1、I锅炉燃烧过程控制系统设计摘 要锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备之一。而锅炉燃烧所用的煤炭、重油等又是极其重要的战略资源,不可再生。因此锅炉的燃烧控制相当重要,控制不好将造成资源浪费、环境污染和效益低下。要使锅炉燃烧达到最佳的燃烧状态,锅炉燃烧控制系统对锅炉的燃烧过程进行自动化控制是至关重要的。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、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用 PID 控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分
2、别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。本文通过对整个燃烧系统的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。在仪表选型时，采用了先进的数字式仪表，井以 PID 控制来实现，最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。论文详细介绍了锅炉控制系统的设计，其中包括硬件结构、系统主要功能、II系统硬件配置、软件设计原则、主程序流程等。系统投入运行后，锅炉的燃烧效率和稳定运行情况都有了明显改善，有利于锅炉高效稳定运行，实现增产降耗的目标。关键词：锅炉；燃烧控制；PID 控制；IIIControl System De
3、sign of Boiler Combustion ProcessAbstractBoiler is chemical, oil refining, power generation and other industrial processes essential to one of the important power equipment. Used in the boiler burning coal, heavy oil is an extremely important strategic resource, non-renewable. Therefore very importa
4、nt to the boiler combustion control, the control will not result in waste of resources, environmental pollution and low efficiency. To burn combustion to achieve the best state，Boiler combustion control system for automatic control of the combustion process is essential.Power plant boiler combustion
5、 control system is the main control system, Including fuel control systems, air volume control system, furnace pressure control system. Currently, most power plant boiler combustion control system still uses PID control. Combustion control system consists of main steam pressure control and combustio
6、n rate control cascade control system components, Which control the amount of fuel burn rate control, air volume control, volume control of the wind structure, Respectively, each in different sub-control system Measurement, control means to ensure economic and safe burning fire. Based on the entire
7、combustion system analysis and research, respectively, the boiler combustion control system to determine the main steam pressure control system and the furnace pressure control system of the control scheme，And its control law and parameter selection and setting. In the selection of instruments, the
8、use of advanced digital instrument, well the PID control to achieve, and IVfinally reach the boiler safety, economy, efficient operation.Paper introduces the boiler control system design, including hardware structure, the main function of the system, hardware configuration, software design principle
9、s the main program processes. System put into operation, the boiler combustion efficiency and stability of operation has a significant improvement is conducive to efficient and stable operation of the boiler to achieve the target yield and reducing consumption.Keywords: Boiler; combustion control; P
10、ID control;V目 录摘 要 .IAbstract.III第一章 引 言 .1第二章 锅炉的组成及工作原理 .12.1 锅炉的基本构造 .12.2 锅炉的工作原理及过程 .32.2.1 燃料的燃烧过程 .42.2.2 水的气话过程 .42.2.3 烟气向水传热过程 .5第三章 锅炉燃烧控制系统设计 .13.1 锅炉燃烧控制系统的任务 .13.2 锅炉燃烧控制系统的组成 .23.2.1 主蒸汽压力控制系统 .23.2.2 炉膛压力控制系统 .53.3 锅炉燃烧控制系统中被控变量的选择 .63.4 锅炉燃烧控制系统的控制方案 .73.4.1 主蒸汽压力控制系统方案的确定 .73.4.2 炉
11、膛压力控制系统控制方案确定 .143.5 锅炉燃烧控制系统的实施 .173.5.1 锅炉燃烧控制系统控制器规律的选择 .17VI3.5.2 主蒸汽压力控制系统控制器规律的选择 .183.5.3 炉膛压力控制系统控制器规律的选择 .193.6 锅炉燃烧控制系统中控制器的正、反作用的选择 .203.6.1 主蒸汽压力控制系统控制器正、反作用的选择 .203.6.2 炉膛压力控制系统控制器正、反作用的选择 .213.7 锅炉燃烧控制系统的参数整定 .213.8 仪表的选择 .253.8.1 变送器的选择 .253.8.2 控制器的选择 .263.8.3 调节阀的选择 .27第四章 利用 MATLAB
12、 对锅炉燃烧控制系统仿真 .284.1 建立数学模型 .284.2 控制系统参数整定 .294.3 控制系统 Simulink 仿真 .33第五章 总结 .35参考文献 .36致谢 .381第一章 引言工业锅炉在工业生产中，尤其在冶金、电力和化工生产中占有重要地位，其控制效果的好坏，效率的高低，一直倍受工业界的关注 【1】 。锅炉生产的蒸汽供工业生产直接使用，还供取暖使用。还用于生活热水供应，洗浴和采暖的所谓生活锅炉。用于工业生产和生活的锅炉数量大、分布广。随着人们生活水平的提高，对能源的需求量急剧增大，锅炉的数量也就越来越多。锅炉的广泛使用也带来许多问题，诸如：(1)大量的非再生一次能源被消
13、耗，能源枯竭问题令人忧虑；(2)CO2 等温室气体的排放，虽然会有利于植物生长，增加粮食产量，但会使地球变暖，冰山融化，海平面升温，威胁人类的生存空间；(3)烟尘 SOX,NOX,痕量重金属，二恶英等有害物质的排放，威胁人类以及动、植物的生长和生存。随着人类征服自然和改造自然的能力增强，大自然也对人类进行了惩罚，我国西部，特别是西北地区存在的严重水土流失、土地沙漠化、草场退化、沙尘暴频繁发生等就是特例。这些自然灾害已成为可持续发展的一个障碍，正在缩小我们的生存和发展空间。目前，世界各国都在致力于高效、低污染过路的研究和开发工作，力求使得优于锅炉燃烧而对环境造成的破坏追小化。各种工业的生产性质与
14、规模不同，工业和民用采暖的规模大小也不一样，因此所需的锅炉容量，蒸汽参数，结构，性能方面也不尽相同。锅炉是供热之源，锅炉机器设备的任务在于安全，可靠，有2效地把燃料的化学能转化成热能，进而将热能传递给水，以生产热水和蒸汽。为了提高热量及效率，锅炉向着高压，高温和大容量等方面发展。供热锅炉除了生产工艺有特殊需求外，所生产的热水不需要过高的压力和温度，容量也无需很大。为了提高工业锅炉的热效率，降低燃烧对环境造成的污染，燃烧过程控制成为一个重要的研究课题。其控制效果的好坏，效率的高低，一直倍受工业界的关注。锅炉的自动控制经历了三、四十年代的参数仪表控制，四、五十年代的单元组合仪表，综合参数仪表控制，
15、直到六十年代兴起的计算机过程控制几个阶段。尤其是近一、二十年来，随着先进控制理论和计算机技术的发展，加之计算机各项性能的不断增强及价格的不断下降使锅炉应用计算机控制很快得到普及和应用。锅炉燃烧优化最早是以提高锅炉燃烧安全性和经济性为目标的。早在20 世纪70 年代,我国就开始了对锅炉燃烧优化技术的研究。如我国开发的氧化锆氧量计，一次风速监测系统等都属于早期的锅炉燃烧优化产品。20 世纪80 年代末期和90 年代初期“随着我国电厂 “节能降耗”措施的推行，电厂开始普遍关注锅炉燃烧优化技术，通过燃烧优化降低锅炉煤耗“提高火电厂发电效率。20 世纪90 年代中期和末期，随着测量技术的发展，许多企业研
16、制开发了一系列重要的影响锅炉燃烧参数的在线量仪表，如飞灰含碳量在线检测装置，煤粉浓度细度在线检测装置，煤质成分在线检测装置，锅炉火焰监测系统等。 同期，随着人工智能技术的发展，在分散控制系统DCS层面上控制逻辑的优化，先进的人工智能技术在锅炉燃烧优化上应用的研究也开始受到了广大科研人员的关注。20 世纪90 年代末期，随着社会对环境的关注，电站锅炉燃烧优化已由最初的以安全性，经济性为目标的优3化发展到经济性和安全性，环保并举的时期。 电子信息技术人工智能技术给电站锅炉燃烧优化注入了新的活力，锅炉燃烧优化技术进入新的快速发展时期。电厂锅炉利用煤的燃烧发热，通过传热对水进行加热，产生高压蒸汽，推动
17、汽轮机发电机旋转，从而产生强大的电能。锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的需求, 同时保证锅炉的安全经济运行。锅炉燃烧过程自动控制主要包括三项控制内容: 控制燃料量、控制送风量、控制引风量。为实现对燃料量、送风量和引风量的控制, 相应的有三个控制系统, 即燃料量控制系统、送风量控制系统和引风量控制系统。以上三个控制系统之间存在着密切的相互关联, 要控制好燃烧过程, 必须使燃料量、送风量及引风量三者协调变化。以主蒸汽压力控制系统为主回路，燃烧率控制系统为内回路，通过传感器采集炉膛压力，含氧量和炉膛负压来调节锅炉的给煤量， 送风量和引风量从而达到最佳
18、热效率。燃烧控制系统是电厂热工控制的重要组成部分，目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID 控制。燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成控制系统， 其中燃烧率控制由燃烧量控制、送风量控制、引风量控制三个子系统构成。锅炉生产燃烧系统自动控制的基本任务是使燃料所产生的热量适应蒸汽负荷的需要， 同事还要保证经济燃烧和锅炉的安全运行。具体控制任务可分为三个方面：一要稳定蒸汽母管压力。二要维持锅炉燃烧的最佳状态和经济性。三要维持炉膛负压在一定范围。这三者是相互关联的【2】 。随着生产的发展，锅炉日益广泛的应用于工业生产的各个领域，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代的建设中，能源的需求是非常大的，然而我4国能源的利用率极低，所以提高锅炉的热效率具有极为重要的实际意义。此外，锅炉是否因地制宜地有效地燃用地方燃料，并满足环境保护的各项要求而努力解决烟尘污染问题，以提高操作管理水平，减轻劳动强度，保证锅炉额定运行及运行效率，安全可靠的供热等课题。本课题主要方向是采用过程控制对锅炉进行控制，采用先进的控制算法，以达到优化技术指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争能力的作用。
