毕业设计（论文）锅炉燃烧系统的控制系统设计

1、目录 1 锅炉工艺简介.1 1.1 锅炉的基本结构.1 1.2 工艺流程.2 1.2 煤粉制备常用系统.3 2 锅炉燃烧控制 .4 2.1 燃烧控制系统简介.4 2.2 燃料控制.4 2.2.1 燃料燃烧的调整.4 2.2.2 燃烧调节的目的.5 2.2.3 直吹式制粉系统锅炉的燃料量的调节.6 2.2.4 影响炉内燃烧的因素.7 2.3 锅炉燃烧的控制要求.11 2.3.1 锅炉汽压的调整 .11 3 锅炉燃烧控制系统设计.14 3.1 锅炉燃烧系统蒸汽压力控制 .14 3.1.1 该方案采用串级控制来完成对锅炉蒸汽压力的控制.14 3.2 燃烧过程中烟气氧含量闭环控制.17 3.2.1 锅

2、炉的热效率 .18 3.2.2 反作用及控制阀的开闭形式选择.20 3.2.3 控制系统参数整定 .20 3.3 炉膛的负压控制与有关安全保护保护系统 .21 3.3.1 炉膛负压控制系统.22 3.3.2 防止回火的连锁控制系统.23 3.3.3 防止脱火的选择控制系统.24 3.4 控制系统单元元件的选择（选型）.24 3.4.1 蒸汽压力变送器选择.24 3.4.2 燃料流量变送器的选用 .25 4 dcs 控制系统控制锅炉燃烧.26 4.1 dcs 集散控制系统.26 4.2 基本构成.28 4.3 锅炉自动燃烧控制系统.31 总结 .34 致谢 .35 参考文献 .36 1 锅炉工艺

3、简介 1.1 锅炉的基本结构 锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。 1、锅炉本体 锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器、构架和 炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的 部件是炉膛和锅筒。 炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上进行火床燃烧的 炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料喷入火室燃烧的 炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧、适于燃烧劣质 燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转并强烈火烧的圆 筒形炉膛称为旋风炉。 炉膛的横截面一般为

4、正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火 焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面 上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。 炉膛的结构、形状、容积和高度都要保证燃料充分燃烧，并使炉膛出口的烟气温度降 低到熔渣开始凝结的温度以下。 当炉内的温度超过灰熔点时，灰便呈熔融状态。熔融 的灰渣颗粒在触及炉内水冷壁管或其他构件时会粘在上面。粘结的灰粒逐渐增多,遂形 成渣块,称为结渣。结渣会降低锅炉受热面的传热效果。严重时会堵塞烟气流动的通道， 影响锅炉的安全和经济运行。 一般用炉膛容积热负荷和炉膛截面热负荷或炉排热负荷 表示其燃烧强烈程度。

5、炉膛容积热负荷是单位炉膛容积中每单位时间内释放的热量。 在锅炉技术中常用炉膛容积热负荷来衡量炉膛大小是否恰当。容积热负荷过大，则表 示炉膛容积过小，燃料在炉内的停留时间过短，不能保证燃料完全燃烧，使燃烧效率 下降；同时这还表示炉墙面积过小，难以敷设足够的水冷壁管，结果炉内和炉膛出口 处烟气温度过高，受热面容易发生结渣。室燃炉的炉膛截面热负荷是单位时间内单位 炉膛横截面上燃料燃烧所释放的热量。在炉膛容积确定以后，炉膛截面热负荷过大会 使局部区域的壁面温度过高而引起结渣。层燃炉的炉排热负荷是单位时间内燃料燃烧 所释放的热量与炉排面积的比值。炉排热负荷过高会使飞灰大大增加。 炉膛设计需要 充分考虑使

6、用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的 燃料时，锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。 锅筒它是自然循环和多次强制循环锅炉中接受省煤器来的给水、联接循环回路， 并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒筒体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重 的部件之一。 锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和 泥渣，以避免含有高浓度盐分和杂质的锅水随蒸汽进入过热器和汽轮机中。这些盐分 和杂质如在过热器管和汽轮机通道上发生结垢、积盐和腐蚀，会影响设备的经济安全 运行。锅炉出口的蒸汽一般都有一定的质量标准。锅筒内部装置包括汽水分离和蒸汽 清洗装置、给水分配管、排污和加药设

7、备等。其中汽水分离装置的作用是将从水冷壁 来的饱和蒸汽与水分离开来，并尽量减少蒸汽中携带的细小水滴。中、低压锅炉常用 挡板和缝隙挡板作为粗分离元件。中压以上的锅炉除广泛采用多种型式的旋风分离器 进行粗分离外，还用百叶窗、钢丝网或均汽板等进行进一步分离。随着水处理技术的 提高，蒸汽分离装置趋向于简化和定型化。排污装置（包括连续排污和定期排污）能 在锅炉运行中排出一部分含有较高盐分和泥渣的锅水。锅筒上还装有水位表、安全阀 等监测和保护设施。 2、辅助设备 除锅炉本体外，在电站锅炉中还有许多配套的辅助设备：煤粉制备系统，把原煤 磨成粉，以利煤的充分燃烧，包括给煤机、磨煤机、排粉机、粗粉分离器和煤粉管

8、道 等； 送、引风系统，向锅炉供给燃烧需要的空气及将煤燃烧后的烟气排出锅炉，包括 送风机、引风机和烟风道等； 给水系统，包括给水泵、阀门和管道等； 水处理系统（见锅炉水处理） ； 灰渣清除系统，包括碎渣机、出渣机、除尘器等； 自动控制和监测系统（见锅炉自动控制、锅炉汽温调节）。 1.2 工艺流程 燃烧的煤层厚度通过闸板控制，炉排转速可由交流变频调速电机控制。尾部受热 面有省煤器和空气预热器。 图 1.1 锅炉结构和工艺流程示意图 给水通过省煤器预热后给锅炉上水，空气经空气预热器后由炉排左右两侧留个风 道进入，烟气通过除尘器除尘，由引风机送至烟囱排放，主蒸汽经过过热器送至汽柜 和用汽部门。鼓风机

9、、引风机都是由交流变频器来控制，通过调节鼓风机、引风机的 速度来实现控制鼓风量、引风量。 热电厂是利用煤和天然气作为燃料发电、产汽的，这也是目前世界上主要的电能 生产方式。生产工艺是将燃料送入炉膛内燃烧，放出的热量将水加热成为具有一定压 力和温度的过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机膨胀做功，高速气流冲击汽轮机叶片带动 转子旋转，同时带动同轴发电机转子发电。热电厂锅炉将经过处理后的除盐水加热至 430 度(根据汽机工况)左右的过热蒸汽送入汽轮机,推动汽轮机保持每分钟 3000 转的速 度带动同轴的发电机旋转,通过同轴励磁机产生的直流电输入发电机转子,在静子上产 生感应电势,同时作过功的余汽可用来当作供

10、热源 1.2 煤粉制备常用系统 直吹式制粉系统:磨好的煤粉直接全部送入炉膛中燃烧，宜采用中速和高速磨煤 机，适用于磨较软的烟煤和褐煤。缺点是磨煤机的出力和煤粉细度与锅炉负荷有关， 因而随着锅炉负荷的变化需调整磨煤机的运行台数，并且研磨部件容易磨损。中速磨 煤机直吹式制粉系统又分为正压式与负压式两种。近代大容量锅炉多采用正压系统。 中间储仓式制粉系统:特点是磨煤机的出力和煤粉细度与锅炉负荷无关,适于采 用可磨制各种硬度煤种的钢球磨煤机。缺点是设备较直吹式复杂，磨煤机耗电量较大， 空载与满载时耗电量相差不大，故应使其常在满载下运行。 按煤粉燃烧器结构分类 煤粉燃烧器是将煤粉送入炉膛进行燃烧的设备。

11、 旋流式燃烧器:携带煤粉的一次风和不带煤粉的二次风分别用不同管道与燃烧器 连接。煤粉与空气能充分混合并形成回流区。每台锅炉可配置 448 只燃烧器。 直流式燃烧器：喷口成狭窄形,其一、二次风在燃烧器中都不旋转。煤粉在其中 能完全燃烧。 受热面分蒸发受热面和过热受热面。现代大、中型锅炉均以水冷壁构成炉膛，由 此水冷壁（即受热面）吸收炉内辐射热使水蒸发成饱和蒸汽。为不增加炉膛容积而增 加辐射受热面，大型锅炉可采用双面曝光的水冷壁。过热受热面可分为布置于炉膛上 部的屏式过热器受热面和布置于对流烟道内的对流过热器受热面。前者吸收炉内辐射 热；后者吸收对流热。 空气预热器装于锅炉烟道尾部，用以回收烟气余

12、热，提高助燃空气的温度。高参 数、大容量的锅炉为提高热风温度(300),常需使空气预热器与省煤器分级交叉布置。 2 锅炉燃烧控制 2.1 燃烧控制系统简介 在锅炉运行中，燃烧调整通常由燃烧控制系统来完成。燃烧控制系统由燃料量控 制系统、风量控制系统和炉膛风压控制系统三大部分组成。燃烧控制系统的任务是根 据机炉主控制器来调节燃料量、送风量和炉膛风压，使锅炉在安全、经济条件下调节 至负荷指令的要求。 增减燃料量信号同时调节燃料量与送风量，使风煤流量匹配。送风量作为炉膛风 压调节的前馈信号，使引风量跟随送风量增减，燃料量、烟气氧量、炉膛风压作反馈 信号改善调节品质，燃料量反馈信号用以平衡燃料量增减指

13、令，防止过调。氧量反馈 信号用以纠正送风量，使风煤流量配合最佳。炉膛风压反馈信号用以纠正引风量，使 炉膛风压处于最佳状态。 燃烧控制的基本任务： 维持蒸汽压力稳定燃料控制 保证燃烧过程的经济性送风控制 2.2 燃料控制 2.2.1 燃料燃烧的调整 不同负荷下的燃烧的调整 锅炉运行中负荷的变化是最为经常的，高负荷运行时，由于炉膛温度高，着火与 混合条件也好，所以然少一般是稳定的，但易产生炉膛和燃烧器结焦、过热器、再热 器局部超温等问题。燃烧调整时应注意将火球位置调整居中，避免火焰偏斜；燃烧器 全部投入并均匀分配燃烧率，防止局部过大的热负荷；适当增大一次风速，推开着火 点离喷口的距离。此外，高负荷

14、时煤粉在炉内的停留时间较短而且排烟损失较大，为 此可在条件允许的情况下，适当降低过量空气系数的运行，以提高锅炉效率。 在低负荷运行时，由于燃烧减弱，投入的燃烧器数量较少，炉温较低，火焰充满 度较差，使燃烧不稳定，经济性较差。为稳定着火，可适当增大空气系数，降低一次 风率和风速。煤粉应磨得更细些，但增大炉膛氧量后会降低燃烧器的区域温度，因此， 当煤质差时亦因限制其高线。低负荷时应尽可能的集中火嘴运行，提高风中煤粉浓度， 并保证最下排燃烧器的投运。为提高炉膛温度，可以适当降低炉膛负压，以减少漏风， 这样不但能稳定燃烧，也能减少不完全燃烧的损失，但此时必须注意安全，防止炉膛 喷火烟伤人，此外，低负荷

15、时保持更高些的过量空气系数对于抑制锅炉效率的过分降 低也是有利的。 煤质变化时的燃烧调整 无煤烟、贫烟的挥发分较低，燃烧时的最大问题是着火。燃烧配风的原则是采取 较小的一次风率和风速以增大煤粉浓度、减少着火热并是着火点提前；二次风速可以 高些，这样可与增加其穿透能力，使实际燃烧切圆的直径大些，同时也有利于避免二 次风过早混入一次风粉气流。燃烧差煤时也要求将煤粉磨的更细些，以强化着火和燃 尽；也要求较大的过量空气系数，以减少燃烧损失。 挥发分高的烟煤，一般火不成问题，需要注意燃烧的安全性，可适当减小二次风 率，一、二次风的混合应早些进行。煤质好时，应降低空气过量系数的运行，一提高 锅炉效率。 2

16、.2.2 燃烧调节的目的 炉内燃烧过程的好坏，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。进行锅炉燃烧调节的目的是：在外满足外 界电负荷需要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、保证正常稳压的汽压、气温和蒸汽量；2、保证火稳定、燃烧安全，火焰均匀充满 炉膛，不结渣，不烧损燃烧器和冷水壁、过热器不超温；3、使机组运行保持较高的经 济性；4、减少燃烧污染物排放。 燃烧过程的稳定直接关系到锅炉运行的可靠性。如燃烧过程不稳定将引起蒸汽参数发 生波动；炉内温度过低或一、二次风配合失当，将影响燃料的着火和正常燃烧，是造 成锅炉灭

17、火的主要原因；炉膛内温度过高或火焰中心偏斜，将引起水冷壁、炉膛出口 受热面结渣，并可能增大过热器的热偏差，造成局部管壁超温等。 燃烧过程的经济性要求保持合理的风煤配合，一、二次风配合和引风配合，此外还要 求保持适当高的炉膛温度。合理的风煤配合就是要保持最佳的过量空气系数；合理的 一、二次风配合就是要保证着火迅速、燃烧完全；合理的引风配合就是要保持适当的 炉膛负压、减少漏风。当运行工况改变时，这些配合比例如果调解适当，就可以减少 燃烧损失，提高锅炉效率。 对于煤粉炉，为达到上述燃烧调节目的，在运行操作过程时应注意燃烧器的出口一、 二次风速、风率，各燃烧器之间的负荷分配方式，炉膛风量、燃烧量和煤粉

18、细度等各 方面的调节，使其达到较佳数值。 2.2.3 直吹式制粉系统锅炉的燃料量的调节 当锅炉负荷不变时，可通过调节运行着的制粉系统的出力来解决。对于中速磨， 当负荷增加时，可先开打一次风机的进风挡板，增加磨煤机的通风量，以利用磨煤机 内的存煤量作为增加负荷的缓冲调节，然后再增加給煤量。相反，当负荷减少时，则 应是先减少給煤量，然后降低磨煤机的通风量。此调节方式可避免出粉量和燃烧工况 的骤然变化，还可以减少调解过程中石子煤量和防止堵磨。不同形式的中速磨，由于 磨内存煤量不同，其响应负荷不同。对于双进双出钢球磨，当负荷变化时，则总是磨 煤机通风量首先变化，其次才是給煤量的相应调节，这种调节方式可

19、以使制粉系统的 出力对锅炉负荷做出快速的响应。 当锅炉负荷有较大变动时，需启动或停止一套制粉系统。减负荷时，当各磨出力 均降至某一最低值时，即应停止一台磨，以保证其余各磨在最低出力以上运行；加负 荷时，当各磨出力上升至其最大允许值时，则应增投一台新磨。在确定启动或停止方 案时，必须要考虑到制粉系统运行的经济性、燃烧工况的合理性，必要时还应该兼顾 气温调节等方面的要求。 各运行磨煤机的最低允许出力，取决于制粉经济性和燃烧器着火条件恶化的程度； 各运行磨煤机的最大允许出力，则不仅与制粉经济性、安全性有关，而且要考虑锅炉 本身的特性。对于稳燃性能低的锅炉或燃烧较差的煤种时，往往需要集中火嘴运行， 因

20、而可能推迟增投新磨的时机；炉膛、燃烧器结焦严重的锅炉，高负荷时都需要均匀 的燃烧出力，因而也常降低各磨的上限出力。燃烧器投运层数的优化顺序则主要考虑 气温调节、低负荷稳燃等特性。 燃烧过程的稳定性，要求燃烧器出口处的风量和粉量尽可能同时改变，以便在调 解过程中始终保持稳定的风媒比。因此，应掌握从给煤机开始调节到燃烧器出口煤粉 量产生改变的时滞，以及从送风机的风量调节开关动作到燃烧器风量改变的时差，燃 烧器出口风煤改变的同时性可根据这一时滞时间差的操作来解决。一般情况下，制粉 系统的时滞总是远大于风系统的，所以要求制粉系统对负荷的响应更快些，当然过分 提前也是不适宜的。锅炉运行中应对此作出一些规

21、定。 在调节給煤量时和风机风量时，应注意监视辅机的电流变化、挡板开度指示、风 压以及有关参数的变化，防止电流超限和堵塞煤粉管等异常情况发的生。 2.2.4 影响炉内燃烧的因素 1 煤质 锅炉实际运行中，煤质往往变化较大。但任何燃烧设备对煤种的适应总有一定程 度，因而运行煤种的这种变动对锅炉燃烧的稳定性和经济性均将产生直接的影响。 煤的成分中，对燃烧影响最大的是挥发部分。挥发部分高的煤，着火点低，着火 距离近；燃烧速度和燃尽程度高。但燃烧挥发部分高的煤，往往是炉膛结焦的一个重 要原因。与此相反，当然用煤种的挥发分低时，燃烧的稳定性和经济性下降，而锅炉 的最低的稳燃负荷升高。 煤的发热量低于设计值

22、较多时，燃料使用量增加，对直吹式制粉系统锅炉，磨煤 机可能要超出力运行，一次风量增加，煤粉变粗；对中储式制粉系统，煤粉管内的粉 流量大，为避免堵粉都会对着火产生不利影响，尤其在燃用挥发分低的差煤时。发热 量低的煤往往灰分都高，也会是着火推迟、炉温降低，燃烧不稳和燃尽程度变差，灰 熔点低时还会产生较严重的炉膛结焦、燃烧器结焦问题。燃烧器结焦往往会破坏炉内 的空气动力厂。 2.切圆直径 对四角布置切向燃烧的锅炉，切圆直径对着火稳定，燃烧安全，受热面气温偏差 等具有综合的影响。适当加大却圆直径，可使邻角过来的火焰更靠近射流 根部，对着 火有利，对混合也有好处，炉膛充满度也比较好。当燃用挥发分较低的劣

23、质煤时，希 望有比较大的切圆直径；但是燃烧切圆直径过大，一次风煤粉气流可能偏转贴墙，以 致火焰冲刷水冷壁，引起结焦和燃烧损失增加。这是必须避免的。当然用易着火或易 结焦的煤以及高挥发分煤时，则应适当减小切圆直径。大的切圆可将炉内余旋保持到 炉膛出口甚至更远，使煤粉气流的后期扰动强化，对煤粉的燃尽十分有利，但其消极 作用是加大了沿炉膛宽度的烟量偏差和烟温偏差，易引起过热器，再热器的较大偏差 及超温爆管。 燃烧切圆直径的大小主要取决于设计时确定的假想切圆的大小及各气流反切得效 果。但运行调整也可对其发生一定影响，其中较常用的手段是改变二、一次风的动量 比和喷嘴的停用方式。前者通过改变上游气流总动量

24、与下游一次风刚性的对比影响一 次风粉的偏转，切圆往往变乱，也会使燃烧切圆的直径和形状变化。 3.煤粉细度 煤粉越细，单位质量的煤粉表面积越大，加热升温、挥发分的析出着火及燃烧反 应速度越快，因而着火越迅速；煤粉细度越小，燃尽所需时间越短，飞灰可燃物含量 越小，燃烧越彻底。 图 4-2 是在一台然贫煤的 600mw 机组锅炉上实测煤粉细度影响曲线。从中可以看 出，当煤粉比较细（r902.5 mpa 协商供货) 精度等级：1 级，0.5 级（注：0.5 级量程范围1：7） 输出信号：电压脉冲：低电平1v，高电平6v，脉冲宽 0.4ms，负载电阻150; 420ma 转换精度0.5%满度值，负载电阻

25、 19v350，24v500，30v750; 现场液晶显示：瞬时流量 6 位显示，（m3/h 或 kg/h，t/h），转换精度0.1%； 累 计流量 8 位显示，（m3,kg，t），转换精度0.1% 供电电源：电压脉冲输出时：+12vdc 或+24vdc 420ma 输出时：+19vdc+30vdc 现场液晶显示：电池供电 3.6v，1 节 1 号锂电池，使用寿命大于 3 年；外部供电 +12vdc 或+24vdc 可实现带背光的液晶显示（订货注明） 仪表材质：1cr18ni 9ti 最高流速：25m/s 被测介质温度（）：40250；40350 环境条件：温度1055，相对湿度 590，大气

26、压力 86106kpa 精度等级：测量液体：示值的0.5 测量气体或蒸汽：示值的1.0、1.5 量程比：1：10；1：15 输出信号：传感器：脉冲频率信号 0.13000hz 低电平1v 高电平6v 变送器：两线制 420madc 电流信号 供电电源：传感器：12vdc、24vdc（可选） 变送器：24vdc 现场显示型：仪表自带 3.2v 锂电池 信号传输线：stvpv30.3（三线制） ，20.3（二线制） 传输距离：500m 信号线接口：内螺纹 m201.5 防爆等级：exdiibt6 维持炉膛压力稳定引风控制 4 dcs 控制系统控制锅炉燃烧 4.1 dcs 集散控制系统 概述：集散控

27、制系统（distributed control system） ，简称 dcs 系统。广泛应用 于化工生产、食品加工、发电站等领域。是对生产过程集中管理、集中监控和分散控 制的一种全新的分布式计算机控制系统。系统通过局域控制网和过程控制网，可对生 产过程中的各种参数进行监控。现场一次检测元件把检测到的模拟信号通过 i/o 转换 设备，转换成数字信号，通过过程控制网送到过程控制器进行运算，数据通过局域控 制网被传递到系统的操作站上的 crt 显示出来。过程操作人员可通过操作台上的操作 员键盘输入操作命令及数据。数据又通过局域控制网传递到过程控制器进行运算，通 过过程控制网送到 i/o 进行信号的

28、数字/模拟转换，最终送到被执行的设备上，完成控 制任务。通常系统是以数台、数十台操作站进行过程监控，全部信息还可通过以太网 与工厂的管理网连接，实现全厂统一调度管理。优化服务器可通过局域控制网对生产 过程提供最佳的控制方案，实现先进及优化控制。系统可通过操作站及报警打印机， 对生产过程进行高度集中地操作、显示和报警。用户可根据现场情况，将过程控制网 分散延伸到危险现场，i/o 转换可在危险场合进行。真正做到集中管理，分散控制。整 个装置继承了常规模拟仪表控制系统和计算机集中控制系统的优点，并且克服了单微 机控制系统危险性高度集中以及常规仪表控制功能单一、人/机界面联系差的缺点。它 的主要特点是

29、： 1、功能齐全 集散控制系统可以完成从简单的单回路控制到复杂的多变量模型优化控制；可以 做到从常规的 pid 运算到 smith 预估、三阶矩阵乘法等各种运算；可以进行连续控制、 批量（顺序）控制、逻辑控制；可以实现过程监控、数据打印、报警显示、历史数据 储存等日常的全部操作要求。 2、人/机联系好，实现了集中监控和管理 操作人员通过操作站，可以监视全部生产装置的生产情况，按预定的控制策略可 组成各种不同的控制回路。可随时调整控制模块相关参数来控制生产过程中被控参数 受到的各种干扰。而且还可以对机电设备进行各种控制，从而实现了真正的集中操作 和监控管理。 3、系统扩展灵活 集散控制系统采用模

30、块式结构，用户可根据不同要求，方便地扩大或缩小控制系 统的规模，或改变系统的控制级别。集散控制系统采用软件组态的方法可构成各种系 统网络结构，很容易对方案进行修改。 4、安全可靠性高 由于采用了多微处理机的分散控制结构，危险性分散，系统中的关键设备采用双 重或多重冗余，冗余设备自动切换和完善的自诊断功能，使系统的平均无故障时间 mtbf 与常规盘装仪表相比提高几百倍，平均修复时间 mttr 与常规盘装仪表相比减少几 十倍，整个系统的利用率可达到 99.9999%。 mttr：mean time to repair,平均修复时间。 mtbf：mean time between failures，

31、平均故障间隔时间，即平均无故障时间。 5、安装调试简单 集散控制系统的各种模件都安装在标准的机柜内，模件之间采用多芯通讯电缆、 标准化接插件相连，与过程的连接采用规格化端子板，到中控室操作站只需敷设同轴 电缆进行数据传递，所以布线量大大减少，安装工作量仅为常规仪表的 1/21/3。系 统调试采用专用的调试软件，使调试时间仅为常规仪表的 1/2。 6、具有良好的性能价格比 在性能上，集散控制系统技术成熟、先进，控制精度高，功能齐全，安全可靠性 高，适用于多级递阶管理。由于集散控制系统在控制稳定性、使用寿命等方面远远超 过常规模拟仪表，所以创造的价值也远远超过常规模拟仪表创造的价值。经过国外专 家

32、计算，对生产过程中 81 个控制回路的控制，采用集散控制系统的投资已经与采用常 规模拟仪表的投资相当。并且控制回路规模越大，单位回路投资将更低。所以从长远 来看，集散控制系统必然代替常规模拟仪表。 4.2 基本构成 集散系统的品种虽然繁多，但它们的基本结构可用图的形式表示。 图 4.1 集散控制基本结构图 由图 7.1 可见，集散控制系统一般由以下五部分组成：1）过程输入/输出接口 2）过程控制单元 3）操作站 4）局域控制网 5）上位（管理）计算机。下面就各部分工 作原理作一简要介绍。 1、过程输入/输出接口 又称数据采集站，是为过程变量专门设置的数据采集系统，它不但能完成数据采集 及预处理

33、，而且还可对实时数据完成进一步加工处理，通过操作站显示、打印，实现 开环监视。要求采集系统容量大，采样速率高，能适用于不同类型的过程变量和各种 工艺条件。为了减轻通信系统工作的负担，一般先由过程接口单元自身对采集的数据 进行预处理和存储。 2、过程控制单元 又称基本过程控制器或闭环控制站，是集散控制系统的核心部分，该单元在不同类 型的集散控制系统中差别较大，所控制的回路数量也不尽相同。控制器中的运算模块 数量也不一样，一般有几十种。常用的算法有 pid、非线性增长、位式控制、选择性控 制、函数计算、多项式系数、smith 预估等。控制类型有连续控制、批量控制、逻辑控 制。为了安全可靠地工作，过

34、程控制单元一般都冗余配置。 3、crt 操作站 是集散控制系统的人/机接口装置，一般配有高分辨率、大屏幕的彩色 crt、操作员 键盘、工程师键盘，打印机，硬拷贝机和大容量存贮器。操作站除了执行对过程的监 控操作外，系统的组态、编程工作也可在操作站上进行。为了使操作直观方便。一般 都有动态流程图显示功能，操作站还可完成部分的生产管理工作，如打印班/日报表和 用户自己设计的工艺报表等。 4、局域控制网 又称高速通信总线、大道、公路等，实际是一种具有高速通信能力的信息总线，一 般采用双绞线、同轴电缆或光导纤维组成。把构成网络的硬设备连成一起，使系统构 成一种网络，并遵循一定的通信协议。集散控制系统各

35、站之间数据的合理传送，是通 过应用处理站进行管理和调度。 根据集散控制系统的覆盖范围和管理条件，通信网络的结构属于局部网络的 形式，现有的局部网络拓朴结构有星型、环形、总线型、树型及网眼型。在比较大的 集散控制系统中，为提高其可用性，常把几种网络结构合理地运用于一个系统发挥其 各自地优点。通讯协议可大致分为：广播式和存储转发式两种。 5、上位计算机 又称管理计算机，它功能强、速度快、存储容量大，可通过专用的通信接口与高速 数据通路相连，采集各种数据信息可以用各种高级语言编程，执行工厂的集中管理和 实现最佳控制、顺序控制、后台控制以及软件开发的特殊功能。为了进一步提高管理 系统的整体性，各种集散

36、控制系统都配置通用计算机接口单元，使集散控制系统能与 通用计算机相连，实现真正的信息-控制-管理一体化。 图 4.2 dcs 系统图 锅炉燃烧控制：通过烟气中氧含量使用温度与新风调节技术控制锅炉在不同热效下都 处于最佳燃烧值实现高效节能。 锅炉脱硫控制：使用加钙和烟气干法半干法、湿法针对 so2 进行烟气净化同时他也对 锅炉的污染物特点进行特别除去。 锅炉除尘控制：针对锅炉粉尘含量，采用控制旋风或布袋喷吹以及管理输灰辅助锅炉 系统运行 锅炉上煤控制：根据料位以及布料进行定量給煤自控 锅炉排渣控制：根据燃烧以及节能控制管理的需要进行自动排渣 锅炉水质监测：针对蒸汽炉的安全管理需要，对锅炉循环水的

37、硅、离子、氧气等进行 监控 锅炉压力调节：通过变频，实现动态连续的锅炉给水调节和锅炉出气、出水控制。 锅炉热效管理：燃料量和热量计量与核算 锅炉安全管理：通过设备自控、仪表控制、程序控制、人工干预四道安全保障确保锅 炉安全 锅炉视频监测：通过视频直接形象可记录炉内燃烧情况 锅炉动力调节：利用新风量调节配比燃料完成动力控制与调节 动力输送管理：根据需求进行动力分配控制，同时调节锅炉运行状态。确保高效节能 与运行安全 热能输送管理，定量定压输送控制 风机控制管理：通过管理绕组温度、轴温、电能调节、工况调节、实现大型设备的运 转管理 水泵控制管理：通过管理绕组温度、轴温、电能调节、工况调节、实现大型

38、设备的运 行管理 配电控制管理：高低、压力量与远程后台操控管理 烟气在线分析：温度、压力、粉尘、湿度、硫、氮、氧、流速监测。 4.3 锅炉自动燃烧控制系统 1、 实时数据采集 能够对锅炉本体和辅助设备各种运行数据(包括总供回水温度、压力、流量、 省煤器进出口水温度压力烟气温度、除尘器进出口烟气温度压力、鼓引风压力、炉 膛温度压力含氧量、煤层厚度、室外温度、鼓引风炉排电机频率速度电流状态、除渣 除尘状态) 等信号通过总线进行动态采集，控制中心能够实时监控到锅炉本体锅炉 上煤除渣等辅助设备的运行情况。 2、完整的报警机制 当锅炉调节系统发生异常情况时或报警时，上位机人机界面自动接受控制系统 器发送

39、报警信号，将报警状态及异常点在上位机上进行显示，并诊断提出相应问题大 概原因，提供相应的处理办法提示，系统自动能把报警分为高中低三种报警级别，低 级别的报警只做提示用，当发生低级别报警时不影响燃烧自动调节，中级别报警发生 时需要做相应处理，高级别报警发生时系统能立即连锁停炉，并发出尖锐声光报警和 相关提示信息，等待工程师处理后再次投入运行，所有报警系统会自动的写入永久数 据库备份，供以后随时查询和故障诊断和决策处理。 报警内容有： 系统报警 包括 dcs 控制器自诊断硬件或致命软件命令错误 自动启动燃烧失败 通讯建立连接失败 数据报警 炉膛温度超高低报警 炉膛负压超高低报警 锅炉出口温度超高低

40、报警 锅炉出口压力超高低报警 锅炉回水温度压力超高低报警 引风机风压高低报警 鼓风机风压高低报警 高级别报警 引风机变频器（电流电压故障）超速等报警 连锁控制保护报警 鼓风机变频器（电流电压故障）超速等报警 上煤系统综合保护报警 炉排机变频器（电流电压故障）超速等报警 除渣系统综合保护报警 4、自动燃烧控制 所谓燃烧控制指燃煤量随大气温度和设定供水温度改变时，给煤量和鼓风量作相应 调节以达到经济燃烧的通称。典型的燃烧控制方式是保持最佳风煤比并根据烟气中氧 含量的多少进行对鼓风量二次校正，由于烟气含氧量的检测不稳定，在实际运行时该 法得不到如期效果。考虑到采暖控制的特殊性负荷变化范围大（由零到满负荷） ，系 统力求筒单、可靠并突出主要性能，我们选取了如下燃烧控制方案： 系统自动根据设定温度加室外温度修正量与燃料控制器进行模糊计算，查找出在 当前温度和煤层厚度下的给煤量，由于基本模糊控制缺乏对具有较大纯时间滞后对象 的控制能力，因此，我们在模糊控制系统中此入 smith 预估控制，以提高模糊控制器 对趴有纯时间滞后对象的控制