工业锅炉热工控制系统-过程控制课程设计报告书

工业锅炉热工控制系统-过程控制课程设计报告书目录一、概述-----------------------------------------------------------------------2 1．1工业锅炉概述----------------------------------------------------------------21．2国内工业锅炉发展状况--------------------------------------------------------21．3国外工业锅炉发展状况--------------------------------------------------------21．4工业锅炉的调节任务----------------------------------------------------------2二、工业锅炉控制系统的基本任务和要求--------------------------------------------32．1给水控制系统----------------------------------------------------------------32．2过热蒸汽温度的调节系统------------------------------------------------------32．3燃烧调节系统----------------------------------------------------------------32．4锅炉的主要设计参数----------------------------------------------------------4三、工业锅炉自动控制系统方案的设计----------------------------------------------43．1给水控制系统----------------------------------------------------------------43．1．1 锅炉汽包给水控制对象的特点3．1．2锅炉汽包给水控制对象的动态特性3．1．3测量给水控制系统仪表的选择3．1．4给水控制系统的设计3．1．5给水控制系统的工作原理及SAMA图3．2过热蒸汽温度的调节系统-----------------------------------------------------103．2．1过热蒸汽温度的调节系统对象的动态特性3．2．3过热蒸汽温度的调节系统的设计3．2．4过热蒸汽温度串级控制系统的工作原理3．3燃烧调节系统---------------------------------------------------------------123．3．1燃烧调节系统的对象动态特性3．3．2测量燃烧调节系统仪表的选择3．3．3燃烧调节系统的设计3．3．4燃烧控制系统的工作原理及炉膛负压子系统的SAMA图四、锅炉的报警系统-------------------------------------------------------------17五、工业锅炉热工控制系统流程图-------------------------------------------------17六、设计小结-------------------------------------------------------------------18七、参考文献-------------------------------------------------------------------18八、附页-----------------------------------------------------------------------19一、概述1．1工业锅炉概述锅炉由汽锅和炉子组成。

炉子是指燃烧设备，为化石燃料的化学能转换成热能提供必要的燃烧空间。

汽锅是指加热设备，为汽水循环和汽水吸热以及汽水分离提供必要的吸热和分离空间。

锅炉作为一种把煤、石油或天然气等化石燃料所储藏的化学转换为水或水蒸气的热能的重要设备，长期以来在工业生产和居民生活中都扮演着重要的角色。

它已经有二百多年的历史了，但是锅炉工业的迅速发展却是近几十年的事情。

国外的锅炉制造工业50至60年代发展最快，70年代前后达到高峰。

我国的锅炉工业是在新中国成立后才建立和发展起来，1953年在上海首创了上海锅炉厂[1]。

锅炉种类很多，按所用燃料分类，有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉；有利用残渣、残油、池放气等为燃料的锅炉。

所有这些锅炉，虽然料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。

我国现有锅炉25万台，每年消耗原煤产量的三分之一[1]。

随着生产的发展，在相当长的一段时间里，还会有越来越多的工业锅炉投入使用。

这些工业锅炉的管理水平，运行水平以及自动化水平大多很低，热效率还远远没有达到制造厂家的设计指标。

其中比较突出的原因是管理不完善，设备落后，既没有必要的自动化检测和控制仪表，也缺乏应有的技术力量，其运行水平主要决定于司炉人员的技术水平、生产经验和工作的责任心。

1．3国外工业锅炉发展状况为了使锅炉设备既能安全可靠地运行、又能最大限度地提高效率，就必须使锅炉设备实现较高水平的自动化。

目前国外较大型的锅炉设备[2]，其自动控制系统主要有：自动燃烧控制（ACC）、给水控制（FWC）、过热蒸汽温度控制（STC）、再热蒸汽温度控制（RTC）、炉内压力控制（BSC）等。

此外，还有送风机的转速控制、排水的PH控制、燃烧混合控制、空气预热器温度控制等。

1．4工业锅炉的调节任务工业锅炉的生产任务是根据用户的要求，产生具有一定参数（温度和压力）的蒸汽或热水。

为了满足用户的要求以及保证锅炉本身运行的安全性和经济性，工业锅炉主要有以下五项调节任务[2]：（1）保持汽包中的水位在规定范围内；（2）保持燃烧的经济性和保证锅炉运行的安全性；（3）保持炉膛负压在规定范围内；（4）使锅炉蒸发量迅速适应用户的需要；（5）稳定蒸汽或热水的温度和压力。

工业锅炉自动控制主要包括以下4个方面：（1）自动检测自动地检查和测量反映锅炉运行情况的参数和设备状态，如给水流量、蒸汽流量、炉膛负压、蒸汽压力、排烟温度、锅炉水位等。

（2）程序控制使锅炉的起动、停止以及正常运行等一系列操作自动化，程序是根据操作顺序和条件编制的，如燃油锅炉是按先起动鼓风机、再起动油泵、点火和主油阀的顺序进行的。

（3）自动保护可以分为以下几种保护：（a）联锁保护（b）限值保护（c）紧急保护（d）指示和报警（4）自动调节锅炉的一些被调参数应自动地适应运行条件的变化，使锅炉保持在所要求的工况下运行。

二、工业锅炉控制系统的基本任务和要求2．1给水控制系统给水控制系统的任务是保证汽包水位在容许的范围内，并兼顾锅炉的平稳运行。

被调量是汽包水位，调节量是给水流量，它主要考虑汽包内部物平平衡，使水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许范围内。

锅炉在低负荷（30%额定负荷）运行时，使用单冲量给水控制系统；当锅炉负荷大于30%额定负荷时，自动切换为串级三冲量控制系统。

为使水位进行修正。

信号测量更为准确，对水位信号要求通过汽包压力Pb2．2过热蒸汽温度的调节系统汽温控制主要是过热汽温控制。

其基本任务是维持过热器出口温度在允许范围之内，并保证管理温度不超过允许工作温度，要求采用串级控制。

由于大型锅炉的过热器是在接近过热器金属的极限温度的条件下运行的，金属管强度的安全系数不大，过热蒸汽温度过高会降低金属管的强度，影响设备的安全；而温度过低又会使热效率下降。

同时过热蒸汽温度也是影响安全生产的重要因素，维持过热蒸汽温度相对稳定显得极为重要。

2．3燃烧调节系统锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是既要提供适当的热量以适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和运行的安全性，即使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要；使燃料量与空气量之间保持一定比例，以保证经济燃烧，使引风量与送风量相适应，以保证炉膛负压稳定。

为此设置了如下三个相互关联控制系统。

（1）主蒸汽压力与流量的串级调节系统以主被调量为出口蒸汽压力P，副被调量为M燃料流量所组成的串级调节系统。

这系统带有燃料阀后压力选择性调节。

为保证燃烧器的正低于某数值时，压力调节器PC发出大信号，通常运行，当燃烧器前（调节阀后）的压力PBM过高值选择器的切换动作，取代正常工况的蒸汽压力调节器去控制燃料调节阀，从而使PBM 保持在一定数值，不致过低而产生熄火。

当锅炉带固定负荷时，锅炉负荷由定值器给定。

此时，燃料流量决定于定值器的输出信号，而与汽压调节器的输出无关。

（2）以烟气含氧量作为燃烧经济性指标，送风调节是以烟气含氧量为主被调量，而以风量F（风量信号经风温度校正）为副被调量的串级调节系统。

烟气含量的定值随锅炉负荷改变。

为被调节量，引风量为调节量（3）带有送风调节器的输出为前馈信号，以炉膛负压Pf的前馈-反馈复合调节系统。

为了保证燃料在动态过程中完全燃烧，在系统中应用高值选择器1和低值选择器2以实现加负荷时先加风，后加燃料，减负荷时先减燃料后减风。

为了消除蒸汽流量、空气流量、个控制系统工作平稳。

2．4锅炉的主要设计参数最大连续蒸发量： 35t/h主蒸汽压力： 3900kPa主蒸汽温度： 450℃省煤器进口给水温度 150℃热风温度160℃冷风温度30℃排烟温度：140℃锅炉设计效率：85.7%三、工业锅炉自动控制系统方案的设计3．1给水控制系统3．1．1 锅炉汽包给水控制对象的特点影响锅炉汽包水位的因素很多，不仅受到给水量（锅炉的输入量）和蒸汽量（流出量）之间平衡关系的影响，同时还要受到汽水循环管路中汽水混合物内汽水容积变化的影响。

因为锅炉汽包中的液位H值不仅反映了汽包（包括水循环的管路）中的蓄水容积，也反映了水面下汽泡的容积。

水面下汽泡的容积又和锅炉的负荷和蒸汽的压力有关。

所以影响锅炉汽包水位变化的因素是很多的，概括起来有四个方面[2]：一是给水方面的扰动，包括给水母管压力的变化和给水调节阀开度的变化；二是蒸汽负荷的变化；三是燃料量的变化，还包括影响燃料发热量变化的种种因素；四是汽包压力变化，压力变化对汽包水位的影响是通过汽包内部汽水系统的“自凝力”和自“蒸发力”过程起作用的。

工业锅炉汽水系统结构图如图1-1所示。

汽包及蒸发管系中贮藏着蒸汽和水，贮藏量的多少是以被控制量水位表征的，汽包的流入量是给水量，流出量是蒸汽量，当给水量等于蒸汽量时，汽包水位就恒定不变。

引起水位变化的主要扰动是蒸汽流量的变化和给水流量的变化。