锅炉燃烧自动控制14610

1、天津理工大学2014届本科毕业设计说明书工业锅炉燃烧控制系统设计摘要工业锅炉广泛用于火力发电、化工生产等重要的工业领域。锅炉燃烧状态的好坏是使锅炉正常工作的第一要素。现代对于工业锅炉燃烧控制系统的要求较高，要求锅炉的工作状态能实时跟随负载的变化，特别是对于用于火力发电的锅炉的燃烧状态，要跟随电网负荷的变化而变化，以便达到高效运行和节能降耗的目的，特别是现代对于环保的要求越来越高，所以对锅炉燃烧是否完全和烟气排放质量的要求也越来越高，因此工业锅炉燃烧控制系统的性能好坏，对于保障锅炉的安全，使之高效运行，都具有十分重要的意义。本文是对燃烧率控制的三个子系统分别进行结构设计，并根据各参数特征对控制系

2、统中的传感器执行器进行选型。本设计任务就是对锅炉燃烧控制系统的工作原理进行进一步的深层次分析，对其结构进行优化设计。在控制方式上，综合运用了单回路控制、串级控制、比值控制、前馈控制等控制方式，实现了燃料量控制调节蒸汽压力、送风量控制调节烟气含氧量、引风量控制炉膛负压，并有效地克服了彼此的扰动，使整个系统稳定的运行。关键词：工业锅炉 燃烧控制 串级控制 前馈控制Industrial boiler combustion control system designABSTRACTIndustrial boiler is widely used in thermal power, chemical p

3、roduction and other important industrial fields. The stand or fall of boiler combustion state is to make the normal work of the boiler, the first thing to do. Modern high to the requirement of industrial boiler combustion control system, real-time work condition of the boiler can follow the change o

4、f the load, especially for coal-fired boiler combustion status, follow the changes of power load, in order to achieve the purpose of efficient operation and saving energy and reducing consumption, especially modern more and more high to the requirement of environmental protection, so the quality req

5、uirements are the boiler combustion and flue gas emissions also more and more high, so the performance of industrial boiler combustion control system is good or bad, to ensure the safety of boiler run efficiently, has very important significance.This article is about the three subsystems respectivel

6、y to control the combustion rate of structural design, and according to the characteristics of various parameters on the selection of sensor, actuator control system. This design task is to the working principle of boiler combustion control system for further deep analysis of the structure optimizat

7、ion design.In the mode of control, the integrated use of a single loop control, cascade control, ratio control and feed-forward control, control method, realized the fuel quantity control to adjust the steam pressure, air volume control of flue gas oxygen content, hearth negative pressure ventilatio

8、n rate control, and effectively overcomes the disturbance of each other, make the system stable running.Keywords: Industrial boiler Combustion control Cascade control Feedforward control 目 录 第一章 绪论11.1课题内容 11.2课题研究背景及意义11.3 锅炉燃烧控制系统概述41.4 本设计的主要工作4第二章 控制方案的设计52.1燃烧控制系统结构52.2系统总体控制方案设计62.3 燃料控制系统的设计8

9、2.3.1 燃料控制系统分析82.3.2 控制方案设计与特点92.4送风控制系统的设计102.4.1 送风控制系统分析102.4.2 送风控制方案设计及特点112.5 引风控制系统设计122.5.1 引风控制系统分析122.5.2 引风控制方案设计及特点12第三章 系统整定143.1燃料控制系统的整定143.2 送风控制系统的整定163.3引风控制系统的整定19第四章 控制系统传感器选型214.1 主蒸汽压力变送器的选型214.2 炉膛负压变送器的选型214.3 氧化锆氧量变送器的选型214.4 控制系统执行器的选型224.5 调节阀的选型22 结论参考文献26致谢3第一章 绪论1.1课题内容

10、本课题的题目是工业锅炉燃烧控制系统设计。工业锅炉燃烧的控制系统就是在运用单回路控制、串级控制、比值控制、前馈控制等控制方式下，通过调节燃煤量、燃煤与空气比例、进风量、引风量等 参数，在保证安全的前提下控制锅炉燃烧产热，来满足蒸汽负荷的需要完成生产任务。工业锅炉燃烧过程自动控制的具体任务从根本上说就是：使燃烧率随时适应外界负荷的需求，减少系统之间的相互影响，保证系统的稳定运行。它的基本目标包括以下几个基本方面：维持蒸汽压力输出的稳定；保证燃烧过程的经济性；保证锅炉安全运行。燃烧控制系统的责任就是保证燃烧值能满足生产的需要，并在此基础上最大限度的节约能源确保系统的安全性，其手段主要是通过对控制系统

11、，调节系统进行合理设定减少系统波动，从而达到控制系统快速跟随外界负荷的需求改变燃烧比满足生产需要，同时又能节约燃煤达到经济燃烧节能环保。本设计针对锅炉燃烧系统的各个参数进行特性分析，研究工业锅炉各个子系统之间的相互关系，并且在此基础上设计一个较为合理的工业锅炉燃烧控制系统，以保证燃烧值能满足需要，达到最大限度的节约燃煤确保系统的安全性。设计内容包括：控制系统结构设计，传感器的选型和执行器的选型。1.2课题研究背景及意义工业锅炉燃烧控制系统的基本任务是既要提供适当的热量以适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和运行的安全性。为此燃烧过程控制系统有三个控制任务：维持主汽压以保证产生蒸汽的品质；维

12、持最佳的空燃比以保证燃烧的经济性；维持炉膛内具有一定的负压以保证运行的安全性1。工业锅炉燃烧控制系统的基本目标包括以下几个基本方面：维持蒸汽压力输出的稳定，蒸汽压力锅炉运行状态的重要参数之一，关系到设备的安全运行，反映了燃烧过程中的能量供求关系，燃烧控制系统的任务是及时调整锅炉燃料量，使锅炉的能量输出与汽轮机负荷的需求相适应。保证燃烧过程的经济性，这是提高效率的重要方面，通常情况下可通过维持进入炉膛的燃料量与送风量之间的最佳比值来实现，即在有足够风量使燃料得以充分燃烧，与此同时尽可能减少排烟带走的热量损失。保证锅炉安全运行，在安全保护系统上应该考虑燃烧嘴背压过高而脱火，不但会污染环境更严重的是

13、燃烧室内积存大量煤粉与空气的混合物，会有爆炸危，因此，必须设法加以防止（此种情况多出现在燃气工业锅炉上）。传统锅炉的管理大多采用较为原始的人工控制或者半自动控制与人工控制相结合的方式，这种方式大都凭借操作人员的经历来操作没有一定之规，这就很容易造成工业锅炉的配风不够合理造成煤层燃烧不够充分，炉渣的含煤量大造成浪费，也会使得烟囱冒黑烟污染环境浪费能源。而今在科技的飞速发展也使得工业锅炉的控制系统也在发生着巨大改变，向着智能化自动化的方向飞速发展，随着计算机辅助控制系统的引入，这就使得控制更加迅速便捷，反映更加灵敏，这让工业锅炉的燃烧在满足生产需要的前提下，运行更加安全减少事故的发生，更加的节能环

14、保，为今后的可持续发展做出贡献。锅炉的作用就是生产热源，是热源的最主要来源，其效率要高于用电加热的方法，因为电的来源，目前在我国主要还是由火力发电站来提供的，因此用电加热，实际上是能量的二次转换，这必然会造成能源的二次的浪费。因此凡用热量较大的场合，主要还是用工业锅炉来直接生产，而非用电加热的方法。锅炉本身的主要作用就是能源的转换，即将燃料的热量转化为水的热量或蒸汽的压力。目前工业锅炉主要用于发电、化工、食品、造纸、皮革、采暖等行业。锅炉的分类有多种方法。大致是按用途、结构、燃料、循环模式、炉膛压力、烟气压力等方式来进行分类的。按用途可将锅炉分为火电站锅炉（火力发电站用锅炉）、工业热水锅炉、热

15、源用蒸汽锅炉和生活锅炉等。电站锅炉用于发电；工业锅炉主要用于化工生产；生活锅炉用于采暖和热水供应，目前出于节能的目的，此种锅炉的数量在大幅减少。按结构可将锅炉分为火管锅炉和水管锅炉。在火管锅炉中，烟气在管内流过，水在管外通过并被加热，水管锅炉中，汽水在管内流过，外部受到高温烟气加热。按受热面内工质的流动方式可将他们分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉和复合循环锅炉。自然循环锅炉具有锅筒，利用水管中工质密度差产生工质循环，只能在临界压力以下应用。而直流锅炉无锅筒，给水靠水泵压头一次通过受热面，适用于各种压力。强制循环锅炉在循环回路的水管之间设置循环泵，强制水流流动，又叫做辅助循环锅炉或控制循

16、环锅炉。复合循环锅炉是介于强制循环锅炉和直流锅炉之间的一种锅炉形式。它在高负荷时以直流锅炉模式运行，它在低负荷时以强制循环锅炉模式运行，循环泵只在低负荷下工作循环水流。按出口工质压力可将锅炉分为常压热水锅炉、微压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉和超超临界压力锅炉。常压锅炉的表压为零；微压锅炉的表压为几十个Pa；低压锅炉的压力一般小于1.275MPa；中压锅炉的压力一般为3.825MPa;高压锅炉的压力一般为9.8MPa；超高压锅炉的压力一般为13.73MPa；亚临界压力锅炉的压力一般为16.67MPa；超亚临界锅炉的压力2325MPa；超超临界压力

17、锅炉的压力一般大于27MPa。发电用电站锅炉的工作压力一般都为中等压力以上。按热水方式可将锅炉分为火床燃烧锅炉、火室燃烧锅炉、硫化床燃烧锅炉和旋风燃烧锅炉。按所用燃料和能源可将锅炉分为固体燃料锅炉、液体燃料锅炉、气体燃料锅炉、余热锅炉和废料锅炉。按排渣方式可将锅炉分为固态排渣锅炉和液态排渣锅炉。固态排渣锅炉中，燃料燃烧后生成的灰渣呈固态排出，这种方式是燃煤锅炉的主要排渣方式。液态排渣锅炉中，燃料燃烧后生成的灰渣呈液态从出渣口流出，在裂化箱的冷却水中裂化，形成小颗粒后排入水沟中冲走。按炉膛烟气压力可将锅炉分为负压锅炉、微正压锅炉和增压锅炉。负正锅炉中炉膛压力保持负压，有送风机、引风机，是燃煤锅炉

18、主要形式。微正压锅炉中炉膛表压力为25kPa。不需引风机，宜于低氧燃烧。增压锅炉中炉膛表压力大于0.3MPa，用于配蒸汽燃气联合循环。无论以什么对工业锅炉进行分类，这些都离不开用量最大的能源煤炭，在发电行业，我国乃至全世界，目前仍是以火力发电为主，其中燃煤锅炉所占比重是最大的。进入21世纪以来，与人类生存和社会发展密切相关的能源和环保问题得到了人们的广泛关注。目前，我国每年用于锅炉燃烧的煤炭约为9000万吨，占总产量的7%。面对日趋减少的有限煤炭资源，节约能源、保护环境已成为国家产业政策的核心，确保燃烧过程始终处于最优状态可最大限度的节约能源、保护环境，这也是改善锅炉燃烧控制系统的目的之一。采

19、用先进的锅炉燃烧控制技术，提高锅炉燃烧效率成为摆在致力于锅炉产业研究的众多学者面前的艰巨任务2。工业锅炉目前是供热系统、提供热能、蒸汽动力等方面重要的大型设备。我国锅炉应用面宽，投运数量多。锅炉运行的好坏，对于节约能源、保护环境等有着重大的社会经济效益。近年来，随着能源与环保意识的增强，我国锅炉生产现状已经引起一些致力于行业发展的有关学者和部门的高度重视，工业锅炉燃烧过程控制的理论与应用研究，己成为能源和控制领域的热点课题。煤是不可再生资源，人们在想方设法找到更可靠、更安全、更环保、能取之不尽用之不绝的替代资源，为此，人类经过了上百年的不懈努力，可惜目前还不能实现这个美好的愿望，在此之前，人们

20、能做的就是进行各种尝试，其中在现有的锅炉设备中进行节能减排、提高转换效率的方法的研究，就成为了眼下的最重要的合可行的工作，而且对于目前的状态，这是最为现实的工作。1.3 锅炉燃烧控制系统概述燃烧控制系统是锅炉控制的重要环节。它是一个具有严重非线性、时变特性、扰动变化激烈且幅值大的多变量系统，其中给煤量、送风量、引风量、炉膛负压等、这些系统量的变化都会对燃烧系统产生直接扰动，系统波动较大会造成整个燃烧系统出现振荡现象，这会严重影响锅炉的安全运行，与此同时，锅炉燃烧效率的高低将直接关系到锅炉煤烟的排放质量，关系到是否会对环境造成污染。因此，煤炭的燃烧不仅直接影响锅炉供热工况的稳定，而且对节能降耗，

21、保护环境，提高锅炉的热效率有着重要的意义。锅炉燃烧控制系统的基本任务是使燃料燃烧所产生的热量能够适应负荷的需要，同时还要保证锅炉运行的经济性和安全性。概括起来，燃烧过程控制系统有三大任务3：(1)维持蒸汽压力恒定。蒸汽压力的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，出现压力变化后锅炉将无法稳定运行，给生产带来影响，所以必须在蒸汽压力变化后相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量，使蒸汽量维持恒定。 (2)保证燃烧过程的经济性。随着送入炉内燃料量的变化，供热温度和烟气含氧量发生变化，必须根据烟气中含氧量的变化相应地调节送风量，达到最优燃烧比，保证燃烧过程有较高的经济性。(3)调节引风量与送风量相配合

22、，以保证炉膛压力不变，使其维持进入炉膛的风量和流出炉膛的烟气量达到平衡，达到保持环境卫生和工作人员的安全的目的。1.4 本设计的主要工作1设计内容： （1）控制系统的结构设计 （2）传感器的选型 （3）执行器的选型 2设计要求完成设计内容中规定的所有设计工作，打印全部图纸。第二章 控制方案的设计2.1燃烧控制系统结构 我国工业锅炉燃用的燃料主要是煤。将煤弄成煤粉进行燃烧能提高燃料利用率，因此燃煤系统中一般会有一套将原煤磨制成煤粉的制粉系统。如图2.1锅炉设备简图所示，原煤经给煤机11送入磨煤机12磨碎。在磨制煤粉过程中同时对煤粉进行干燥，干燥介质通常用热空气。冷空气由送风机14进入空气预热器5

23、，在这里空气吸收烟气的热量成为热空气。热空气的一部分经排粉机13升高压头后进入磨煤机，在对煤粉进行加热与干燥的同时携带磨制好的煤粉离开磨煤机，可见这一部分热空气除作为干燥介质外，还起到输送煤粉的作用，通常把这部分热空气叫做一次风。、图2.1锅炉设备简图fig 2.1 Boiler equipment diagram1-锅炉水冷壁；2-过热器；3-再热器；4-省煤器；5-回转式空气预热器；6-汽包；7-下降管；8-燃烧器；9-排渣装置；10-联箱；11-给煤机；12-磨煤机；13-排粉机；14-送风机；15-引风机；16-除尘器；17-省煤器出口联箱；18-过热蒸汽出口；19-给水；20-再热蒸

24、汽进口；21-再热蒸汽出口；22-烟囱在如图所示的直吹系统中，煤粉混合物从磨煤机出来后，经煤粉管道直接送入燃烧器，并由燃烧器喷入炉膛进行燃烧。需要指出的是在中间储仓式制煤粉系统中，根据负荷需要通过给粉机从煤粉仓中向燃烧器提供适量的煤粉。从图还可以看出，从空气预热器中出来的另一部分热空气，直接经由燃烧器德培风口进入炉膛，提供煤粉燃烧所需的空气，这部分空气叫做二次风。煤粉在炉膛内燃烧释放出大量的热量，火焰中心温度达到1500到1800摄氏度。炉膛内侧铺设有金属管道组成的水冷管壁，燃烧放出的热量主要以热辐射的形式呗水冷壁受热面强烈吸收。但由于热负荷的限制，炉膛出口处的烟气温度一般仍高达1000到12

25、00摄氏度左右。为了对这股高温烟气进行利用，烟道里还依次装有过热器（可以分级）、再热器、省煤器、空气预热器等受热面。高温烟气依次流过这些受热面通过对流辐射等换热方式向这些受热面放热。从空气预热器巢湖来的排烟温度一般在100到150摄氏度之间，这时已无法再利用，被送入除尘器进行分离，将烟气携带的绝大部分飞灰除掉，再由引风机引入烟囱最终排入大气。2.2系统总体控制方案设计 燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、送风控制系统、引风控制系统。其控制目的是使燃料燃烧所产生的热量负荷适应蒸汽压力的需要；使燃料与空气量之间保持一定的比值，以保证经济燃烧；使引风量与送风量相适应，以保持锅炉负

26、压在一定的范围内。如图2.2所示，主蒸汽压力调节器接收到蒸汽压力传感器送来的信号，根据它与给定值之间的的偏差，给出负荷指令LD，燃料控制器和送风控制器根据各自调节器收到的负荷指令LD,分别调节燃料量与送风量。炉膛压力信号送到引风调节器。通过对引风量的控制确保炉膛压力给定值。方案中，送风控制系统与燃料控制系统两个子系统之间组成比值控制系统，它的作用是保持送风量与燃料量之间的比值关系不变，以保证一定的风、煤比。该方案优点是结构简单，整定方便。由于直接以燃料量信号代表燃烧率与负荷LD相平衡，因此在蒸汽压力变化时，能迅速改变燃料量，保持蒸汽压力稳定。使主蒸汽压力得到稳定调节，使风、煤比保持最佳比值。在

27、此系统中我们引入了锅炉烟气含氧量信号,并和送风控制系统组成串级控制系统。烟气含氧量的偏差信号经烟气含氧量校正调节器，对燃料量与送风量之间的比值进行修正。由于烟气含氧量是代表烟气中的过剩空气系数，保持一定的过剩空气系数，就保证了总燃料量与总送风量之间的最佳比值。与此同时，当蒸汽压力产生变化时，系统能迅速改变燃料量，保持蒸汽压力稳定。图2.2初期系统总体设计方案Fig .2.2在方案中，由于对烟气含氧量的测量有较大的迟延，因此氧量校正回路的工作频率通常低于送风量调节回路的频率。当燃料量依负荷指令LD而改变时，送风量调节器同时按比例改变送风量，以减少动态过程中的风、煤比例失调。随着燃料量调节过程完成

28、，燃料量保持基本稳定。烟气含氧量校正调节器根据烟气含氧量信号对送风量进行细调，确保烟气含氧量为最佳值，即间接保证了燃料量与送风量之间为最佳比值。为减少送风量改变时因送风、引风之间动态失调而造成炉膛压力波动，自送风调节器的输出静动态补偿装置，向引风量调节器引入一前馈信号，动态补偿装置通常采用微分器，以保证静态时炉膛压力等于预先设计给定值。综合以上的信息和对调节系统的分析，对于控制系统进行设计如图2.3燃烧控制系统原理方框图。图2.3燃烧控制系统原理方框图Fig .2.3 在汽机跟随锅炉负荷控制方式中以及以此为基础的协调控制方式中，燃料控制子系统的任务是根据汽压指令的要求控制燃料控制器提供适当的燃

29、料。送风系统根据来自主控制器的燃料量信号配送适当的风量，送风系统中以检测烟气中的含氧量浓度来检测评定煤粉是否充分燃烧，以氧气浓度信号来反馈到送风调节器中进行调解，以保证燃料充分燃烧，达到良好好的经济效益。为了保证过路的安全运行炉膛还应有一定的负压，以保证操作人员及周边环境的安全卫生，来引送风控制器的信号输入到系统中，系统会与来自送风执行器后的风量进行处理，以达到适当的比例调节引风机的工作，保证炉膛负压。 燃烧控制系统是由燃料控制系统、送风控制系统、引风控制系统组成的，下面分别对三个子系统进行分析和设计。2.3 燃料控制系统的设计2.3.1 燃料控制系统分析行间距不对燃料控制的任务在于进入锅炉的

30、燃料量随时与蒸汽压力要求相适应。因为蒸汽压力是衡量锅炉热量平衡的标志，燃料燃烧又是影响蒸汽压力的主要因素，因此蒸汽压力可以作为燃料控制系统的参量。锅炉的蒸汽压力是燃烧过程调节对象的主要被调量，引起蒸汽压力变化的因素有很多，如燃料量、送风量、引风量、给水量、蒸汽流量以及各种使燃烧工况发生变化的原因。它受到的主要扰动分为内扰(燃料燃烧产生的变化)和外扰(蒸汽流量的改变)4。为此，下面分析一下在主要扰动作用下，汽包蒸汽压力变化的动态特性。（1）内扰特性如图2.3所示。当燃料量阶跃改变时，由于燃料由加入到发热有一段时间的延迟，热量被蒸汽发生系统吸收又有一段延迟，因此，在燃料加入的一段时问内，蒸汽压力并

31、不上升，而是过一段时间才开始上升。 图2.4 燃料量阶跃变化时，蒸汽压力反应曲线 图2.5 蒸汽流量阶跃变化时，蒸汽压力反应曲线Fig .2.4Fig .2.5 （2）外扰特性从图2.5中可以看出，蒸汽压力随蒸汽流量的上升而下降。如果蒸汽流量继续保持增大后的数值，由于燃料量没有增加，产生热量不够转化为蒸汽的热量，所以蒸汽压力一直下降，直到改变给煤量使其产生的热量与蒸汽流量相平衡时，才能恢复锅炉预先设定的蒸汽压力。2.3.2 控制方案设计与特点以蒸汽压力为被调节量，以燃料量为调节量的串级控制系统设计如图2.5所示。图2.6 燃料控制系统结构图Fig .2.6在图2.6中，Pm0为设定的蒸汽压力；

32、Pm为实际产生蒸汽压力；M为送煤量。燃料控制系统采用串级控制系统，主蒸汽压力调节器作为主调节器，燃料调节器做为副调节器。主调节器具有自己的预先设定值，它的输出作为副调节器的设定值，而副调节器的输出信号则是去通过燃料调节阀来控制生产过程。由于燃料量用调节阀控制比较难以实现，因此这里用调节燃料机转速和挡板长度的方法来控制煤层厚度即燃料量的供给。串级控制系统的主回路是一个定值控制系统，副回路确定后，它就相当于一个单回路系统，外扰（即蒸汽压力扰动）可以在此回路中得到有效抑制。副回路是一个随动系统，能够快速有效地克服二次扰动的影响，因此内扰（给煤扰动）可以在副回路中得到有效地抑制。同时提高了对一次扰动的

33、克服能力，也提高了对回路参数变化的自适应能力，改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率。2.4送风控制系统的设计2.4.1 送风控制系统分析送风调节系统的任务是保证燃烧的经济性，因此以烟气含氧量作为锅炉燃烧经济性指标，可以保证锅炉安全有效的运行。但由于烟气中含氧量的测定具有较大的滞后性，且它主要是由送风量来决定的，所以采用以烟气含氧量为主回路，以送风量为副回路的串级控制。由于燃料量的变化对烟气含氧量也有影响，因此这里采用比值控制的方法来使送风量和给煤量协调变化，改善系统的动态性能，并且保证烟气含氧量的稳定。烟气含氧量，即过剩空气系数。而实际供给空气量的大小，通常以烟气含氧量或过剩空气系数

34、表示。燃料在燃烧过程中要保证一定的剩余空气系数，如果空气不足，就会造成不完全燃烧，造成燃烧效率的下降，污染环境；反之如果空气过量，就会从炉内由排烟带走大量的热量，排烟造成热损失加大，同样也会造成环境污染。因此必须有效地控制剩余空气系数。当燃料确定后，过剩空气系数与热量损失的关系4如图2.6所示。图2.7 过剩空气系数与热量损失示意图Fig .2.7由图2.7可见，存在一个适当的值使煤能够完全燃烧，而其热损失最小，效率最高。一般我们认为，当落在0附近的一个区域(1到2)时燃烧是最充分的，该区域叫最佳燃烧区，对于一般的工业锅炉，一般控制在此区域较为理想。这样我们就可以通过检测烟道中的含氧量来判断过

35、剩空气系数的大小，从而以此为参量去控制送风量与给煤量的配比，以保证燃烧过程处于最佳燃烧状态。为了有效地克服送风控制系统扰动的影响，烟气含氧量和送风量采用串级控制方案，同时燃料量和送风量保持一定的比例，采用比值控制。 2.4.2 送风控制方案设计及特点用烟气含氧量来衡量送风量是否适当，以送风量为调节量，以烟气含氧量为被调节量，构成送风系统控制方案设计结构图，如图2.8所示。图2.8 送风控制系统结构图Fig .2.8如图2.8所示，V为送风扰动；M为燃料量，此系统为一个串级比值控制系统，氧量校正调节器为主调节器，送风调节器为副调节器。主调节器接受氧量与氧量定值信号。副调节器接受燃料信号，送风量反

36、馈信号及氧量校正调节器的输出，副回路保证风、煤的基本比例，起粗调作用。主回路用来进行氧量校正，起细调作用。当烟气含氧量高于给定值时，氧量校正调节器产生信号，修正送风控制系统的给定值，使送风调节器减少送风量。经过校正后的送风量将保证烟气含氧量等于给定值。调节过程中，由于烟气含氧量的测量有较大的惯性迟延，因此氧量校正回路的工作频率通常低于送风量调节回路。当燃料量依负荷指令而改变时，送风量调节器同时按比例改变送风量。以减少动态过程中的风、煤比例失调。随着燃料量调节过程结束，燃料量基本稳定。由主调节器根据烟气含氧量信号，对送风量进行细调，确保烟气含氧量为最佳值，即间接保证了燃料量与送风量之间为最佳比值

37、，达到了经济燃烧的目的，使得运营成本有所降低减少浪费。2.5 引风控制系统设计2.5.1 引风控制系统分析引风控制的任务是保持炉膛负压在规定的范围之内（一般小于20pa）。炉膛负压是运行中要监视和控制的重要参数之一它是反映燃烧工况是否稳定的重要参数。所谓炉膛负压，即指炉膛即燃烧室和烟道中的烟气压力低于外界大气压力。炉膛负压的大小对于系统安全运行和节能影响都很大。负压大，烟气带走的热量大，热损失增加造成煤耗量增大，理想运行状态应在微负压状态，此时它能明显增加悬浮煤颗粒在炉膛内的滞留时间，减少飞灰，使煤充分燃烧，从而提高热效率。因此，需要维持炉膛压力在一定的范围之内。 但由于负荷变化，需要改变给煤

38、量和送风量，随之也要改变引风量，以保证炉膛负压的稳定，为避免送风变化而引起炉膛负压的波动，系统中引入送风信号作为前馈信号对引风机进行超前调节。同时由于炉膛负压主要受引风和送风的影响，而其他各量对它的影响都很小，因此可以把炉膛负压作为带送风前馈的单回路控制系统处理。若是产生正压（即炉膛内和烟道内的烟气压力大于外界气压）则对锅炉的安全运行造成很大危害，其主要危害有以下几点：受热面和炉排工况恶化,炉门、锅架变形，炉墙裂缝；加剧对流受热面的磨损；燃烧不完全，浪费能源，增加了电耗；金属管壁过热，水循环的稳定性被破坏，受热元件工作条件恶化，同时也对经济效益造成一定影响。一旦炉内燃烧情况发生变化，炉膛负压随

39、即发生相应改变。当锅炉的燃烧系统发生异常或故障时，最先将在炉膛负压上反映出来。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况和对系统进行及时的控制等均有极其重要的意义。2.5.2 引风控制方案设计及特点炉膛负压控制系统一般采用的控制系统结构图如图2.8所示。图2.9 引风控制系统结构图Fig .2.9图中f(x)为前馈补偿装置，送风量信号V通过前馈补偿装置f(x)送到引风调节器而使引风量Vs跟着改变，是一个快速的补偿系统。但当系统处于静态时，前馈补偿装置f(x)的输出应为零，以使炉膛负压Ps保持为给定值Ps0。如图2.9所示，引风调节对象的动态响应快，测量也容易，因此引风

40、控制系统一般只需采取以炉膛负压作为被调量的单回路控制系统。送风量和引风量都是引起炉膛负压波动的重要原因，为了能使引风量快速的跟踪送风量进行变化，保持二者的比例，可将送风量作为前馈信号引入引风调节器。这样当送风控制系统动作时，引风控制系统立即跟着动作，及时响应，而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作，这样就能使炉膛负压基本不变。所以在引风控制系统中引入送风前馈信号，将有利于提高引风控制系统的稳定性和减少炉膛负压的动态偏差。第3章 系统整定 系统的参数整定5可以采用理论计算法或者工程整定法。由于理论计算法要以被控对象的动态特性为依据，而动态特性测取时往往具有不准确性，而且容易随工作状态的变化而变化，因

41、此应当采用工程整定的办法。各控制系统整定方案如下。3.1燃料控制系统的整定燃料控制系统等效结构框图如图3.1所示。图3.1 燃料控制系统等效结构框图Fig .3.1Wc1主蒸汽压力调节器传递函数；Wc2燃料调节器传递函数；Wo2燃料对象过程通道传递函数；Wo1主蒸汽压力调节对象过程通道传递函数；KAB变频器的比例系数；rp1主蒸汽压力变送器比例系数；rp2燃料变送器比例系数。根据所选调节器类型，主调节器的模型为： （3.1）副调节器的模型为： （3.2）当系统工作在稳定状态时：rp1=0.05，rp2=0.05，KAB=1。在此系统中，主要是通过调节燃料量来维持主蒸汽压力的稳定，燃料量回路是一

42、个随动系统，主蒸汽压力回路是一个定值控制系统，可以通过先整定副回路，再整定主回路的方法来进行系统的整定，下面分别对主副调节器进行整定。（1）副调节器的参数整定燃料调节回路的等效框图如图3.2所示。图3.2 燃料控制回路等效框图Fig .3.2主调节器的输出作为副回路的给定，通过副回路的调节来维持主回路参数的稳定。本设计中燃料调节对象过程通道的传递函数可以表示为： （3.3）内环的等效传递函数可以认为是 （3.4）（2）主调节器参数的整定副回路整定完后，下面开始对主回路进行整定，此时内回路等效成式（3.3）。等效控制框图如图3.3所示。图3.3 蒸汽压力控制回路等效框图Fig .3.3在燃料量改

43、变时，对于一台锅炉的汽压对象，它的动态特性为单容积分环节与具有传递滞后的一阶滞后环节的串联，等效纯滞后(传递滞后)时间不长，一般为10205左右，本设计中取50，主蒸汽压力调节对象过程通道传递函数为： （3.5）可得过程特征参数自平衡率滞后时间过程通道时间函数利用动态特性参数法来进行主控制器参数的整定。当衰减率时，通过比值的大小根据经验公式来推出PID参数。此处，满足，根据比例积分环节经验公式有： （3.6） （3.7） （3.8）因而主蒸汽压力调节器传递函数为： （3.9）3.2 送风控制系统的整定送风控制系统等效结构框图如图3.4所示。 图3.4 送风控制系统等效框图Fig .3.4Wc3

44、烟气含氧量调节器传递函数；Wc4送风量调节器传递函数；Wo3送风量调节对象过程通道传递函数；Wo4烟气含氧量调节对象过程通道传递函数；KAV送风量调节阀传递函数；rp3烟气含氧量变送器传递函数；rp41比值控制中送风量变送器比例系数；rp42比值控制中燃料变送器比例系数。根据所选调节器类型，主调节器的模型为： （3.10）副调节器的模型为： （3.11）当系统稳定运行时有：rp41=0.08,rp42=0.08,rp3=0.01。根据过程控制对比值系统的设计和整定要求，此设计中比值控制可仿效串级调节器控制规律的选用原则5，下面分别对主副调节器进行参数整定。（1）副调节器参数的整定副回路的等效结

45、构图如图3.5所示。图3.5 送风回路等效框图Fig .3.5如图4.5所示，烟气含氧量调节器的输出作为副回路的给定值，送风控制系统的输出的送风量与燃料量构成比值控制反馈到输入端。此处所用的是变比值控制，当送风量和燃料量出现扰动时，通过比值控制回路，保证比值一定，从而大大减小扰动对产品质量的影响。比值控制系统中，比值系数计算是一个十分重要的问题，比值系数的计算公式如： （3.12）K实际体积流量或重量之比，据风煤比取K=3.9；测量其q1所用变送器的最大量程；测量q2所用变送器的最大量程。实际中。因此得比值系数。因而得反馈系数为。 由经验数据，送风控制系统过程通道传递函数 近似一惯性环节： （

46、3.13）调节阀的比例系数内环的等效传递函数可以认为是 （3.14）（2）主调节器参数的整定主回路等效结构图如图4.6所示。图3.6 烟气含氧量控制回路等效框图Fig .3.6副回路整定完后，下面开始对主回路进行整定，此时内回路等效成式（3.14）。烟气含氧量过程通道传递函数： （3.15）可得过程特征参数自平衡率滞后时间过程通道时间常数利用动态特性参数法来进行主控制器参数的整定，当衰减率时，通过比值的大小根据经验公式来推出PID参数。此处，满足，根据比例积分环节经验公式有： （3.16） （3.17） （3.18）因而主蒸汽压力调节器传递函数为： （3.19）3.3引风控制系统的整定引风控制

47、系统等效结构框图如图3.7所示。图3.7 引风控制系统等效框图Fig .3.7Wc5引风量调节器传递函数；Wo5引风量到炉膛负压通道传递函数；KAP引风量调节阀传递函数；rp5炉膛负压变送器比例系数；f(x)送风量前馈补偿通道传递函数。由调节器的选型可得引风量调节器传递函数为： （3.20）当系统稳定运行时，变送器比例系数为。由于调节阀选型为气关式，所以其静态放大系数取负。调节阀传递函数为。前馈补偿传递函数为： （3.21）稳定运行时不起作用，只有在发生扰动时它才起补偿作用。由于炉膛负压是负调节量，而调节阀静态放大系数也取负，正好保证了整个回路是负反馈，所以由引风量到炉膛负压通道传递函数为：

48、（3.22）可得过程特征参数自平衡率滞后时间过程通道时间常数利用动态特性参数法来进行主控制器参数的整定，当衰减率时，通过比值的大小根据经验公式来推出PID参数。此处，满足，根据比例积分环节经验公式有： （3.23） （3.24） （3.25）因而主蒸汽压力调节器传递函数为： （3.26）第四章 控制系统传感器选型4.1 主蒸汽压力变送器的选型主蒸汽压力控制系统的主要作用是维持主蒸汽压力恒定，因此能否准确测量主蒸汽压力将直接关系到控制质量的优劣。选择合理的压力变送器在设计中有关键作用，蒸汽压力变送器将测量信号转换成标准统一信号DC420mA电流信号，输出并送到PLC，使之根据转换的电信号来完成系

49、统的运行。压力变送器根据测压范围，可分成成一般压力变送器（0.001MPa-20MPa）和微压差变送器（0-1.5KPa），负压变送器三种。根据设计要求蒸汽压力应该控制在7.50.75MP，根据过程控制仪表量程选择原则：选择变送器时，应选择一个量程具有比最大值还要大1.5倍左右的变送器。因此所选变送器的最大量程为11.25MP左右。由于蒸汽压力应该控制在7.50.75MP，因此所选压力传感器的精度应该高于0.75/11.25=0.067FS，才可以满足要求。上海适科暖通机电设备科技有限公司生产的型号为256EX的Setra蒸汽压力变送器可以满足系统控制要求，此变送器工作温度范围宽，耐腐蚀性能好

50、，抗冲击，振动性能高。其最大量程为14MP，精度为0.25% FS，输出为420mA（两线制），电气连接为2个1/2内螺纹导管连接。4.2 炉膛负压变送器的选型炉膛负压是控制炉膛安全运行的重要参数，根据设计要求炉膛负压应该控制在-200.05Pa，根据过程控制仪表量程选择原则：选择炉膛负压变送器时，应选择一个具有比最大值还要大1.5倍左右的变送器。因此所选变送器的最大量程为:2730Pa。根据要求压力表的精度应在0.4级，此设计中选择0.25% FS的传感器。北京英泰德科技有限公司生产的B0600型差压变送器适用于测量炉膛负压。它将被测介质的差压信号转换成420mADC（两线制）标准信号，测量范围为030Pa，工作电压为1436VDC(两线制)，测量误差为0.25 %FS，电气连接方式：三芯航空插头，其中一芯（接点）为屏蔽接地用。4.3 氧化锆氧量变送器的选型实际控制中要获取空气的过剩系数比较好的方法是利用氧化镐直接测量烟气中的含氧量，这是因为：(1)空气过剩系数和含氧量间有如下的近似的线性关系： (4.1) (2)氧化镐氧量计滞后时间和惯性较小。送风控制系统中烟气含氧量变送器就是采用氧化锆氧量变送器来测量烟气中含氧量的