锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计.doc

锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计.doc

《锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锅炉出口蒸汽压力比值控制方案设计.doc（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

中北大学课程设计说明书

目录

1热电厂的生产工艺................................................2

1.1锅炉简介.....................................................2

1.2工艺流程简介.................................................2

2被控对象工作原理及结构特点......................................3

2.1蒸汽压力控制和燃料流量比值控制系统基本模型..................3

3比值控制系统概述................................................4

3.1比值控制系统定义............................................4

3.2比值控制原理................................................4

3.3比值控制系统特点............................................4

3.4比值控制系统的类型..........................................5

4锅炉蒸汽出口压力控制方案及仪表的选择............................5

4.1控制重要性..................................................5

4.2控制要求....................................................6

4.3控制阀的选择................................................7

4.4蒸汽压力变送器选择..........................................7

4.5燃料流量变送器的选用........................................8

5系统参数整定和仿真..............................................9

5.1PID参数对控制性能的影响.....................................9

5.2用试凑法确定PID控制器参数..................................9

5.3系统的仿真.................................................10

6课程设计总结...................................................12

参考文献......................................................13

1热电厂的生产工艺

1.1锅炉简介

锅（汽水系统）：

由省煤器、汽包（汽水分离器）、下降管、联箱、水冷壁，过热器和再热器等设备及其连接管道和阀门组成。

炉（燃烧系统）：

由炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、烟风道及炉墙，构架等组成.

锅炉是工业生产过程中必不可少的重要动力设备。

它通过煤、油、天然气的燃烧释放出的化学能，通过传热过程把能量传递给水，使水变成水蒸气。

这种高压蒸汽即可以作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发过程的能源，又可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源。

随着石油化学工业生产规模的不断扩大，生产过程不断强化，生产设备的不断更新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着高效率，大容量发展。

为确保安全，稳定生产，对锅炉设备的自动控制就显得十分重要。

1.2工艺流程简介

热电厂是利用煤和天然气作为燃料发电，产汽的，这也是目前世界上主要的电能生产方式。

给水经给水泵、给水控制阀、省煤器进入锅炉的汽包，燃料和热空气按一定的比例送入燃烧室内燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。

然后经过热器，形成一定气温的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。

压力为Pm的过热蒸汽，经负载设备控制供给负荷设备用。

与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱，排到大气。

图1.2给出了一个20T/h工业燃煤锅炉工艺流程图。

图1.220T/h工业燃煤锅炉工艺流程图

2被控对象工作原理及结构特点

2.1蒸汽压力控制和燃料流量比值控制系统基本模型

锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供其他生产环节使用。

一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，后续环节对蒸汽的生产用量不同，反映在蒸汽锅炉环节就是蒸汽压力的波动。

维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。

保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气的控制实现的。

因此，蒸汽压力是最终被控制量，可以根据生成情况确定；燃料量是根据蒸汽压力确定的；空气供应量根据空气量与燃料量的合理比值确定。

燃料流量

调节器

被控对象燃料流量量）

蒸汽压力

蒸汽压力

调节器

比值器

给定Q2

-

燃料流量

检测与变换系统

燃料流量

蒸汽压力

检测变换系统

Q1

图2.1燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料流量比值控制系统框图

3比值控制系统概述

3.1比值控制系统定义

工业中存在着大量按原料配比进行生产的过程，要求将原料配比进行控制，然而配比的变化往往意味着产品产量下降、质量下降、能量浪费、物料浪费、成本提高、环境污染、甚至安全事故。

在化工、炼油及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。

例如，在煤气燃烧过程中，要求煤气与助燃空气按一定配比（最佳为1：

1.05）供入燃烧室。

若助燃空气输入不足，煤气得不到充分燃烧，降低了燃烧效率，造成能源浪费，环境污染，还有可能导致环境中大量煤气积存而成为事故隐患；若阻燃空气过量，过剩空气又将大量热量以废气形式排放，造成热能的大量浪费。

为此，我们引入比值控制系统。

在过程控制中，实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。

通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之流量比值控制系统。

这种控制方式在化工、制药领域中大量存在。

3.2比值控制原理

　在炼油、化工、制药等许多生产过程中，经常需要两种物料或两种以上的物料保持一定的比例关系。

最常见的是燃烧过程，燃料与空气要保持一定的比例关系，才能满足生产和环保的要求；造纸过程中，浓纸浆与水要以一定的比例混合，才能制造出合格的纸浆，许多化学反应的诸个进料要保持一定的比例。

通常，在两个需要保持一定比例关系的物料中，一个是主动量或关键量，另一个是从动量或辅助量。

由于物料通常是液体，因此称主动量为主流量Q1从动量为副流量Q2。

Q1与Q2之间的关系为

Q2＝KQ1（1-1）

式中，K为比值系数。

因此，只要主副流量的给定值保持比值关系，或者副流量给定值随主流量按一定比例关系而变化即可实现比值控制。

3.3比值控制系统特点

比值控制系统的特征:

是实现两个或两个以上物料保持一定比例关系。

1.主物料，也称为主动量:

在要保持一定比例关系的物料中，把起主导作用的物料，称为主物料（主动量），因为在过程控制中经常保持比例的参数是流量，故常用Q1表示。

2.从物料，也称为从动量:

另一种随主物料的变化而成比例地变化的物料称为从物料（从动量），常用Q2表示。

3.比值系数：

若两物料的比值系数设定为K，则有：

3.4比值控制系统的类型

根据生产过程中工艺容许的负荷、干扰、产品质量等要求不同，实际采用的比值控制方案也不同。

比值控制系统按比值的特点可分为定比值和变比值控制系统。

两个或两个以上参数之间的比值是通过改变比值器的比值系数来实现的，一旦比值系数确定，系统投入运行后，此比值系数将保持不变（为常数），具有这种特点的系统称为定比值控制系统。

如果生产上因某种需要对参数间的比值进行修正时，需要人工重新设置新的比值系数，这种系统的结构一般比较简单。

两个或两个以上参数之间的比值不是一个常数，而是根据另一个参数的变化而不断的修正，具有这种特点的系统称为变比值控制系统，这种系统的结构一般比较复杂。

比值控制系统按结构特点可分为简单比值和复杂比值控制系统。

凡构成一个闭环以下的比值控制系统称为简单比值控制系统；凡构成两个闭环以上的比值控制系统称为复杂比值控制系统。

比值控制系统可笼统分为：

开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、串级比值及变比值控制系统等。

4锅炉蒸汽出口压力控制方案及仪表的选型

4.1控制重要性

压力是热电厂的一个重要的参数，因为热电厂是靠蒸汽推动汽轮机转动，汽轮机是将蒸汽的能量转化为机械功的旋转式动力机械，又称蒸汽透平。

蒸汽的压力会影响后面的整个工序，如果蒸汽的压力不够的话将是汽轮机无法正常工作。

势必会影响到蒸汽机的寿命和厂子的效益。

压力过高将可能导致锅炉超压运行。

动力锅炉主要为炼油装置提供生产用蒸汽，若装置因紧急情况而突然减少或切断进汽，锅炉便会出现瞬时超压情况。

在锅炉生产过程中，过热蒸汽温度是整个汽水通道中最高的温度。

过热器温度过高将导致过热器损坏，同时还会危及汽轮机的安全进行，甚至出现爆炸等极端的事故。

燃料与空气按照一定比例送入锅炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，形成一点观其文的过热蒸汽，再汇集到蒸汽母管。

过热蒸汽经负荷设备控制，供给符合设备使用，与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风送往烟囱，排入大气。

蒸汽压力对象的主要干扰是燃料量的波动与蒸汽负荷的变化。

当燃料流量和蒸汽负荷变动较小时，可采用利用蒸汽压力来调节燃料量的单回路控制系统，主蒸汽压力控制系统的主要目的是维持主蒸汽压力恒定，因此主蒸汽压力能否准确测量直接关系到控制质量的优劣。

合理的选择压力变送器在设计中有关键作用蒸汽压力变送器将测量信号转换为标准统一信号DC4~20mA电流输出送到控制器。

4.2控制要求

锅炉设备是一个复杂的控制对象，如下图所示，主要输入变量是锅炉给水量、燃料量、减温水量、送风量和引风量等；主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（氧气含量等）。

给水量

减温水

燃料量

送风量

引