工业蒸汽锅炉过程控制系统设计

1、WORD格式?工业蒸汽锅炉过程控制系统设计?专业资料整理WORD格式课程设计报告专业：计算机控制技术班级：09计算机控制1 班XX：陈文涛高健于野 魏玉锋指导教师：邢满荣专业资料整理WORD格式2021年6月20日专业资料整理WORD格式前言当前，节约资源、提高热能利用率已为各方面所重视及关心。锅炉是石油化工、发电等工业过程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的动力源，又可作为精馏、枯燥、反响、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、高效率的方向开展。在我国，工业锅炉是能源转换和耗能的主要设备之一，耗能量约占全国原煤产量的三分

2、之一，锅炉由于设计、制造不合理，尤 其是使用管理不当，导致事故的频率很高。据日本 20 世纪 70 年代的调查披露，日本当时运 行的十万余台锅炉，在十年间共发生事故 355 次，其中由于管理不善而发生的事故有 243 次，占事故总数的 70 8。多年来锅炉的平安工作一直受到国家劳动部门的重视，相继颁 发了许多平安和劳动保护工作的法令、标准和标准，收到了显著效果。解决普遍存在的控制系统落后、 运行效率低、 环境环境污染严重等问题已是刻不容缓。为此，如何提高工业锅炉运行效率，降低能源消耗，实现其自动化节能和环保的要求已成为亟待解决的问题。专业资料整理WORD格式1专业资料整理WORD格式1、工艺流

3、程1.1锅炉设备介绍锅炉生产过程是一个多变量多参数相互耦合的复杂过程， 其汽水，燃烧过程非常复杂，受多重因素的影响， 燃烧系统内部一次风、 二次风，输煤，一次返料，二次返料耦合性很强， 燃烧与汽水之间也有极其复杂的相互作用关系， 同时过程的非线性，滞后性也导致控制系统的复杂性， 难以建立准确的数学模型， 无法采用有效的预估补偿措施。锅炉设备根据用途、燃料性质、压力上下等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的锅炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成，常见锅炉设备工艺流程如图 1。燃料与空气按照一定比例送入锅炉燃烧室燃烧， 生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和

4、蒸汽，形成一定气温的过热蒸汽，在聚集到蒸汽母管。过热蒸汽经负荷设备控制，供给负荷设备用，于此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外， 还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气， 最后经引风送往烟囱，排入大气。图 1 常见锅炉主要设备工艺流程锅炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要，供给一定压力或温度的蒸汽，专业资料整理WORD格式2专业资料整理WORD格式同时要使锅炉在平安、 经济的条件下运行。 按照这些控制要求， 锅炉设备将有如下主要的控制系统： 锅炉汽包水位控制系统：主要是保持汽包内部的平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许的X围内； 锅炉燃烧系统的控制：

5、 其控制方案要满足燃烧所产生的热量， 适应蒸汽负荷的需要， 使燃料与空气量保持一定的比值， 保证燃烧的经济型和锅炉的平安运行， 使引风量与送风量相适应，保持炉膛负压在一定X围内。 过热蒸汽系统控制：主要使过热器出口温度保持在允许X围内，并保证管壁温度不超过工艺允许X围； 锅炉水处理过程：主要使锅炉给水的水性能指标到达工艺要求。1.2设计介绍与设想该锅炉所产生的蒸汽有两局部用途：一局部作为汽轮机的动力源，蒸汽推动汽轮机转动， 带动生产线上的其他生产设备正常运转， 使生产顺利进展； 另一局部蒸汽用作热源，供其他车间生产线提供热源，如原料加热车间、脱水车间、烘烤车间等。此外，在天气严寒的季节里， 该

6、锅炉生产的蒸汽还要为整个工厂和企业的所有办公室、车间、职工宿舍等提供热源暖气，供御寒之用。因此，过路的平安、可靠、稳定运行，对工厂、企业的正常运行和员工的生活、工作、学习等具有重大意义。A、锅炉给燃料气介绍：燃料气煤来源于工厂的储灌，由于储罐的压力不稳，燃烧时产生的热量变化也就很频繁。 因此设计的燃烧控制系统要能及时地消除由于燃料气压力变化不均等因素所引起的燃料方面的扰动， 而应用所学知识， 采用压力信号的燃烧控制系统可以有效满足上述要求。B、锅炉给水介绍：该工厂的给水来自于工厂的自备水库，通过给水泵将水从水库里抽出， 由给水管道， 经给水阀门沿给水管道进入锅炉的汽包中。 由于给水泵是三相电动

7、机拖动水泵运行， 而工厂一带的电网电压、 频率波动较大， 为了维持汽包水位稳定在平安X围内， 需对汽包水位控制系统进展精细设计， 使控制信号驱动给水电磁阀门和给水泵，使二者协调工作，维持正常的平安水位。C、锅炉减温水介绍：用作锅炉过热蒸汽的减温水来自于该工厂的某一生产线产生的清洁温水，约 20左右，由于生产线温水储藏箱中的温水由减温水泵抽出，通过减温水电磁阀门， 沿减温水管道进入减温器， 对过热蒸汽减温。 同样，专业资料整理WORD格式3专业资料整理WORD格式由于工厂附近的电压、频率扰动，对减温水的流量造成扰动，另外，由于蒸汽经过过热器会造成时间上的延迟，因此要及时有效的控制蒸汽温度，必须克

8、制减温水泵的转速扰动和过热器的时间延迟。结合所学理论知识， 经过分析，用串级控制系统对蒸汽温度进展控制能满足要求。D、本锅炉控制系统的控制任务：稳定过热蒸汽的温度、维持汽包水位在规定的X围内、稳定炉膛压力、维持经济燃烧。2 、控制方案的选择2.1 锅炉水位控制系统图 2 锅炉水位控制系2.2 汽包三冲量水位控制系统原理图及框图蒸汽 D给水 G图 3 三冲量水位控制系统原理图专业资料整理WORD格式4专业资料整理WORD格式图 4汽包三冲量水位控制系统框图选用三冲量控制系统的原因： 单冲量控制系统是以汽包水位测量信号为唯一的控制信号，该方法构造简单，但克制不了“虚假水位 的影响 ;双冲量控制系统

9、引入蒸汽流量作为前馈信号， 减少了由于 “虚假水位 带来的变化影响， 但控制作用不能及时克制给水流量的扰动， 当给水发生扰动时， 要等到汽包水位信号变化时才能调节执行器，滞后时间较长。因此本设计中的锅炉采用三冲量控制系统，即调节系统承受三个调节信号:水位 H、蒸汽流量 D 和给水流量 G，三冲量控制是在传统的PID 串级控制上，引入了前馈控制，构成串级前馈复合控制系统。2.3 过热蒸汽温度控制系统图 5 蒸汽温度控制系统2.4蒸汽温度控制系统原理图及框图专业资料整理WORD格式5专业资料整理WORD格式第一过热器减温器第二过热器图 6 蒸汽温度控制系统原理图图七蒸汽温度控制系统框图过热蒸汽温度

10、控制系统常采用减温水流量作为操纵变量，但由于控制通道的时间常数及纯滞后均较大， 组成单回路控制系统往往不能满足生产的要求，因此，可采用如图 7 所示的串级控制系统， 以减温器出口温度为副参数， 可以提高对过热蒸汽温度的控制质量。2.5 锅炉燃烧过程的控制燃烧系统是一个燃料量、送风量、引风量、主蒸汽烟气含氧量、炉膛负压以及燃料的质量和空气含氧量等干扰因素对燃烧系影响，而且存在很强的耦合性。可以将锅炉燃烧系统视为三输入三输出系入量为燃料量、送风量和引风量;输出量为主蒸汽压力、烟气含氧量和炉膛。1、蒸汽压力控制系统，依据蒸汽压力的变化来控制燃料量;2、 2 、炉膛负压控制系统，一般情况下可以根据炉膛

11、负压来控制烟道的翻板或引风机的转速， 以到达稳定炉膛负压的要求，这里设置了一个前馈 蒸汽压力控制器的输出，反映燃料量也即空气量与炉膛负压反响控制的复合控制系统。专业资料整理WORD格式6专业资料整理WORD格式3、如果燃料控制阀阀后压力过高，可能会引起脱火的危险，由过压控制器P2C通过低选器 LS来控制燃料控制阀，以防止脱火；4、如果燃料控制阀阀后压力过低，可能导致回火的危险，由PAL系统带动联锁装置，将燃料控制阀的上游控制阀截断，切断发燃料量的供给。3、控制系统设计3.1系统控制参数确定3.1.1主变量的选择串级控制系统选择主变量时要遵循以下原那么：在条件许可的情况下，首先应尽量选择能直接反

12、响控制目的的参数为主变量；其次要选择与控制目的有某种单值对应关系的间接单数作为主变量；所选的主变量必须有足够的变化灵敏度。综合以上原那么，在本系统中选择送入负荷设备的出口蒸汽温度作为主变量。该参数可直接反响控制目的。3.1.2副变量的选择副回路的设计质量是保证发挥串级系统优点的关键。副变量的选择应遵循以下原那么： 应使主要干扰和更多的干扰落入副回路； 应使主、副对象的时间常数匹配； 应考虑工艺上的合理性、可能性和经济型综合以上原那么，选择减温器和过热器之间的蒸汽温度作为副变量。3.1.3操纵变量的选择工业过程的输入变量有两类：控制变量和扰动变量。其中，干扰时客观存在的，它是影响系统平稳操作的因

13、素，而操纵变量是克制干扰的影响，使控制系统重新稳定运行的因素。操纵变量的根本原那么为： 选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为操纵变量； 在以上前提下，选择变化X围较大的输入变量作为控制变量，以便易于控制； 在的根底上选择对被控变量作用效应较快的输入变量作为控制变量，专业资料整理WORD格式7专业资料整理WORD格式使控制系统响应较快；综合以上原那么，选择减温水的输入量作为操纵变量。3.2调节阀的选择在本系统中，调节阀是系统的执行机构，是按照控制器所给定的信号大小和方向，改变阀的开度，以实现调节流体流量的装置。调节阀的口径的大小，直接决定着控制介质流过它的能力。为了保证系统有较好的流通能

14、力，需要使控制阀两端的压降在整个管线的总压降中占有较大的比例。调节阀的开、关形式需要考虑到以下几种因素： 生产平安角度：当气源供气中断，或调节阀出故障而无输出等情况下，应该确保生产工艺设备的平安，不至发生事故； 保证产品质量：当发生控制阀处于无源状态而恢复到初始位置时，产品的质量不应降低； 尽可能的降低原料、产品、动力损耗； 从介质的特点考虑。综合以上各种因素，在锅炉过热蒸汽控制系统中，调节阀选择气开阀。调节阀的流量特性的选择，在实际生产中常用的调节阀有线性特性、对数特性和快开特性三种，在本系统中调节阀的流量特性选择线性特性。阀门定位器的选用，阀门定位器是调节阀的一种辅助装置，与调节阀配套使用

15、，它承受控制器来的信号作为输入信号，并以其输出信号去控制调节阀，同时将调节阀的阀杆位移反响到阀门定位器的输入端而构成一个闭环随动系统， 阀门定位器可以消除阀膜头和弹簧的不稳定以及各运动部件的干摩擦， 从而提高调节阀的精度和可靠性， 实现准确定位； 阀门定位器增大了执行机构的输出功率， 减少了系统的传递滞后， 加快阀杆的移动速度； 阀门定位器还可以改变调节阀的流量特性。4、报警系统设计本报警系统由检出元件、信号报警器、音响器、按钮等组成。主要的控制参数有汽包水位、蒸汽压力、蒸汽温度、炉膛负压等，本设计所设计的是具有声音专业资料整理WORD格式8专业资料整理WORD格式和闪光的报警系统。当汽包水位

16、、蒸汽压力、蒸汽温度、炉膛负压等过程参数发生越限时，检测元件检测到这个信号后，就会发出信号， 并将其送到信号报警系统，报警系统发出声音和闪光信号，以便现场操作人员及时得知后报警信号，及时按下消音按钮，并采取一定的措施之后， 使锅炉过程参数恢复到平安X围之内，灯光熄灭 . 另外还设置了故障报警：送风机故障报警、引风机故障报警、给水泵故障报警、循环泵故障报警、减温水泵故障报警、送燃料机故障报警等。声光报警装置由扬声器和指示灯组成。5、总结本设计是在结合使所学的过程控制系统与自动化仪表技术和计算机控制技术，联系工厂实际客观情况的根底上， 对该工厂的锅炉控制系统进展的设计。 设计中把整个锅炉控制系统分

17、为三个子系统分别设计： 汽包水位控制系统、 蒸汽温度控制系统和燃烧控制系统。在对锅炉设备充分了解的根底上包括对锅炉的结构、组成、工作过程以及锅炉性能参数等， 对各个子系统被控对象正确确定和合理分析之后，提出了自己的设计方案，进而确定控制规律、传感器、变送器、执行器的选择，最后还对调节器进展了参数整定。整体上看，本次设计是可以的，在工厂现有条件下，根本上能实现对锅炉的自动化调节控制。本论文的缺乏之处： 本论文所用的控制方案大都是基于比拟传统、常规的控制控制理论，而许多先进的控制理论和方案没有涉及；关于设计中的参数整定问题，由于自己操作不熟练、试验设备的精度、不能到工业现场调试等原因，整定的参数可

18、能会不很准确；对于变送器、传感器、执行器的选择，本人对此知之甚少，不太了解，因此所选设备可能会对控制效果造成一定的影响；关于本设计中的软件设计， 由于本人知识和能力有限，也有不妥之处， 也没有设计锅炉的实时自动监控系统和自动记录系统。这些不妥之处当然是可以通再努力来改善解决的。通过仔细而有方案的市场调查， 多与有经历的专业技术人员交流， 多多了解锅炉行业的有关业内动态和先进控制技术的开展，积极主动地学习先进的技术，多在工业现场锻炼自己，积累经历，在现实条件下，以节能、降耗、环保为设计原那么，设计出实用、可靠、而投资又少的控制方案是条很好的途径。专业资料整理WORD格式9专业资料整理WORD格式

19、附录一松开的记忆，飘落的莫名的尘埃，像起伏的微风，拂过脑海，留下一份情愁。一条街，没有那些人，那些身影，却能来回徘徊穿梭。街，行走时，纵然漫长，漫长，有时只为听一颗流动的心的呓语。沉默，倔强，回望，忘记，记住，一切像断了的弦，有时希望生活简单就好，有时却又莫名的颓废其中。有些路，只能一个人走；有些事，只能一个人去经历。粗读加缪、萨特的存在主义，它告诉我，人就是非理性的存在。光秃秃的枝桠、清寂的清晨、流动的阳光，飘落于心，或快意，或寂寥，映照心境，然而，有时却只属于那一刻。总之，一切只是心情。人生的画面一幅幅地剪辑，最后拼凑出的是一X五彩斑斓的水彩画，有艳丽的火红色，凝重的墨黑以及一抹忧郁的天蓝

20、色。人的记忆很奇特，那些曾经的过往，就像一幅幅的背景图，只有一个瞬间，却没有以前或以后。比方，只能记得某个瞬间的微笑，只能在记忆的痕迹寻觅某时刻骑着单车穿过路口拐角的瞬间，却都不知晓为何微笑，为何穿过街角。一切，有时荒谬得像一场莫名情景剧。然而，这就是生活。曾经的梦，曾经的痛，曾经的歌，曾经的热情相拥，曾经的璀璨星空。也许，多年以后，再也见不到的那些人，和着记忆的碎片飘荡而来，曾经伴着我们走过春华秋实。天空蔚蓝，杜鹃纷飞，飞过季节，曾经萍水相逢，欢聚一堂，蓦然回首，唯歌声飘留。让人忆起?米拉波桥?里的诗句：夜幕降临，钟声悠悠，时光已逝，唯我独留。专业资料整理WORD格式10专业资料整理WORD

21、格式人在天涯，绵绵的思绪随着微风飘浮，从布满礁石的心灵海滩上穿过千山万水，来到游荡的身躯里，刻下一篇篇笺章。而这，或许在多年以后，当再次翻动时，原以为什么都已改变，松开的记忆，飘落的莫名的尘埃，像起伏的微风，拂过脑海，留下一份情愁。一条街，没有那些人，那些身影，却能来回徘徊穿梭。街，行走时，纵然漫长，漫长，有时只为听一颗流动的心的呓语。沉默，倔强，回望，忘记，记住，一切像断了的弦，有时希望生活简单就好，有时却又莫名的颓废其中。有些路，只能一个人走；有些事，只能一个人去经历。粗读加缪、萨特的存在主义，它告诉我，人就是非理性的存在。光秃秃的枝桠、清寂的清晨、流动的阳光，飘落于心，或快意，或寂寥，映

22、照心境，然而，有时却只属于那一刻。总之，一切只是心情。人生的画面一幅幅地剪辑，最后拼凑出的是一X五彩斑斓的水彩画，有艳丽的火红色，凝重的墨黑以及一抹忧郁的天蓝色。人的记忆很奇特，那些曾经的过往，就像一幅幅的背景图，只有一个瞬间，却没有以前或以后。比方，只能记得某个瞬间的微笑，只能在记忆的痕迹寻觅某时刻骑着单车穿过路口拐角的瞬间，却都不知晓为何微笑，为何穿过街角。一切，有时荒谬得像一场莫名情景剧。然而，这就是生活。曾经的梦，曾经的痛，曾经的歌，曾经的热情相拥，曾经的璀璨星空。也许，多年以后，再也见不到的那些人，和着记忆的碎片飘荡而来，曾经伴着我们走过春华秋实。天空蔚蓝，杜鹃纷飞，飞过季节，曾经萍

23、水相逢，欢聚一堂，蓦然回首，唯歌声飘留。让人忆起?米拉波桥?里的诗句：夜幕降临，钟声悠悠，时光已逝，唯我独留。人在天涯，绵绵的思绪随着微风飘浮，从布满礁石的心灵海滩上穿过千山万水，来到游荡的身躯里，刻下一篇篇笺章。而这，或许在多年以后，当再次翻动时，原以为什么都已改变，松开的记忆，飘落的莫名的尘埃，像起伏的微风，拂过脑海，留下一份情愁。一条街，没有那些人，那些身影，却能来回徘徊穿梭。街，行走时，纵然漫长，漫长，有时只为听一颗流动的心的呓语。沉默，倔强，回望，忘记，记住，一切像断了的弦，有时希望生活简单就好，有时却又莫名的颓废其中。有些路，只能一个人走；有些事，只能一个人去经历。粗读加缪、萨特的

24、存在主义，它告诉我，人就是非理性的存在。光秃秃的枝桠、清寂的清晨、流动的阳光，飘落于心，或快意，或寂寥，映照心境，然而，有时却只属于那一刻。总之，一切只是心情。人生的画面一幅幅地剪辑，最后拼凑出的是一X五彩斑斓的水彩画，有艳丽的火红色，凝重的墨黑以及一抹忧郁的天蓝色。人的记忆很奇特，那些曾经的过往，就像一幅幅的背景图，只有一个瞬间，却没有以前或以后。比方，只能记得某个瞬间的微笑，只能在记忆的痕迹寻觅某时刻骑着单车穿过路口拐角的瞬间，却都不知晓为何微笑，为何穿过街角。一切，有时荒谬得像一场莫名情景剧。然而，这就是生活。曾经的梦，曾经的痛，曾经的歌，曾经的热情相拥，曾经的璀璨星空。也许，多年以后，再也见不到的那些人，和着记忆的碎片飘荡而来，曾经伴着我们走过春华秋实。天空蔚蓝，杜鹃纷飞，飞过季节，曾经萍水相逢，欢聚一堂，蓦然回首，唯歌声飘留。让人忆起?米拉波桥?里的诗句：夜幕降