1、-作者xxxx-日期xxxx热电厂锅炉的温度控制系统【精品文档】内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）【精品文档】热电厂锅炉的温度控制系统摘 要本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计， 而在锅炉主汽温度控制系统中，也有越来越多的方法可以实现生产控制，这里需要对过热器的出口蒸汽温度进行检测，当温度不在控制范围内时就通过对减温器阀门的控制，利用PLC设计锅炉主汽温度控制系统，并加以组态，仿真，实现对汽包主蒸汽温度的控制，以产生合格的产品。本设计采用串级控制系统，这样可以极大地消除控制系统工作中的各种干扰因素，使系统能在一个较为良好的状态下工作，同时使锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。在本设计用到的串级控制系统中，主对象为送入负荷设备的出口温度，副对象为减温器和过热器之间的蒸汽温度。通过控制减温水的流量来实现控制过热蒸汽温度的目的。关键词：温度控制；PLC；组态；仿真；The temperature of the thermal power plant boiler control systemAbstractThis a
2、rticle is an analysis and design of temperature control system of superheated steam in boiler. And in the main steams temperature control system, there are an increasing number of ways to control the production. Here a detection for the superheater outlet steam temperature is needed. When temperature is not in the control range, we need to control the valve of desuperheater ,the main steam temperature control system of a boiler using PLC , together with the configuration, simulation, to achieve
3、the main steam temperature control of the drum to produce qualified products. This design uses a cascade control system, which can greatly eliminate a variety of confounding factors in the control system operation , so that the system can work in a relatively good working state, while the steam temperature of boiler superheater outlet is within the allowable range, and to protect the superheater tube wall temperature does not exceed the allowable operating temperature. In the cascade control sys
4、tem of this design, the main object is the outlet temperature of the load equipment, vice object is the temperature of the steam between desuperheater and superheater .By controlling the flow of desuperheating water to control the superheated steam temperature.Key words: temperature control; PLC; The configuration; The simulation;目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论1第二章 生产工艺概述22.1 热电厂发电概述22.2 锅炉系统32.2.1 锅炉概述32.2.2 锅炉、锅筒设备及结构42.2.3 锅炉控制的工作原理42.3 锅炉蒸汽温度控制5第三章 锅炉主汽温度控制系统综述83.1 锅炉主汽温度控制原理83.2 锅炉主汽温度控制系统安全保护对策93
5、.3 锅炉主汽温度控制系统的理论依据103.3.1 闭环控制103.3.2 串级系统103.3.3 PID控制11第四章 热电厂锅炉温度控制系统的硬件设计134.1 PLC的选型和硬件配置134.1.1 PLC型号的选择134.1.2 S7-200 CPU的选择134.2 主、副控制回路的设计原则144.3 温度变送器的选择154.3.1 SBWR系列温度变送器概述174.3.2 SBWR-4160温度变送器174.4 反比例阀的选择194.4.1 型号选择194.4.2 参数设定模拟量型204.4.3 技术参数214.5 系统硬件接线图22第五章 热电厂锅炉的温度控制的软件设计235.1 PLC程序设计235.1.1 西门子S7-200235.1.2 计算机与PLC的通信245.1.3 程序设计255.2 基于WinCC的组态275.3 系统仿真与参数整定325.3.1 控制参数整定335.3.2 MATLAB仿真34第六章 结束语38参考文献39附录41致谢48第一章 绪 论 从上世纪80年代至90年代中期，PLC得到了快速的发展，在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人
6、机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。当今社会，人类对电能的需求越来越大，对电厂的发电能力要求越来越高。而锅炉作为热电厂的主要部分，它的性能直接影响着电厂的发展。又直接影响着锅炉设备的安全和电厂的生产效率。而本设计的意义就是为了提高生产效率，减小能量消耗，提高生产的安全性和自动化控制程度。火力发电机组由锅炉、汽轮机、发电机等机器设备组成，系统庞大，工艺过程复杂，众多设备需要协调运转，有数千个过程及设备状态参数需要检测、操作和控制。为了保证电力生产的安全性、可靠性和经济性，提高火电厂的自动化水平就尤为重要。现代锅炉的过热器在高温高压条件下工作,过热器出口的过热蒸汽的温度是全厂整个汽水流程中工质温度的最高点，也是金属壁温的最高处，所以锅炉的蒸汽温度控制是热电厂自动控制的一个非常重要的环节，蒸汽温度的稳定直接影响着发电的效率。如果过热蒸汽温度过高，容易烧坏
7、过热器，也会引起汽轮机内部零件过热，影响安全运行，因此出口蒸汽的上限不超过额定值5；温度过低则又会降低全厂热效率，一般蒸汽每降低510，热效率降低1%，不仅增加燃料消耗能源，而且还使汽轮机最后几级蒸汽湿度增加，加速腐蚀汽轮机叶片。所以过热器出口蒸汽的温度下线不低于额定值10。过热蒸汽温度自动控制系统是锅炉控制中的难点。本课题就是为了解决生产过程中温度控制中的问题，实现温度控制的自控化。第二章 生产工艺概述2.1 热电厂发电概述热电厂即是火力发电厂，热电厂发电是利用燃料燃烧得到的热能发电。一般情况下火力电厂发电通常是以汽轮发电机组为主，即利用锅炉产生高温高压蒸汽推动汽轮机1旋转带动发电机发电。发电厂的主要生产过程是:首先把燃煤用输煤皮带从煤场运至煤斗中。大型火电厂为提高燃煤效率都是燃烧煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤机内磨成煤粉，磨碎的煤粉由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，最后进入除尘器，将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，
8、利用热烟气加热空气。这样，一方面使进入锅炉的空气温度提高，易于煤粉的着火和燃烧外，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，再由灰浆泵送至灰场。火力发电厂在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送入省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均通过联箱与汽包连通，汽包内的水经由水冷壁不断循环，吸收着煤受燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起，当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一台小直流发电机，叫励磁机
9、。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线感应产生电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变为电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线送至电用户。2.2 锅炉系统2.2.1 锅炉概述随着科学技术的发展，自动控制在现代工业中起着重要的作用，目前已经广泛应用于生产方面。锅炉是热电厂基本且重要的设备，其中最主要的输出变量之一就是主蒸汽温度。主汽温度自动调节的任务是维持过热器出口汽温在允许范围内，以确保机组运行的安全性和经济性。如果该温度过高，会使锅炉受热面及蒸汽管道金属材料的蠕变速度加快，降低使用寿命。若长期超温，则会导致过热器爆管，在汽机侧还会导致汽轮机的汽缸、气阀、前几级喷嘴和叶片、高压缸前轴承等部件的寿命缩短，甚至损坏；如果该汽温过低，会降低机组的循环热效率，同时会使通过汽轮机最后几级蒸汽湿度增加，引起叶片磨损；当汽温变化过大时，将导致锅炉和汽轮机金属管材及部件的疲劳，还将引起汽轮机汽缸和转子的胀差变化，甚至产生剧烈振动，危及机组安全，所以有效精准的控制策略是十分必要的。随着工业生产过程规模的不断扩大，生产过程不断强化，作为全厂动力和热源的锅炉设备，亦可向大容量、高参数、高效率方向发展。它所产生的蒸汽不仅可以供生产过程作为热源，而且还可作为蒸汽透平的动力源。为确保锅炉生产的安全操作和稳定运行，对锅炉设备的自动控制也提出了更高的要求。
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