工业锅炉控制系统设计

工业锅炉控制方案设计学生学号： 40512205学生姓名： 曹新龙专业班级：自动化12102指导老师： 赵莹萍目 录引言 3文献综述 4锅炉的基本构造 4锅炉的工作原理及过程 6燃料的燃烧过程 6水的汽化过程 6烟气向水的传热过程 7总体方案设计 9蒸汽温度控制系统 9蒸汽压力控制系统 9汽包液位控制系统 10炉膛负压控制系统 10报警系统 10具体方案实施 12控制系统的硬件选型 12传感器的选型 12变送器 13常规控制器的控制规律及其选择 13变频器 13测速发电机 14计算机控制模块 14控制系统具体选型 14具体选型见表3.1和表3.2所示。 14硬件组成 19软件组成 19控制台 19参考文献 21引 言进而将热能传递给水，以生产热水和蒸汽。为了提高热量及效率，锅炉向着高压，高温和大容量等方向发展。供热锅炉，除了生产工艺有特殊要求外，所生产的热水不需要过高温的压力和温度，容量也无需很大。随着生产的发展，锅炉日益广泛的应用于工业生产的各个领域，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代化的建设中，能源的需求是非常大的，然而我国的能源利用率极低，所以提高锅炉的热效率，具有极为重要的实际意义。此外，锅炉是否能应地制宜地有效地燃用地方燃料，并减轻劳动强度，保证锅炉额定运行及运行效率，安全可靠地供热等课题。锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、分布广，我国现有中、小型锅炉30大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状本课题的主要方向就是采用过程控制对工业锅炉进行控制，采用先进的控制算法，以达到优化技术指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争能力的作用。1 文献综述在各种工业企业的动力设备中，锅炉是重要的组成部分,所以锅炉的性能至关重要。要设计一套完整的、性能良好的工业燃烧锅炉，首先就必须了解一般燃烧锅炉的基本构造和燃烧过程。锅炉的基本构造热能，并通过热传递把能量传递给水，把水变成蒸汽或热水，蒸汽或热水直接供给工业和生活中所需要的热能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的1.1锅炉的主要设备包括气锅、炉子、炉膛、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、燃烧设备、引风设备、送风设备、给水设备、空气预热器、水处理设备、燃料供给设备以及除灰除尘设备等。管簇内发生自然的循环流动，并逐渐气化，产生的饱和蒸汽积聚在上锅筒里面。炉子：是使燃烧从充分燃烧并释放出热量的设备。炉膛：保证燃料的充分燃烧，并使水流受热面积达到规定的数值。锅筒：使自然循环锅炉各受热面能适应负荷变化的设备（流锅炉内无锅筒。）水冷壁：主要是辐射受热面，保护炉壁的作用。热器一般都装在炉膛出口。从而延长了汽包的使用寿命。燃烧。引风设备：包括引风机、烟道和烟囱等几部分。用它将锅炉中的烟气连续排出。给水设备：由水泵和给水管组成。要的空气，是一个换热器。省煤器出口烟温度高，装上空气预热器后，可以进一步降低排烟温度，也可改善燃料着火和燃烧条件，降低不完全燃烧所造成的损失，提高锅炉机组的效率。炉受热面上结水垢或腐蚀。需燃料供应。除灰除尘设备：是收集锅炉灰渣并运往储灰场地的设备。此外，除了保证锅炉的正常工作和安全，蒸汽锅炉还必须装设安全阀、水位表、高低水位报警器、压力表、主气阀、排污阀和止污阀等，还有用来消除受热面上积灰的吹灰器，以提高锅炉运行的经济性，本设计由于篇幅其间，则就不必考虑这些问题了。汽包汽包汽水分界面蒸汽出口省煤器锅炉给水泵烟囱给水调节阀煤斗炉排空气预热器鼓风机除尘器锅炉引风机1.1锅炉的工作原理及过程锅炉是一种生产蒸汽的换热设备。它通过煤油或燃气等燃料的燃烧释放出化学能，并通过传热过程将能量传递给水，使水转变为蒸汽，蒸汽，或通过汽轮发电机转变为电能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能最有效地转变为蒸汽的热能。因此，近代锅炉亦称为蒸汽发生器。锅炉的工作过程概括起来应该包括三个同时进行的过程程、水的汽化过程、烟气向水的传热过程。燃料的燃烧过程首先将燃料（这里用煤）排接电动机通过变速齿轮箱减速后由链轮来带动，将燃料煤带入炉内。燃料一面燃烧，一面向后移动，燃料所需要的空气是由风机送入炉排腹中风仓后，向上穿过炉排到达燃料层，进行燃料反应形成高温烟气。燃料燃烧（若是燃气式锅炉就没有这一部分了）这整个过程称为燃烧过程。水的汽化过程蒸汽所产生的过程是借助于上锅筒内设的汽水分离装置身空间的重力分离力作用，使汽水混合物得到分离。蒸汽在上锅筒顶部引出后，进入蒸汽过热气，而分离下来的水仍回到上锅筒下半部的水中。锅炉中的水循环，也保证与高温烟气相接触的金属受热面的以冷却而不被烧坏，是锅炉能长期安全运行的必要条件。而汽水混合物的分离设备则是保证蒸汽品质和蒸汽过热可靠工作的必要的设备。烟气向水的传热过程以降低排烟温度提高锅炉效率，从而节省了燃料。以上就是一般锅炉工水的过程，一个锅炉进行工作，其主要任务是：(1)要是锅炉出口蒸汽压力稳定。保证燃烧过程的经济性。保持锅炉负压恒定。通常我们是炉膛负压保持在微负压（ -10～80P。为了完成上述三项任务，我们对三个量进行控制：燃料量，送风量，引风量。从而使锅炉能正常运行。难点分析由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双冲量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。总体方案设计为蒸汽温度控制系统、蒸汽压力控制系统、汽包液位控制系统以及炉膛负压控制系统。下面分别对这几个子系统的设计进行详细的介绍。蒸汽温度控制系统干扰的影响，所以必学对蒸汽的温度加以控制，以在一定范围内得到温度相对恒定的蒸汽。影响蒸汽温度的主要因素是给煤量以及空煤比，所以我们采用了串级比值控制系统分别控制给煤量以及给风量。另外，影响蒸汽温度的因素还有给水量、蒸发量以及引风量等，又考虑到了控制系统相应的快速性，我们又将给水量和蒸发量作为蒸汽温度控制的前馈量构成前馈控制系统。即采用前馈比值串级控制系统对蒸汽温度进行控制，其控制系2.12.1蒸汽温度控制系统结构框图蒸汽压力控制系统有可能导致爆炸等安全事故的发生。所以必须保证锅炉的压力处于一个适中的范围内，即必须对锅炉压力加以控制。上述蒸汽温度控制系统在控制蒸汽温度的同时就直接影响了蒸汽压力，在次不详加介绍。压力控制系统分为安全压力控制系统和超压控制系统统是锅炉压力在安全压力范围之内的控制系统，其主要完成的功能是在安全的基础上对压力进行调节，使压力维持在一定的范围内，以得到需要的蒸汽压力，保证蒸汽质量；超压控制系统是锅炉压力超压时所采用的压力控制系统，其主要完成的功能是当压力超出某以压力上限的设定值时，迅速打开安全阀，使压力迅速降低，直到降到安全范围内后又迅速关闭安全阀。其中安全压力控制系统采用串级控制，而超压控制系统采用单回路控制，所以蒸汽压力控制系统是一个综合的控制系统，从某种意义上讲，可以将其归入分程控制系统一类，其结构框图见图2.2所示。2.2蒸汽压力控制系统结构框图汽包液位控制系统事故；反之，如果汽包液位过低，锅炉很有可能会被烧坏，甚至导致爆炸等安全事故。条件不变的情况下，蒸发量越大，液位越低，而给水量越大则液位越高，反之则反。其中蒸发量是由工业的需要所决定的，而给水的主要作用就是用以维持汽包液位的，所以我们选择给水量作为操纵量对汽包液位进行控制，又因为考虑到系统相应的平稳性和快速性，除采用串级控制外，还将蒸发量引入前馈通道，对系统进行前馈串级控制，其控制系统的结构框图2.32.3汽包液位控制系统结构框图炉膛负压控制系统如果炉膛负压太小，甚至为正，则炉膛内烟气过多，甚至烟气向外冒，影响设备和操作人员的安全；反之，炉膛负压过小，会使冷空气漏进炉膛内，从而是热量损失增加，降低燃烧效率。所以必须对炉膛的压力进行控制。2.42.4炉膛负压控制系统结构框图报警系统因为系统的运行并不是100%的，所以难免某些控制变量会超出可控或安全的范围，当出现这类情况时，随时都有可能危及到现场操作人员以及工作设备等的安全，所以必须对这类情况给出相应的报警提示，即必须安装相应的报警系统，用以提示操作人员做出相应的必要操作，在某些可能出现安全事故的情况下还有用于提示人员疏散等紧急措施。系统、液位报警系统和负压控制系统，分别对蒸汽温度、蒸汽压力、汽包液位和炉膛负压进行超限报警提示。在锅炉的控制系统中，系统分别对蒸汽温度、蒸汽压力、汽包液位和炉膛负压设置了上下限值。报警系统就是当相应的实测值低于（或高于）其相应的下限（或上限）值时给出相应的下（上）限报警，这些功能均由软件完成，与此同时，控制系统还会做出相应的反应，使相应的变量值进入相应的极限范围，然后撤销相应的报警提示。具体方案实施控制系统的硬件选型传感器的选型能量形式的装置。信号处理电路用于处理信息，而输出器件是一种利用已处理过的信号的装置、显示或动作。温度传感器我们经过充分考虑决定选用镍铬—镍硅热电偶。这种热电偶分度号为“-20—120其特点是测温范围很宽，热电动势与温度关系近似线性，热电动势大及价BS端温度的单值函数。由于热电偶的分度表是以冷端温度为零时作出的，因此，在使用时要正确地反映热端温度，必须使冷端温度恒定为零。这样我们就需要进行一些补偿措施。温法。补偿导线法。计算修正法。电桥补偿法。其中，电桥补偿法的连接电路如图3.1所示。3.1电桥补偿法连接电路流量传感器、压力传感器器都统一装在了变送器上，即信号同时在变送器中测知，并且把它变成4~20mA变送器变换，输出一个统一的相应的气压或电流信号，再传送到指示记录仪、运算器和调节器，供指示、记录和调节使用。在本次设计中我们主要用到的差压变送器是DDZ—IIIP1P2F1FF分解成F2和F2M4-20mA直流电流又流过电磁反馈装置的反馈动圈产生的力矩M1M2I常规控制器的控制规律及其选择务的元部件构成的，这些元部件各自都有本身的动态和静态特性、控制方案以及干扰的形式和幅值。一般说来，被控对象、执行机构、检测变送器等元部件一旦选定，其特性就被固定下来了，所以，设计的剩下的一项主要任务就是确定控制规律、合理地选择控制器的形式及参数，以得到最佳的控制质量。变频器给电动机提供频率可变电源的设备就是变频器对变频器的选型要从容量、输出电压、输出频率、保护构造、U/F（电压/频率）模式、电网→逆变器的切换、瞬停，再启动等方面进行综合考虑，进而选择满足要求的机种、机型。测速发电机测速发电机的功能是将机械转速换为相应的电压信号计算机控制模块快速性，安全性等的性能指标得到很大的提高。控制系统具体选型SBWR-0404P分度：PT100分度：PT1003.1SBWR-0404P分度：PT100分度：PT100检测点3.1仪表名称控制系统选型（一）规格 型号安装地点炉膛温度镍铬-镍硅热电偶插深：1=1000量程：0～1200℃WRN-120分度号：K炉体温热电偶温度变送器配电器量程：0～1200℃分度号：K双回路供电：DFPX-210024V-DC传感器之后控制柜后架装烟温镍铬-镍硅热电偶插深：1=1000量程：0～1200℃WRN-120分度号：K炉体省进烟温铂电阻温度计插深：1=1000WZP-220省进烟管省出烟温铂电阻温度计插深：1=1000WZP-220省出烟管

铂电阻温度计铂电阻温度计铂电阻温度计铂电阻温度

插 深 1/L=150/300分度号：PT100插 深 1/L=150/300分度号：PT100插 深 1/L=300/450分度号：PT100插 深

WZP-220WZP-220WZP-220

省进水管省出水管热水管上回水温度

计热电阻温度

1/L=300/450分度号：PT100

WZP-220 热水管上与回水在回水温度 量程：0～1200℃SBWZ-0703P变送器双回路供电：

一起控制柜后配电器

24V-DC

DFPX-2100架装室外温度

铂电阻温度500×500

WZPW-30 室外计 分度号：PT100室内温度

铂电阻温度500×500

WZPW-30 室内计 分度号：PT100检测点仪表名称炉膛负压检测点仪表名称炉膛负压差压变送器规格C1124V-DC量程:-1000～0Pa型号安装地点SBCC-13-1312/032炉体后侧压配电器DFPX-2100控制柜后架装力省进烟压压力变送器配:1/2-14npt压件C11引SBYC-13112/032炉体后侧省出烟压压力变送器量程:-2000～0PaSBYC-13112除尘间引风机压力

配电器压力变送器

配:1/2-14nptC11双回路供电：DFPX-210024V-DC量程:-4000～0PaSBYC-13112配:1/2-14npt引压件C11鼓风机压力压件C11鼓风机压力压力变送器量程:0～4000Pa配:1/2-14npt引C11配电器24V-DC量程:0～1Pa热水压力配:1/2-14npt引压件C11量程:0～1Pa回水压力压力变送器配:1/2-14npt引压件C11配电器24V-DC：量程:0～1Pa补水压力压力变送器配:1/2-14npt引压件C11测量范围：0～热水流量差压配电器640Kpa配：三阀组T1SBYC-13112/032DFPX-2100SBYC-27112/031SBYC-27112/031DFPX-2100SBYC-27112/031

控制柜后架装除尘间除尘间控制柜后架装炉体后侧循环泵房控制柜后架装水泵间流量 孔板配电器速 引风机调交流变频器

包括：环室，跟部阀，法兰24V-DC功率：75KW

SBBC-14112/031LGBH-1501ADFQX-2100ACS-501-06

炉体后侧控制柜后架装低压配电速鼓风机调速

输入输出：4Q型手操器 20MaDC供电交流变频器 功率：35KW输入输出：4Q型手操器 20MaDC供电：24V-DC锅炉微型控包括：主控制制器 副控制柜3.2控制系统选型（二

0-3DFQX-2100ACS-501-025-3DFQX-2100

室控制柜上低压配电室控制柜上控制室控单元 MCU---ll冗CPUPentiumⅡ以上内存以上余型 128KB 中断级显示器网卡

PC123T∕19″MET---100以速率为100Mbps太网卡Hub

ET---HUB

16端口以太网Hub端子底座

普通端子底连接现场信号座模拟量的输入PLC818H161212D/A，输出模块手操模块电源模块

（2）HSFMHSFM

16位D/lO人工操作控制输出,保证系统的可控性交流供电：220VAC±30％，50Hz±1Hz输出功率：24∨，4A二次显示仪表 CH—92可处理八路模拟输入信号自动切换显示操作台 2P500MACSFB006打印机工业配线箱

HP1120CPCLK—1050执行器报警器氧化锆

LKJ型(环境温度：–25～+55℃）GDAW—2000高、低限报警（由软件设置）O