燃气锅炉供热系统节能运行设计与实现.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 锅炉是社会生活中不可或缺的动力和供暖设备，在经济发展和环境治理过程中都 扮演着重要的角色。传统燃煤锅炉难以控制、低效、污染严重、浪费资源等特点，已 无法满足当今社会绿色节能高效发展的目标，发展趋势必然是清洁能源的比重逐步上 升，取代煤炭等传统能源的地位。本文针对燃气锅炉集中供热节能运行系统，分析锅 炉燃烧特性、选取最优控制策略、建立热负荷预测模型以及对整体供热控制系统进行 设计，并进行节能分析。 天然气燃烧后几乎不会产生污染，是一种高效清洁的气体燃料。燃气锅炉集中供 热系统相比燃煤锅炉，系统设备更少，智能化程度更高，控制更加精准方便。对燃气 锅炉的工作原理、系统组成及燃烧特性进行分析，建立燃烧反应的数学模型，为控制 系统的设计、控制策略的选择提供依据。 工业现场中，常规PID 算法应用最广泛，对于较为简单的控制对象，具有良好的 控制效果。但燃气锅炉结构参数复杂，具有较强的非线性，无法建立较为精确的数学 模型，且一般控制系统也无法满足燃气锅炉大惯性和时滞性的特点。故本文采用将模 糊控制与常规PID 算法结合在一起的模糊自整定PID 算法，着重对模糊控制器进行设 计，以达到锅炉控制系统要求。并在 MATLAB/SIMULINK 平台，对常规 PID 和模糊 自整定PID 进行控制策略仿真，对仿真结果分析比对。 燃气热水锅炉供热过程中，用户对热量的需求在不同时刻产生变化，其外部因素 包含室外气温、光照、供水管网压力、流量等。当供水管网通过热交换器供给的热量 超过用户需求热量时，会造成多余热量损失；但如果供给热量不足，就会导致室内温 度无法达到用户预期。所以，合理的热负荷预测需要从用户需求出发，将供热过程人 性化。本文采用基于BP 神经网络算法建立的热负荷预测模型。在MATLAB 平台上应 用神经网络工具箱，建立预测模型结构，经过样本数据的学习规则训练后，对测试数 据进行效果测试，并对测试结果进行分析，是否达到预期。 燃气锅炉智能供热系统搭建在UW500 DCS 系统上。硬件方面，分别对操作员站、 现场控制站、通讯网络 、I/O 接口及现场设备进行选型设计；软件方面，在UWinTech3.0 中分别对硬件配置、I/O 模块、数据库以及监控画面进行组态设计，并设计各控制子系 统程序流程图。控制系统将实现燃气锅炉供热的智能控制，达到高效节能的目的。 最后对改造后的燃气锅炉供热系统进行节能分析，分别从一次能源和变频节能两 I 山东建筑大学硕士学位论文 个方面对新系统的节能效果进行论述。 关键词：燃气热水锅炉，模糊自整定PID ，热负荷预测，DCS 系统，节能分析 II 山东建筑大学硕士学位论文 Abstract Boiler is an indispensable power and heating equipment in social life, and plays an important role in the process of economic development and environmental governance. Traditional coal-fired boilers are difficult to control, inefficient, seriously polluting, and wasteful of resources. They cannot meet the goals of green energy conservation and high-efficiency development in todays society. The development tre