毕业论文：过热蒸汽温度控制系统的设计与实现.doc

北华大学毕业设计（论文）摘　　要随着世界经济发展，能源利用日益紧张，改善与提高当前应用广泛的锅炉控制系统的控制能力对于提高锅炉热效率、节省能源以及提高工厂经济效益等方面具有重要的实际意义本文首先选取了吉化250厂的65t/h锅炉为研究对象，分析了锅炉的三大控制系统:锅炉给水控制采用以附加蒸汽流量的前馈-串级三冲量控制系统，消除了虚假液位带来的影响；燃烧控制采用以带有氧量修正的并列-串级燃烧控制系统，保证了燃烧的充分、安全、经济性；过热蒸汽温度控制采用以蒸汽温度为主控参数的串级控制系统，提高了系统的抗干扰能力和控制精度最后通过仿真证实了该设计方案在实际工业中的可行性，可以推广应用关键词：锅炉 ；汽包水位 ；燃烧系统 ；过热蒸汽温度 AbstractWith the development of world economy，use of energy is increasingly nervous，Improve and improve the current widely used control system of boiler control for improving thermal efficiency of boiler、to save energy and improve the economic effectiveness in the factory and so on has important practical significance.At first, this paper selected the sunup 250 plant of 65 t/h boiler as the research object, Analysis of the three control system of boiler: boiler feed water control using additional steam flow of feedforward - the cascade three impulse control system, The effects of eliminating the false level; Oxygen combustion control adopts with modified parallel - cascade combustion control system, To ensure the combustion fully, security and economy; Superheated steam temperature control adopts steam temperature as the main control parameters of the cascade control system, To improve the anti-interference ability of the system and control accuracy. Finally, the simulation confirms the feasibility of design scheme in the actual industry, Can be applied.Key Words：boiler；The drum water level ；Combustion system ；Superheated steam temperature - 2 -目　　录摘　　要 1Abstract 21 绪论 11.1 锅炉控制系统现状 11.2 锅炉工艺流程简介 21.3 研究意义 31.4 本文研究的内容及关键问题 42 锅炉控制方案设计 52.1 汽包水位控制系统 52.1.1 汽包水位控制对象的动态特性 52.1.2 给水控制系统设计 82.2 燃烧控制方案设计 132.2.1 燃烧控制系统的控制任务 132.2.2 锅炉燃烧系统控制对象特性 162.2.3 锅炉燃烧控制系统的设计 182.3 过热蒸汽温度方案设计 222.3.1 过热蒸汽温度控制对象的动态特性 232.3.2 过热蒸汽温度控制系统的设计 253 锅炉控制系统的仿真 283.1 仿真工具简介 283.1.1 MATLAB简介 283.1.2 Simulink简介 283.2 控制系统仿真 293.2.1 汽包水位控制系统仿真 303.2.2 燃烧控制系统的仿真 333.2.3 过热蒸汽温度控制系统的仿真 374 锅炉控制系统的安全保护 414.1 保护意义 414.2 保护项目 415 锅炉控制系统的仪表选型 43结论 44参 考 文 献 45附录 锅炉结构原理图 47致　　谢 48北华大学毕业设计（论文）1 绪论1.1 锅炉控制系统现状随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。

其优越性主要在于：首先，通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在合理的空燃比条件下进行，可以提高燃烧效率由于工业锅炉耗渣油量大，燃烧热效率每提高1%都会产生巨大的经济效益其次，锅炉控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面使运行参数在CRT上的集中监测，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修改运行参数，这样能有效地减少人工的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，工业锅炉的微机控制必将得到更加广泛的应用锅炉作为重要的动力设备，其控制的基本要求是供给合格的蒸汽，使锅炉蒸发量适应负荷的需求为此，生产过程的各个主要参数必须严格控制锅炉设备是一个多输入、多输出的复杂控制对象，这些输入变量与输出变量之间是相互关联的如果蒸汽负荷发生变化，必将引起汽包水位、蒸汽压力和蒸汽温度等的变化；燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、蒸汽温度、炉膛负压；给水量的变化不仅影响汽包水位，而且对蒸汽压力、蒸汽温度等亦有影响；所以锅炉设备是多输入，多输出且相互关联的控制对象锅炉的自动化控制从上世纪三、四十年代就开始了，当时大都为单参数仪表控制，进入上世纪五十年代后，美国、前苏联等国家都开始进行对锅炉的操作和控制做了进一步研究。

锅炉控制技术的发展经历了几个历史阶段：1 、纯手动阶段在六十年代以前，由于自动化技术与电子技术发展不成熟，人们的自动化观念还比较淡薄，这段时期的锅炉一般采用纯手动的控制方式，即操作工人通过经验决定送风、给水、引风、给煤的多少，通过手动操作器等方式来达到控制锅炉的目的这样就要求司炉人员必须有丰富的经验，增加了工人的劳动强度，事故率高，更谈不上保证锅炉的高效率运行2、 自动化单元组合仪表控制阶段 随着自动化技术与电子技术的发展，国外已经开发并广发应用了全自动工业锅炉控制技术60年代前期，我国工业锅炉的控制技术开始发展，60年代后期我国引进了国外的全自动燃油工业锅炉的控制技术，70年代后期已经研制了一些工业锅炉的自动化仪表，正式将自动化技术应用于工业锅炉控制领域，因而热效率有所提高，事故率也有所下降但是，由于采用单元组合仪表靠硬件来实现控制功能，可靠性低，精度不高，而且只能完成一些简单的控制算法，不能实现一些较先进的算法和控制技术，控制效果仍然不理想3、 采用微机测控阶段随着电子技术的发展，高集成度、高可靠性、价格低廉的微型计算机、单板机、单片机、工业专用控制计算机的出现以及在我国的广泛应用，为锅炉控制领域开辟了一片广阔的天地。

运用计算机技术，开发出高效率、高可靠性、全自动的微机工业测控系统同时得到重视80年代后期至今，国内已经陆续出现了各种各样的锅炉微机测控系统，明显地改善了锅炉的运行状况，但还不够完善，并对环境和抗干扰要求较高4、 分散控制阶段 分散控制系统（DCS）称集成控制系统，其本质是采用分散控制和集中管理的设计思想，分而自治和综合协调的设计，采用层次化的体系结构，从下到上依次分为直接控制层、操作监控层、生产管理层、和决策管理层DCS是以多台DDC计算机为基础，集分散型控制系统目前分散控制系统大多采用可编程控制器进行系统设计，工控机PLC的组合，不但系统体积小、可靠性高，而且造价较低，得到了广大用户的青睐1.2 锅炉工艺流程简介 锅炉是一种承受一定工作压力的能量转换设备，其作用就是有效地把燃料中的化学能转换为热能，或再通过相应设备将热能转化为其它生产和生活所需的能量形式，长期以来在生产和居民生活中都起很重要的作用锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备，锅炉的任务是根据外界负荷的变化，输送一定质量和相应数量的蒸汽它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥等过程提供热源，而且还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平的动力源，其工艺流程图如图1.1所示。

图1.1 锅炉设备主要工艺流程图1-燃烧嘴 2-炉膛 3-汽包 4-减温器 5-炉墙 6-过热器 7-省煤器 8-空气预热器由图1.1可知：燃料与热空气按一定比例送入锅炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds，然后经过过热器，形成一定气温的过热蒸汽D，再汇集到蒸汽母管压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制，供给负荷设备用与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还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1.3 研究意义 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中比不可少的重要动力设备它所产生的高压蒸汽，既可作为驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应干燥和蒸发等过程的热源随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高效率发展为了确保安全、稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要由于锅炉的燃料种类、燃烧设备、制粉系统、炉体型式、锅炉功能和运行要求的不同，锅炉有各种各样的流程按燃料种类分，在各个工业部门中，应用最多的是燃油锅炉、燃气锅炉和燃煤锅炉在石油化工、炼油的生产过程中，往往产生各种不同的残油、残渣、释放气及炼厂气。

为充分利用这些燃料，所以有油、气混合燃烧锅炉和油、气、煤混合燃烧锅炉在化工、造纸、制糖等工艺过程中，还会产生各种可燃的废料，可利用这些“燃料”产生的热量或在生产过程中化学反应所生成的热量，来生产各个部门所需的蒸汽，因此又形成了废热锅炉所有这些锅炉，燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相间的从1978年改革以来，我国年均经济增长率达9%以上，目前已经是世界上第六大经济体和第三大贸易国，中国兴起成为了当今世界的热门话题随着科学技术的飞速发展，带动社会生产的发展，人类对能源的需求不断增加，世界上发达国家为了解决能源紧张而带给各行业的冲击，都努力在开发能源的同时，致力于节能新方法的研究根据不完全统计，我国目前有各类锅炉近40万台，每年的煤耗量达3亿多吨，占我国原煤产量的三分之一由于煤质变化大，设备陈旧，不仅供热劳动条件差，劳动强度大，而且锅炉效率低因此，在满足工艺要求的前提下，为了提高锅炉的热效率，降低能源消耗，把工人从繁重的劳动中解救出来，促进文明生产，实现锅炉自动控制十几个亟待解决的问题据有关资料统计一台10t/h的锅炉，若能提高效率1%，每年就能节省煤200t左右，约合人民币50000多元，经济效益是很明显的。

又如对燃渣油锅炉进行改造，实行自动控制，。