蒸汽锅炉燃烧控制系统的设计和仿真
蒸汽锅炉PID温度控制系统设计
目旳：
对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行分析和设计，而对 锅炉过热蒸汽旳良好控制是确保系统输出蒸汽温度稳 定旳前提。所以本设计采用串级控制系统，这么能够 极大地消除控制系统工作中旳多种干扰原因，使系统 能在一种较为良好旳状态下工作，同步锅炉过热器出 口蒸汽温度在允许旳范围内变化，并保护过热器管壁 温度不超出允许旳工作温度。
调整器接受过热器出口蒸汽温度t变化后，调整器才开始动作， 去控制减温水流量W ，W旳变化又要经过一段时间才干影响到 蒸汽温度t，这么既不能及早发觉扰动，又不能及时反应控制旳 效果，将使蒸汽温度t发生很大旳动态偏差，影响锅炉生产旳安 全和经济运营。
燃烧工况
温度设定值
控制信号
喷水流量
控制器
执行器
过热器
温度变送器
在本设计用到串级控制系统中，主对象为送入负荷设 备旳出口温度，副对象为减温器和过热器之间旳蒸汽 温度，经过控制减温水旳流量来实现控制过热蒸汽温 度旳目旳。
蒸汽锅炉工艺流程及控制要求
蒸汽锅炉工艺流程及控制要求
锅炉是一种具有多输入、多输出且变量之间相互关联 旳被控对象。 过热蒸汽温度控制系统：主要使过热器出口温度保持 在允许范围内，并确保管壁温度不超出工艺允许范围；
被控对象建模
根据在减温水量扰动时，过热蒸汽温度有较大旳容积迟延， 而减温器出口蒸汽温度却有明显旳导前作用，完全能够构成 以减温器出口蒸汽温度为副参数，过热蒸汽温度为主参数旳 串级控制系统
温度设定值
温度主调节器
副调节器
减温水流量
蒸汽流量或者烟
扰动
气热量扰动
阀 门
减温器 2
过热蒸汽温度
过热器 1
温度变送器 温度变送器
基于PLC的锅炉燃烧控制系统设计_毕业设计论文正文 精品
基于PLC的锅炉燃烧控制系统设计1 绪论1.1锅炉燃烧控制项目的背景改革开放以来，我国经济社会快速发展，生产力水平不断提高，在生产中，锅炉起着十分重要的作用，尤其是在火力发电中发挥重要作用的工业锅炉，是提供能源动力的主要设备之一。
锅炉产生的蒸汽可以作为蒸馏，干燥，反应，加热等各过程的热源，另外也可以作为动力源驱动动力设备。
工业过程中对于锅炉燃烧控制系统的要求是非常高的，要求锅炉燃烧控制系统必须满足控制精度高，响应速度快[1]。
作为一个非常复杂的设备，锅炉同时具有了数十个包括了扰动、测量、控制在内的参数，参数之间有着复杂的关系，并且相互关联[2]。
而锅炉燃烧过程中的效率问题、安全问题一直是大众关注的重要方面。
1.2锅炉燃烧控制的发展历史对于锅炉燃烧的控制，已经经历了四个阶段[3~5](1）手动控制阶段因为20世纪60年代以前，电力电子技术和自动化技术还没有得到完全发展，技术尚不成熟，因此，这个时期工业人员的自动化意识不强，锅炉燃烧的控制方式一般多采用纯手动的方法。
这种控制方法，要求进行控制的操作工人依靠他们的经验决定送风量，引风量，给煤量的多少，然后利用手动的操作工具等操控锅炉，该方法控制的程度完全取决于操作工人的经验。
因此，要求操作工人必须具有非常丰富的经验，这样无疑大大提高了操作工人的劳动强度，由十人的主观意识，所以事故率非常大，同时，也不能保证锅炉高效稳定的运行。
（2）仪器继电器控制阶段随着科技的不断进步，自动化技术以及电力电子技术快速提高，国内外以继电器为基础的自动化仪表工业锅炉控制系统也得到发展，并且广泛应用于实际生产过程。
在上个世纪60年代前期，我国锅炉的控制系统开始得到迅速发展;到了60年代的中后期，我国引进了国外全自动的燃油锅炉的控制系统；到了上个世纪的70年代末，我国逐渐自主研发了一些工业锅炉的自动化仪器，同时，在工业锅炉的控制系统方面也在逐步推广应用自动化技术。
在仪表继电器控制阶段，锅炉的热效率得到了提高，并且大幅度的降低了锅炉的事故率。
火电厂锅炉过热汽温控制系统优化设计仿真
ｔｉｏｎａｌ ＧＰＣ —Ｐ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ． Ｉｔ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｔｒ ｏｌ ｒｅ－ ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．
第３５卷 第６期
文 章 编 号 ：１００６—９３４８（２０１８）０６—００９５—０６
计 算 机 仿 真
２０１８年６月
火 电厂 锅 炉 过 热汽 温 控 制 系统 优 化 设 计 仿 真
寅ｎ旭 阳 ，支０ 斌
（１．武 汉 科 技 大 学 信 息 科 学 与 工 程 学 院 ，湖 北 武 汉 ４３００８１； ２．武汉科技 大学教育部冶金 自动化与检 测技术 工程研 究中心 ，湖北 武汉 ４３００８１） 摘要 ：针对过热汽温控制系统具有 大惯性 、大时滞特性 且模 型参数 随负荷变化较 大 ，传统控 制算法难 以获得 良好控 制性能 ， 提出 了 １ＧＰＣ—Ｑｒ＇ｒ串级控制算法 。改进 的广义预测 自校正控制作 为主控 制器来 抑制超 调 ，克服系统大时滞特性 ，定量 反馈 理论作为副控制器 ，对导前 区不确 定性 与干扰进行 抑制 ，并设 计了一种简便 的定 量反馈理论 控制器设 计方法。通过 与传 统 广义预测 一比例控制 的仿 真结果对 比，提 出的算法 可使 系统获得较好 的跟踪性 与鲁棒性 ，简化 了副控 制器的设计过 程 ，满足 了系统在全工况下运行 的控制要求 。 关键词 ：过热 汽温控 制 ；定 量反馈理论 ；改进 的广义 预测控 制；定 量反馈理论 控制器设计的简便 方法 中 图 分 类 号 ：ＴＰ２７３ 文 献 标 识 码 ：Ｂ
锅炉过热蒸汽温度控制系统设计研究毕业设计开题报告
重点解决的问题
主要内容：
1、建立被控对象数学模型。
2、基于单片机设计总体方案，进行PID控制规律的选用与数字化。
3、硬件设计，包括单片机输入信号接口电路、外围电路等。
4、软件设计，包括初始化及主程序、控制程序、A/D和D/A转换程序及其他处理程序。
5利用PROTUES仿真。
重点解决的问题：
锅炉是我国工业生产和生活上应用面最广、数量最多的热力设备，是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，其产物蒸汽不但可以作为蒸馏、干燥、反应、加热等过程的热源，而且还可以作为驱动设备的动力源。
过热蒸汽温度控制是锅炉控制系统不可缺少的重要组成部分，其性能和可靠性已成为保证锅炉安全性和经济性的重要因素。由于锅炉往往负荷变化大，起停频繁，依靠人工操作很难保证其安全、稳定地在经济工况下长期运行。温度过高，会使蒸汽带水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，影响了生产安全；温度过低又将破坏部分水冷壁的水循环不能满足工艺要求，严重时会发生锅炉爆炸，从而造成重大事故。因此，工业过程对锅炉控制系统都有很高的要求，在锅炉运行中，保证过热蒸汽的温度在正常的范围内具有非常重要的意义。
完成论文的初稿；
修改、完善毕业设计并送指导老师审阅；
完成论文的PPT文件，准备毕业答辩。
指
导
教
师
意
见
***同学查阅了大量与课题相关的文献资料，对设计意图和课题意义清
楚明确，设计了初步的研究方案，预见了难点和关键问题，并拟定了工作计划，
为开题做了充分准备。目前已达到开题要求，同意开题。
指导教师签名：
年 月 日
1、了解锅炉过热蒸汽的工艺过程，对被控对象进行分析，设计控制方案。
燃气蒸汽锅炉设计优化及性能改进
燃气蒸汽锅炉设计优化及性能改进燃气蒸汽锅炉是一种常见的工业锅炉设备，用于产生蒸汽来驱动各种设备和机械。
设计优化和性能改进可以提高锅炉的效率、降低能耗和减少环境排放。
本文将重点讨论燃气蒸汽锅炉设计优化及性能改进的关键方法和技术。
首先，锅炉燃烧系统是影响锅炉性能的关键因素之一。
采用先进的燃气燃烧系统可以提高燃烧效率和稳定性，减少燃料消耗和污染物的排放。
其中，关键技术包括低氮燃烧技术、燃气混合燃烧技术和燃烧控制技术等。
低氮燃烧技术可以降低锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物排放，减少空气污染。
燃气混合燃烧技术可以充分利用燃气的能量，提高燃烧效率。
燃烧控制技术可以实现燃料和空气的精确控制，保持燃烧过程的稳定性和高效性。
其次，换热器是燃气蒸汽锅炉的关键部件，影响锅炉的热效率。
优化换热器设计可以提高热传递效率，降低烟气排放温度，减少能源消耗。
换热器设计优化的关键方法包括提高管壁传热系数、增加烟气侧传热面积、减小烟气侧传热阻力等。
具体的技术措施包括采用高效传热管、增加传热面积、优化烟气流动分布等。
此外，定期进行清洗和维护，保持换热器清洁并增加换热效率也是重要的措施。
此外，锅炉控制技术对于燃气蒸汽锅炉的性能改进也至关重要。
先进的控制技术可以提高锅炉的自动化水平，实现精确的控制和优化运行。
关键的控制技术包括燃烧控制、温度控制、压力控制和水位控制等。
通过采用智能化控制系统，可以实现对锅炉的全面监测和自动调整，提高锅炉的运行稳定性和效率。
此外，节能降耗还需要从锅炉热损失的角度进行考虑。
通过增加绝热层，在减少热量传递过程中的能量损失方面起到了关键作用。
使用高效的隔热材料和绝热技术可以有效减少锅炉的热损失，提高能源利用效率。
同时，通过减少燃料的使用量和提高余热回收利用率，也可以有效地降低能耗和碳排放。
最后，燃气蒸汽锅炉的性能改进还需要重视锅炉的运行和维护管理。
定期检查和清洗锅炉，保持锅炉内部清洁，防止堵塞和腐蚀现象的发生。
采取合理的水质处理措施，防止锅炉产生水垢和腐蚀，延长锅炉的使用寿命。
锅炉过热蒸汽温度控制系统的设计与仿真
低（５～ＩＯ）￣Ｃ，效率就降低约 １％，因此严格 控制过热汽温在给定值 间 ｒ约为 ２０ｓ，具有较 良好的动态特性。但实际运行 中，蒸汽负荷
附近是大型火电机组运行 的重要任务之一［１Ｊ。
是变化的，因此不宜用来控制过热汽温 。
过热蒸汽温度控制 中，被控对象具 有非 线性 、时变性 、滞后 ２－２ 烟气传 热量扰 动的动态 特性
ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ Ｋｉｎｇｖｉｅｗ．Ｔｈ ｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔ ｈｅ ＦＵＺＺＹ－ＰＩＤ ｃｏｎ ｔｒｏｌｌｅｒ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ，ｔｉｍｅ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｅ ， 桫 ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｓｅ Ｌ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃａ ｐａ ｃｉｔｙ ａ ｎｄ
第 ４期 ２０１６年 ４月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
２６５
锅 炉过 热 蒸 汽 温度控 制 系统 的设 计 与仿 真
刘丽桑 ，张锦 枫
（福建工程学院 福建省数字化装备重点实验室 ，福建 福州 ３５０１１８）
摘 要 ：过热蒸汽温度 的高低直接影响着火电机组的安全性和经济性 。由于过 热蒸汽温度对象具有非线性 、时变等复杂 特 性 ，设 计了一种采用模糊 ＰＩＤ控制策略 的串级控制方案 ，分析 了锅炉过热蒸汽温度在 不同扰动作 用下的动 态特 性 ，设 计 了 ＦＵＺＺＹ—ＰＩＤ控制 器，对 ＰＩＤ控制器参数进行 了整定，并对 ＦＵＺＺＹ－ＰＩＤ控制器和常规控制器的控制效果进行 了仿真 比较 ，最后利用组态王 Ｋｉｎｇｖｉｅｗ开发 了相应的过热蒸汽温度监控 系统。结果表明 ，ＦＵＺＺＹ—ＰＩＤ自适应能力强 ，提高 了系 统对非线性、时变性和不确定性等的处理能力，改善 了控 制效果 ，具有更好的动态特性。 关键词 ：过热蒸汽 ；温度控制；ＦＵＺＺＹ－ＰＩＤ；串级控制 ；Ｋｉｎｇｖｉｅｗ 中图分类号 ：ＴＨ１６；ＴＰ３６８．１；ＴＫ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号：１００１—３９９７（２０１６）０４—０２６５—０３
锅炉出口蒸汽压力控制系统设计
目录1 热电厂的生产工艺 (1)1.1锅炉简介 (1)1.2工艺流程简介 (1)2 锅炉蒸汽出口压力控制重要性 (2)2.1控制重要性 (2)2.2控制要求 (2)3 锅炉出口压力控制系统的设计 (3)3.1蒸汽出口压力分类 (3)3.2蒸汽出口压力控制系统分析 (4)3.3燃烧控制基本控制方案 (4)3.4控制系统方框图 (5)4 控制方案及仪表的选型 (6)4.1蒸汽压力变送器选择 (6)4.2燃料流量变送器的选用 (6)4.3含氧量检测器 (7)4.4控制阀的选择 (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。
燃气锅炉燃烧控制系统
燃气锅炉燃烧控制系统李凯凯（山东建筑大学热能工程学院山东省济南市 250101）摘要：此次论文主要目的是以标准燃烧器为基本设备，结合汽包压力控制、炉膛压力控制的特点和需要，设计燃气锅炉燃烧控制系统。
主要方法是通过锅炉情况介绍、燃烧器类型选择、燃烧与汽压控制设计、节炉膛压力控制设计、仪表装置选型等步骤，逐一计算所需数据并选择设备类型，然后根据所得参数查阅有关资料按标准设计符合设备的控制系统。
由最终设计结果可知此方法可行。
关键词：燃气锅炉、燃气控制、汽包压力、炉膛压力0 引言近几年来，我国城市燃气结构有了很大变化，尤其是西气东输工程的加速实施，以及不断签署的燃气协议，为长期受限制的燃气锅炉的应用推广创造了条件。
一方面，燃气锅炉的燃料价格相对较高，因此应尽量提高燃料的利用效率；另一方面，气体燃料易燃易爆，燃气锅炉的危险性大，控制系统的生产保证和安全保障要求严格。
国外燃气锅炉的研究历史较长，燃气燃烧控制技术比较成熟，但是燃气锅炉的燃烧控制，多为单回路常规控制，远不能适应我国各地区及各部门条件多变的需要。
为了提高燃气锅炉的热效率和安全生产水平，有必要对燃所锅炉的燃烧控制技术进行研究。
1 锅炉情况本次论文采用一台卧式三回程火管式燃气蒸汽锅炉，使用天然气为燃料，额定蒸发量2T/h，额定汽压1.25MPa，额定蒸汽温度194℃；额定耗气量160Nm³/h，排烟温度230℃，热效率90%。
1.1 燃气蒸汽锅炉的组成结构组成：具体结构由主要部件和辅助设备组成。
主要部件有炉膛、省煤器、锅筒、水冷壁、燃烧设备、空气预热器、炉墙构架组成；辅助设备主要有引风设备、除尘设备、燃料供应设备、除尘除渣设备、送风设备、自动控制设备组成。
系统组成：燃气锅炉主要是由燃烧器和控制器两个大的部分组成，其中燃烧器又能分为五个小的系统，分别为送风系统，点火系统，监测系统，燃料系统和电控系统。
1.2 燃气蒸汽锅炉的工作原理燃气蒸汽锅炉是用天然气、液化气、城市煤气等气体燃料在炉内燃烧放出来的热量加热锅内的水，并使其汽化成蒸汽的热能转换设备。
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3.4控制系统总框图
4 MATLAB环境下控制算法的研究
4.1系统辨识
(1)燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制
燃烧流量被控对象为： s e s s G 21
122)(-+= 燃料流量至蒸汽压力关系为：
4)(=s G
蒸汽压力至燃料流量关系为:
4/1)(=s G
燃料流量检测变换系统数学模型为：
1)(=s G
燃料流量与控制流量比值为：
2)(=s G
空气流量被控对象为:
s e s s G 21102)(-+=
(2)炉膛负压控制
引风量与负压关系： s e s s G -+=
156)( 送风量对负压的干扰为： 1
22)(+=s s G 4.2 控制系统参数整定
(1)燃烧控制系统
为使系统无静差，燃烧流量调节器采用PI 形式，即：
s
Ki Kp s Gc +=)( 其中，参数Kp 和Ki 采用稳定边界法整定。
先让Ki=0，调整Kp 使系统等幅振荡，即系统临界稳定状态。
系统临界振荡仿真框图及其振荡响应如图4.1所示：
4.1(a)系统临界振荡仿真框图
4.1(b)系统临界振荡响应
记录此时的振荡周期Tcr=11s和比例参数Kcr=3.8,则Kp=Kcr/2.2=1.73，
Ki=Kp/(0.85Tcr)=0.18
在Kp=1.73，Ki=0.18的基础上，对PI参数进一步整定，燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真框图如下所示，其中PI模块的结构如图4.2(a)所示。
调节Kp=1.1，Ki=0.1，系统响应如图4.2(c)所示，可见系统有约10%的超调量。
4.2(a)PI模块结构
4.2(b)燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真框图
4.2(c)燃料流量闭环控制系统单位阶跃输入的仿真响应
(2)蒸汽压力控制系统
在燃料流量控制系统整定的基础上，采用试误法整定压力控制系统参数。
系统整定仿真框图如图所示。
当Ki=0，Kp=1时(此时相当于无调节器，因此系统最简单)，仿真结果如图4.3所示，上图为系统仿真图，下图为阶跃输出。
4.3(a)蒸汽压力控制系统参数整定仿真框图
PID(2)中KP=0.1，KI=0；
4.3(b)蒸汽压力控制系统参数整定仿真结果
由仿真结果可以看出，系统响应超调量约为25%。
此时系统调节器最简单，工程上系统响应速度和稳定程度都较好。
(3)空气流量控制系统
空气流量控制系统的整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似，当
Ki=0.05和Kp=0.08时，系统阶跃响应如图4.4所示，其中上图为阶跃响应，下图为阶跃输入。
可见系统响应超调量约为25%。
4.4(a)整定后空气流量控制系统阶跃响应
4.4(b)整定后空气流量控制系统阶跃输入
(4)负压控制系统
负压控制系统的整定方法和燃料流量控制参数整定方法类似。
当Ki=0.05，Kp=0.03时，系统阶跃响应如图4.5所示，其中上图为系统阶跃响应，下图为阶跃输入。
可见系统响应超调量为25%。
4.4.5(a)整定后负压控制系统阶跃响应
4.5(b)整定后负压控制系统阶跃输入
(5)负压控制系统前馈补偿整定
采用动态前馈整定，其前馈补偿函数为： 5
1517)(++=s s s G 4.3控制系统SIMULINK 仿真
(1)无干扰仿真
利用各整定参数对控制系统进行仿真，框图如4.6所示。
设定蒸汽压力值为10，炉膛负压值为5。
仿真结果如图4.7至4.10所示，由上至下依次为蒸汽压力设定值波形，实际蒸汽压力与空气流量波形，负压变化波形和负压设定波形。
4.6控制系统仿真图
4.7蒸汽压力设定值波形
4.8实际蒸汽压力与空气流量波形(红色为实际蒸汽压力波形，黄色为空气流量
波形)
4.9负压变化波形
4.10负压设定波形
(2)有扰动仿真
系统在三个部分中均加入了幅值±0.1的随机扰动。
系统仿真图如图4.11所示。
仿真结果如图4.12至4.16所示，由上至下依次为蒸汽压力设定值波形，实际蒸汽压力与空气流量波形，扰动波形，负压变化波形和负压设定波形。
4.11有扰动系统仿真图
4.12蒸汽压力设定值波形
4.13有扰动蒸汽压力实际波形
4.14扰动波形
4.15有扰动负压变化波形
4.16负压设定波形。