过程控制设计

内蒙古科技大学过程控制课程设计论文题目：热电厂锅炉燃烧控制系统学生姓名：何绪宁学号：0867112331专业：测控技术与仪器班级：2008-3指导教师：左鸿飞2011年9月4日内蒙古科技大学课程设计论文I热电厂锅炉燃烧控制系统设计摘要锅炉的燃烧控制系统是现代工业中重要控制系系统，包括燃烧控制，炉膛负压控制等重要的控制系统。锅炉燃烧控制系统又包含了很多小的子系统。锅炉控制系统可以分为汽包水位控制系统和燃烧控制系统。其中燃烧控制系统在电厂锅炉中是最主要的控制系统。燃烧控制系统又包括:蒸汽压力控制系统、炉膛负压控制系统和经济燃烧控制系统。本论文我们主要做一个锅炉的燃烧控制系统。燃烧控制系统中包含了很多细节，我们从燃料的来源及处理，以及锅炉的燃烧安全、及燃烧控制等多方面设计了锅炉燃烧控制系统。本论文以包钢热电厂的锅炉燃料控制部分为研究对象，应用所学专业知识设计控制系统。目前在热电厂的锅炉燃料系统中，控制方式通常有：以送风量为控制变量，以给煤量为控制变量，或者将两个参数相结合为控制变量。设计方案采用两者相结合的方式进行控制系统设计，并进行了可行性分析，对系统的联锁保护也进行了相关阐述。并且介绍仪表选型问题。因而确保了锅炉燃烧控制的快速性和经济性。关键词：热电厂锅炉燃烧；燃烧控制；仪表选型；给煤量；送风量内蒙古科技大学课程设计论文II目录摘要..............................................................................................................................I第一章绪论..............................................................................................................11.1研究背景.............................................................................................................11.2锅炉控制系统概述.............................................................................................11.3论文结构.............................................................................................................4第二章燃烧控制系统设计与分析..............................................................................52.1燃烧控制系统分析.............................................................................................52.1.1燃烧过程自动控制的任务.........................................................................52.1.2燃料控制子系统分析.................................................................................62.2燃烧控制子系统具体设计.................................................................................82.2.1一般燃烧控制系统....................................................................................82.2.2燃料—送风控制系统................................................................................9第三章控制系统各环节仪表的配置、选型及参数的确定....................................103.1仪表选型原则...................................................................................................103.2调节器的选型...................................................................................................103.3执行器的选型...................................................................................................123.4变送器的选型...................................................................................................14总结............................................................................................................................16参考文献......................................................................................................................17内蒙古科技大学课程设计论文1第一章绪论1.1研究背景电力工业是为国民经济和社会发展提供能源的重要基础产业，也是关系国计民生的公用事业。我国电力工业已经走过121年的发展历程，与世界各国一样，电力在经济发展和社会进步中越来越成为不可缺少的物质资料和生活资料，电气化程度成为一个国家现代化程度的重要标志。我国目前电力的发展情况为：(1)水电方面,我国具有丰富的水能资源,开发水电可作为缓解能源紧张，优化能源结构,解决缺电及实现电力可持续发展的基本战略,同时世界上电力发展水平较高的国家都是优先发展水电，所以，21世纪我国的水电开发将出现新的曙光。预计到2010年，水电装机容量应达150~160GW的水平，使我国水电占全国装机容量的比重达到24%。(2)核电方面，2000-2010年期间，随着核电技术的不断发展、核电设备的国产化，我国的核电将步入一个高速发展的时期，成为电力供应的适当补充；到2020年，核电将初具规模，并与火电、水电共同成为我国发电构成中重要的组成部分。预计到2020年底，我国的核电装机容量将达20GW，占总装机容量的4%。(3)火电方面、我国电力系统中电能的生产主要靠火力发电，火电机组装机容量约占总装机容量的70%以上，火力发电机组中又以燃煤发电机组为主，约占85%左右，其他（燃气、燃油机组）约占15%左右。其余如太阳能发电、风能发电、地热能发电、海洋能发电、生物质能发电等新型发电的总和只有约为2%。从上面的数据我们很容易的得知火力发电占总装机容量的绝大部分，而锅炉参数的检测与控制尤为重要，所以选择一个好的控制方案对锅炉进行控制是对经济效益的一个非常好的保证。因此我们可以清楚的了解到，要想实现预期的生产目的，锅炉的严格控制是十分必要的。1.2锅炉控制系统概述锅炉设备是一个复杂的被控对象,主要输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引水等。主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、内蒙古科技大学课程设计论文2炉膛负压、过热空气等。这些输入变量与输入变量之间相互关系。如果整体负荷发生变化,必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等变化。燃料量的变化不仅影响蒸汽压力,同时还影响汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压;给水量的变化不仅影响汽包水位,而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度等也有影响;减温水的变化会导致过热蒸汽温度、蒸汽压力、汽包水位等的变化。所以锅炉设备是一个多输入、多输出且相互关联的被控对象,目前工程处理上做了一些假设后,将锅炉设备控制划为几个控制系统。主要控制系统如下:①锅炉汽包水位的控制。被控变量是汽包水位,操纵变量是给水流量。它主要考虑汽内部的物料平衡,使给水量适应锅炉的蒸汽量,维持汽包水位在给定的范围内是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件之一,是锅炉正常运行的重要指标。②锅炉燃烧系统的控制。其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要;使燃料与空气量之间保持一定的比值,以保证最经济燃烧。提高锅炉的燃烧效率;使引风量与送风梁相适应,以保持炉膛负压在一定的范围内。为了达到上述三个控制目的,控制手段也有三个:即燃料量、送风量和引风量。③过热蒸汽系统的控制维持过热器出口在允许的范围内,并保证管避温度不超过允许的工作温度。被控变量一般是过热器出口温度,操作变量是减温器的喷水量。图1.1描述的是水经过阀门控制流入蓄水池，并使其有一定的蓄水容量，然后水从蓄水池下边的管道流出，产生其应有的工艺作用。为了使水位保持要求的数值或在一定范围内变化，必须在蓄水池上设定一个水位计，操作人员根据水位计的指示，不断改变出水阀的开度，控制蓄水池的水流流出量，从而使水位保持在要求的某个范围内。现场操作人员的主要工作是：（1）观察水位计的指示值；（2）将所观察的指示值与学水池要求的数值比较，并计算出两者的差值；（3）当偏差偏高时，则关小出水阀门的开度，而当偏差偏低时，则开大阀门的开度，这两个开度的大小与偏差的大小程度有关。将上述三个步骤不断重复下去，直到水位计指到系统要求的水位数值上。人在这个调节中起到了观测、比较、判断和控制的作用，人工调节就是“检测偏差到纠正偏差”的过程。自动控制系统就是用一整套的自动控制仪表来代替操作人员的作用，是生产内蒙古科技大学课程设计论文3过程不需要人员的参与。图1.2就是用测量单元、调节单元、执行单元来代替了操作人员的作用，使得这个控制过程不需要操作人员的参与也能完成控制任务。测量单元用来测水位的大小，并转换成电信号。调节单元就是发出一系列有规律的指令给执行单元，它所接收的信号是来自测量单元的测量值与给定值作差而得的偏差信号。执行单元是将来自调节单元的指令去操作调节机构，调节的效果如何，与偏差信号有关。重复前面的操作，直至系统达到新的平衡状态为止。这样就实现了自动控制仪表代替人工调节的自动调节。燃烧过程的实质就是将燃料化学能转变为蒸汽热能的能量形势转换过程。燃烧控制过程的根本任务就是及时响应主控系统的输出指令，使燃料所提供的热量适应蒸汽符合的需要，同时还要保证锅炉燃烧的安全性和经济性。其中锅炉燃烧的过程控制要求有以下几点：（1）必须保证出口的蒸汽压力稳定，并能按负荷要求自动增减燃料量。（2）燃烧状况良好，供气适宜。既要防止由于空气不足使烟囱冒黑烟，也不要因空气过量而加热量损失。（3）锅炉要安全运行。保持炉膛具有一定的负压，如果负压太小，或为正值，造成炉膛内热烟气往外冒，影响设备和工作人员的安全；负压太大，导致大量冷空气漏进炉内，从而增加热量损失。锅炉燃烧控制系统主要包括燃料控制系统、风量(送风)控制系统、炉膛压力(引风)控制系统、磨煤机控制系统等几个子控制系统。这个系统的任务是根据机组主控制器发出的锅炉燃烧指令来协调燃料、送风量和引风量，在保证锅炉安全、经济燃烧的前提下，是燃料燃烧所产生的热量适应锅炉蒸汽负荷的