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东北石油大学秦皇岛分校毕业设计I摘要这次毕业设计课题是工业锅炉的微机DDC控制系统，根据现状，由于我国的整个锅炉生产技术水平还比较落后，所以我国燃烧供热所用的锅炉的燃烧效率还相当低，而且也使得锅炉的燃烧不充分，而造成大气污染加重，所以这就迫切要求我们的锅炉技术得到提高。本设计锅炉的燃烧控制是采用双交叉控制系统，是以维持合适的空气、燃料比值为手段，从而保证了较高的热效率。也就是利用一个测烟道中的氧含量的传感器（氧化锆）随时测的氧含量，信号在计算机处理后，利用一个串级控制系统进行调节空气和燃气的流量，同时在这之间我们加入了一个前馈控制系统，即在燃料的流量和计算机之间，把燃料的流量通过前馈信号提前进入计算机，从而通过计算机总的模块的控制而去调节空气的流量，使得空气和燃气之间维持在最佳的搭配量，最终实现本设计要求。关键字：锅炉DDC联锁串级控制东北石油大学秦皇岛分校毕业设计II目录第1章工业锅炉及DCC控制系统简述...................11.1引言.............................................11.2本课题的提出与课题任务..............................11.3锅炉的发展........................................11.4锅炉微机DDC控制的意义以及目的........................2第2章锅炉的基本构造及工作原理.....................42.1锅炉的基本构造............................................42.2锅炉的工作原理及过程......................................52.2.1燃料的燃烧过程.................................................................................................52.2.2水的汽化过程.....................................................................................................5第3章工业锅炉的微机控制的原理.....................73.1单回路控制系统..........................................83.2串级控制系统..............................................93.2.1定义及方框图................................................93.2.3串级控制系统的使用场合.......................................103.2.4设计注意事项................................................103.3前馈控系统...............................................11第4章工业锅炉的微机DDC系统的控制................144.1直接数字控制DDC系统...................................144.2工业锅炉的微机DDC控制工作原理..........................16东北石油大学秦皇岛分校毕业设计III第五章锅炉温度和换热器前馈反馈控制系统设计...........195.1、实验目的.........................................195.2、实验设备.........................................195.3、实验原理...............................................195.4、实验要求...............................................205.5、实验内容与步骤.........................................205.6思考问题.................................................215.7实验结果提交.............................................215.8实验总结.................................................21致谢.............................................22参考文献............................................23东北石油大学秦皇岛分校毕业设计1第1章工业锅炉及DCC控制系统简述1.1引言锅炉是人类供热，取暖的主要来源，它的出现迄今已有两百余年的历史，期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对锅炉容量，参数要求的不断提高，锅炉形势和锅炉技术得到不断迅速发展。随着蒸汽机的发明，18世纪末期，出现了公用的圆筒型蒸汽机。由于当时生产力的迅猛发展，蒸汽机在工业上的用途日益广泛，不久就对锅炉提出了扩大容量和提高阐述的要求。于是在圆筒型锅炉的基础上，从增加受热面积入手，对锅炉惊醒了一系列的研究和技术改造，从而使锅炉得到迅速的发展。随着生产的发展，锅炉日益广泛的用于工业生产的各个领域，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代化的建设中，能源的需气使非常大的，然而我国的能延龄用率极低，所以提高锅炉的热效率，有这极为重要的实际意义。此外，是锅炉能以地制宜地有效地燃用地方燃料，并为满足环境保护的要求而努力解决烟尘污染问题，以提高操作管理水平，减轻劳动强度，保证锅炉额定运行及运行效率，安全可靠地供热等课题。1.2本课题的提出与课题任务正是由于锅炉应用日益广泛，所以我们这次的毕业设计课题就定为设计一套完善的模拟锅炉控制系统，即：工业锅炉的微机DDC控制系统。（1）实现对锅炉风煤比，烟气含氧量，炉膛压力控制，达到安全生产，降低煤耗，提高效率的目的。（2）要求参数在线修改。（3）具有平衡无扰动切换功能。（4）具有主要设备动态画面显示及报警功能。（5）具有即时主要参数仪表显示和历史趋势显示。（下面小标题按照这个修改）1.3锅炉的发展锅炉向两个发展方向的过程和结构形式演变。第一个方向，是锅炉内部增加受热面，形成烟管锅炉系列。煤在火筒内燃烧放热。东北石油大学秦皇岛分校毕业设计2后来增加了两个火筒——及双火筒锅炉。为了进一步增大锅炉容量，后来又发展到用小直径的烟管取代火筒以增加受热面，形成了烟管锅炉和火筒烟管锅炉组合锅炉。其共同的特点是：烟气在火筒或烟管内流动放热，低温工质——水，则在火筒式烟管外侧吸热，升温和汽化。显而易见，这类锅炉的炉膛一般都较小。锅炉四周又被作为辐射受热面的筒壁所围住，所以炉内温度较低，燃烧条件较差，难于燃用低质煤。而且烟气纵向冲刷壁面。串热效率较差，排烟温度较高，热效率低。此外炉筒直径大，既不易提高气压油增加钢耗量，蒸发量也受到限制。对于烟管锅炉，还存在结构刚性大，烟管排列紧密使清理水垢困难和烟管内容易堵灰等缺点。诚然，这类锅炉也有一定的优点，如结构简单，维修方便，水的容积大，能较好适应负荷的变化，水质要求低等。因此有的结构类型至今还被使用。第二个方向，实在锅筒外部发展受热面，形成水管锅炉系列，大约到了19世纪中页，锅炉开始在炉筒外面在整设计各正经较小的圆筒受热面。后来，进一步发展增加圆筒数目减小效圆筒直径以至于钢管取代圆筒的做法，有利于蒸汽参数的提高和传热的改善。最后终于出现了水管锅炉。它的特点使烟气在管外冲刷流动而放出热量，气体在管内流动而吸热和蒸发。水管锅炉的出现，是锅炉发展的一大飞跃，它摆脱了火筒，烟管锅炉受热筒尺寸的制约，无论在燃燃烧条件，传热效果和受热面的布置等方面都得到了根本性的改善，为提高锅炉的容量，参数和热效率创造了良好的条件，金属耗量也大为下降。水管锅炉的发展趋势:水管锅炉，整连箱横水管锅炉，分连箱横水管锅炉，直水管锅炉，三锅筒弯水管锅炉，双锅筒弯水管锅炉,单锅筒水管锅炉，直流锅筒。纵观锅炉的发展历史，真正走上现代化的道路也不过是四，五十年的时间，随着工业发展和科学技术的不断进步，现代化锅炉整朝着大容量，高参数的方向发展。1.4锅炉微机DDC控制的意义以及目的锅炉式锅名经济中重要的供热设备。电力，机械，冶金，化工，纺织，造纸，食品等工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的蒸汽。各种工业的生产性质与规模不同，工业和民用采暖的规模大小也不一样，因此所需的锅炉容量，蒸汽参数，结构，性能方面也不相同。锅炉式供热之源，锅炉机器设备的任务在于安全，可靠，有效地把燃料的化学能转化成热能，进而将热能传递给水，以生产热水和蒸汽。通常，我们把用于动力，发电方面的锅炉称之为动力锅炉，把用于工业及采暖方面的锅炉成为供热锅炉，又称工业锅炉。为了提高热及效率，动力锅炉向着高压，高温和大容量方向发展。而供热锅炉，除了生产工艺有特殊要求外，所生产的热水均不需要锅高温的压力和温度，容量也无东北石油大学秦皇岛分校毕业设计3需很大。随着生产的发展，锅炉设备日益广泛的用于工业的各个部门，成为发展国民经济的重要热工设备之一。从量大，面广这一角度来说，除电力以外的各行业中，主要运行的始终是小型低压锅炉。在我国社会主义现代化的建设中能源的增长大大落后于生产的增长。在国民经济日趋进步的今天，国家要求工农业每年总产值翻两番，但能源只能翻一番，这就要求通过节能措施，以提高能源的有效利用，有效的弥补能源供应方面的缺口，这是一迫切的任务。显然，面对量大，面广的供热锅炉，如何挖掘潜力，提高它的热效率，有着极为重要的实际意义。此外，是锅炉能因地制宜的有效地燃用地方燃料，并为满足环境保护的要求而努力解决烟尘污染问题，以提高操作管理水平，减轻劳动强度，保证锅炉额定输出及运行效率，安全可靠的供热等课题，所以我们利用微机控制，设计出一整套比较合理的锅炉运行设备。通过加热炉热效率控制系统的调节，是燃料流量与空气流量调节回路参照各自对应的实测流量，在允许范围内变化，达到动态时，能维持燃料流量与空气流量恰当的关系，从而提高燃烧效率、节省燃料、起到节能、环保作用。东北石油大学秦皇岛分校毕业设计4第2章锅炉的基本构造及工作原理要设计一套完整的，性能良好的工业燃烧锅炉，首先我们就必须了解一般燃烧锅炉的基本构造和燃烧过程。2.1锅炉的基本构造锅炉是一种产生蒸汽的热交换设备。它通过煤、油或天然汽等燃料的燃烧过程释放出化学能，并通过传热过程把能量传递给水，把水变成蒸气或热水，蒸汽或热水直接供给工业、生活等生产中所需要的热能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能有效的转化为蒸汽的热能。锅炉的主要设备：（1）气锅：由上下锅筒和三簇沸水管组成。水在管内受管外烟气加热，因而管簇内发生自然的循环流动，并逐渐气化，产生的饱和蒸汽积聚在上锅筒里面。（2）炉子：是使燃烧从充分燃烧并释放出热量的设备。（3）炉膛：保证燃料的充分燃烧，并使水流受热面积达到规定的数值。（4）锅筒：是自然循环锅炉各受热面能适应负荷变化的设备。（须指出，直流锅炉内无锅筒。）（5）水冷壁：主要是辐射受热面，保护炉壁的作用。（6）过热器：是将气锅所产生的饱和蒸汽继续加热为过热蒸汽的换热器。过热器一般都装在炉膛出口。（7）省煤器：是利用余热加热锅炉给水，以降低排出烟气温度的换热器。采用省煤器后，降低了排烟温度，提高了锅炉效率，节省了燃料。同时，由于提高了进入气包的给水温度，所以减少了因温差而引起的汽包壁的热适应力，从而延长了气包的使用寿命。（8）燃烧设备：将燃料和燃烧所需的空气送入炉膛并使燃料着火稳定，充分燃烧。（9）引风设备：包括