循环流化床锅炉水位控制系统设计说明书

1、本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：循环流化床锅炉水位控制系统设计学院：化学与化工学院专业：过程装备与控制工程 班级：062班学号：060811110056学生姓名：张跃飞指导老师：王广莉年 月 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名：I目 录摘要 . III Abstract . IV第一章 绪 论 . 11.1 设计的目的和意义 . 11.2 循环流化床锅炉的发展概况 . 1第二章 循环流化床锅

2、炉控制系统介绍 . 42.1 燃烧过程控制系统 . 42.2 过热蒸汽温度控制系统 . 52.3 给水控制系统 . 6第三章 汽包水位控制系统设计 . 73.1 汽包水位的动态特性分析 . 73.2 汽包水位的控制方案 . 103.3 本设计方案分析 . 13第四章 循环流化床锅炉汽包水位控制系统硬件设计 . 194.1 变送器的选择 . 194.2 执行器的选择 . 214.3 调节器的选择 . 22第五章 循环流化床锅炉汽包水位控制系统的软件设计 . 255.1 汽包水位控制软件系统结构 . 255.2 CPU222和EM235的I/O地址分配与接线 . 265.3 控制系统程序框图设计

3、. 28第六章 总 结 . 30II参考文献 . 31致 谢 . 32III循环流化床锅炉水位控制系统设计摘要在燃煤锅炉运行中，汽包液位的控制是一个很重要的控制参数，液位过高会影响汽水分离的效果，产生蒸汽带液现象，液位过低会破坏水循环，严重的会烧坏锅炉，因此，维持汽包水位稳定是保持锅炉安全运行的重要条件。本设计第一章介绍了锅炉的发展历。第二章讲解了循环流化床锅炉控制系统的三大块：燃烧控制、水位控制、过热蒸汽控制。第三章着重分析循环流化床锅炉汽包水位控制的设计：具体分析其动态特性和水位的控制方案：单冲量控制、双冲量控制、三冲量控制,从这些方案中分析了汽包水位为什么要选择了“三冲量”控制原因。第四

4、、五章是对控制系统所需的硬件和软件进行分析。整个设计分为六个部分，其中还介绍S7-200控制系统，对其硬件和控制过程也进行了全面的阐述。关键字：循环流化床锅炉，汽包水位控制，三冲量IVThe design of circulating fluidized bed boiler drumwater level controlAbstractThe control of drum level is a very important parameter,high level will affect the moisture separator in the coal-fired boiler ope

5、ration,and produce the phenomenon of steam with liquid, low level will break the water cycle,even burning boilers.So, maintaining the stability of the drum is keeping the important safety operation of boilers.The first chapter describes the development of boilers.Chapter II describes the circulating

6、 fluidized bed boiler three main blocks of the control system:combustion control, water level control, thermal steam control.Chapter three focuses on analysing the control design of circulating fluidized bed boiler water level,besides,analysed its dynamic properties and level control options specifi

7、cally:single impulse control, dual-impulse control,three impulse control, and we analyzed the reason why selected the three impulse from these options. The fourth chapter and the five chapter analysed hardware and software of the control system.The whole design is divided into six parts, in which we

8、 introduced the S7-200 control system,including its hardware and control processes have also been described in detail. Keywords:circulating fluidized bed boiler，drum level control，three impulses1第一章 绪 论1.1 设计的目的和意义本设计是通过了解了锅炉汽包水位控制的发展并在具体分析其动、静特性的基础上从单冲量控制到双冲量控制最后到三冲量控制的设计方案中择优选择了“三冲量”控制。 本课题的目的及意义：

9、锅炉汽包水位控制是维持锅筒水位在允许的范围内，使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量。由于锅炉的水位同时受到锅炉侧和气轮机侧的影响，因此，当锅炉负荷变化或气轮机用汽量变化时，通过给水调节系统保持锅炉的水位正常是保证锅炉和气轮机安全运行的重要条件。水位过高或过低，都是不允许的。水位过高会影响汽水分离器的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增加，使过热器管壁和气轮机叶片结垢，造成事故；锅炉出口蒸汽带水过多还会使过热蒸汽温度产生急剧变化。水位过低，则会破坏正常水循环，危及水冷壁受热面的安全。1.2 循环流化床锅炉的发展概况锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过

10、锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或者有机热载体。它的出现迄今已有两百余年的历史，期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对锅炉容量，参数要求的不断提高，锅炉形势和锅炉技术得到不断迅速发展。随着蒸汽机的发明，18世纪末期，出现了公用的圆筒型蒸汽机。由于当时生产力的迅猛发展，蒸汽机在工业上的用途日益广泛，不久就对锅炉提出了扩大容量和提高阐述的要求。于是在圆筒型锅炉的基础上，从增加受热面积入手，对锅炉惊醒了一系列的研究和技术改造，从而使锅炉得到迅速的发展。 1循环流化床锅炉是从锅壳锅炉、流化床燃烧锅炉，最后才发展成为循环流化床锅炉。锅壳锅炉有其自身的内部结构特点：锅壳锅炉的基

11、本结构是双层夹套结构。其外筒叫锅壳，内筒叫炉胆（火筒），内、外筒之间的环行空间装水，而内筒是燃烧室。当水汽介质有压力时，锅壳受内压，炉胆承受外压。锅壳锅炉又分立式和卧式两种。目前常2 用的燃油、燃气锅炉是WNS型卧式内燃锅壳锅炉。燃煤锅炉是指燃料燃烧的煤，煤炭热量经转化后，产生蒸汽或者变成热水，但并不是所有的热量全部有效转化，有一部分无工消耗，锅炉效率在6080%之间。由此可知，其燃烧效率不算很高，对环境污染比较严重1。用风室中的空气将固定炉篦或链条炉排上的灼热料层(主要是灰粒)吹成沸腾状态,使其与煤粒一起上、下翻滚燃烧的燃煤锅炉，简称沸腾炉，又称流化床燃烧锅炉。这种锅炉的燃烧器的炉篦由均匀分

12、布着直径为3540毫米风孔的钢板(1620毫米厚)或铸铁板（3040毫米厚）制成，风孔上插嵌着风帽。鼓风由风孔吹入炉料层。沸腾状态的灼热料层高达11.5米，煤层中的煤粒和空气的搅动与混合特别强烈，因而煤粒的加热条件好，对煤种的适应性非常广泛，特别能够燃烧低挥发分、高灰分、低发热量的劣质煤，甚至煤矸石都能稳定燃烧。如在沸腾层中加入石灰石，经过剧烈搅动，能充分脱除燃料中的硫分，既可避免低温腐蚀，又可减少环境污染。因而自1954年德国建成第一台工业沸腾燃烧炉后，迅速受到各国重视。但是沸腾炉也如下的缺点：燃烧温度较低；沸腾床面积增大后，床内空气和燃料分布不易均匀；细煤粒飞出沸腾床后即不易燃尽，飞灰中可

13、燃物含量较高；床内埋浸管（沸腾床内布置的受热面管）过多时，会影响燃料的均匀混合及燃烧温度的均匀性；风速较高、燃料颗粒较粗时，锅炉受热面磨损较严重。循环流化床锅炉（CirculatingFludizedBedBoiler，简称CFB锅炉）的研究始于七十年代，它是从鼓泡床沸腾炉、化工行业的流化床和循环流化床工艺发展而来的。1982年，德国鲁奇（Lurgi）公司的第一台50t/h循环流化床锅炉投入运行宣告了循环流化床锅炉的诞生。此后，世界上的主要锅炉制造商均投入了CFB锅炉的研究和产品开发工作。作为一种煤的清洁、高效燃烧技术自八十年代初进入燃煤锅炉的商业市场以来，在中小型锅炉中已占有了相当的份额。循

14、环流化床(CFB)燃烧技术是一项近二十年发展起来的清洁煤燃烧技术。自循环流化床燃烧技术出现以来，循环床锅炉在世界范围内得到广泛的应用，大容量的循环3 床锅炉已被发电行业所接受。循环流化床低成本实现了严格的污染排放指标，同时燃用劣质燃料，在负荷适应性和灰渣综合利用等方面具有综合优势，为煤粉炉的节能环保改造提供了一条有效的途径。循环流化床技术作为一种洁净煤燃烧技术具有诸多的特点。（1）良好的环保性能 循环流化床锅炉可直接向炉内添加廉价的石灰石脱除燃烧过程中产生的SO2,当Ca/S摩尔比在1.52.5范围内,脱硫效率可达90%以上,可满足较严格的SO2排放标准;较低的运行温度(850900)和分级燃

15、烧使NOx排放量只有煤粉炉的1/31/4。（2） 极佳的负荷调节性能 循环流化床锅炉负荷调节幅度可达41,负荷调节速度可达5%8%MCR/min,因此特别适用于调峰机组。(3) 广泛的燃料适应性 循环流化床锅炉几乎可燃用任何燃料,特别适合中国国情。（4）可用于中、低硫煤锅炉 对于中、低硫煤,采用循环流化床锅炉燃烧方式,通过炉内加入石灰石脱硫,适当控制床温,可以满足更严格的环保要求。循环流化床锅炉作为近年来国际上发展起来的新一代高效、低污染清洁燃烧锅炉,具有燃料适应性广、负荷调节性能好、灰渣综合利用等优点,因此在电力、城市供热、工厂蒸汽生产中得到越来越广泛的应用。循环流化床锅炉在强调节能减排、保

16、护环境、建设资源节约型和环境友好型企业的大气候条件下,具有强大的生命力,在我国的电力事业中起着重要的作用34。4第二章 循环流化床锅炉控制系统介绍循环流化床控制的任务是在保证锅炉的安全、稳定运行的前提下，使煤燃烧所产生的热量尽可能快的适应负荷的要求，同时保证经济燃烧及环保要求锅炉控制系统主要有燃烧控制系统过热蒸汽温度控制系统给水控制系统组成。2.1 燃烧过程控制系统循环流化床锅炉燃烧过程控制的基本任务是使送入锅炉内的燃煤燃烧所提供的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要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：维持主汽压以保证蒸汽的品质维持最佳的空燃比以保证燃烧的经济性和

17、维持炉膛内有一定的负压以保证运行的安全性。它由风量控制系统燃烧量控制系统和炉膛负压控制系统组成的518。风量控制和燃料量控制一起，共同保证锅炉的出力能适应外界负荷的要求，同时使燃烧过程在经济、安全的状况下进行。燃烧需要的空气由送风机提供，锅炉燃烧的总风量为送风机风量和一次风量之和。此外，在风量控制系统中，还包括二次风的分配控制（燃料风、辅助风和过燃风）。锅炉燃烧控制系统的组成是以蒸汽压力作为主调节参数，以送风量作为副调节参数。在蒸汽负荷发生变化时，蒸汽压力也将随之发生变化。为了保持压力不变，必须改变送风量。此时，煤风比值与给定值产生了偏差，这一偏差值，由煤风比值调节器输出信号，对炉排进行调速，

18、从而相应地增减煤量。根据锅炉所使用的主要燃料的不同，其控制系统有所不同。当使用煤粉时，锅炉在启动和低负荷时还是使用燃油，另外，燃油还用于点火和煤粉的稳定燃烧，故对于煤粉炉，燃料量的控制又分为燃油控制和燃煤控制。在燃油控制中，包括燃油压力的控制（保证燃油压力不低于油枪安全运行所需要的最低油压）、燃油量控制（保证燃油量满足负5 荷的要求）和雾化蒸汽压力控制（保证雾化蒸汽压力总是大于燃油压力以使燃油能充分雾化）。在燃煤控制中，主要是根据锅炉指令并与送风量相配合，产生各台给煤机的转速指令。一方面，它与风量控制系统一起，保证送入锅炉热量满足负荷的要求和汽压稳定，另一方面，它将需求的燃料量平均分配给各台给

19、煤机。炉膛负压系统，是以炉膛内要维持的负压值为主信号，送风量为副信号。当送风量发生变化时，引风机进风挡板进行调节，引风加大，从而减少炉膛负压的波动幅度，再由负压值进一步控制引风机调节，从而维持负压稳定。2.2 过热蒸汽温度控制系统过热蒸汽温度调节是一个典型的串级调节系统。我们通过调节减温喷水调节阀的开度来控制过热蒸汽温度。主调节器根据实际的出口汽温与设定的温度之间偏差进行调节,其输出信号作为副调节器的设定值,副调节器根据设定值与减温水集箱的出口汽温的偏差进行调节去控制减温水喷水阀。由于过热蒸汽系统具有典型的大滞后特点,如果只根据汽温偏差来改变喷水量往往不能满足生产上的要求,因而,调节回路把蒸汽流量作为前馈量引入到控制中,当扰动产生后,过热汽温还未发生明显变化时就进行调节,能及早地消除扰动对汽温造成的影响,以便有效地控制汽温的变化。循环流化床锅炉正常运行时不仅要求主蒸汽压力稳定,而且要求主蒸汽温度稳定。主蒸汽温度是反映机组运行情况的一个重要参数。如果主蒸汽温度偏高,过热器及汽机将在更加恶劣的环境下运行,材料的使用寿命将会缩短。相反,如果主蒸汽温度偏低,则汽机达不到预定的运行效率。因此,机组正常运行时要求主汽温度稳定。循环流化床锅炉主蒸汽温度调节系统采用由主汽温度、喷水减温器出口温度及