风量与炉膛压力控制系统设计 马平

科技学院

课程设计报告

(2014--2015年度第1学期)

名称：过程控制课程设计

题目：风量与炉膛压力控制系统设计

院系：

专业：

设计周数：

姓名学号分工成绩成员

日期：2015 年1 月14 日

《过程控制》课程设计

任务书

一、目的与要求

“过程控制课程设计”是《过程控制》课程的一个重要组成部分。通过实际工业

过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计

说明的撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本

技能训练。

二、主要内容

1．根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，给出控制系统原理图；

2．根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，绘制控制系统工艺流程图（PID

图）；

3．根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包

括系统功能图和系统逻辑图）；

4．对所设计的系统进行仿真试验并进行系统整定；

5．编写设计说明书。

三、进度计划

四、设计（实验）成果要求

1．绘制所设计热工控制系统的的SAMA图；

2．根据已给对象，用MATABL进行控制系统仿真整定，并打印整定效果曲线；

3．撰写设计报告

五、考核方式

提交设计报告及答辩

学生姓名：

指导教师：马平

2015年1 月11 日

一、课程设计的目的与要求

“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。通过实际工业过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计说明的撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本技能训练。

二、设计正文

1．基本任务和要求：

任务：1.保持烟气中的含氧量最佳值。

2.维持炉膛负压一定。

要求：1.了解实现风量与炉膛压力控制的关键技术；

2. 能够进行风量与炉膛压力控制系统的设计、仿真与工程实现(画出SAMA图)。

2．风量与炉膛压力控制系统对象的动态特性：

①送风控制系统的动态特性：

1.送风控制系统动态特性分析：

炉燃烧控制系统是火力发电机组主要的控制系统之一，而送风调节系统的调节作用是这一系统能顺利工作的前提。送风调节系统的任务是通过调节送风机入口挡板，使烟气中的含氧量保持最佳值，从而保证锅炉燃烧系统配置最佳定燃比，使锅炉达到最高热效率。恰使燃料完全燃烧所需的空气量标为理论空气量，实际上按理论空气量无法达到完全燃烧的目的，一般总要使送风量比理论空气量多一些。

为了使锅炉适应负荷的变化，必须同时改变送风量和燃料量，送风系统的被控对象为炉膛，它是惯性和迟延都比较小的自衡对象。当空气量不变，燃料量增加时，使空气量与燃料量比值下降，烟气中的含氧量降低，当燃料量不变，空气量增加时，烟气中的含氧量增加，控制系统应使送风量与燃料量协调变化，以保证其经济性。

②引风控制系统的动态特性：

1.引风控制系统动态特性分析：

引风控制系统即炉膛压力控制系统的任务在于调节烟道吸风机导叶开度以改变引风量，维持炉膛负压一定。炉膛压力直接影响炉膛内燃料的燃烧质量和锅炉的安全性，是引起锅炉灭火最直接的因素。锅炉烟道对象惯性很小，调节通道和扰动通道的特性都可以近似地认为是一个比例环节。这是一类特殊的被控对象，简单的单回路控制系统并不能保证被控质量，因为被调量的反应太灵敏以致会激烈跳动。

由于送风量的变化是引起负压波动的主要原因,为了能使引风量快速地跟踪送风量,以保持二者的比例,可将送风量作为前馈引入引风调节器。这样当送风控制系统动作时,引风控制系统立即跟着动作,而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作,从而能使炉膛负压基本不变。所以引风控制系统引入送风量前馈信号以后,将有利于提高引风控制系统的稳定性和炉膛负压的动态偏差。

3．设计控制方案

由对象特性分析可知，在燃料量变化的同时，送风量和引风量要按比例协调动作，送风量引起烟气含氧量变化，送风控制系统以烟气中含氧量作为被调量，其内环要保证最佳风煤比，送风控制系统为氧量—风煤比串级系统；引风系统为一单回路控制系统，被调量为锅炉负压，它反映引风量与送风量之间的平衡关系，所以辅以前馈控制，即在送风量改变的同时也改变引风量。

3.1.送引风控制系统结构原理方框图

图1 送引风控制系统原理方框图

3.2送风控制系统采用串级控制系统

送风控制系统采用氧量信号作为校正信号，如方框图所示。它是一个串级比值控制系统，主调节器（氧量校正调节器）接受氧量定值信号。副调节器接受燃料信号B，反馈信号V 及氧量校正调节器的输出，副回路用以保证风煤的基本比例，起粗调作用。主回路用来校正氧量，起细调作用。当烟气中的含氧量高于给定值时，氧量校正器发出校正信号，修正送风控制系统的给定值，使送风调节器减少送风量。经过校正后的送风量将保证烟气中的含氧量等

图2 送风控制系统原理图图3 送风控制系统结构图

3.3引风控制系统采用前馈-反馈单回路控制

引风控制系统为一单回路控制系统，被调量为锅炉负压，它反映吸风量与送风量之间的平衡关系，所以辅以前馈控制，即在送风量改变的同时也改变引风量。

考虑到系统的被调量（炉膛负压）反应了引风和送风之间的平衡关系，明显的改进措施是辅以前馈控制，即在送风量改变的同时也改变引风量。

图4 引风机控制系统原理图图5引风机控制系统结构图

3.4分析调节器正反作用

送风系统：

内回路调节器K为正,为反作用;外回路根据六边形法判断:若输出含氧量增加,偏差E 减小;主对象K为正,所以要求阀门输出减小,则副调节器输出减小,副调节器输入减小,主调节器输出U减小,所以主调节器为反作用。

引风系统：根据原理方框图,调节器的增益K为正,为反作用。

3.5 工艺流程图