锅炉设备控制(汇报稿).

1、2021-12-101锅炉设备的控制2021-12-1024.6 锅炉设备的控制4.6.1 概述 重要动力设备。 耗能大户,节能研究的重点; 污染大户,环保治理的重点。1、作用：动力源热源2、组成：2021-12-1032、组成：燃料热空气烟气经引风机排出过热器减温器炉膛汽包过热蒸汽过热蒸汽空气预热器冷空气给水热空气送炉膛省煤器由给水泵来3、工作原理燃料 空气混合燃烧发热汽包饱和蒸汽过热蒸汽母管输出燃烧烟气饱和蒸汽过热蒸汽省煤器（给水）空气预热器（给风）过热器引风机排出采用了哪些节能措施?饱和蒸汽饱和蒸汽2021-12-1044、对象分析特点：锅 炉给水量燃料量送风量引风量减温水汽包水位蒸汽温

2、度蒸汽压力烟气氧含量炉膛负压负荷锅炉的主要输入、输出多入多出（MIMO）变量之间关联蒸汽负荷 汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度 燃料量 蒸汽压力、汽包水位、蒸汽温度、过剩空气、炉膛负压 给水量 汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度燃料空气烟气过热器减温器炉膛汽包过热蒸汽过热蒸汽空气预热器冷空气给水热空气送炉膛省煤器由给水泵来2021-12-105多输入多输出问题 转化为若干单输入单输出问题: （为什么不用现代控制理论解决？）汽包水位控制汽包水位控制( (物料平衡物料平衡) )燃烧系统控制燃烧系统控制( (能量平衡能量平衡) )过热蒸汽系统控制过热蒸汽系统控制( (质量控制质量控制) )炉膛负压系统

3、控制炉膛负压系统控制( (安全控制安全控制) ) 工业锅炉控制方案的特点2021-12-106任务：安全、合理的运行条件下， 提供一定温度和压力的蒸汽要求：蒸汽量应适合负荷变化的需要，或保持给定的负荷蒸汽压力保持一定的范围蒸汽温度保持一定的范围汽包水位保持一定的范围炉膛负压保持一定的范围保持燃烧的经济性和安全运行2021-12-1076、主要控制系统 (1) 汽包水位控制 受控变量：汽包水位(保证安全运行的重要指标之一) (2) 燃烧系统控制 操纵变量：给水流量 使给水适应锅炉的蒸发量，保持水位在一定范围内 目的：使燃烧产生的热适应蒸汽负荷的变化 受控变量：蒸汽压力、烟气氧含量、炉膛负压 操纵

4、变量：燃料量、送风量、引风量 (3) 过热蒸汽系统控制 目的: 维持过热器出口温度、保证管壁温度不超过允许的温度 受控变量：蒸汽温度 操纵变量：减温水量2021-12-1084.6.2 汽包水位控制汽包水位控制 汽包水位：锅炉运行的主要指标 水位过低：负荷加大时，汽化速度加快，控制不及时会全部汽化 水位过高：影响汽水分离，产生汽带液，影响后序设备的正常运行 1、汽包水位的动态特性 (1) 蒸汽负荷对水位的影响（干扰通道）HtHDt0H1H2HH：实际可视水位H1：不考虑水下面汽泡容积变化时的水位H2：只考虑水面下汽泡容积变化所引起的水位 假水位与锅炉的工作压力和蒸汽量有关虚假水位 100t/h

5、300t/h的中高压锅炉，负荷变化10%时，假水位可达3040mm2021-12-109 (2) 给水流量对位的影响（控制通道） 水位特性：纯滞后过程或反向特性过程HtHGt0H1H2H2、单冲量控制给水锅炉气包蒸汽LC101LI101缺点：负荷变化时，控制不 及时，不能克服假水 位现象水位 给水量的单回路控制适用场合：小型锅炉 负荷较稳定的场合2021-12-10103、双冲量控制 避免虚假水位造成控制器误动作，设计负荷变化的前馈控制加法器的输出：0210CPCPCPFc0C：初始偏置差(阀位的初值)1C2C 、 ：加法器的系数。 的正、负取决于阀的特性2C气关阀：负荷 给水量 应取“-”0

6、P2C气开阀：负荷 给水量 应取“+”0P2C锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101cPFP ：根据阀的特性数据计算 现场凑试，在只有负荷干扰的条件下， 调整到水位基本不变2C ：可取1，也可小于11CFPC2 ：在正常负荷下， 与 近似或正好抵消0C0C2021-12-1011方框图-+YcG1C2CffGVGPCGPDGmGRU锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101+- 缺点：因控制阀的非线性，很难做到稳态补偿 不能克服给水量的扰动 4、三冲量控制 水位、负荷、给水流量的复合控制系统锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101FT102FC102方案一： 前馈与串级组成的

7、复合控制系统 特点：克服虚假水位现象克服给水量的扰动双冲量控制的另一种形式2021-12-1012锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101FT102方案二：前馈加反馈控制 综合信号的单回路系统锅炉气包蒸汽LC101LI101给水FT101FT1021C2C3C 特点：仪表少容易实现 系数设置不当、水位可能有余差 受控变量：WFLPCPCPC321方案三：前馈-串级控制系统-+YcG1C3C2mGVGpcGPDG1mGRDF3mG-2CWF 副回路纯比例控制器，比例度为100% 特点：水位无余差在现代广泛应用计算机控制的时代还有意义吗2021-12-10134.6.3 燃烧系统控制燃烧系统

8、控制 1、控制系统的目的 保证锅炉出口蒸汽压力稳定 保持燃料良好地燃烧 保持炉膛负压不变 维持喷嘴背压在一定范围内 2、蒸汽压力控制和燃料与空气的比值控制 压力对燃料量的单回路控制适用于负荷及燃料波动较小的场合 燃料量波动较大时，可采用压力对燃料量的串级控制为什么选蒸汽压力控制？ 为什么选燃料与空气的比值控制？2021-12-1014 基本控制方案 压力控制器输出同时作为燃料和空气流量控制器的设定值 特点：蒸汽压力恒定 燃料和空气的比值恒定燃料燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空气阀FT102空气燃料燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽KFC102空气

9、阀FT102空气 压力对燃料量的串级， 送风量随燃料变化的比值控制。 特点：送风量滞后于燃料量2021-12-1015 改进的控制方案改进的控制方案 当负荷增加时，先加大空气量，后增加燃料；当负荷增加时，先加大空气量，后增加燃料； 当负荷减小时，先减燃料，后减空气。当负荷减小时，先减燃料，后减空气。 3、烟气氧含量控制燃料量燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽量 FC102空气阀FT102空气量LSHSAC101AI101含氧量 直接指标：使燃料量与送风量的比值在各种情况下均为最优烟气氧含量(间接指标)（逻辑提量？）（逻辑提量？）（节能控制？）（节能控制？）讨论两个问题：2021

10、-12-1016逻辑提量过程分析:燃料量燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽量 FC102空气阀FT102空气量LSHSAC101AI101含氧量反作用过程分析:蒸汽量PPC空气量燃料量当负荷增加时，先加大空气量，后增加燃料；当负荷增加时，先加大空气量，后增加燃料；蒸汽量PPC燃料量空气量当负荷减小时，先减燃料，后减空气。当负荷减小时，先减燃料，后减空气。反作用HSHSLSLS反作用LSLSHSHS作业作业: :画出上图的原理框图画出上图的原理框图, ,并且分析它的工作过程。并且分析它的工作过程。2021-12-1017节能控制思路节能控制思路: 热效率热效率(仪表?) 热损失热

11、损失q q不完全燃烧的热损失不完全燃烧的热损失( (机械和机械和化学化学) )、烟气热损失、散热损失、烟气热损失、散热损失 2021-12-1018热效率热效率(热损失热损失q)q) 与空气过剩系数与空气过剩系数的关系的关系020-204060总能量总能量损失损失最高最高效率区效率区烟气烟气热损失热损失化学不完全化学不完全燃烧的燃烧的热损失热损失能量损失%过剩空气率 %2021-12-1019节能控制思路节能控制思路: 热效率热效率(仪表?) 热损失热损失q q不完全燃烧的热损失不完全燃烧的热损失( (机械和机械和化学化学) )、烟气热损失、散热损失、烟气热损失、散热损失 （无法测量）（无法测

12、量）2021-12-1020 由燃料的性质可以确定完全燃烧所需要的空气量由燃料的性质可以确定完全燃烧所需要的空气量 理论量理论量TQ 实际燃烧时应有一定的剩余空气实际燃烧时应有一定的剩余空气 实际量实际量PQTPQQ 不同的燃料对过剩空气都有一个最优值不同的燃料对过剩空气都有一个最优值%158%100TTPQQQ 液体燃料液体燃料 过剩空气量通常用过剩空气系数来描述过剩空气量通常用过剩空气系数来描述TPQQ /OA2121：烟气氧含量：烟气氧含量OA21.08 1.17, (1.6 3%)OAO过剩空气系数2021-12-1021空气过剩系数空气过剩系数 与烟气氧含量与烟气氧含量 的关系的关系

13、040203010过剩空气率 %1000600400200800PPMCOCOO2锅炉效率锅炉效率0246O2%0A2021-12-1022小结：小结：节能控制思路节能控制思路: 热效率热效率(仪表?) 热损失热损失q q不完全燃烧的热损失不完全燃烧的热损失( (机械和化学机械和化学) )、烟气热损失、散热损失烟气热损失、散热损失 （无法测量）（无法测量） 空气过剩系数空气过剩系数（无法计算）（无法计算） 烟气氧含量烟气氧含量 （氧化锆氧分析仪）（氧化锆氧分析仪）OA2021-12-1023 重温：重温：改进的控制方案改进的控制方案 当负荷增加时，先加大空气量，后增加燃料；当负荷增加时，先加大

14、空气量，后增加燃料； 当负荷减小时，先减燃料，后减空气。当负荷减小时，先减燃料，后减空气。 3、烟气氧含量控制燃料量燃料阀FC101FT101PC101PI101蒸汽量 FC102空气阀FT102空气量LSHSAC101AI101含氧量 直接指标：使燃料量与送风量的比值在各种情况下均为最优烟气氧含量(间接指标)2021-12-1024工程实例工程实例: 青岗糖厂燃煤工业锅炉计算机控制系统 工艺:蒸汽 汽轮机发电 制糖 特点:制糖是间歇操作,负荷变化相当大。 失败的教训：满足不了工况变化的要求。 成功的尝试：观察人工操作； 编制计算机控制程序。2021-12-1025启示：一切从实际出发，一切从实际出发，具体问题具体分析，具体问题具体分析，灵活创新是永恒的主题。灵活创新是永恒的主题。2021-12-1026参考文献: 蒋慰孙过程控制工程(第2版) 中国石化出版社 金以慧过程控制 清华大学出版社 王锦标计算机控制系统 （P200 交叉控制） 清华大学出版社2021-12-1027 4、炉膛负压控制 炉膛负压的操作手段:引风量 负荷变化较大时，单回路难于满足要求，可采用前馈反馈控制，在引风量回路中引入送风量的前馈或蒸汽压力前馈。金以慧过程控制清华大学出版社 P2482021-12-10284.6.4 蒸汽系统控制蒸汽系统控制 目的：蒸汽出口温度在允许范围内，过热