发电厂燃煤锅炉燃烧单片机控制系统设计文档

摘要

热电厂锅炉的燃烧控制对整个发电过程的安全性与经济性起着重要的作用，所以对它高效率的控制是现在热电厂的一个重要任务。本文通过对整个燃烧系统的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。在仪表选型时，采用了先进的数字式仪表，并利用AT89S51单片机设计了一套智能燃烧控制系统,给出了硬件电路和软件流程图。该控制器以新型的AT89S51单片机为核心,采用模糊PID算法进行运算和控制,不但可以实现对模拟、数字信号进行采样和处理,而且还可以完成状态检测和控制、报警以及故障处理等功能。该控制系统具有速度快、精度高、可靠性高和硬件结构简单的特点。最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。

关键词:热电厂；锅炉燃烧；单片机；控制

Abstract

Thermal power plant boiler combustion control plays an important role in security and economy of the entire power generation process, the control of its high efficiency thermal power plant is an important task. In this paper, the analysis and study of the entire combustion system, the boiler combustion control system, main steam pressure control system and the furnace pressure and control system control program, then its control law and parameter selection and tuning. Instrument selection, using advanced digital instrument, and using the AT89S51 microcontroller design an intelligent combustion control system, given the hardware and software flow chart. The controller to the new AT89S51 MCU as the core, the use of fuzzy PID algorithm for computing and control, not only can be analog, digital signal sampling and processing, but also to complete the state detection and control, alarm and fault handling functions. The control system has a fast, high precision, high reliability and a simple hardware structure. Finally, you can reach the boiler safe, economical and efficient operation.

Keywords: heat and power plant; boiler combustion; microcontroller; control

目录

1 绪论 (1)

1.1 研究背景 (1)

1.2 研究意义 (1)

1.3 国内外研究现状 (2)

1.4 主要研究内容 (3)

2 燃煤锅炉系统的总体设计方案 (4)

2.1 锅炉燃烧的生产工艺 (4)

2.2 燃煤锅炉系统控制设计方案 (5)

2.2.1 汽包水位控制 (6)

2.2.2 炉膛负压控制 (7)

2.2.3 蒸汽压力控制 (8)

2.2.4 炉膛温度控制系统 (9)

3 温度控制系统硬件电路设计 (11)

3.1 单片机的介绍和芯片的选型 (11)

3.1.1 单片机简介 (11)

3.1.2 芯片的选型 (12)

3.2 AT89S51单片机的基本结构 (12)

3.2.1 AT89S51单片机的主要特征 (12)

3.2.2 AT89S51单片机的引脚介绍 (13)

3.3 DS18B20温度传感器 (15)

3.4 系统硬件电路设计 (17)

3.4.1 单片机最小系统电路 (17)

3.4.2 显示电路 (18)

3.4.3 温度控制及报警电路 (19)

3.4.4 DS18B20温度传感器电路 (19)

4 温度控制系统软件设计 (20)

4.1 系统软件设计整体思路 (20)

4.2 系统程序流图 (21)

4.2.1 系统主程序 (21)

4.2.2 读出温度子程序 (22)

4.2.3 复位、应答子程序 (23)

4.2.4 写入子程序 (24)

4.3 系统调试 (25)

5 总结 (26)

致谢 (27)

参考文献 (28)

附录： (29)

1 绪论

1.1 研究背景

我国的火力发电厂以煤为主要燃料，煤的成本占整个发电成本的70%以上。锅炉作为电厂实现能量转换的主要设备，是火力发电机组的一个重要组成部分，其运行水平和效率对整个火力发电厂的运行经济性具有重大影响。以一台300MW的机组为例，其锅炉每小时燃煤约120吨，若使燃烧效率提高1%，以年运行7000小时计算，共可节煤8400吨，若每吨煤按220元计算，则一年可节约184.8万元。同时由此产生的有害气体和烟尘等污染物的排放所产生的环境效益更是无法用金钱衡量的。目前我国发电厂中仍存在大量中、高压参数的高能耗锅炉，虽然在300MW和600MW的主力机组中以亚临界和超临界压力的大容量锅炉为主，但由于设备本身以及运行控制等方面的原因，在供电耗煤和燃煤效率等主要经济指标上与世界先进水平还有较大差距。

在所有发电方式中，火力发电是历史最久的，也是最重要的一种，且火力发电在近几年还是主流的，因为我国的经济状况决定了我国采用什么样的能源措施。

1.2 研究意义

热力电厂的一系列系统和生产流程和生产工艺，这些大致可以分为水处理系统、锅炉燃烧系统、汽轮机发电系统、供配电系统、这样大的四个系统，其中锅炉是发电过程中必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可以驱动透瓶，又可以作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断增大，作为动力和热源的锅炉，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。

锅炉的控制主要分为两大部分:燃烧控制系统和汽包水位控制系统。汽包水位一般采用三冲量控制，能达到较好的控制效果，而锅炉的燃烧过程，是一个多参数、多回路、非线性、大滞后、强祸合的控制系统，较难控制。因此，自二十世纪九十年代以来，随着超大型可编程控制器的出现和模糊控制，国外就将自适应控制等智能控制算法技术应用于锅炉的控制。使锅炉控制水平大大提高，实现了锅炉优化控制。国内研究锅炉自动控制虽然现在也比较成熟，但主要是仪表显