锅炉温度控制系统设计.doc

XXXXXXXX大学 本科生过程控制课程设计说明书 题 目：热电厂锅炉炉膛温度 控制系统的设计 学生姓名： 学 号： 专 业： 班 级： 指导教师： 摘　　要 锅炉是热电厂重要且基本的设备 ,其最主要的输出变量之一就是主蒸汽温度。主汽温度自动调节的任务是维持过热器出口汽温在允许范围内 ,以确保机组运行的安全性和经济性。如果该温度过高 ,会使锅炉受热面及蒸汽管道金属材料的蠕变速度加快 ,降低使用寿命。若长期超温 ,则会导致过热器爆管 ,在汽机侧还会导致汽轮机的汽缸、 汽阀、 前几级喷嘴和叶片、高压缸前轴承等部件的寿命缩短 ,甚至损坏;假如该汽温过低 ,会降低机组的循环热效率 ,一般汽温每降低5 ℃～10 ℃,效率约降低1 % ,同时会使通过汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加 ,引起叶片磨损;当汽温变化过大时 ,将导致锅炉和汽轮机金属管材及部件的疲劳 ,还将引起汽轮机汽缸和转子的胀差变化 ,甚至产生剧烈振动 ,危及机组的安全 ,所以有效精准的控制策略是十分必要的 锅炉炉膛温度的控制效果直接影响着产品的质量，温度低于或者高于要求时都不能达到生产质量指标，有时甚至会发生生产事故，此设计控制以锅炉炉膛温度为主控参数、燃料和空气并列为副被控变量设计热电厂锅炉温度控制系统，以达到精度在正负5 ℃范围内。 关键词：热电厂；锅炉；炉膛温度；串级控制 目 录 引 言 4 第一章 热电厂的工艺流程及要求 5 第二章　　锅炉的工艺流程及控制要求 7 2.1锅炉的工艺流程 7 2.2锅炉的控制要求 8 第三章　　锅炉炉膛温度的分析 9 第四章　　锅炉炉膛温度控制系统的设计 11 4.1炉膛温度控制的理论数学模型 11 4.2炉膛温度控制方法的选择 12 4.3 系统单元元件的选择 12 4.3.1温度检测变送器的选择 12 4.3.2流量检测变送器的选择 13 4.3.3主、副调节器正反作用的选择 15 4.3.4主、副回路调节器调节规律的选择 15 4.3.5控制器仪表的选择 16 4.3.6控制阀的选择 18 第五章　　锅炉炉膛温度控制系统的工作原理 18 第六章　　总　结 19 参考文献 20 引 言 随着现代工业生产的迅速发展 ,对工艺操作条件的要求更加严格 ,对安全运行及对控制质量的要求也更高 。而单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求 ,在这样的情况下 ,串级控制系统应运而生 。 锅炉温度串级控制系统的生产工艺要求 : (1) 可以实现对整个锅炉系统工艺流程的控制 。 (2) 能够自动控制锅炉温度 ,并达到所需精度 。 (3) 有良好的人机界面 ,能方便地在线修改参数 ,并以动画实现数据和流程的“可视化 。 图（1-1）热电厂生产工艺流程图 第二章　　锅炉的工艺流程及控制要求 2.1锅炉的工艺流程 由于锅炉设备使用的燃料、燃烧设备、炉体形式、锅炉功用和运行要求的不同，锅炉有各种各样的流程。常见流程如图2.1所示。由图可知，蒸汽发生系统由给水泵、给水调节阀、省煤器、汽包及循环管组成。燃料和热空气按照一定的比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽,然后经过热器，形成一定汽温的过热蒸汽，汇集至蒸汽母管。压力为的过热蒸汽，经负荷设备调节阀供给生产负荷使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，将饱和蒸汽变成过热蒸汽后，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入大气。 2.2锅炉的控制要求 根据生产负荷的不同需要，锅炉需要提供不同规格（压力和温度）的蒸汽，同时，根据安全性和经济性的要求，是锅炉安全运行和完全燃烧，锅炉设备的主要控制要求如下。 1、供给蒸汽量适应负荷变化需要或者保持给定负荷； 2、锅炉供给用汽设备的蒸汽压力应当保持在一定的范围内； 3 、过热蒸汽温度保持在一定范围； 4、汽包水位保持在一定范围； 5、保持锅炉燃烧的经济性和安全性； 6 、炉膛负压保持在一定的范围内。 根据上述要求，锅炉设备的主要控制系统见表2.1. 表2.1 锅炉设备的主要控制系统 控制系统 被控变量 操纵变量 控制目的 锅炉给水控制系统 锅炉汽包水位 给水流量 锅炉内产生的蒸汽和给水的无聊平衡 过路燃烧控制系统 蒸汽压力 烟气成分 炉膛负压 燃料流量 送风流量 引风流量 蒸汽负荷的平衡 燃烧的完全和经济性 锅炉运行的安全性 过热蒸汽控制系统 过热蒸汽温度 喷水流量 过热蒸汽的温度和安全性 第三章　　锅炉炉膛温度的分析 火电厂的锅炉炉膛由于采用的燃料为煤粉，在燃烧过程中，炉膛和汽包之间的传热过程是一个相当复杂的过程，炉膛的温度的动态特性具有一般的大滞后、时变、非线性和不对称性等特点。在过程控制中，为了方便设计，同时又在一定的要求范围内，我们通常把锅炉炉膛的温度的动态特性看