热电厂锅炉炉膛温度控制专业课程设计项目说明指导书.doc
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1、内蒙古科技大学本科生过程控制课程设计阐明书题 目:热电厂锅炉炉膛温度控制系统设计学生姓名:何栋学 号:专 业:测控技术与仪器班 级:测控07-3班指引教师:孙采鹰教师摘要 锅炉是热电厂重要且基本设备 ,其最重要输出变量之一就是主蒸汽温度。主汽温度自动调节任务是维持过热器出口汽温在容许范畴内 ,以保证机组运营安全性和经济性。如果该温度过高 ,会使锅炉受热面及蒸汽管道金属材料蠕变速度加快 ,减少使用寿命。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汽缸、汽阀、前几级喷嘴和叶片、高压缸前轴承等部件寿命缩短 ,甚至损坏;如果该汽温过低 ,会减少机组循环热效率 ,普通汽温每减少5 10 ,
2、效率约减少1 % ,同步会使通过汽轮机最后几级蒸汽湿度增长 ,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疲劳 ,还将引起汽轮机汽缸和转子胀差变化 ,甚至产生激烈振动 ,危及机组安全 ,因此有效精准控制方略是十分必要锅炉炉膛温度控制效果直接影响着产品质量,温度低于或者高于规定期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 范畴内。核心词:热电厂;锅炉;炉膛温度;串级控制目 录引 言4第一章热电厂工艺流程及规定5第二章锅炉工艺流程及控制规定72.1锅炉工艺流程72
3、.2锅炉控制规定8第三章锅炉炉膛温度分析9第四章锅炉炉膛温度控制系统设计114.1炉膛温度控制理论数学模型114.2炉膛温度控制办法选取124.3 系统单元元件选取124.3.1温度检测变送器选取124.3.2流量检测变送器选取134.3.3主、副调节器正反作用选取154.3.4主、副回路调节器调节规律选取154.3.5控制器仪表选取164.3.6控制阀选取18第五章锅炉炉膛温度控制系统工作原理18第六章总结19参照文献20引 言随着当代工业生产迅速发展 ,对工艺操作条件规定更加严格 ,对安全运营及对控制质量规定也更高 。而单回路控制系统往往不能满足生产工艺规定 ,在这样状况下 ,串级控制系统
4、应运而生 。锅炉温度串级控制系统生产工艺规定 :(1) 可以实现对整个锅炉系统工艺流程控制 。(2) 可以自动控制锅炉温度 ,并达到所需精度 。(3) 有良好人机界面 ,能以便地在线修改参数 ,并以动画实现数据和流程“可视化 。工程控制是工业自动化重要分支。几十年来,工业过程控制获得了惊人发展,无论是在大规模构造复杂工业生产过程中,还是在老式工业过程改造中,过程控制技术对于提高产品质量以及能源节约都起着重要作用。生产过程是指物料通过若干加工环节而成为产品过程。该过程中普通会发生物理化学反映、生化反映、物质能量转换与传递等等,或者说生产过程体现为物流过变化过程,随着物流变化信息涉及物流性质信息和
5、操作条件信息。生产过程总目的,应当是在也许获得原料和能源条件下,以最经济途径,将原物料加工成预期合格产品。为了打到目的,必要对生产过程进行监视和控制。因而,过程控制任务是在理解生产过程工艺流程和动静态特性基本上,应用理论对系统进行分析与综合,以生产过程中物流变化信息量作为被控量,选用适当技术手段。实现生产过程控制目的。第一章 热电厂工艺流程及规定1.1 热电厂生产工艺原煤通过制粉系统将大块煤转化成可供锅炉燃烧煤粉,生水通过水解决系统再通过除盐解决而除去水质里钙、镁、钠等盐分子,然后通入锅炉,锅炉里煤粉和通入热空气通过一定比例混合后燃烧使得锅炉产生蒸汽,这些高温蒸汽通过汽轮机,使得汽轮机高速运转
6、产生旋转机械能,发电机连接着汽轮机,发电机将汽轮机产生旋转机械能转化成电能,这些电压不定电力在主变压器作用下变成一定电压电量,通过高压远程输电送入各个电网输送到全国各地热电厂是联合生产电能和热能发电厂。热电厂供热系统是运用汽轮机同步生产电能和热能热电系统作为热源。以热电厂作为热源不但热能运用效率高,同步有助于环保。以热电厂作为热源供热系统称为热电厂集中供热系统。集中热水供应系统重要由热媒系统,热水供应系统和附件三个某些构成。热媒系统由热源,换热器和热媒管网构成。由锅炉生产蒸汽通过热媒管网送到换热器加热冷水,变成高温水通过热媒管网供暖。通过热互换蒸汽变成冷凝水,大某些和新补充软化水经冷凝循环泵再
7、送回锅炉加热成蒸汽,如此循环完毕热传递过程。热水供水系统由热水配水管网和回水管网构成。被加热到一定温度冷水,从换热器出来,经配水管网送至各个热水配水点,而换热器冷水由高位水箱或给水管网补给。供热后热水经回水管使一定量热水通过循环水泵再流回换热器。热电厂包具有火力发电厂车间、水解决车间和热力车间三个某些。其中火力发电厂流程为燃料化学能蒸汽热势能机械能电能。在锅炉中,燃料化学能转变为蒸汽热能;在汽轮机中,蒸汽热能转变为轮子旋转机械能;在发电机中机械能转变为电能。水解决系统就是为了产出电导率0.6 us/cm锅炉用水。热电厂重要是有两个阴床,两个阳床和两个混床,在其工作时候,分别就一种工作,另一种重
8、要是备用。此外,热力车间燃气蒸汽联合循环发电装置普通由燃气轮机、原料气压缩机、蒸汽轮机、余热锅炉、热互换器、发电机等构成。燃气轮机燃料重要有油、高炉煤气、水煤气、炼油长气等,如下图(1-1)图(1-1)热电厂生产工艺流程图第二章锅炉工艺流程及控制规定2.1锅炉工艺流程由于锅炉设备使用燃料、燃烧设备、炉体形式、锅炉功用和运营规定不同,锅炉有各种各样流程。常用流程如图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、汽包及循环管构成。燃料和热空气按照一定比例进入燃烧室燃烧,产生热量传递给蒸汽发生系统,产生饱和蒸汽,然后通过热器,形成一定汽温过热蒸汽,汇集至蒸汽母管。压力为过热蒸汽,经
9、负荷设备调节阀供应生产负荷使用。与此同步,燃烧过程中产生烟气,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锅炉控制规定依照生产负荷不同需要,锅炉需要提供不同规格(压力和温度)蒸汽,同步,依照安全性和经济性规定,是锅炉安全运营和完全燃烧,锅炉设备重要控制规定如下。1、供应蒸汽量适应负荷变化需要或者保持给定负荷;2、锅炉供应用汽设备蒸汽压力应当保持在一定范畴内;3 、过热蒸汽温度保持在一定范畴;4、汽包水位保持在一定范畴;5、保持锅炉燃烧经济性和安全性;6 、炉膛负压保持在一定范畴内。依照上述规定,锅炉设备重要控制系统见表2.1.表2.1
10、 锅炉设备重要控制系统控制系统被控变量操纵变量控制目锅炉给水控制系统锅炉汽包水位给水流量锅炉内产生蒸汽和给水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平衡燃烧完全和经济性锅炉运营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温度和安全性第三章锅炉炉膛温度分析火电厂锅炉炉膛由于采用燃料为煤粉,在燃烧过程中,炉膛和汽包之间传热过程是一种相称复杂过程,炉膛温度动态特性具备普通大滞后、时变、非线性和不对称性等特点。在过程控制中,为了以便设计,同步又在一定规定范畴内,咱们普通把锅炉炉膛温度动态特性看作是一种线性系统。可以用如下传递函数描述。具备时滞一阶环节 (0
11、.1) 具备时滞二阶环节 (0.2) 在现场环境中,炉膛内温度变化是时时刻刻,很难用一种固定数学公式将炉温变化规律总结出来。但是咱们要对炉膛内温度进行控制就必要要对炉膛内温度变化进行一种规律总结,因此在规定规定范畴内,对某些状况进行近似解决是很合理和必要。在普通状况下,咱们给定炉膛一种温度值,作为系统给定,使锅炉炉膛在这个给定温度状态下工作。这个温度变化又是和炉内燃料燃烧量和炉体总散热量有关。对于火电厂锅炉来说,炉体容量、构造、检测元件及其安放位置等都影响着滞后大小。它不是一种单一问题,是一种系统问题(容积滞后时间就是级联各个惯性环节时间常数之和)。纯滞后产生根源也要从整个测量系统来考虑,并且
12、与温度高低关于。热量从热源传到温度传感器要通过各种热阻与热容相串联热惯性环节,而串联多容对象会产生等效纯时滞后。随着温度升高,辐射传热比例增大,辐射具备穿透性,使传热途径缩短,传热速度加快。因此纯滞后时间会随温度升高而减小。由于火电厂锅炉使用燃料是煤粉,即锅炉能量来源方式是通过化学燃料燃烧获得能量,同步,炉膛内能量散发形式又是以炉膛炉体热量散失,对汽包进行热量传导进行散失等各种途径进行,因此炉膛内温度变化是一种相称复杂过程,是一种非线性变化过程。从模型参数上看,在锅炉炉膛整个温度调节范畴内,对象增益、容积滞后时间和纯滞后时间普通是与工作温度与负载变化关于变参数,并且参数变化量与温度变化量之间是
13、非线性关系。由于锅炉炉膛内温度是高温段,在高温段,温度变化纯滞后时间和过程增益将比低温段有明显减少,而时间常数则明显增大。锅炉作为一种高负荷运转设备,特别是火电厂内锅炉,长期处在高负荷运转下,随着运营时间变化,其各项性能都会逐渐发生变化,特别是随着使用时间增长,炉子保温隔热材料会逐渐老化,炉膛内部由于长期处在高温环境中,炉体保温、密封性能变差,通过炉体向外散失热量增大。此外,锅炉初次使用和久停后再用时,由于绝热保温材料中水分大,炉膛温度特性差别也是很大。此外,随着季节变换,锅炉运营外部环境温度也是经常变化,冬天外部环境相对较冷,炉体散热较快;夏天气温炎热,炉体散热相对会较慢。如此种种因素都会引
14、起炉膛温度特性变化,但变化速度十分缓慢而不明显。火电厂锅炉炉膛温度具备大惯性、大滞后特性。在炉膛整个温度范畴内,对象增益、容积滞后时间、纯滞后时间都是与工作温度关于变参数。从传热原理可知,这些参数也与负荷变化关于。在锅炉设计工作温区,在工作点附近小范畴内其动特性接近于线性,较容易控制,用常规PID调节器也能控制得较好,但不能经受太大扰动,也不可以大范畴地跟踪变化较快给定信号。对于常规仪表,大范畴地变化温度要靠手动,仅当温度接近给定值时方可投入自动。依照以上分析,可以以为火电厂锅炉炉膛温度是一种具备大容积滞后和大纯滞后对象。在整个炉膛温区内,其动态参数随锅炉工作温度变化,在工作点附近小温度范畴内
15、,炉膛动态特性近似线性。第四章锅炉炉膛温度控制系统设计4.1炉膛温度控制理论数学模型依照以上分析可知,炉膛温度问题是比较复杂。对炉膛温度动态特性进行分段线性化,则在每个较小温度区间,锅炉炉膛燃料流量炉膛温度系统动态特性可近似地用一种惯性环节和一种纯滞后环节串联简化模型来表征,即: (1) 其中K。为过程增益,为过程纯滞后时间,To为过程等效容积滞后时间。在锅炉炉膛整个温度范畴内,对象增益、容积滞后时间和纯滞后时间都是炉膛温度和负载非线性函数。K。随锅炉炉膛内温度升高而减小,To随锅炉炉膛内温度升高而增大。机理建模和计算机仿真分析以及实验辨识等也证明了这一模型可行性。4.2炉膛温度控制办法选取以
16、锅炉炉膛温度为主被控量、燃料和空气并列为副被控变量串级控制系统。其中,两个并列副环具备逻辑比值功能。使该控制系统在稳定工作状况下保证空气和燃料最佳比值,也能在动态过程中尽量维持空气、燃料在最佳比值附近。4.3 系统单元元件选取4.3.1温度检测变送器选取热电偶温度变送器与各种测温热电偶配合使用,可将温度信号线性地转换成为420mADC电流信号或15VDC电压信号输出,它是由量程单元和放大单元两某些构成。热电偶温度变送器重要特点是采用非线性负反馈回路来实现线性变化。类 别材 质分 度 号测 量 范 围热电偶镍铬-康铜E0-1000范畴内任选镍铬-镍硅K0-1300范畴内任选铂铑10-铂S0-16
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