过程控制专业课程设计范文

综述锅炉燃烧控制是一种非常复杂多变过程，其特点是控制变量多、惯性与延迟大，非线性严重，并且在不同负荷下控制过程特性也随之不同，无定性规律可循，故难以建立较为精准数学模型。随着火力发电机组容量和参数不断提高，该控制过程多变性也变得更为复杂，从而对机组可控性提出了更高规定。因而，如何更全面有效地获得燃烧信息，并及时、精确地加以调节和控制，以避免和减少事故损失，提高机组经济性，就变得更为必要。燃料量到蒸汽压力这个通道是一种纯滞后对象，当燃料量发生扰动时，将使蒸汽压力产生波动，影响机组正常运营。选取并引入恰当燃料负反馈信号，是实现燃料控制系统调节精准性重要环节，而燃料量信号精确测量问题解决，是实现燃料控制基本前提。燃烧控制系统重要涉及燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。当前大某些锅炉燃烧控制系统依然采用PID控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制构成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成,各个子控制系统分别通过不同测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。1锅炉燃烧系统控制目的和任务1.1锅炉燃烧系统重要有三大控制目的1.1.1主蒸汽压力控制重要通过调节输入燃料量和送风量多少来实现。当“负荷流量”增长时，压力会下降，为了保证流量供应，必要提高压力使其返回到额定值，因而调节手段重要是增长燃料输入量和送风量；当“负荷流量”下降时，压力会上升，为了保证流量供应，须减少压力使其返回额定值，这时调节手段重要是减少燃料输入量和送风量；当“负荷流量”恒定期，保持压力为额定值不变。1.1.2炉膛内含氧量控制重要通过调节空气（即送风量）和燃料输入成一定比例来实现。普通状况下，燃料增长时，燃料耗氧量要增长，为了保证含氧量不致于过低，调节手段是必要相应地增长一定比例空气量（送风量）；燃料减少时，燃料耗氧量会减少，为了保证含氧量不致于过高，这时调节手段应当是成比例地减少一定空气量（送风量）。1.1.3炉膛负压控制重要通过调节引风机引风量来实现。当燃料和送风需要增长时，炉膛负压势必会向正压方向减小，为了保证负压，调节手段应当是先增长引风量；当燃料和送风需要减少时，炉膛负压势必会向负方向增大，这时调节手段应当是先减少引风量。锅炉燃烧控制系统设计是为了使燃料燃烧产生热量适应蒸汽负荷规定,同步保证锅炉经济、安全运营1.2锅炉燃烧自动调节任务锅炉燃烧过程是一种将燃料化学能转变为热能，燃烧自动调节任务是使燃料所提供热量适应蒸汽负荷需要，同步保证锅炉经济、安全运营。每台锅炉燃烧控制系统选取，是依照燃料种类、制粉系统类型、燃烧设备构造以及锅炉运营方式不同而有区别。普通来说控制系统任务涉及如下几种某些。1.2.1维持主蒸汽压力稳定主蒸汽压力变化反映了发电机输出能量与锅炉输入能量之间能量不平衡。燃料量调节2锅炉控制系统普通构造与工作原理目是调节进入锅炉燃料燃烧所产生蒸汽量与外界需求蒸汽量相适应。1.2.2保证锅炉燃烧经济性燃料量变化时也应当相应变化进入炉膛空气量以保证燃料完全燃烧和排烟损失最小，减少未燃尽损失，同步要防止锅炉金属烟气侧腐蚀和减少对空气污染。因此送风量调节目是保证锅炉燃烧过程经济性。1.2.3维持炉膛压力稳定目是使引风量与送风量相适应，并保持炉膛负压在规定范畴内，锅炉炉膛压力反映了燃烧过程中进入炉膛风量与流出炉膛烟气量之间工质之间平衡关系，这关系到安全、经济运营。以上三项控制任务是互有关连，在设计燃烧控制系统去完毕上述三项调节任务时，可以用三个调节器去控制三个调节变量（燃料量、送风量和引风量）以维持三个被调量（主蒸汽压力、过剩空气系数和炉膛压力）锅炉控制系统，普通有蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、除氧器水位、除氧器压力等控制系统。锅炉燃烧控制实质上是能量平衡系统，它以蒸汽压力作为能量平衡指标，不断依照用汽量与压力变化调节燃料量与送风量，同步保证燃料充分燃烧及热量充分运用。常用锅炉系统如图1-1所示。一方面除氧水通过给水泵进入给水调节阀，通过给水调节阀进入省煤器，冷水在通过省煤器过程中被由炉膛排出烟气预热，变成温水进入汽包，在汽包内加热至沸腾产生蒸汽，为了保证有最大蒸发面因而水位要保持在锅炉上汽包中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。空气通过鼓风机进入空气预热器，在通过空气预热器过程中被由炉膛排出烟气预热，变成热空气进入炉膛。煤通过煤斗落在炉排上，在炉排缓慢转动下煤进入炉膛被前面火点燃，在燃烧过程中发出热量加热汽包中水，同步产生热烟气。在引风机抽吸作用下通过省煤气和空气预热器，把预热传导给进入锅炉水和空气。通过这种方式使锅炉热能得到节约。降温后烟气通过除尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。3锅炉燃烧调节系统3.1蒸汽压力调节对象特性引起蒸汽压力变化重要因素是燃料量和用汽负荷发生变化，其动态特性如下。3.1.1燃料量扰动下汽压变化特性在用汽负荷不变状况下，如锅炉燃料量(B)发生△B阶跃扰动，此时汽压飞升曲线如图3-1（a）所示。此时对象没有自平衡能力，具备较大迟滞和惯性。但如果锅炉出口用汽阀门开度不变，那么由于汽压因燃料量扰动而发生变化时，蒸汽流量也将发生变化。由于汽压变化时，蒸汽流量增大自发地限制了汽压变化，因而对象有平衡能力。此时汽压飞升曲线如图3-1(b)所示。3.1.2用汽负荷扰动下汽压变化特性负荷阶跃扰动下，汽压变化动态特性也有下列两种状况：当用汽阀门阶跃扰动时，对图2-1锅炉控制系统硬件构成象体现出具备自平衡能力，没有延迟，但有较大惯性，并有一种与阀门变化成比例启始奔腾，飞升曲线如图3-1(c)所示；当用汽量阶跃扰动时，其飞升曲线如图3-1(d)所示，此时对象没有自平衡能力，如果不及时增长进入锅炉燃料量，那么，汽压将始终下降。3.2送风自动调节对象特性送风调节系统工作好坏，直接影响炉膛空气过剩系数变化也就是排出烟气含氧量。引起空气过剩系数变化重要扰动是燃料量和送风量配比。风量扰动下对象动态特性具备较大自平衡能力，几乎没有延迟和惯性，近似为一比例环节。而燃料量扰动时，需通过输送和燃烧过程而略有延迟。由于送风系统几乎没有延迟和惯性。因此在燃料充分状况下送风量大小将比较直接反映在锅炉蒸汽压力上。那么如何才干保证股风量和燃料量搭配适当，这里咱们引入了风煤比这个概念。风煤比就是在当前风量下所能燃烧煤最大值。在控制作用中风煤比重要是依照当前风量来限制炉排转速，防止由于风量不够导致煤不能充分燃烧。该参数对节煤和环保均有很大意义。由于如果不能充分燃烧将会导致煤渣含炭量增高，这样比较挥霍煤，同步还会导致烟气含炭量增高影响排放。3.3炉膛负压自动调节对象特性炉膛负压自动调节对象动态特性较好，但扰动通道飞升时间很短，飞升速度不久。图3-1汽压调节对象特性依照以上对燃烧系统调节对象分析，下面咱们针对燃烧自动控制系统三个任务对控制采用方案进行分析。燃烧过程控制系统普通采用控制流程图如图3-2（a）所示，先通过蒸汽压力变送器经滤波后获得信号，与设定蒸汽压力进行比较，判断出鼓风PI调节器调节方向和大小，通过鼓风PI调节单元计算出鼓风变频器输出大小。同步把该信号输出给风煤比计算单元，相应算出在当时风量下炉排最大输出值。再把蒸汽压力差值信号送给炉排PI调节器，通过炉排PI调节单元计算出炉排变频器输出大小。通过风煤比限位，输出给炉排变频器。在实际调试过程中咱们往往把鼓风PI调节中比例系数设比炉排PI单元大，这样可以较好保证鼓风系统对蒸汽压力敏感度要高于炉排。实践证明通过该办法控制下锅炉蒸汽压力稳定性好，在蒸汽负荷变化时相应限度高。灰渣含碳量低。炉膛负压大小对于节能影响很大。负压大，被烟气带走热量大，热损失增长，煤耗量增大，抱负运营状态应在微负压状态。它能明显增长悬浮煤颗粒在炉膛内滞留时间，增长沉降，减少飞灰，使煤充分燃烧提高热效率。但由于负荷变化，需要变化给煤量和送风量，随之也要变化引风量，以保证炉膛负压稳定，但由于系统有一定滞后时间，为避免鼓风变化而引起炉膛负压波动，系统中引入鼓风信号作为前馈信号对引风机进行超前调节。炉膛负压控制系统普通采用控制流程图如图3-2（b）所示，调节原理比较简朴属于单闭环调节系统，它输入量是炉膛负压输出量是引风变频器，同步引入鼓风量作为前馈信号。图3-2此外系统各回路中都设立了手自动两种操作方式，为了实现无扰动切换，系统引入了各控制对象反馈值，在手动操作时PLC输出会自动跟踪控制对象反馈，当切换到自动状态时可以进行无扰动切换，使系统平稳过渡到自动状态。4锅炉燃烧控制系统原理锅炉燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制构成串级控制系统，其燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制以及引风量控制等子系统构成。各子系统互相间构成比值控制系统。主蒸汽压力控制任务是维持主蒸汽压力稳定。主控制器依照主蒸汽压力变化，向燃烧率控制中各子系统发出负荷指令。以使锅炉燃烧率与外界负荷相适应。燃烧率控制各子系统依照燃烧率指令调节炉膛热负荷，并保持燃料、送风和引风等参数协调动作。其中燃料量控制和送风量控制两个子系统依照燃烧率指令分别调节进入炉膛燃料量与送风量，保证炉膛热负荷满足外界负荷变化需要，同步保证燃烧经济性。引风量控制子系统依照炉膛压力调节引风量，由于炉膛压力能迅速反映送风和引风扰动，因而依照炉膛压力调节引风与送风协调变化，维持炉膛压力稳定。5锅炉燃烧控制系统被控对象环节划分锅炉燃烧流程是一种复杂过程：燃料与相应送风量进入炉膛，燃料燃烧产生热量被布置在炉膛四周蒸发受热面吸取而产生蒸汽，蒸汽流进过热器加热成过热蒸汽，过热蒸汽由蒸汽管道送入汽轮机做功。依照其生产流程，可画出压调节对象方框图，如图5-1所示。图5-1汽压被控对象方框图5.1锅炉燃烧某些锅炉燃烧某些涉及燃料调节机构动作之后，燃料进入炉膛燃烧，所释放热量由炉内受热面吸取整个过程。单位时间炉膛内燃烧燃料量B变化一方面引起炉膛受热面燃料发热量(炉膛热负荷)Qr变化。燃烧和传热过程是一种复杂化学物理过程，燃料量变化后，一方面将热量传给受热面金属管壁(辐射传热和对流传热同步进行)，然后将热量传给锅炉汽水容积。而金属管壁热量及汽水热容量又是一种有分布参数容积。因而，简朴又精确表达上述燃烧和传热动态关系较为困难，普通可用一种滞后环节(其中大某些是容积滞后)来表达，不致引起过大误差，因此环节1传递函数可近似用一种带有纯滞后比例环节来表达：WsQrKeBS1BsB(5-1)式中KB——燃料量B变化引起锅炉炉膛热负荷Qr变化比例系数，kJ/kg；τB——燃料量变化至炉膛热负荷变化纯滞后时间，ｓ。5.2蒸发某些对于锅炉受热面，其流入量是燃料燃烧后传给受热面热量Qr，并有一某些热量储存在锅炉中。炉膛热负荷变化会引起汽包压力Pb变化，而汽包压力Pb反映了流入热量与流出热量平衡关系。以热量信号DQ与蒸汽流量信号D之差为输入量，以汽包压力Pb为输出量，这是一种积分环节，其积分时间大小取决于锅炉蓄热系数Cb。因此环节2传递函数表r1M达为：PW(s)DbC2(s)_D(s)Qs（5-2）其中Cb——蓄热系数，kg/MPa；DQ——用蒸汽流量单位表达锅炉汽水容积吸热量，kg/s。QDQi''is其中i＂——过热器焓值，kJ/kg；iｓ——给水焓值，kJ/kg；5.3过热器某些过热器进口压力是汽包压力Pb，出口压力为主蒸汽压力PT，汽包压力与主蒸汽压力之差Pb-PT与过热器流通阻力、蒸汽流量D关于，它们之间关系可用一种比例环节来表达，其传递函数为：W(s)PD(s)13(s)PbT(S)Rrh(5-3)其中Rrh——过热器动态阻力，cm2/s。5.4主蒸汽管道某些把主蒸汽管道看作一种容量系数为CM容积，则以锅炉蒸汽量与进入汽轮机蒸汽量（汽轮机通汽量）之差D-DT为输入，以主蒸汽压力PT为输出，它们之间关系表达为一种积分环节，其传递函数为：WP(S)1D(S)TDT(S)Cs（5-4）其中CM——主蒸汽管道容量系数，kg/MPa。5.5汽轮机某些汽轮机通汽量DT决定于主蒸汽压力PT和汽轮机调节阀开度μT，它们之间关系可近似描述为：b4RD(s)1TTP(s)