热工过程自动控制技术课件第二
《热工过程自动控制技术》课件
热工过程自动控制技术
燃料量控制系统
▪ (一)燃料量的测量与热量信号 ▪ (二)燃料量(燃煤量)控制系统的基本结构 ▪ (三)燃煤量控制系统的基本要求 ▪ (四)典型的燃料量控制系统 ▪ (五)磨煤机控制 ▪ (六)一次风母管压力的控制 ▪ (七)燃油流量及压力控制
重庆电力高等专科学校 CHONGQING ELECTRIC POWER 2020/3/23
负荷或汽压改变时同时调锅炉、汽轮机。 ▪ 1)以锅炉跟随为基础的协调方式COORD.BF ： ▪ 2)以汽轮机跟随为基础的协调方式COORD.TF： ▪ 3)直接能量平衡DEB协调方式 ： ▪ 4)负荷指令间接平衡的协调控制系统方式：
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单级三冲量给水控制系统
▪ (1)给水流量信号W：
系统的反馈信号。克服内扰，稳定给水流量。
▪ (2)蒸汽流量信号D：
系统的前馈信号。减小或抵消“虚假水位”的 影响。
▪ (3)存在的问题：
• ①引入的D信号不一定恰好消除“虚假水位” 的影响。
• ②给水流量既影响内回路又影响外回路→在 系统整定时内、外回路相互影响。
• 1.单级三冲量给水控制系统： • 2.串级三冲量给水控制系统：
▪ (三)给水全程控制系统：
• 1.给水全程控制的概念：
给水全程控制系统指的是在锅炉启停及正常运行中均 能实现自动控制的给水控制系统。
• 2.测量信号的校正： • 3.给水热力系统及调节机构： • 4.给水全程控制系统分析：
重庆电力高等专科学校 CHONGQING ELECTRIC POWER 2020/3/23
▪ 3．协调机组内部各子控制系统(燃料、送风、炉膛压力、给 水、汽温等控制系统)的控制作用，在负荷变化过程中使机 组的主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高 的效率和可靠的安全性。
火电厂热工知识讲解第2章锅炉侧控制
第二章锅炉侧控制第一节直流锅炉简介超临界机组指的是锅炉内工质的压力超过了临界点。
水的临界点是22.115MPa/374.15℃。
在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在，理论上认为，水的状态参数达到临界点时，水的汽化会在一瞬间完成。
由于在临界参数下汽水密度相等，因此在超临界压力下无法维持汽包锅炉的自然循环，直流锅炉成为唯一型式。
随着机组向大容量高参数方向发展，直流锅炉由于热效率高在火电厂中得到了愈来愈广泛的应用。
直流锅炉属于强制循环锅炉，其工质在给水泵压头作用下，顺序地通过加热段、蒸发段和过热段，一次性的将给水全部转变为过热蒸汽，它的循环倍率等于１。
直流锅炉在工作原理、运行和控制等方面都有其自身的特点：（1）强制循环直流锅炉的汽水流程如图2-1所示，工质从水变成过热蒸汽的加热流动完全靠给水泵的压头来驱动。
因此，较汽包锅炉而言，受热面可以任意布置，适应各种压力的锅炉。
（2）各受热段之间没有固定的界限直流锅炉没有汽包，因此加热段、蒸发段及过热面段没有严格的界限。
当锅炉的给水流量或燃烧率改变时，各个受热段的分界就发生移动。
例如当燃烧率增加时，蒸发段与过热段之间的分界向汽水流程的前面移动（加热段、蒸发段缩短，过热段伸长）；当给水流量增加时，蒸发段与过热段之间的分界则向后移动。
由于受热面界限的变化，锅炉的过热蒸汽温度会发生很大的变化，如图2-2所示。
当给水流量不变而燃烧率增加时，由于蒸发所需的热量不变，因而加热和蒸发的受热段缩短，过热受热段增加，所增加的燃烧热量全部用于使过热蒸汽加温，因此汽温将上升。
对于一般直流锅炉，燃烧率和给水流量的比例变化1将使过热蒸汽温度变化约8～10℃。
在实际运行中，负荷变化等原因引起燃料与给水流量的比例失调往往超过1％，从而使过热汽温发生很大的变化，所以只采用改变喷水流量作给水泵省煤器水冷壁过热器为调温手段将很难把出口汽温校正过来。
因此，对于直流锅炉来说，调节汽温的手段应是使燃烧率和给水流量保持适当比例（粗调）, 再采用喷水减温作为过热汽温的细调手段，以使过热汽温精确地等于给定值。
电厂热工自动控制系统
电厂热工自动控制系统电厂热工自动控制系统单元机组的自动调节系统¾ ¾ ¾ ¾ ¾机组功率－转速调节系统汽温控制系统（过热、再热）水位控制系统（凝汽器、除氧器、汽包）燃烧控制系统（燃料、风量、炉膛压力及一、二次风配比控制）其它单回路控制系统第一部分汽温控制系统一、过热汽温控制系统1. 任务温度过高，可能造成过热器、蒸气管道和汽轮机的高压部分金属损坏；温度过低，会引起电厂热耗上升，并使汽轮机轴向推力增大造成推力轴承过载，还会引起汽轮机末级叶片蒸汽湿度增加，降低汽轮机内效率，加剧对叶片的腐蚀控制要求：最大控制偏差不超过±10℃，长期偏差不超过±5℃规定要求：2. 静态特性过热器的传热形式、结构、布置将直接影响其静态特性。
大容量锅炉一般采用对流过热器、辐射过热器和屏式过热器交替串连布置。
过热器出口温度对流式3. 动态特性蒸汽流量变化、热烟气的热量变化、减温水流量变化相同点：均为有迟延的惯性环节辐射式不同点：特性参数有较大区别蒸汽流量变化扰动下，汽温的迟延和惯性较小烟气扰动与蒸汽流量扰动相似，汽温反映较快减温水流量扰动由于管道较长，汽温反应较慢4. 控制方案串级控制导前微分控制过热器减温器出口温度TE4001TE4025末级过热器出口温度TE4024LDC指令过热器减温水阀控制逻辑静态特性：纯对流特性动态特性：更容易受负荷、燃烧工况等干扰的影响，温度变化幅度较大调节手段：烟气再循环、尾部烟道挡板、喷燃器摆角、喷水减温烟气再循环：尾部烟道烟气抽至炉膛底部，降低炉膛温度，减少炉膛的辐射传热，从而提高炉膛出口烟气的温度和流速。
使再热器的对流传热加强，达到调温的目的。
优点：反应灵敏，调温幅度大。
缺点：系统结构复杂尾部烟道挡板：尾部烟道被分割为两部分，主烟道中布置低温再热器，旁路烟道中布置低温过热器，烟气挡板布置在温度较低的省煤器下面。
优点：结构简单，操作方便缺点:调温灵敏度差，幅度小，挡板开度与汽温不成线性关系。
《热工过程自动控制》课程教学大纲(本科)
热工过程自动控制Automatic Control of Thermal Process课程代码：02410069学分：3学时：48 （其中：课堂教学学时：44实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：能源与动力工程控制基础适用专业：能源与动力工程教材：《热工过程自动控制》（自编讲义）一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热工过程自动控制》是能源与动力工程专业教学计划中重要的专业技术基础课，它是在自动化技术、计算机技术、通讯技术、电子技术、传感技术、测量技术、先进制造技术、管理学等课程知识的基础上，将自动控制原理应用到热工过程的一门应用科学。
通过本课程的学习，使学生掌握热工过程自动控制的基本原理以及必要的理论知识和工程实践能力，为学生毕业后从事本专业以及相关专业方面的工作打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析热工过程自动控制中的复杂工程问题。
课程目标2：能够针对热工过程自动控制中的复杂工程问题，选择恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，提出热工过程自动控制的解决方案、预期的实现目标以及控制质量的综合评定，并能够理解其局限性。
课程目标3：能够就热工过程自动控制中的复杂工程问题与业界同行进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达和解释。
（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）1.毕业要求3：系统掌握本专业领域宽广的、必需的技术理论基础，主要包括机械和力学理论（机械原理、机械设计、理论力学、材料力学）、能源动力工程理论、热流体理论（热力学、流体力学、传热学）、电工电子和自动控制理论以及必要的计算机知识。
2.毕业要求4：掌握本专业领域方向所必需的专业知识和基本技能，了解学科前沿及发展趋势，并对其它相关专业方向的有关知识有一定了解。
3.毕业要求5：具有设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析。
热工仪表及自动化课程 PPT课件
主、副调节器控制规律的选择
不同情况下选用的控制规律
工艺对主、副变量的要求 应选控制规律
序号 主变量
副变量
主调 副调 节器 节器
1
重要仪表， 要求不高， 要求很高 允许有余差
PID
P
2 主要指标， 主要指标， 要求较高 要求较高
PI
PI
3 要求不高， 要求不高， 互相协调 互相协调
P
P
36
主副调节器正、反作用的确定
副检测变送器
主检测变送器
系统方框图
28
串联控制系统的工作过程
串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，
引起主、副变量偏离设定值，由主、副调节器通过控
制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的过渡
过程。以加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统为
例：
设定+
温度调节器1
温度调节 器2
f2 f3
调节阀
f1 T T1
前馈--反馈控制系统
38
工艺要求保持加 热器出口温度为某一 定值。影响加热器出 口温度的因素很多， 有进料流量和温度的 变化（用扰动ｆ1表 示）、加热蒸汽压力 的变化（用扰动ｆ2表 示）等等。加热器出 口温度的反馈控制系 统如图所示
冷物料
载热体 汽关阀
反作用 TC
TT
加热炉出楼温度串联控制系统
27
串联控制系统的构成及其方块 图
串级控制系统是由两个检测变送器、两个调节
器、一个调节阀组成的。两个调节器是串联工作的，
其中主调节器的输出作为副调节器的设定值，副调
节器的输出才送往调节阀，其组成方块图如图 ：
f2
f1
设定+
《热工过程自动调节》课件
热力发电厂的自动控制系统
总结词
热力发电厂的自动控制系统是实现电厂高效 、安全运行的关键，通过自动化控制技术， 实现对电厂热力系统的实时监测和调整，提 高发电效率并降低能耗。
详细描述
热力发电厂的自动控制系统包括热工测量、 控制和保护等部分，能够实现对汽轮机、锅 炉等设备的自动化控制。通过自动化控制技 术，可以确保电厂在最佳状态下运行，提高 发电效率，同时降低能耗和减少环境污染。
总结词
液位自动调节系统用于控制和稳定设备或工艺过程中的液位高度，确保液位在设定的范 围内波动。
详细描述
液位自动调节系统通过液位传感器检测液位高度，并将液位信号转换为电信号传输给控 制器。控制器根据设定值与实际值的偏差，输出控制信号调节进料或排料的运行，以实
现对液位的自动控制。
成分自动调节系统
总结词
要点一
总结词
网络化控制技术可以实现远程监控和操作，提高热工过程 的自动化和智能化水平。
要点二
详细描述
通过网络化控制技术，可以实现远程监控和操作热工设备 ，实时获取设备的运行状态和参数，提高设备的运行效率 和安全性。
节能减排的需求驱动
总结词
随着环保意识的不断提高，节能减排成为热工过程自动 调节的重要发展方向。
02
热工过程自动调节的基本 原理
自动调节系统的组成
测量元件
用于检测被调参数，并将其转换为可处理的信号。
控制器
接收测量元件的信号，根据设定的参数值进行比较和计算，输出控制信号。
执行机构
接收控制信号，驱动调节阀等执行元件进行动作，实现对被调参数的控制。
被调对象
需要进行自动调节的设备或系统。
自动调节系统的基本特性
化学反应器的自动控制系统
第2章热工过程自动控制的基本概念
发散振荡的品质指标
2.0
过渡时间？？？ 峰值时间？？？
1.5
1.0
0.5
0.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t
偏差性能指标min
平方误差积分准则 J e2 tdt
0
时间乘误差平方积分准则J te2 t dt
0
误差绝对值积分准则 J e2 t dt
0
时间乘误差绝对值积分准则 J t e2 tdt
衰减振荡(2)的MATLAB模拟
单调过程的MATLAB模拟
汽车ABS刹车时的车速和轮速
三、品质指标
余差（e） ：系统过渡过程终了时给定值与被控参 数稳定值之差 最大偏差（A）：被控参数第一个波的峰值与给 定值的差 衰减比（n）：振荡过程的第一个波的振幅与第二 个波的振幅之比
衰减率（f）：经过一个周期后，波动幅度衰减的 百分比 过稳渡定过值程 的5时%间或（2t%s）范：围系内统所过需渡的过时程间曲线进入新的 峰值时间（tp）：系统过渡过程曲线到达第一个峰 值所需的时间，反映系统响应的灵敏程度
反应快，按设定的程序控制，必须有模型
人工控制
人在完成一项有目的的任务所经历的过程 眼睛观察 大脑分析决策、预期目标 油门执行 汽车受控对象
预期 分析决策
目标
观察 执行 观察
干 扰
工作对象被控量
预期 目标
设定 速度
汽车定速巡航
干
观察
扰
分析决策 执行 受控对象
调节器
观察 测量 执行
干 扰
受控对象
测量
最 大 偏 差
h(t)
0.8
0.6
0.4
热工仪表基础知识讲义ppt课件
温度是化工生产中既普遍而又十分重要的参
数之一。任何一个化工生产过程，都伴随着物质
的物理和化学性质的改变，都必然有能量的转化
和交换，而热交换则是这些能量转换中最普遍的
交换形式。因此，在很多煤化工反应的过程中，
温度的测量和控制，常常是保证这些反应过程正
常进行与安全运行的重要环节；它对产品产量和
质量的提高都有很大的影响。
8
1、 温度的测量与变送
由于热电极的材料不同，所产生的接触电势亦不同，因此不同
热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的，这在
各种热电偶的分度表中可以查到。根据热电测温的基本原，理论上
似乎任意两种导体都可以组成热电偶。但实际情况它们还必须进行严
格的选择，热电极材料应满足如下要求。
1．在测温范围内其热电性质要稳定，不随时间变化。
t0
t0
2
3
1
A
B
t
热电偶温度计测量线路 1、热电偶 2、连接导线 3、电测仪表
7
1、 温度的测量与变送
热电偶是由两根不同的导体或半导体材料(如上图中的A和B) 焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或 工作端)，和导线连接的一端称为热电偶的冷端 (自由端)。 组成热电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电偶的热 端插入需要测温的生产设备中，A和B两种不同的物质，电 子密度高的向电子密度低的流动，产生电流，形成电动势， 一般为mV信号，经过测温仪计算为测量介质的温度。
主要内容
一、四大参数的测量原理及仪表 二、自动控制基础知识 三、调节阀 四、联锁系统的构成
1
一、四大参数的测量原理及仪 表
现场仪表测量参数的分类： 现场仪表测量参数一般分为温度、压力、
热控培训 ppt课件
压力表按其测量精确度，可分为精密压力表、一般压力表。精密压力表的测 量精确度等级分别为0.1、0.16、0.25、0.4级，一般压力表的测量精确度等级分 别为1.0、1.6、2.5、4.0级。
压力表按其测量范围，分为真空表、压力真空表、微压表、低压表、中压表 及高压表。低压表用于测量0~6MPA压力值，中压表用于测量10~60MPA压力值 ，高压表用于测量100MPA以上压力值。
非接触式温度仪表包括红外测温仪表（红外法）、光学温度计（ 亮度法）、光电温度计（亮度法）、比色温度计（比色法）和辐射温度 计（辐射法）。
热控培训
（二）压力 压力是工质热力状态的主要参数之一。对保证压力测量的准确性对于机组安
全，经济运行有重要意义。例如主蒸汽压力、凝汽器真空等，都是运行中需要连 续测量监视的重要参数。此外，差压测量还广泛应用在液位和流量测量中。
接触式即测温元件直接与被测介质接触，通过传导或对流 达到热平衡，反映被测对象热控的培温训 度。接触式温度仪表按其工作
（1）热电阻 热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件。热电阻感 温元件是用来感受温度的电阻器，它是热电阻的核心部分，由电 阻丝及绝缘骨架构成。
金属热电阻的电阻值随温度上升而增大，常用的有铂热电阻 （测温范围为-200～＋850℃）、铜热电阻（-50～＋150℃）和 镍热电阻（-60～＋180℃）3种。
弹簧管压力表出现线性误差时热控，培训应调整拉杆的活动螺丝。
2、压力变送器 压力变送器是一种接受压力变量，经传感转换后，将压力变化量按
一定比例转换为标准输出信号的仪表。由测压元件传感器（也称作压力 传感器）、测量回路和过程连接件三部分制作而成。如图所示。
工作原理：当压力直接作用在测量膜片的表面，使膜片产生微小的形 变，测量膜片上的高精度电路将这个微小的形变变换成为与压力成正比 的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，然后采用专用芯片将这 个电压信号转换为工业标准的4-20m热控A培电训流信号或者1-5V电压信号。
热工过程自动控制技术
声明：亲们，鉴于有些撸友的课本至今还是空白，特把容嬷嬷课的重点圈出，仅供参考，真诚帮人，高手勿喷。
热工过程控制自动控制技术第一章自动控制原理基础一、自动控制系统的组成自动控制装置（变送器、控制器、执行器）、生产设备（被控对象）二、自动控制系统的基本控制方式开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程闭环控制是指控制装置与被控对象之间既有顺向作用，又有反向联系的控制过程复合控制就是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式三、自动控制系统的品质指标稳定性（衰减率=0.75~0.98，即振荡2~3次）、准确性（静态偏差y越小越好）、快速性控制系统在阶跃信号作用下过渡过程的基本形式（稳定的控制系统（非周期过渡过程、衰减振荡的过程）、不稳定的控制系统（等幅震荡过程、渐扩振荡过程））四、数学模型数学模型是描述系统输入、输出变量以及内部各物理量（或变量）之间关系的数学表达式建立控制系统数学模型的目的是为了用一定的数学方法对系统的性能进行定性分析和定量计算，乃至综合与校正系统五、环节的基本联接方式环节的串联：串联后总的传递等于各串联环节传递函数的乘积环节的并联：并联环节的总传递函数为各并联环节传递函数的代数和六、控制系统的稳定性分析稳定性是指系统受到扰动作用后偏离原来的平衡状态，在扰动作用消失后，经过一段过渡过程是将能否回复到原来的平衡状态或足够准确地回到原来平衡状态的性能。
稳定性取决于系统本身固有的特征，而与扰动信号无关。
第二章自动控制系统综述一、自平衡能力对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏，无需外加任何控制作用，依靠对象本身自动平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的性质，称为对象的自平衡能力。
对象自平衡的实质是对象输出量变化对输入量发生影响的结果，或者说，对象内部存在着负反馈。
二、控制器的控制规律比例控制（P）是及时、快速的；比例积分控制（PI）是缓慢的、逐渐的；比例微分控制（PD）；比例微分积分控制（PID）三、串级控制系统在结构上形成了两个闭环，一个闭环在里面，称为内回路或者副回路，在控制过程中起着“粗调”的作用；一个闭环在外面，称为外回路或者主回路，用来完成“细调”任务。
热工过程自动控制培训课件(共 45张PPT)
2.4.1液柱式压力计
测量原理
利用平衡时液柱高度差作 为检测信号。
常用的压力计
U形管压力计：工程上用于冷
、热态调试时风速的调平。
2.4.2弹性式压力表
测量原理
根据弹性元件受压后产生 与被测压力大小成比例的形变而 制成。
常用的压力计
隔膜式压力表 充油耐震式压力表
2.4.3压力变送器
2.5过程分析仪表（*） 2.6控制阀（*） 2.7吹灰器（*） 2.8电气材料（*）
注：（*）为公司项目常用的仪表，下同。
2.1温度测量仪表
2.1.1温度计 2.1.2热电阻（*） 2.1.3热电偶（*）
2.1.4温度变送器（*）
2.1.1温度计
压力式温度计
测量范围：-100~500℃
双金属温度计
2.5.2水分析仪
PH分析仪：是电位法测量酸 碱度的仪器。 电导仪：是测量物质导电能 力的仪器。 浊度仪：浊度，即水的混浊
程度，由水中含有微量不溶性悬
浮物质，胶体物质所致，ISO标 准所用的测量单位为FTU（浊度
单位），FTU与NTU（浊度测
定单位）一致。浊度仪就是根据 这个原理来测量水的浊度。
2.5.3环保安全检测仪表
可燃气体报警器
可燃气体报警器就是气体泄 露检测报警仪器。当工业环境中 可燃或有毒气体泄露时，当气体 报警器检测到气体浓度达到爆炸 或中毒报警器设置的临界点时， 可燃气体报警器就会发出报警信 号，以提醒工作采取安全措施， 并驱动排风、切断、喷淋系统， 防止发生爆炸、火灾、中毒事故， 从而保障安全生产。
2.3.4电气型液位测量仪表
射频导纳液位计基本 原理
由于电容电极在粘稠介质中使
热工过程自动控制培训课件(共 45张PPT)
2.3.5超声波液位测量仪表
超声波液位计基本 原理
超声波液位计利用超声 波的各种特性来测量液位，如 利用声波碰到液面（或料面） 产生反射波的原理，测出发射 波和反射波的时间差，从而计 算出液面高度，用于连续测量。 另外利用声波在不同介 质中声阻抗的差异，有液位时， 声阻抗较小，无液位时，声阻 抗最大，放大器使继电器励磁 或释放，来进行液位报警。
测量范围
WZP型铂电阻 测量范围： -200~420℃ Pt100 WZC型铜电阻 测量范围： -50~100℃ Cu50
2.1.3热电偶
基本概念
热电偶分度号：毫伏信号相对应的温度值。 K、J、R、S 。K 分度号（镍铬-镍硅）等。 补偿导线：在一定温度范围内（包括常温）具有与所匹配的 热电偶的热电动势的标称值相同的一对带有绝缘层的导线，用他 们连接热电偶与测量装置，以补偿他们与热电偶连接处的温度变 化所产生的误差。
超声流量计
2.3物位测量仪表
2.3.1直读式液位测量仪表 2.3.2差压式液位测量仪表 2.3.3浮力式液位测量仪表 2.3.4电气型液位测量仪表
2.3.5超声波液位测量仪表
2.3.6雷达液位计
2.3.1直读式液位测量仪表
测量原理
利用仪表与被测量容器的 气相、液相直接连接来直接读取 容器内的液位高低。 这种液位计适宜于就地直 读液位的测量。有时也用于自动 液位计零位和最高液位的校准。
热工过程自动控制培训
内容：1.电厂热工过程自动控制 2.自动化仪表 3.数字控制系统
2015.11
1.电厂热工过程自动控制
1.1热工过程自动控制的目的
电厂热工过程的自动控制主要是对锅炉、 汽轮机及其辅助设备运行的自动控制，控制的 目的是使机组自动适应工况的变化而且保持在 安全、经济的条件下运行。