锅炉控制方案设计.docx

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1、2取*锅炉过程控制方案设计班级:自1201学号：1501120231学生姓名：向朋指导教师：薄翠梅2023年7月9日电气工程与控制科学学院第一章自1环锅炉分析1被控对象工艺流程1.1 工艺流程赛题的被控对象是流程工业领域常见的自然循环锅炉。锅炉是用于生产蒸汽的装置，生产的蒸汽用于发电和提供热能。P1101软化水经给水泵P11O1泵出,分成两路，一路给水去减温器E11O1,与过热蒸播热,然后与另一路给水混合进入省煤器EU02o去减温器E11O1的锅炉给水用于调整由球汽的温度，同时也对锅炉给水进行预热。正常工况时，大部份锅炉给水直接流向省煤器，小部份锅炉给水流向减温器。省煤器E1102由多段盘管组

2、成，燃料燃烧产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的锅炉给水换热，回收烟气中的余热，并使锅炉给水进一步预热。被烟气加热成饱和水的锅炉给水全部进入汽包V1102,再经过对流管束和下降管进入锅炉水冷壁，吸收炉膛辐射热在水冷壁里变成汽水混合物，然后返回汽包V1102进行汽水分离。锅炉汽包为卧式圆筒形承压容器，内部装有给水分布槽、汽水分离器等。汽水分离是汽包的重要作用之一，汽包V1102顶部设放空阀XV1104,分离出的断口蒸汽再次进入炉膛F11O1进行汽相升温，成为过热蒸汽出炉膛的逋燃汽进入减温器E11O1蠲，进行温度微调并为锅炉给水预热,最后以工艺所要求的过麻汽压力、过热蒸汽温度输送给下游生产过程

3、。过热蒸汽出口管线上设开关阀XV1105o燃餐由燃料泵PH02泵入炉膛F11O1的燃烧器，空气经变频鼓风机K11O1送入燃烧器。燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生热量使锅炉水汽化。燃烧产生的烟气带有大量余热,对省煤器E1102中的锅炉给水进行预热。烟气经由烟道,靠烟囱的抽力抽出，通入大气。1.2 仪表及操作设备说明系统中用到的检测仪表及执行机构具体说明见下表。设备位号设备说明V11O1汽包E11O1减温器E11O1省煤器F11O1炉膛K11O1P11O1上水泵P1102燃油泵13锅炉系统控制要求(1)燃烧控制，需要控制燃料和空气的配比，以达到充分燃烧；(2)给水控制，需要与蒸汽产量匹配，以控制锅

4、炉汽包内水的储量；(3)过热蒸汽出口压力控制，要求能够根据负荷的变化控制蒸汽压力；(4)过热蒸汽出口温度控制，需要根据工艺要求精确控制蒸汽温度。第二章锅炉控制方案设计2.1 汽包水位控制方案汽包液位是蒸汽锅炉运行中一个非常重要的控制参数，它可以间接反映锅炉负荷与给水平衡的关系。维持汽包水位正常时保证锅炉和下级设备安全运行的必螟牛，如果汽包液位过高，使蒸汽带液,影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分含量过多，导致过热器管壁结垢而被烧坏，也使过麻汽温度急剧变化，直接影响下级设备的稳定运行；汽包液位过低会影响汽水循环，严重时甚至可使加热水管局部受热而导致严重的事故。而且汽包的给水量也不应

5、该剧烈波动，以免影响省煤器和进水管道的安全。2.1.1 汽包水位影响因素(1)给水流量如果汽包的给水量蓦地浮现扰动而增加，一方面由于给水温度低于汽包内的彻口水温度，冈恻进入汽包的给水会吸收原有饱?口水的T的热,从而减少蒸汽量，水面下的气泡总体积也相应减小，汽包水位下降。但是，从单容系统的角度考虑，不考虑气泡的影响，贝蛤水量增加势必使汽包水位上升。脚情况叠加即得到给水量增加时，汽包水位经过一段迟延后趋于单容系名延见律而上升，迟延的时间随着给水的过冷度越大而越大。(2)锅炉负荷如果过热蒸汽流量(即锅炉负荷)蓦地浮现扰动而增大，一方面汽包内的物质平衡状态树姆吏水位下降；另一方面，由于锅炉出口的过热蒸

6、汽期加，迫使锅炉内的气泡增加，而燃料量不可能瞬间随之增加，这使汽包内的压力减小，水面下的气泡膨胀，总体积增大，导致水面上升，浮现“虚假水位二两种情况共同影响汽包水位，使汽包中浮现“虚假水位现喙，导致锅炉负荷增大时汽包水位先上升一E即寸间后才开始下降。虚假水位会毂给水调节机构的i耨作，使汽包水位波动剧烈，严重影响设备的安全和寿命。这说明蒸汽神扰动是影响汽包水位至关重要的因素之一。(3)燃料流量如果燃料量浮现扰动增加，则饱和水吸收的热量增大，使锅炉负荷的蒸汽量增加，同样会导致浮现“虚假水位二但水循环系统中的水量比较大，且汽包和水冷壁有一的储热能,使系统Wf的树艇，蒸汽量增力暧慢。且蒸汽量缓慢增加的

7、同时汽包内的压力也会随之缓慢增大，使水面下的气泡体屐小，汽包水面下降。两种情况综合考虑，则燃料量的增加浮现的汽包“虚假水位较蒸汽流量扰动下要缓和得多。因此汽包水位控制过程中可认为燃料量是间接扰动。2.1.2 被控变量与控制变量的选择被控变量：汽包水位控制变量：给水流量给水流量可以直接影响汽包水位，调整控制方便。2.13调节阀的选择V11O1xV1102是汽包上水龌调节阀，一旦系宽飘故障，气原信号减弱,这时为了防止锅炉发生干烧危（Wei）险，应保证汽包内有一定的水储量，故调节阀应处于打开状态，所以选择气闭式调节阀。根据调节阀流量特性，选择等百分比调节阀。2.1.4 控制方案设计如单从物质平衡角度

8、考虑，则只要保证汽包中的给水量零发量恒等，汽包中达到T动态平衡，就可以使汽包水位根，因此可以采用比值控制方法调节给水量跟踪蒸汽量。但对于闭环系统来说也要同时考虑汽包水位，这样可以避免蒸汽量和给水量测量不许确或者由于管道泄漏等情况造成的给水量和蒸汽量间比值不确定带来的偏差。从而采用三冲量控制方法控制汽包水位，艮曜制系统中同时引入汽包水位、给水量及过热蒸汽量三个测量信号。汽包水位的反馈量可以在锅炉稳定工况时消除静差，但会在锅炉负荷变化时造成“虚假水位二而比值控制方法的引入，由于其不依赖于汽包水位，所以在一定程度上可以缓解“虚假水位”造成的误操作。考虑到单级三冲量控制系统对信号的静态配合要求严格,到

9、当负荷波动较大或者给水压力不稳时易使系统存在静态误差，且整定较为艰难。因此采用串级三冲量汽包水位控制系统，系统方框图见图。内环副调节器主要用于迅谢氐消给水量的扰动，外环主控制器的任务是消除锅炉负荷扰动的同时W汽包水位无静差地维持在期望高度。汽包水位三冲量串级控制系统2.1.5 控制器正反作用的确定汽包水位三中量串级控制回路中，根据主、副控制器的正反作用的确定）1游为先副后主原则，首先确定其副回路给水流量控制器正反作用：副回路：汽包液位控制回路中，除氧器进水流量调节阀为气用式,为负作用,所以符号为负；当阀门开大时，汽包上水流量增大，所以被控对象为正作用，符号为正；测量变送器的符号为正；偏差符号为

10、负；为使控制系统稳定，必须保证系统构成负反馈，所以汽包给水流量控制器为负作用。主回路：将副回路看做正环节;测量变送器的符号为正;上水流量增大时，除氧器的液位升高，所以被控对象为正作用，符号为正；为使控制系统稳定，必须保证系统构成负反馈，所以主控制器为负作用。2.1.6 ；气包水位控制系统P8dD图汽包水位控制系统P8dD图2.2 锅炉燃烧系统控制方案锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性且耦合严重的对象，调节参数与被调节参数之间存在许多交叉影响。当其中田/参量改变时，其他参量都会受影响。因此，本方案将锅炉槌系统分曲目对独立的四个调节对m,相应地设计相对独立的调节系统，考虑到锅炉正常运行时的各

11、项指标，分别设计了逆僦汽压力控制系统、过蜂汽温度控制系统、烟气含氧量控制系统、炉膛负田空制亲充。2.2.1 过嬲汽压力控制过热蒸汽压力是衡量锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数。蒸汽压力过彳氐或者过高，对于金属导爵口负荷设备都是不利的。压力过高，会加速金属的蠕变，导致锅炉受损；压力过低，不可解部哈负荷设备符合质量的蒸汽。因此，控制蒸汽压力，是安全生产的需要，也是保证燃烧经济性的需要。2.2.1.1 过热蒸汽压力影响因素过热蒸汽压力的变化是由于锅炉的热平衡失调所引起的。影响热平衡的主要因素是燃烧热和蒸汽热。(1)燃料量影响燃烧热最主要的因素就是进入炉膛的

12、燃料量，燃料量越多，其产生的燃烧热也就越多。锅炉正常运行时，如果进入炉膛的燃料量发生变化，贝I炉膛内的发热量会立即雌，由于软化水吸收的热量越多，蒸发量也雌大，汽包内的蒸汽量也会增多，所以蒸发部份可以看做是Y热容积，而反映储热量多少的主要参数是汽包压力。当炉膛发热量Q和蒸汽流量D所带走的热量不相等时,蒸汽压力就要发生变化,且压力的变化快慢随热量不均等的程度越大而越快。(2)空气量同时，对于等量的燃露燃料的燃殿率同样影响着燃烧热的产生，当达到最佳空燃比时，燃料的燃烧率最大。即使斗量没有变化，如果鼓入炉膛的空气量变化，将使燃料的瓣变化，当空气量适宜，燃料得到充分燃烧，则蒸汽得到的辐射热温和相升温阶段

13、的传热者漪变化，导致过热蒸汽的温度发转化。且蒸泡魄和水得到的绝大部份热量都来自炉膛。除此之外，省煤器中的烟气也是由炉膛燃料燃烧产生的，影响饱和蒸汽和软化水温度的同时间接影响过热蒸汽的温度。因此炉膛中的燃烧工况对过热蒸汽的温度起着直接的影响，且反应速度较快。(3)过热蒸汽流量女噪逆撼汽流量增大，则汽包内的蒸汽量减小，使汽包内的压力变小，从而过热蒸汽出口压力也会随之减小。(4)过热蒸汽温度速球汽温度是衡量蒸汽热的直观标准。当蒸汽流量贵时，过热蒸汽压力和温度存在同向的变化趋势：蒸汽温度越高，说明蒸汽携带的能量越多，则过热蒸汽的压力也就随之增大。过热蒸汽的温度和压力都是锅炉蒸汽质量的重要指标，都需要维

14、持在一定范围内。2.2.1.2 被控变量与控制量的选择控J虹:燃料流量、(空气流量)为了克内夕楙对蒸汽压力的影响，在基本的单炉蒸汽压力控制系统中，输入到锅炉的燃烧热必须尾随蒸汽热的变化而变化,以尽量保持热量平衡。同时，根据设定值与蒸汽压力之间的偏差来适当调节燃料量以满足蒸汽压力范围。在本锅炉系统中，由于过蜂汽温度可以用减温器进行微调，且考虑到出煤汽温度与压力之间的关系，采用燃烧热尾随蒸汽压力的变化，用端斗流量来控制锅炉的燃烧热。同时，燃的燃僦碎同样影响燃烧热的产生，所以必须考虑鼓入的空气量，以达SJ最佳空燃比。但燃油的燃烧效率同时也影响着烟气的含氧量，且燃由流量是蒸汽压力的主要控制量，而烟气含

15、氧量直接反映了空气流量是否适宜，因此采用燃油流量作为蒸汽压力的控制量,而空气流量在烟气含氧量控制系统中具体设计。燃料量可以削妾改变炉膛中的热量，且延时和惯性很小，从而改变蒸发量，影响过热蒸汽压力，反映速度较快。2.2.13调节阀的选择V1104是燃油流量调节阀，一旦系统浮现故障，气源信号减,这时为了防止再有燃入炉瞪携就糠，应切断燃量，故调节阀应处于关闭状态，所以选择气开式调节阀。根据调节阀流量特性，选择等百分比调节阀。2.2.1.4控制方案的通过控制量的选择部份的分析可知，当燃料流量变化时，燃烧热随即变化，即炉膛温度也即将变化，几乎没有惯性和延迟。因此燃料流量变化时炉膛温度变化k绿汽压力超前得多，且惯性时间常数也匕徽小。因此，方案中蒸汽压力辘制系统采用串级控制方法。副回路中应该包含系统的主要干扰，且包含的干扰应尽量多，这样副回路可以快速反应，消除主要干扰;又考虑SJ炉膛的温度测量不能保证准确，只能作为参考值，所以不能选炉膛温度作为副回路。综匕读糠汽压力控制系统采用燃料流量作为副回路。这是因为燃料量是决定燃烧热的主要因素，如果燃料量保持稳定，则燃烧热，即炉膛温度也就随之稳定。以蒸汽压力为隹钠，用来消除由糠汽流量波动弓I起的锁，消除蒸汽压力静差，从而与副回路组成热负荷控制系统。过热蒸汽压力控制系统结构如图2.18所示。过热蒸汽压力控制系统结构图