1 锅炉设备的主要控制系统

3、锅炉炉膛温度的动态特性分析

火电厂的锅炉炉膛由于采用的燃料为煤粉，在燃烧过程中，炉膛和汽包之间的传热过程是一个相当复杂的过程，炉膛的温度的动态特性具有一般的大滞后、时变、非线性和不对称性等特点。在过程控制中，为了方便设计，同时又在一定的要求范围内，我们通常把锅炉炉膛的温度的动态特性看作是一个线性的系统。可以用以下传递函数描述。

具有时滞的一阶环节 τs e Ts K s G -+=1

)( (0.1) 具有时滞的二阶环节 τs e s T s T K s G -++=)

1)(1()(21 (0.2)