鍋爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　XXXXXXXX大學(xué)</p><p>　　本科生過程控制課程設(shè)計(jì)說明書</p><p>　　題 目：熱電廠鍋爐爐膛溫度</p><p><b>　　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b

2、>　　學(xué) 號(hào)： </b></p><p><b>　　專 業(yè)： </b></p><p><b>　　班 級： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　摘　　要</b>&l

3、t;/p><p>　　鍋爐是熱電廠重要且基本的設(shè)備 ,其最主要的輸出變量之一就是主蒸汽溫度。主汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持過熱器出口汽溫在允許范圍內(nèi) ,以確保機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。如果該溫度過高 ,會(huì)使鍋爐受熱面及蒸汽管道金屬材料的蠕變速度加快 ,降低使用壽命。若長期超溫 ,則會(huì)導(dǎo)致過熱器爆管 ,在汽機(jī)側(cè)還會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)的汽缸、 汽閥、 前幾級噴嘴和葉片、高壓缸前軸承等部件的壽命縮短 ,甚至損壞;假如該汽溫過低 ,會(huì)

4、降低機(jī)組的循環(huán)熱效率 ,一般汽溫每降低5 ℃～10 ℃,效率約降低1 % ,同時(shí)會(huì)使通過汽輪機(jī)最后幾級的蒸汽濕度增加 ,引起葉片磨損;當(dāng)汽溫變化過大時(shí) ,將導(dǎo)致鍋爐和汽輪機(jī)金屬管材及部件的疲勞 ,還將引起汽輪機(jī)汽缸和轉(zhuǎn)子的脹差變化 ,甚至產(chǎn)生劇烈振動(dòng) ,危及機(jī)組的安全 ,所以有效精準(zhǔn)的控制策略是十分必要的</p><p>　　鍋爐爐膛溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，溫度低于或者高于要求時(shí)都不能達(dá)到生產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)

5、，有時(shí)甚至?xí)l(fā)生生產(chǎn)事故，此設(shè)計(jì)控制以鍋爐爐膛溫度為主控參數(shù)、燃料和空氣并列為副被控變量設(shè)計(jì)熱電廠鍋爐溫度控制系統(tǒng)，以達(dá)到精度在正負(fù)5 ℃范圍內(nèi)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：熱電廠；鍋爐；爐膛溫度；串級控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言4</b></p&g

6、t;<p>　　第一章熱電廠的工藝流程及要求5</p><p>　　第二章　　鍋爐的工藝流程及控制要求7</p><p>　　2.1鍋爐的工藝流程7</p><p>　　2.2鍋爐的控制要求8</p><p>　　第三章　　鍋爐爐膛溫度的分析9</p><p>　　第四章　　鍋爐爐膛溫度控制系

7、統(tǒng)的設(shè)計(jì)11</p><p>　　4.1爐膛溫度控制的理論數(shù)學(xué)模型11</p><p>　　4.2爐膛溫度控制方法的選擇12</p><p>　　4.3 系統(tǒng)單元元件的選擇12</p><p>　　4.3.1溫度檢測變送器的選擇12</p><p>　　4.3.2流量檢測變送器的選擇13</p>

8、<p>　　4.3.3主、副調(diào)節(jié)器正反作用的選擇15</p><p>　　4.3.4主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇15</p><p>　　4.3.5控制器儀表的選擇16</p><p>　　4.3.6控制閥的選擇18</p><p>　　第五章　　鍋爐爐膛溫度控制系統(tǒng)的工作原理18</p><p&

9、gt;　　第六章　　總　結(jié)19</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展 ,對工藝操作條件的要求更加嚴(yán)格 ,對安全運(yùn)行及對控制質(zhì)量的要求也更高 。而單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)工藝的要求 ,在這樣的情況下 ,串級控

10、制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生 。</p><p>　　鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求 :</p><p>　　(1) 可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)鍋爐系統(tǒng)工藝流程的控制 。</p><p>　　(2) 能夠自動(dòng)控制鍋爐溫度 ,并達(dá)到所需精度 。</p><p>　　(3) 有良好的人機(jī)界面 ,能方便地在線修改參數(shù) ,并以動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的“可視化 。</p&

11、gt;<p>　　工程控制是工業(yè)自動(dòng)化的重要分支。幾十年來，工業(yè)過程控制獲得了驚人的發(fā)展，無論是在大規(guī)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在傳統(tǒng)工業(yè)過程改造中，過程控制技術(shù)對于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及能源的節(jié)約都起著重要的作用。</p><p>　　生產(chǎn)過程是指物料經(jīng)過若干加工步驟而成為產(chǎn)品的過程。該過程中通常會(huì)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)、生化反應(yīng)、物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)換與傳遞等等，或者說生產(chǎn)過程表現(xiàn)為物流過變化的過程，伴隨物

12、流變化的信息包括物流性質(zhì)的信息和操作條件的信息。</p><p>　　生產(chǎn)過程的總目標(biāo)，應(yīng)該是在可能獲得的原料和能源條件下，以最經(jīng)濟(jì)的途徑，將原物料加工成預(yù)期的合格產(chǎn)品。為了打到目標(biāo)，必須對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制。因此，過程控制的任務(wù)是在了解生產(chǎn)過程的工藝流程和動(dòng)靜態(tài)特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用理論對系統(tǒng)進(jìn)行分析與綜合，以生產(chǎn)過程中物流變化信息量作為被控量，選用適宜的技術(shù)手段。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制目標(biāo)。</p>

13、<p>　　熱電廠的工藝流程及要求</p><p><b>　　熱電廠生產(chǎn)工藝</b></p><p>　　原煤經(jīng)過制粉系統(tǒng)將大塊的煤轉(zhuǎn)化成可供鍋爐燃燒的煤粉，生水經(jīng)過水處理系統(tǒng)再經(jīng)過除鹽處理而除去水質(zhì)里的鈣、鎂、鈉等鹽分子，然后通入鍋爐，鍋爐里的煤粉和通入的熱空氣經(jīng)過一定比例的混合后燃燒使得鍋爐產(chǎn)生蒸汽，這些高溫的蒸汽通過汽輪機(jī)，使得汽輪機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的

14、旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，發(fā)電機(jī)連接著汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)將汽輪機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，這些電壓不定的電力在主變壓器的作用下變成一定電壓的電量，經(jīng)過高壓遠(yuǎn)程輸電送入各個(gè)電網(wǎng)輸送到全國各地</p><p>　　熱電廠是聯(lián)合生產(chǎn)電能和熱能的發(fā)電廠。熱電廠供熱系統(tǒng)是利用汽輪機(jī)同時(shí)生產(chǎn)電能和熱能的熱電系統(tǒng)作為熱源。以熱電廠作為熱源不僅熱能利用效率高，同時(shí)有利于環(huán)保。以熱電廠作為熱源的供熱系統(tǒng)稱為熱電廠集中供熱系統(tǒng)。集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)主要

15、由熱媒系統(tǒng)，熱水供應(yīng)系統(tǒng)和附件三個(gè)部分組成。</p><p>　　熱媒系統(tǒng)由熱源，換熱器和熱媒管網(wǎng)組成。由鍋爐生產(chǎn)的蒸汽通過熱媒管網(wǎng)送到換熱器加熱冷水，變成高溫水通過熱媒管網(wǎng)供暖。經(jīng)過熱交換蒸汽變成冷凝水，大部分和新補(bǔ)充的軟化水經(jīng)冷凝循環(huán)泵再送回鍋爐加熱成蒸汽，如此循環(huán)完成熱傳遞過程。</p><p>　　熱水供水系統(tǒng)由熱水配水管網(wǎng)和回水管網(wǎng)組成。被加熱到一定溫度的冷水，從換熱器出來，經(jīng)配

16、水管網(wǎng)送至各個(gè)熱水配水點(diǎn)，而換熱器冷水由高位水箱或給水管網(wǎng)補(bǔ)給。供熱后的熱水經(jīng)回水管使一定量的熱水經(jīng)過循環(huán)水泵再流回?fù)Q熱器。熱電廠包含有火力發(fā)電廠車間、水處理車間和熱力車間三個(gè)部分。其中火力發(fā)電廠流程為燃料的化學(xué)能→蒸汽的熱勢能→機(jī)械能→電能。在鍋爐中，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮?；在汽輪機(jī)中，蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩喿有D(zhuǎn)的機(jī)械能；在發(fā)電機(jī)中機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?lt;/p><p>　　水處理系統(tǒng)就是為了產(chǎn)出電導(dǎo)率<

17、0.6 us/cm的鍋爐用水。熱電廠主要是有兩個(gè)陰床，兩個(gè)陽床和兩個(gè)混床，在其工作的時(shí)候，分別就一個(gè)工作，另一個(gè)主要是備用。另外，熱力車間燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置一般由燃?xì)廨啓C(jī)、原料氣壓縮機(jī)、蒸汽輪機(jī)、余熱鍋爐、熱交換器、發(fā)電機(jī)等組成。燃?xì)廨啓C(jī)的燃料主要有油、高爐煤氣、水煤氣、煉油長氣等，如下圖（1-1）</p><p>　　圖（1-1）熱電廠生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　第二章　　

18、鍋爐的工藝流程及控制要求</p><p>　　2.1鍋爐的工藝流程</p><p>　　由于鍋爐設(shè)備使用的燃料、燃燒設(shè)備、爐體形式、鍋爐功用和運(yùn)行要求的不同，鍋爐有各種各樣的流程。常見流程如圖2.1所示。由圖可知，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)由給水泵、給水調(diào)節(jié)閥、省煤器、汽包及循環(huán)管組成。燃料和熱空氣按照一定的比例進(jìn)入燃燒室燃燒，產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽,然后經(jīng)過熱器，形成一定汽溫的過熱

19、蒸汽，匯集至蒸汽母管。壓力為的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供給生產(chǎn)負(fù)荷使用。與此同時(shí)，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，將飽和蒸汽變成過熱蒸汽后，經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪排入大氣。</p><p>　　2.2鍋爐的控制要求</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的不同需要，鍋爐需要提供不同規(guī)格（壓力和溫度）的蒸汽，同時(shí)，根據(jù)安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求，是鍋爐安全運(yùn)行和完全燃燒，

20、鍋爐設(shè)備的主要控制要求如下。</p><p>　　1、供給蒸汽量適應(yīng)負(fù)荷變化需要或者保持給定負(fù)荷；</p><p>　　2、鍋爐供給用汽設(shè)備的蒸汽壓力應(yīng)當(dāng)保持在一定的范圍內(nèi)；</p><p>　　3 、過熱蒸汽溫度保持在一定范圍；</p><p>　　4、汽包水位保持在一定范圍；</p><p>　　5、保持鍋爐燃燒的

21、經(jīng)濟(jì)性和安全性；</p><p>　　6 、爐膛負(fù)壓保持在一定的范圍內(nèi)。</p><p>　　根據(jù)上述要求，鍋爐設(shè)備的主要控制系統(tǒng)見表2.1.</p><p>　　表2.1 鍋爐設(shè)備的主要控制系統(tǒng)</p><p>　　第三章　　鍋爐爐膛溫度的分析</p><p>　　火電廠的鍋爐爐膛由于采用的燃料為煤粉，在燃燒過程中，

22、爐膛和汽包之間的傳熱過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，爐膛的溫度的動(dòng)態(tài)特性具有一般的大滯后、時(shí)變、非線性和不對稱性等特點(diǎn)。在過程控制中，為了方便設(shè)計(jì)，同時(shí)又在一定的要求范圍內(nèi)，我們通常把鍋爐爐膛的溫度的動(dòng)態(tài)特性看作是一個(gè)線性的系統(tǒng)?？梢杂靡韵聜鬟f函數(shù)描述。</p><p><b>　　具有時(shí)滯的一階環(huán)節(jié)</b></p><p>　?。?.1）

23、 </p><p><b>　　具有時(shí)滯的二階環(huán)節(jié)</b></p><p>　?。?.2） </p><p>　　在現(xiàn)場環(huán)境中，爐膛內(nèi)的溫度變化是時(shí)時(shí)刻刻的，很難用一個(gè)固定的數(shù)學(xué)公式將爐溫的變化規(guī)律總結(jié)出來。但是我們要對爐膛內(nèi)的溫度進(jìn)行控制就必須要對爐膛內(nèi)的溫度變化進(jìn)行一

24、個(gè)規(guī)律的總結(jié)，所以在規(guī)定的要求范圍內(nèi)，對一些情況進(jìn)行近似處理是很合理和必要的。在通常情況下，我們給定爐膛一個(gè)溫度值，作為系統(tǒng)的給定，使鍋爐爐膛在這個(gè)給定的溫度狀態(tài)下工作。這個(gè)溫度的變化又是和爐內(nèi)的燃料燃燒量和爐體的總散熱量相關(guān)的。</p><p>　　對于火電廠鍋爐來說，爐體的容量、結(jié)構(gòu)、檢測元件及其安放位置等都影響著滯后的大小。它不是一個(gè)單一的問題，是一個(gè)系統(tǒng)問題(容積滯后時(shí)間就是級聯(lián)的各個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)之

25、和)。純滯后產(chǎn)生的根源也要從整個(gè)測量系統(tǒng)來考慮，并且與溫度的高低有關(guān)。熱量從熱源傳到溫度傳感器要經(jīng)過多個(gè)熱阻與熱容相串聯(lián)的熱慣性環(huán)節(jié)，而串聯(lián)的多容對象會(huì)產(chǎn)生等效純時(shí)滯后。隨著溫度的升高，輻射傳熱的比例增大，輻射具有穿透性，使傳熱路徑縮短，傳熱速度加快。所以純滯后的時(shí)間會(huì)隨溫度升高而減小。</p><p>　　由于火電廠鍋爐使用的燃料是煤粉，即鍋爐能量的來源方式是通過化學(xué)燃料的燃燒獲得能量的，同時(shí)，爐膛內(nèi)能量的散發(fā)

26、形式又是以爐膛的爐體熱量散失，對汽包進(jìn)行熱量傳導(dǎo)進(jìn)行散失等多種途徑進(jìn)行的，所以爐膛內(nèi)的溫度的變化是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，是一個(gè)非線性變化的過程。從模型參數(shù)上看，在鍋爐爐膛的整個(gè)溫度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，對象的增益、容積滯后時(shí)間和純滯后時(shí)間通常是與工作溫度與負(fù)載變化有關(guān)的變參數(shù)，而且參數(shù)變化量與溫度變化量之間是非線性關(guān)系。由于鍋爐爐膛內(nèi)的溫度是高溫段的，在高溫段，溫度變化的純滯后時(shí)間和過程增益將比低溫段有顯著減少，而時(shí)間常數(shù)則顯著增大。</p&

27、gt;<p>　　鍋爐作為一種高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，特別是火電廠內(nèi)的鍋爐，長期處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下，隨著運(yùn)行時(shí)間的變化，其各項(xiàng)性能都會(huì)逐漸發(fā)生變化，特別是隨著使用時(shí)間的增長，爐子的保溫隔熱材料會(huì)逐漸老化，爐膛內(nèi)部由于長期處于高溫環(huán)境中，爐體的保溫、密封性能變差，通過爐體向外散失的熱量增大。此外，鍋爐初次使用和久停后再用時(shí)，由于絕熱保溫材料中的水分大，爐膛溫度的特性差別也是很大的。另外，隨著季節(jié)的變換，鍋爐運(yùn)行的外部環(huán)境溫度也是經(jīng)常

28、變化的，冬天外部環(huán)境相對較冷，爐體的散熱較快；夏天氣溫炎熱，爐體的散熱相對會(huì)較慢。如此種種因素都會(huì)引起爐膛溫度特性的變化，但變化的速度十分緩慢而不明顯。</p><p>　　火電廠鍋爐爐膛溫度具有大慣性、大滯后特性。在爐膛的整個(gè)溫度范圍內(nèi)，對象的增益、容積滯后時(shí)間、純滯后時(shí)間都是與工作溫度有關(guān)的變參數(shù)。從傳熱原理可知，這些參數(shù)也與負(fù)荷變化有關(guān)。在鍋爐設(shè)計(jì)的工作溫區(qū)，在工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)其動(dòng)特性接近于線性，較容易

29、控制，用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器也能控制得很好，但不能經(jīng)受太大的擾動(dòng)，也不能夠大范圍地跟蹤變化較快的給定信號(hào)。對于常規(guī)儀表，大范圍地改變溫度要靠手動(dòng)，僅當(dāng)溫度接近給定值時(shí)方可投入自動(dòng)。</p><p>　　根據(jù)以上分析，可以認(rèn)為火電廠鍋爐爐膛溫度是一種具有大容積滯后和大純滯后的對象。在整個(gè)爐膛的溫區(qū)內(nèi)，其動(dòng)態(tài)參數(shù)隨鍋爐的工作溫度變化，在工作點(diǎn)附近的小溫度范圍內(nèi)，爐膛的動(dòng)態(tài)特性近似線性的。</p><

30、p>　　第四章　　鍋爐爐膛溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1爐膛溫度控制的理論數(shù)學(xué)模型</p><p>　　根據(jù)以上分析可知，爐膛溫度問題是比較復(fù)雜的。對爐膛溫度動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分段線性化，則在每個(gè)較小的溫度區(qū)間，鍋爐爐膛的燃料流量—爐膛溫度系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性可近似地用一個(gè)慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)串聯(lián)的簡化模型來表征，即:</p><p><b>

31、;　?。?） </b></p><p>　　其中K。為過程的增益，為過程的純滯后時(shí)間，To為過程的等效容積滯后時(shí)間。在鍋爐爐膛的整個(gè)溫度范圍內(nèi)，對象的增益、容積滯后時(shí)間和純滯后時(shí)間都是爐膛溫度和負(fù)載的非線性函數(shù)。K。隨鍋爐爐膛內(nèi)溫度升高而減小，To隨鍋爐爐膛內(nèi)的溫度升高而增大。機(jī)理建模和計(jì)算機(jī)仿真分析以及實(shí)驗(yàn)辨識(shí)等也證明了這一模型的可行性。</p><p>　　4.2爐膛溫度控

32、制方法的選擇</p><p>　　以鍋爐爐膛溫度為主被控量、燃料和空氣并列為副被控變量的串級控制系統(tǒng)。其中，兩個(gè)并列的副環(huán)具有邏輯比值功能。使該控制系統(tǒng)在穩(wěn)定工作的情況下保證空氣和燃料的最佳比值，也能在動(dòng)態(tài)過程中盡量維持空氣、燃料在最佳比值附近。</p><p>　　4.3 系統(tǒng)單元元件的選擇</p><p>　　4.3.1溫度檢測變送器的選擇</p>

33、<p>　　熱電偶溫度變送器與各種測溫?zé)犭娕寂浜鲜褂?，可將溫度信?hào)線性地轉(zhuǎn)換成為4～20mADC電流信號(hào)或1～5VDC電壓信號(hào)輸出，它是由量程單元和放大單元兩部分組成的。</p><p>　　熱電偶溫度變送器的主要特點(diǎn)是采用非線性負(fù)反饋回路來實(shí)現(xiàn)線性變化。</p><p>　　由上面表格可以看出，由于鍋爐爐膛內(nèi)的溫度較高，而熱電阻溫度變送器的測量范圍較小，所以在這里我選用熱電偶

34、溫度變送器，熱電偶溫度變送器與各種測溫?zé)犭娕寂浜鲜褂?，可將溫度信?hào)線性地轉(zhuǎn)換成為4～20mADC電流信號(hào)或1～5VDC電壓信號(hào)輸出，它是由量程單元和放大單元兩部分組成的。熱電偶溫度變送器的主要特點(diǎn)是采用非線性負(fù)反饋回路來實(shí)現(xiàn)線性變化。在同樣的都滿足測量要求的條件下，考慮到經(jīng)濟(jì)性的原則，我選用的是DBW-1150型熱電偶溫度變送器。</p><p>　　DBW-1150型熱電偶溫度變送器是DDZ-III系列儀表的主

35、要品種。本溫度變送器用熱電偶作為測溫元件，將被測溫度線性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)1-5VDC或4-20mADC輸出，供給指示、記錄、凋節(jié)器、計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　◆輸    入：  標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 ◆輸   

36、 出：  輸出電流：4～20mADC              輸出電壓：1～5VDC              輸出電阻：2

37、50Ω              允許負(fù)載變化范圍：100Ω◆量 程：  0～1600℃◆冷端補(bǔ)償誤差： ≤1℃◆溫度漂移：  ≤0.1×基本誤差/1℃◆絕緣電阻：  電源、輸入與輸出端子間≤100MΩ

38、60;◆絕緣強(qiáng)度：  電源/輸入/輸山端子間1500VAC/分鐘 ◆工作條件：  環(huán)境溫度：0～50℃              相對濕度：≤90%（RH）◆電源電壓：  24VDC±5%◆功 

39、60;  耗：  ＜2W◆防爆等級：  (ib)IICT6◆重    量：  ＜2Kg</p><p>　　4.3.2流量檢測變送器的選擇</p><p>　　本次流量變送的對象是煤粉和空氣，所以在選擇流量變送裝置的時(shí)候，必須能夠既測量煤粉固體顆粒，又能測量氣體的流量

40、。由于爐膛內(nèi)的是熱空氣，所以還要求變送裝置能夠在一定的高溫下工作，所以根據(jù)具體情況，我們可以選用LUGB型渦街流量計(jì)。</p><p>　　LUGB型渦街流量計(jì)根據(jù)卡門渦街原理測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計(jì)。廣泛用于各種行業(yè)氣體、液體、蒸汽流量的計(jì)量，也可測量含有微小顆料、雜質(zhì)的混濁液體，并可作為流量變送器用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。</p><p>　　L

41、UGB型渦街流量傳感器防爆型，符合GB3836-2000《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備》規(guī)定，防爆標(biāo)志為“ExiaIICT6”，在本次設(shè)計(jì)中，選用LUGB型渦街流量傳感器其精度等級完全可以滿足火電廠鍋爐溫度控制系統(tǒng)的精度要求。</p><p><b>　　產(chǎn)品特點(diǎn)：</b></p><p>　　?結(jié)構(gòu)簡單而牢固，無可動(dòng)部件，可靠性高，長期運(yùn)行十分可靠。</p>

42、<p>　　?安裝簡單，維護(hù)十分方便。</p><p>　　?檢測傳感器不直接接觸被測介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命長。</p><p>　　?輸出是與流量成正比的脈沖信號(hào)，無零點(diǎn)漂移，精度高。</p><p>　　?測量范圍寬，量程比可達(dá)1:10。</p><p>　　?壓力損失較小，運(yùn)行費(fèi)用低，更具節(jié)能意義。 </p>

43、<p>　　?在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出信號(hào)頻率不受流體物理性質(zhì)和組分變化的影響，儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān)，測量流體體積流量時(shí)無需補(bǔ)償，調(diào)換配件后一般無需重新標(biāo)定儀表系數(shù)。</p><p>　　?應(yīng)用范圍廣，蒸汽、氣體、液體的流量均可測量</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　公稱通經(jīng)（mm

44、）：15，20，25，40，50，65，80，100，125，150，200，250，300 　　儀表材質(zhì)：1Cr18Ni 9Ti 　　公稱壓力（Mpa）：PN1.6Mpa；PN2.5Mpa；PN4.0Mpa 　　被測介質(zhì)溫度（℃）：－40～＋250℃；－40～＋350℃ 　　環(huán)境條件：溫度－10～＋55℃，相對濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa 　　精度等級：測量液體：示值的±0.5 　　測量氣體或蒸汽

45、：示值的±1.0、±1.5 　　量程比：1：10；1：15 　　阻力損失系數(shù)：Cd＜2.6 　　輸出信號(hào)：傳感器：脈沖頻率信號(hào)0.1～3000Hz 低電平≤1V 高電平≥6V 　　變送器：兩線制4～20mADC電流信號(hào) 　　供電電源：傳感器：＋12VDC、＋24VDC（可選） 　　變送器：＋24VDC 　　現(xiàn)場顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池 　　信號(hào)傳輸線：STVPV3×0.3（三線制），2

46、×0.3（二線制） 　　傳輸距離：≤500m 　　信號(hào)線接口：內(nèi)螺紋M20×1.5 　　防爆等級：ExdIIBT6 　　防護(hù)等級：IP65</p><p>　　4.3.3主、副調(diào)節(jié)器正反作用的選擇</p><p>　　副調(diào)節(jié)器的正、反作用確定：</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)工藝安全的原則，調(diào)節(jié)閥采用氣開式，故Kv為正；當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，空

47、燃比增大，故Ko2為正，流量變送器的Km2通常為正，為了使整個(gè)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)放大系數(shù)的乘積為正，故副控制器的Kc為正，選用反作用控制器。</p><p>　　2.主調(diào)節(jié)器的正、反作用確定：</p><p>　　副回路的放大倍數(shù)可視為正，因溫度變送器一般為正，當(dāng)調(diào)節(jié)閥開度增大，溫度升高，故，Ko1為正，故主控制器的Kc為正，選用反作用控制器。</p><p>　　4

48、.3.4主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇</p><p>　　主調(diào)：定制控制；副調(diào)：隨動(dòng)控制</p><p>　　主被控參數(shù)溫度是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍很小，一般要求無靜差，因此主調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇PID調(diào)節(jié)規(guī)律。</p><p>　　副被控參數(shù)燃料和空氣流量，為了保持穩(wěn)定，P較大，可引入積分，一般不引入微分，因?yàn)槲⒎謺?huì)使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作過大，對控制不利，所以需要采用

49、PI調(diào)節(jié)，以增強(qiáng)控制作用。</p><p>　　4.3.5控制器儀表的選擇</p><p>　　采用模擬控制器:DDZ－III型調(diào)節(jié)器，DDZ―Ⅲ基型控制器框圖如圖4.3 。</p><p>　　由控制單元和指示單元兩部分組成?？刂茊卧ㄝ斎腚娐贰⒈壤e分微分電路、手動(dòng)電路、保持電路。指示單元有兩種，因此基型控制器也分兩種，即全刻度指示控制器和偏差指示控制器。&l

50、t;/p><p>　　控制器的輸入信號(hào)為1～5V的測量信號(hào)。設(shè)定信號(hào)有內(nèi)設(shè)定和外設(shè)定兩種。內(nèi)設(shè)定信號(hào)為1～5V，外設(shè)定信號(hào)為4～20mA。測量信號(hào)和設(shè)定信號(hào)通過輸入電路進(jìn)行減法運(yùn)算，輸出偏差到比例積分微分電路進(jìn)行比例積分微分運(yùn)算后，由輸出電路轉(zhuǎn)換為4～20mA信號(hào)輸出。手動(dòng)電路和保持電路附于比例積分微分電路之中，手動(dòng)電路可實(shí)現(xiàn)軟手動(dòng)和硬手動(dòng)兩種操作，當(dāng)處于軟手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，用手指按下軟手動(dòng)操作鍵，使控制器輸出積分式上升或

51、下降，當(dāng)手指離開操作鍵時(shí)，控制器的輸出值保持在手指離開前瞬間的數(shù)值上，當(dāng)控制器處于硬手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，移動(dòng)硬手動(dòng)操作桿，能使控制器的輸出快速改變到需要的數(shù)值，只要操作桿不動(dòng)，就保持這一數(shù)值不變。由于有保持電路，使自動(dòng)與軟手動(dòng)相互切換，硬手動(dòng)只能切換到軟手動(dòng)，都是無平衡無擾動(dòng)切換，只有軟手動(dòng)和自動(dòng)切換到硬手動(dòng)需要事先平衡才能實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。</p><p>　　如果是全刻度指示控制器，測量信號(hào)的指示電路和設(shè)定信號(hào)的指示電

52、路分別把1～5V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為1～5mA電流信號(hào)用雙針指示器分別指示測量信號(hào)和設(shè)定信號(hào)。當(dāng)控制器出現(xiàn)故障需要把控制器從殼體中取出檢查時(shí)，可以把便攜式手動(dòng)操作器插入手動(dòng)操作插孔，以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。</p><p>　　圖4.3中的4～20mA輸出信號(hào)通過精密電阻轉(zhuǎn)化為1～5V電壓反饋到控制器的輸入端，使控制器形成了自閉系統(tǒng)，提高了控制器的運(yùn)算精度。</p><p><b>　　技術(shù)參

53、數(shù)：</b></p><p>　　◆調(diào)節(jié)器輸入通道5路，信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)4-20mA（1-5VDC）或0-10 mA（0-2.5VDC）?！粽{(diào)節(jié)器輸出通道1路，信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)4-20mA或0-10 mA?！舾欇斎胪ǖ?路，信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)1-5VDC（DDZ-III型）或0-2.5VDC（DDZ-II型）。◆模擬輸入通道的輸入阻抗為250Ω。◆故障接點(diǎn)輸出1路，晶體管集電極開路輸出?！羰?自接點(diǎn)輸入1路，無電壓

54、開關(guān)接點(diǎn)，接點(diǎn)容量0.5A。手動(dòng)：ON，自動(dòng)：OFF?！綦娫矗?20±10%AC，0.2A。◆每個(gè)通道都可以用撥碼開關(guān)設(shè)定為是否進(jìn)行開方運(yùn)算，阻尼時(shí)間可通過面板修改?！鬚ID參數(shù)范圍： （1）給定值-6.9%—106.9% （2）比例帶0.0—799.9% （3）積分時(shí)間0.0—99.9%分 （4）微分時(shí)間0.0—99.9%分 （5）采樣周期200毫秒◆安裝方式：表盤安裝，儀表自帶懸掛裝置。◆儀表外尺寸:8

55、0×160×260mm。</p><p>　　4.3.6控制閥的選擇</p><p>　　按所用能源形式的不同，執(zhí)行器分為電動(dòng)、氣動(dòng)和液動(dòng)三類。</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是采用氣動(dòng)執(zhí)行器，為了安全考慮，采用氣開式。它由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)兩部分組成。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)又分為薄膜式和活塞式，它們都是以壓縮空氣為能源，具有控制性好，結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作可

56、靠，維修方便，防活防爆和價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，并可以方便地與氣動(dòng)儀表配套使用。氣動(dòng)執(zhí)行器也稱為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。</p><p>　　氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)可以分為兩部分，上面是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，下面是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。從所學(xué)的知識(shí)可以了解到，它主要由膜片、彈簧、推桿、閥芯、閥座等零部件組成。當(dāng)來自控制器的信號(hào)壓力通入到薄膜氣室時(shí)，在膜片上產(chǎn)生一個(gè)推力，并推動(dòng)推桿部件向下移動(dòng)，使閥芯和閥座之間的空隙減小，流體受到的阻力增大，流量減小。推桿下移的同

57、時(shí)，彈簧受壓產(chǎn)生反作用力，直到彈簧的反作用力與信號(hào)壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡為止，此時(shí)，閥芯與閥座之間的流通面積不再改變，流體的流量穩(wěn)定，可見，調(diào)節(jié)閥是根據(jù)信號(hào)壓力的大小，通過改變閥芯的行程來改變閥的阻力大小，達(dá)到控制流量的目的。</p><p>　　第五章　　鍋爐爐膛溫度控制系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　鍋爐爐膛溫度的控制，我選用普通的PID控制，由PID作為基本的控制算法。在此

58、次設(shè)計(jì)中我采用串級回路控制方法。</p><p>　　本系統(tǒng)具有 2 個(gè)調(diào)節(jié)器和 2 個(gè)閉合回路 ,2 個(gè)調(diào)節(jié)器分別設(shè)置在主 、副回路中 ,設(shè)在主回路的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器 ,設(shè)在副回路的調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器 。兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)連接 ,主調(diào)節(jié)器的輸出作為副回路的給定量 ,副調(diào)節(jié)器的輸出去控制執(zhí)行元件</p><p>　　串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)多用于燃料源受頻繁擾動(dòng)的鍋爐爐膛，該系統(tǒng)由主回路和副回路組成，主回

59、路根據(jù)實(shí)際值與給定值的偏差由PID調(diào)節(jié)規(guī)律對燃料流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，副回路根據(jù)燃料流量實(shí)際值與主回路溫度調(diào)節(jié)器輸出的燃料流量的偏差對流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以避免擾動(dòng)對燃料流量的影響。</p><p>　　在系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，溫度PID的輸出以A1送到煤粉流量調(diào)節(jié)回路PID作為設(shè)定值，以B1送到空氣流量調(diào)節(jié)回路PID作為設(shè)定值。</p><p>　　在負(fù)荷劇增(溫測<溫給)時(shí),溫度PID的輸出劇增.對

60、于空氣流量調(diào)節(jié)回路,隨著B1開始增加時(shí),B1<B2,低選器選中B1,空氣流量增加,當(dāng)B1正跳變到B1>B2時(shí),低選器選中B2,B1被中斷,同時(shí)B3<B2,高選器選B2,B2作為該回路PID的設(shè)定值,使空氣流量隨著煤粉流量的增加而增加,交叉限制作用開始,當(dāng)B2增加到B2>B1時(shí),低選器又選中B1,B1又作為該回路PID設(shè)定值,交叉限制作用結(jié)束,系統(tǒng)穩(wěn)定。對于煤粉流量調(diào)節(jié)回路,隨著煤粉流量的增加,高選器選A1,而低選

61、器中,開始時(shí)選A1作為該回路PID的設(shè)定值, 煤粉流量增加,A1>A2時(shí),低選氣選A2,A1被中斷, 煤粉流量隨著空氣流量增加而增加,交叉限制作用開始,當(dāng)A2增加到A2>A1時(shí),低選器又選A1,此時(shí)A1>A3,使交叉限制作用結(jié)束,系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。負(fù)荷劇減時(shí)相反。</p><p>　　可見負(fù)荷增加過程中，先開空氣后開煤粉，煤粉和空氣交替逐漸增加，從而保證充分燃燒，不產(chǎn)生黑煙。負(fù)荷減少時(shí)，先關(guān)煤粉后關(guān)

62、空氣，空氣和煤粉交替逐漸減少，保證合理燃燒，不會(huì)空氣過剩，帶走熱量。</p><p><b>　　第六章　　總　結(jié)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的快速發(fā)展，過程控制已經(jīng)成現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說得是

63、無處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握過程控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的設(shè)計(jì)與理論知識(shí)是十分重要的。</p><p>　　回顧起此次過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多。的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在一個(gè)多星期的日子里，可以說得是苦多于甜。記得由于自己不小心，曾經(jīng)不得不把畫了大半個(gè)小時(shí)的鍋爐基本結(jié)構(gòu)圖重新畫一次。但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知

64、識(shí)。例如一些電路設(shè)計(jì)軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用等等。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，這一點(diǎn)對于我們這些即將走上各自工作崗位的應(yīng)屆畢業(yè)生來說是一個(gè)很好的前社會(huì)實(shí)踐過程。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但有以前一些相關(guān)課程的課程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，面對各種問題，最終還是成功解決了。設(shè)

65、計(jì)之初在確定設(shè)計(jì)方案的時(shí)候，為了查找資料還專門到圖書城去查閱相關(guān)火電廠的書籍，并通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜尋相關(guān)的知識(shí)。在設(shè)計(jì)方案的過程中，發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，最后不得不重新拿起課本自習(xí)閱讀相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。總而言之，在這</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[１]于開江,呂劍虹. 鍋爐主汽溫和一級汽溫

66、的優(yōu)化控制[J ] . 動(dòng)力工程,2004 ,24 (2) :212 - 214.</p><p>　　[２]黃成靜,劉紅軍,王東風(fēng). DMC2PID 串級主汽溫控制系[J ] .華北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2003 , (2) :54.</p><p>　　[３]葉智,劉偉,楊新民. DMC2PID 串級控制在火電廠過熱汽溫控制中的研究應(yīng)用. 熱力發(fā)電,2005 , (3) :58 - 60.&l

67、t;/p><p>　　[４]馬平,李偉,鄭貴文,等. 基于無模型自適應(yīng)控制的主汽溫度控制系統(tǒng)[J ] . 電力科學(xué)與工程,2006 , (1) :19 - 21.</p><p>　　[５]方康玲.過程控制系統(tǒng).武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2002.6 </p><p>　　[６]何衍慶，蔣慰孫，俞金壽.工業(yè)生產(chǎn)過程控制.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.2</p&g