锅炉过热蒸汽的温度控制

编号本科生毕业设计锅炉过热蒸汽的温度控制TemperatureControlofSuperheatedBoilerSteam学生姓名.专业自动化.学号110431208.指导教师.学院电子信息工程.二〇一五年六月长春理工大学本科毕业设计毕业设计原创承诺书1．本人承诺：所呈交的毕业设计《锅炉过热蒸汽的温度控制》，是认真学习理解学校的《长春理工大学本科毕业设计工作条例》后，在教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。2．本人在毕业设计中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。3．在毕业设计中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。4．本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计，可以公布其中的全部或部分内容。以上承诺的法律结果将完全由本人承担！作者签名：年月日长春理工大学本科毕业设计Ⅰ摘要过热蒸汽温度控制系统是单元机组不可缺少的重要组成部分，其性能和可靠性已成为保证单元机组安全性和经济性的重要因素。过热蒸汽温度较高时，机组热效率则相对较高，但过高时，汽机的金属材料又无法承受，气温过低则影响机组效率。过热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行非常重要，所以对其控制有较高的要求。但是由于过热蒸汽温度是一个典型的大迟延、大惯性、非线性和时变性的复杂系统，本次设计采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。关键词：过热蒸汽温度串级控制系统Smith预估器MATLAB仿真长春理工大学本科毕业设计ⅡAbstractThesuperheatedsteamtemperaturecontrolsystemisanimportantandindispensableunitaircrewpart,itsperformanceandreliabilityhasbecomeensuresafetyandeconomicbehavioroftheunitaircrewimportantfactors.Thesuperheatedsteamtemperatureishigher,thethermalefficiencyisrelativelyhigh,butishigh,themetalmaterialsandtheturbineunabletobear,thetemperatureistoolowwillinfluencetheunitefficiency.Thesuperheatedsteamtemperaturestabilityoftheunitsafeandeconomicoperationisveryimportant,soforthecontrolhavehigherrequirements.Butbecausethesuperheatedsteamtemperatureisatypicaltime-delayed,largeinertia,nonlinearandchangeablecomplexsystem,thisdesignUSESthecascadecontrolinordertoimprovethecontrolperformanceofthesystem,inthesystembythemaster-cascadecontrolofswitchingdevice,makethesystemcanbeusedindifferentworkingenvironment.Byusingthissystem,canmaketheboileroverheatingexportsteamtemperatureinallowedwithinthescopeofthechange,andtheprotectionofsuperheaterwalltemperaturenotmorethanallowthecampofworkingtemperature.Keywords:thesuperheatedsteamtemperature;cascadecontrolsystem;Smithpredictor;MATLABsimulation长春理工大学本科毕业设计目录摘要...............................................................IAbstract...........................................................II第1章绪论.........................................................11.1选题的背景及意义..............................................11.2国内外研究现状................................................11.3本次设计的目的................................................21.4本次设计的内容................................................2第2章过热蒸汽温度控制系统的组成与对象特性.........................32.1过热器的分类及基本结构........................................32.1.1过热器的分类..............................................32.1.2过热器的基本结构..........................................42.2锅炉过热蒸汽温度控制系统的基本结构与工作原理.................52.2.1过热器一级减温控制系统....................................52.2.2过热器二级减温控制系统....................................62.3过热蒸汽温度控制对象的动静态特性.............................72.3.1静态特性..................................................72.3.2动态特性..................................................82.4过热蒸汽温度调节的概念和方法................................102.4.1从蒸汽侧调节汽温.........................................112.4.2烟气侧调节汽温...........................................11第3章过热蒸汽温度控制系统的基本方案..............................133.1PID控制器..................................................133.1.1比例积分微分（PID）调节器................................133.1.2PID参数整定方法.........................................143.2串级温度控制系统............................................153.2.1串级温度控制系统的基本结构及原理.........................153.2.2串级温度控制系统的设计...................................163.2.3串级温度控制系统的整定...................................183.2.4串级温度控制系统的仿真...................................213.3导前微分控制系统............................................223.3.1导前微分控制系统的组成及原理.............................223.3.2导前微分控制系统的分析...................................23长春理工大学本科毕业设计3.3.3导前微分控制系统的整定...................................243.3.4导前微分控制系统的仿真...................................263.4两种自动控制系统的比较及控制方案选择........................27第4章主蒸汽温度控制系统的改进与仿真..............................294.1Smith预估补偿器.............................................294.2改进型史密斯预估器...........................................324.3带有改进型Smith预估器的主蒸汽温度控制系统设计与仿真.........34第5章结论......................................................37参考文献...........................................................38致谢.............................................................39附录.............................................................40长春理工大学本科毕业设计1第1章绪论1.1选题的背景及意义锅炉的过热蒸汽温度是工业蒸汽锅炉安全，稳定运行的重要指标之一。温度过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度下降，影响生产和安全；温度过低又将破坏部分水冷壁的水循环还不能满足工艺要求，严重时会引起爆炸。因此，在锅炉运行中，保证过热蒸汽的温度达标是非常重要的[1]。过热蒸汽的温度一般可以看作是多容分布参数的受控对象，其动态特性描述可用多容惯性环节表示，该对象具有明显的滞后特性。在锅炉运行中，影响过热器出口蒸汽温度的因素很多，有蒸汽流量、锅炉给水温度、烟气温度、流量、流速等。在这些因素的共同作用下，过热汽温对象除了具有多容、大惯性、大延迟的特性之外，往往还表现出一定的非线性和时变特性，因此，过热蒸汽温度控制系统是锅炉各项控制系统中较为复杂的控制系统之一。所以针对上述情况设计的控制系统，既要求对烟气侧扰动及负荷扰动等较大外扰具有足够快的校正速度，同时又要求能够对减温水的内扰有较强的抑制能力，从而使系统具有足够的稳定性和良好的控制品质，并能保证系统运行的安全性。1.2国内外研究现状随着自动化技术与电子技术的发展，微型计算机、工业专用控制计算机的出现以及广泛的应用，为锅炉控制领域开辟了一片广阔的天地。运用计算机技术的高效率、高可靠性、全自动的微机工业测控系统开始日益得到重视。80年代后期至今，国内外已经陆续出现了各种各样的锅炉微机测控系统，明显的改善了锅炉的运行状况，但还不够完善。随着控制理论的发展，PID