过程控制课程设计（论文）-锅炉给水控制系统设计.doc

内蒙古科技大学过程控制课程设计论文题目：锅炉给水控制系统设计学生姓名：学号：专业：测控技术与仪器班级：2008-1指导教师：2011年9月6日内蒙古科技大学课程设计论文1目录前言.2第一章锅炉的工艺流程.31.1锅炉的组成.31.2锅炉的工作过程.31.3锅炉的分类.4第二章锅炉控制系统的整体设计思路.62.1汽包水位的控制.62.2蒸汽温度的控制.62.3锅炉燃烧的控制.6第三章锅炉给水控制系统设计.73.1锅炉水位动态特性.73.2单冲量控制系统.73.3双冲量控制系统.83.4三冲量控制系统.103.4.1锅炉给水控制系统.113.4.2前馈控制系统.12第四章设计心得.15参考文献.16内蒙古科技大学课程设计论文2前言电力是以电能作为动力的能源。发明于19世纪70年代，电力的发明和应用掀起了第二次工业化高潮。成为人类历史18世纪以来，世界发生的三次科技革命之一，从此科技改变了人们的生活。20世纪出现的大规模电力系统是人类工程科学史上最重要的成就之一，是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电力生产与消费系统。它将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电力，再经输电、变电和配电将电力供应到各用户。火力发电是利用燃烧燃料(煤、石油及其制品、天然气等)所得到的热能发电。火力发电的发电机组有两种主要形式：利用锅炉产生高温高压蒸汽冲动汽轮机旋转带动发电机发电，称为汽轮发电机组；燃料进入燃气轮机将热能直接转换为机械能驱动发电机发电，称为燃气轮机发电机组。火力发电厂通常是指以汽轮发电机组为主的发电厂。锅炉是石油化工、发电等工业过程中必不可少的重要动力设备。它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的锅炉也向着大容量、高参数、高效率方向发展。内蒙古科技大学课程设计论文3第一章锅炉的工艺流程1.1锅炉的组成锅炉设备包括锅炉本体设备和锅炉辅助设备。锅炉本体设备主要由燃烧设备、蒸发设备、对流受热面、锅炉墙体构成的烟道和钢架构建等组成。锅炉的燃烧设备包括燃烧室、燃烧器和点火装置。蒸发设备主要由汽包、下降管和水冷壁等组成。对流受热面是指布置在锅炉对流烟道内的过热器、省煤器和空气预热器。锅炉的辅助设备主要包括通风设备、给水设备、燃料运输设备、制粉设备、除尘设备、除灰设备、锅炉辅机等，如给水泵、送风机、引风机、磨煤机、除尘器、烟囱、灰渣泵、安全阀、水位计等。如图1.1所示。图1.1锅炉的组成1.2锅炉的工作过程煤斗中的煤通过给煤机送至磨煤机，在磨煤机中对煤进行干燥（利用空气预内蒙古科技大学课程设计论文4热器引来的热空气进行干燥）和磨碎。磨成的煤粉进入粗粉分离器，经分离后，合格的煤粉进入煤粉仓或排粉机，然后由给粉机或排粉机将煤粉送往炉膛燃烧。不合格的煤粉经回粉管送回磨煤机再重新磨制。空气由进风道引入送风机，经送风机升压后送入空气预热器，被加热成热空气，然后通过热风道将其中一部分送至磨煤机，进入制粉系统用以干燥和输送煤粉，另一部分热空气直接送至燃烧器。煤粉与空气通过燃烧器进入燃烧室，进行燃烧放热，燃烧产生的高温火焰和烟气在燃烧室加热水冷壁中的水，然后高温烟气依次流过过热器、省煤器和空气预热器，加热这些受热面内的工质（汽、水和空气），在传热过程中烟气的温度逐渐降低。此后利用除尘器清除烟气中携带的大量飞灰，最后由引风机将烟气送往烟囱，排入大气。燃料燃烧后生成的灰渣，一部分落入燃烧室下部的灰渣斗中；另一部分被烟气带走，在除尘器中大部分飞灰被分离出来，落入除尘器下部的灰斗中，然后由除尘装置将灰渣和细灰送往储灰场。给水由给水泵送至锅炉房，先进入省煤器，在省煤器中加热提高温度后进入汽包，然后沿着下降管流至水冷壁下联箱，再进入水冷壁管。在水冷壁管内水吸收燃烧室中高温火焰和烟气的辐射热，一部分水汽化为蒸汽，在水冷壁内成为蒸汽和水的混合物，汽水混合物沿水冷壁上升又进入汽包。在汽包中利用汽水分离设备对汽水混合物进行汽水分离，分离出来的水沿着下降管进入水冷壁继续吸热，如此循环。分离出来的蒸汽从汽包顶部的饱和蒸汽引出管引致过热器，在过热器中饱和蒸汽被加热成为过热蒸汽，然后经主蒸汽管道送往汽轮机做功。1.3锅炉的分类按蒸发量的大小，锅炉有小型、中型、大型之分，但它们之间没有固定的分界。一般来讲420t/h以下的锅炉为小型锅炉，420t/h以上至1000t/h以下为中型锅炉，1000t/h以上为大型锅炉。按照蒸汽压力的高低，锅炉可以分为低压、中压、高压、超高压、亚临界压力、超临界压力和超超临界压力锅炉。按照燃料的燃烧方式锅炉一般分层燃炉、室燃炉和循环流化床锅炉。内蒙古科技大学课程设计论文5按照水的循环方式分为自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉。内蒙古科技大学课程设计论文6第二章锅炉控制的整体设计思路2.1汽包水位的控制汽包水位是锅炉运行的重要指标，保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。首先，水位过高会影响汽包内的汽水分离，饱和水蒸气将会带水过多，导致过热器管壁结垢并损坏，使过热蒸汽的温度严重下降。如以此过热蒸汽被用户用来带动汽轮机，则将因蒸汽带液损坏汽轮机的叶片，造成运行的安全事故。然而水位过低，则因汽包内的水量较少，而负荷很大，加快水的汽化速度，使汽包内的水量变化速度很快，若不及时加以控制，将有可能使汽包内的水全部汽化，尤其对大型锅炉，水在汽包内的停留时间极短，从而导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。所以必须对汽包水位进行严格的控制。2.2蒸汽温度的控制过热蒸汽温度过高或过低，对锅炉运行及蒸汽用户设备都是不利的。过热蒸汽温度过高，过热器容易损坏，汽轮机也因内部过度的热膨胀而严重影响安全运行；过热蒸汽温度过低，一方面使设备的效率降低，同时使汽轮机后几级的蒸汽湿度增加，引起叶片磨损。所以必须把过热器出口蒸汽的温度控制在规定范围内。2.3锅炉燃烧的控制锅炉燃烧过程的好坏，不仅直接关系到锅炉的生产能力和生产过程的可靠性，而且在很大程度上决定了锅炉运行的经济性。进行燃烧调节的目的是：在满足外界电负荷需要的蒸汽数量和合格的蒸汽品质的基础上，保证锅炉运行的安全性和经济性。具体可归纳为：1保证正常稳定的汽压、汽温和蒸发量；2着火稳定、燃烧安全，火焰均匀充满炉膛，不结渣、不烧损燃烧器和水冷壁，过热器不超温；3使机组运行保持最高的经济性；4减少燃烧污染物排放。