锅炉设备控制(汇报稿)

2019/10/41锅炉设备的控制2019/10/424.6锅炉设备的控制4.6.1概述重要动力设备。耗能大户,节能研究的重点;污染大户,环保治理的重点。1、作用：动力源热源2、组成：2019/10/432、组成：燃料热空气烟气经引风机排出过热器减温器炉膛汽包过热蒸汽空气预热器冷空气给水热空气送炉膛省煤器由给水泵来3、工作原理燃料空气混合燃烧发热汽包饱和蒸汽过热蒸汽母管输出燃烧烟气饱和蒸汽过热蒸汽省煤器（给水）空气预热器（给风）过热器引风机排出采用了哪些节能措施?饱和蒸汽2019/10/444、对象分析特点：锅炉给水量燃料量送风量引风量减温水汽包水位蒸汽温度蒸汽压力烟气氧含量炉膛负压负荷锅炉的主要输入、输出多入多出（MIMO）变量之间关联蒸汽负荷汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度燃料量蒸汽压力、汽包水位、蒸汽温度、过剩空气、炉膛负压给水量汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度燃料空气烟气过热器减温器炉膛汽包过热蒸汽空气预热器冷空气给水热空气送炉膛省煤器由给水泵来2019/10/45多输入多输出问题转化为若干单输入单输出问题:（为什么不用现代控制理论解决？）汽包水位控制(物料平衡)燃烧系统控制(能量平衡)过热蒸汽系统控制(质量控制)炉膛负压系统控制(安全控制)工业锅炉控制方案的特点2019/10/46任务：安全、合理的运行条件下，提供一定温度和压力的蒸汽要求：蒸汽量应适合负荷变化的需要，或保持给定的负荷蒸汽压力保持一定的范围蒸汽温度保持一定的范围汽包水位保持一定的范围炉膛负压保持一定的范围保持燃烧的经济性和安全运行2019/10/476、主要控制系统(1)汽包水位控制受控变量：汽包水位(保证安全运行的重要指标之一)(2)燃烧系统控制操纵变量：给水流量使给水适应锅炉的蒸发量，保持水位在一定范围内目的：使燃烧产生的热适应蒸汽负荷的变化受控变量：蒸汽压力、烟气氧含量、炉膛负压操纵变量：燃料量、送风量、引风量(3)过热蒸汽系统控制目的:维持过热器出口温度、保证管壁温度不超过允许的温度受控变量：蒸汽温度操纵变量：减温水量2019/10/484.6.2汽包水位控制汽包水位：锅炉运行的主要指标水位过低：负荷加大时，汽化速度加快，控制不及时会全部汽化水位过高：影响汽水分离，产生汽带液，影响后序设备的正常运行1、汽包水位的动态特性(1)蒸汽负荷对水位的影响（干扰通道）HtHDt0H1H2HH：实际可视水位H1：不考虑水下面汽泡容积变化时的水位H2：只考虑水面下汽泡容积变化所引起的水位假水位与锅炉的工作压力和蒸汽量有关虚假水位100t/h~300t/h的中高压锅炉，负荷变化10%时，假水位可达30~40mm2019/10/49(2)给水流量对位的影响（控制通道）水位特性：纯滞后过程或反向特性过程HtHGt0H1H2H2、单冲量控制给水锅炉气包蒸汽LC101LI101缺点：负荷变化时，控制不及时，不能克服假水位现象水位给水量的单回路控制适用场合：小型锅炉负荷较稳定的场合2019/10/4103、双冲量控制避免虚假水位造成控制器误动作，设计负荷变化的前馈控制加法器的输出：0210CPCPCPFc0C：初始偏置差(阀位的初值)1C2C、：加法器的系数。的正、负取决于阀的特性2C气关阀：负荷给水量应取“-”0P2C气开阀：负荷给水量应取“+”0P2C锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101cPFP：根据阀的特性数据计算现场凑试，在只有负荷干扰的条件下，调整到水位基本不变2C：可取1，也可小于11CFPC2：在正常负荷下，与近似或正好抵消0C0C2019/10/411方框图-+YcG1C2CffGVGPCGPDGmGRU锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101+-缺点：因控制阀的非线性，很难做到稳态补偿不能克服给水量的扰动4、三冲量控制水位、负荷、给水流量的复合控制系统锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101FT102FC102方案一：前馈与串级组成的复合控制系统特点：克服虚假水位现象克服给水量的扰动双冲量控制的另一种形式2019/10/412锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101FT102方案二：前馈加反馈控制综合信号的单回路系统锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101FT1021C2C3C特点：仪表少容易实现系数设置不当、水位可能有余差受控变量：WFLPCPCPC321方案三：前馈--串级控制系统-+YcG1C3C2mGVGpcGPDG1mGRDF3mG-2CWF副回路纯比例控制器，比例度为100%特点：水位无余差在现代广泛应用计算机控制的时代还有意义吗2019/10/4134.6.3燃烧系统控制1、控制系统的目的①保证锅炉出口蒸汽压力稳定②保持燃料良好地燃烧③保持炉膛负压不变④维持喷嘴背压在一定范围内2、蒸汽压力控制和燃料与空气的比值控制压力对燃料量的单回路控制适用于负荷及燃料波动较小的场合燃料量波动较大时，可采用压力对燃料量的串级控制为什么选蒸汽压力控制？为什么选燃料与空气的比值控制？2019/10/414基本控制方案①压力控制器输出同时作为燃料和空气流量控制器的设定值特点：蒸汽压力恒定燃料和空气的比值恒定燃料燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空气阀FT102空气燃料燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空气阀FT102空气②压力对燃料量的串级，送风量随燃料变化的比值控制。特点：送风量滞后于燃料量2019/10/415改进的控制方案当负荷增加时，先加大空气量，后增加燃料；当负荷减小时，先减燃料，后减空气。3、烟气氧含量控制燃料量燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽量FC102空气阀FT102空气量LSHSAC101AI101含氧量直接指标：使燃料量与送风量的比值在各种情况下均为最优烟气氧含量(间接指标)（逻辑提量？）（节能控制？）讨论两个问题：2019/10/416逻辑提量过程分析:燃料量燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽量FC102空气阀FT102空气量LSHSAC101AI101含氧量反作用过程分析:蒸汽量PPC空气量燃料量当负荷增加时，先加大空气量，后增加燃料；蒸汽量PPC燃料量空气量当负荷减小时，先减燃料，后减空气。反作用HSLS反作用LSHS作业:画出上图的原理框图,并且分析它的工作过程。2019/10/417节能控制思路:热效率η(仪表?)热损失q{不完全燃烧的热损失(机械和化学)、烟气热损失、散热损失}2019/10/418热效率η(热损失q)与空气过剩系数α的关系020-204060总能量损失最高效率区烟气热损失化学不完全燃烧的热损失能量损失%过剩空气率%2019/10/419节能控制思路:热效率η(仪表?)热损失q{不完全燃烧的热损失(机械和化学)、烟气热损失、散热损失}（无法测量）2019/10/420由燃料的性质可以确定完全燃烧所需要的空气量理论量TQ实际燃烧时应有一定的剩余空气实际量PQTPQQ不同的燃料对过剩空气都有一个最优值%15~8%100TTPQQQ液体燃料过剩空气量通常用过剩空气系数来描述TPQQ/OA2121：烟气氧含量OA21.08~1.17,(1.6~3%)OAO过剩空气系数2019/10/421空气过剩系数α与烟气氧含量的关系040203010过剩空气率%1000600400200800PPMCOCOO2锅炉效率0246O2%0A2019/10/422小结：节能控制思路:热效率η(仪表?)热损失q{不完全燃烧的热损失(机械和化学)、烟气热损失、散热损失}（无法测量）空气过剩系数α（无法计算）烟气氧含量（氧化锆氧分析仪）OA2019/10/423重温：改进的控制方案当负荷增加时，先加大空气量，后增加燃料；当负荷减小时，先减燃料，后减空气。3、烟气氧含量控制燃料量燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽量FC102空气阀FT102空气量LSHSAC101AI101含氧量直接指标：使燃料量与送风量的比值在各种情况下均为最优烟气氧含量(间接指标)2019/10/424工程实例:青岗糖厂燃煤工业锅炉计算机控制系统工艺:蒸汽汽轮机发电制糖特点:制糖是间歇操作,负荷变化相当大。失败的教训：满足不了工况变化的要求。成功的尝试：观察人工操作；编制计算机控制程序。2019/10/425启示：一切从实际出发，具体问题具体分析，灵活创新是永恒的主题。2019/10/426参考文献:蒋慰孙《过程控制工程》(第2版)中国石化出版社金以慧《过程控制》清华大学出版社王锦标《计算机控制系统》（P200交叉控制）清华大学出版社2019/10/4274、炉膛负压控制炉膛负压的操作手段:引风量负荷变化较大时，单回路难于满足要求，可采用前馈—反馈控制，在引风量回路中引入送风量的前馈或蒸汽压力前馈。金以慧《过程控制》清华大学出版社P2482019/10/4284.6.4蒸汽系统控制目的：蒸汽出口温度在允许范围内，过热器管壁温度不超过允许的工作温度。采用控制减温水量的方法时滞和时间常数较大，单回路控制不能满足要求控制方案(1)以减温器出口温度为副参数的串级控制(2)双冲量控制TT102TC102TT101TC101第一过热器第二过热器减温器TT102TT101TC101第一过热器第二过热器减温器dtd2019/10/429参考文献:蒋慰孙《过程控制工程》(第2版)中国石化出版社金以慧《过程控制》清华大学出版社王锦标《计算机控制系统》（P200交叉控制）清华大学出版社