火电厂锅炉温度控制系统设计

火电厂锅炉温度控制系统设计

课程设计任务书

学生姓名专业班级

指导教师工作单位

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℃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2324日参数计算撰写说明书

1月25日答辩

指导教师签名 2008 年 1 月 9 日

系主任或责任教师签名 2008 年 1 月 12 日

目录

1绪论 1

2锅炉的工艺流程及控制要求 2

21锅炉的工艺流程2

22锅炉的控制要求3

3锅炉炉膛温度的动态特性分析 3

4方案设计5

41炉膛温度控制的理论数学模型 5

42炉膛温度控制方法的选择 5

43 系统单元元件的选择 6

com测变送器的选择 6

com测变送器的选择8

com副控制器正反作用的选择10

com的PID调节器和副回路的PI调节器10

com仪表的选择10

com的选择12

5控制系统的工作原理 14

6设计心得15

7参考文献16

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

21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21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然后经过热器形成一定汽温的过热蒸汽汇集至蒸汽母管压力为的过热蒸汽经负荷设备调节阀供给生产负荷使用与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22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21

表21 锅炉设备的主要控制系统

控制系统

被控变量

操纵变量

控制目的

锅炉给水控制系统

锅炉汽包水位

给水流量

锅炉内产生的蒸汽和给水的无聊平衡

过路燃烧控制系统

蒸汽压力

烟气成分

炉膛负压

燃料流量

送风流量

引风流量

蒸汽负荷的平衡

燃烧的完全和经济性

锅炉运行的安全性

过热蒸汽控制系统

过热蒸汽温度

喷水流量

过热蒸汽的温度和安全性

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

具有时滞的二阶环节

在现场环境中炉膛内的温度变化是时时刻刻的很难用一个固定的数学公式将炉温的变化规律总结出来但是我们要对炉膛内的温度进行控制就必须要对炉膛内的温度变化进行一个规律的总结所以在规定的要求范围内对一些情况进行近似处理是很合理和必要的在通常情况下我们给定炉膛一个温度值作为系统的给定使锅炉炉膛在这个给定的温度状态下工作这个温度的变化又是和炉内的燃料燃烧量和炉体的总散热量相关的