基于單片機(jī)的余熱鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、題 目基于單片機(jī)的余熱鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)源工程實(shí)際1、 研究目的和意義 余熱鍋爐是專(zhuān)門(mén)用于與轉(zhuǎn)爐配套的熱能利用轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括熱交換、鍋筒、除氧水箱等三部分。它利用轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈱?duì)鍋筒中的水循環(huán)加熱，并在鍋筒中進(jìn)行汽水分離，把產(chǎn)生的蒸汽送往廠(chǎng)區(qū)熱力網(wǎng)。其中，鍋筒的給水來(lái)自除氧器，通過(guò)給水調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)調(diào)整給水流量。同時(shí)，鍋筒內(nèi)的水通過(guò)循環(huán)泵循環(huán)流經(jīng)熱交換器，吸取熱交換器中煙氣的熱量，以獲得能量。鍋筒內(nèi)的水溫遠(yuǎn)高于水的沸點(diǎn)，由此產(chǎn)生蒸汽，經(jīng)過(guò)蒸汽流量調(diào)節(jié)閥門(mén)送入廠(chǎng)區(qū)熱力網(wǎng)，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。從轉(zhuǎn)爐來(lái)的煙氣通過(guò)熱交換器后，溫度達(dá)到旋風(fēng)收塵和化工廠(chǎng)所能接受的數(shù)值，參與后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。 盡管

2、鍋爐系統(tǒng)種類(lèi)繁多，各種類(lèi)型鍋爐的工藝流程和操作控制各有特點(diǎn)，但對(duì)過(guò)程檢測(cè)、控制的要求是基本相同的。這既包括對(duì)鍋爐產(chǎn)汽量和產(chǎn)汽壓力的要求，也包括對(duì)鍋爐自身安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求。鍋爐生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)控制應(yīng)達(dá)到下述基本目的：鍋爐汽包水位必須保持在一定范圍內(nèi)；鍋爐產(chǎn)汽量必須適應(yīng)用汽設(shè)備用汽量變化的要求；鍋爐產(chǎn)汽壓力必須滿(mǎn)足用汽設(shè)備的要求；過(guò)熱蒸汽溫度必須根據(jù)用汽設(shè)備的要求保持在一定的范圍內(nèi)；燃燒系統(tǒng)必須維持安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。此外，如果過(guò)熱蒸汽溫度變化過(guò)大，還會(huì)引起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸的漲差變化，甚至?xí)a(chǎn)生劇烈振動(dòng)，危及到機(jī)組的運(yùn)行安全。因此，必須相當(dāng)嚴(yán)格地將過(guò)熱汽溫控制在給定值附近。一般中、高壓鍋爐過(guò)熱蒸汽溫

3、度的暫時(shí)偏差不允許超過(guò)±10，長(zhǎng)期偏差不允許超過(guò)±5，這個(gè)要求對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常高的。所以對(duì)鍋爐蒸汽溫度的控制非常必要。 余熱鍋爐是燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電的主設(shè)備之一。和常規(guī)鍋爐不同，余熱鍋爐中不發(fā)生燃燒過(guò)程，也沒(méi)有燃燒相關(guān)的設(shè)備，從本質(zhì)上講，它只是一個(gè)燃?xì)馑羝膿Q熱器。其與燃?xì)廨啓C(jī)配合，燃?xì)廨啓C(jī)的排氣(溫度約在500600）進(jìn)入余熱鍋爐，加熱受熱面中的水，水吸熱變?yōu)楦邷馗邏旱恼羝龠M(jìn)入汽輪機(jī)，完成聯(lián)合循環(huán)。鍋爐是火力發(fā)電廠(chǎng)單元機(jī)組中的主要設(shè)備之一，它是一種系統(tǒng)復(fù)雜、體積龐大和昂貴上的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其內(nèi)部發(fā)生的物理化學(xué)過(guò)程非常復(fù)雜，而且各種過(guò)程機(jī)密耦合，他們相

4、互制約、相互影響。對(duì)于余熱鍋爐動(dòng)態(tài)的研究，往往借助于為它建立的某種簡(jiǎn)化模型。然而，對(duì)于鍋爐內(nèi)部的某些工作機(jī)理，人們至今尚未充分掌握。因此，如何建立比較符合實(shí)際而又相當(dāng)簡(jiǎn)單的鍋爐數(shù)學(xué)模型，尚待研究和值得研究。 本文的設(shè)計(jì)目的，就是針對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度的特點(diǎn)，在深入分析過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)的過(guò)程，過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對(duì)象的靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性以及過(guò)熱蒸汽溫度控制的設(shè)計(jì)難的基礎(chǔ)上，確定在過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用單回路控制的可行性，并考慮根據(jù)蒸汽溫度偏差和偏差的變化情況調(diào)整控制器的參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。并且由控制系統(tǒng)輸出信號(hào)來(lái)控制執(zhí)行器，通過(guò)調(diào)節(jié)執(zhí)行器去控制減溫水閥門(mén)的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)控制過(guò)熱蒸汽溫度。并且通過(guò)仿真

5、驗(yàn)證來(lái)控制效果。采用AT89C51單片機(jī)來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。因此，單片機(jī)對(duì)溫度的控制問(wèn)題是一個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。 2、國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況(文獻(xiàn)綜述) 目前，國(guó)外利用余熱發(fā)電的新趨勢(shì)，是單機(jī)功率小，載熱體溫度低（即利用中低溫余熱發(fā)電）?；騼?nèi)也有一些利用余熱發(fā)電，如炭黑工業(yè)中的低熱值尾氣余熱和硫酸工業(yè)中的硫酸余熱發(fā)電等，所發(fā)的電能主要工廠(chǎng)自用。目前，已把如何利用中低溫的低品位余熱發(fā)電，作為開(kāi)發(fā)節(jié)能新技術(shù)的重要課題。 余熱鍋爐是一種理想的節(jié)能設(shè)備，它不但能節(jié)約能源，而且對(duì)提高主流程

6、的質(zhì)量，減輕公害和滿(mǎn)足某些工藝流程要求，都起著十分重要的作用。現(xiàn)有的余熱鍋爐按進(jìn)鍋爐的介質(zhì)特性，有以下幾種主要型式： 1）廢煙氣不需要進(jìn)一步處理的余熱鍋爐； 2）廢煙氣需要進(jìn)一步處理的余熱鍋爐； 3）廢煙氣要進(jìn)一步處理，且其冷卻在給定時(shí)間內(nèi)完成的余熱鍋爐； 4）固體顯熱的余熱鍋爐。 近十幾年，余熱鍋爐技術(shù)發(fā)展十分迅猛。七十年代初我國(guó)著手并開(kāi)始實(shí)施發(fā)展余熱鍋爐的規(guī)劃。從1974年到1980年，先后投資擴(kuò)建余熱鍋爐研究和制造基地，現(xiàn)已形成具有一定的余熱鍋爐研制能力以及科研基地。至今已開(kāi)發(fā)并制造了涉及15個(gè)類(lèi)別、74個(gè)品種、101個(gè)規(guī)格的余熱鍋爐2000余臺(tái)。 我國(guó)余熱鍋爐產(chǎn)品技術(shù)水品，除少數(shù)接近或

7、到達(dá)國(guó)際上同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平外，大多數(shù)相當(dāng)于國(guó)外五、六十年代的水平，其主要差距反應(yīng)在以下幾個(gè)方面： 1）熱利用率低； 2）自控水平落后； 3）積灰率高和清除效果差（特別是有色冶煉工藝中的余熱鍋爐）。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，今后工業(yè)部門(mén)將普遍采用高能效的先進(jìn)工藝流程，這樣能源的有效利用率提高，高溫余熱資源總量相應(yīng)減少，而中、低溫余熱資源相應(yīng)增長(zhǎng)。因此，余熱利用技術(shù)將由高溫余熱回收技術(shù)轉(zhuǎn)向中，低溫和固體顯熱的余熱回收利用技術(shù)，但在近期仍以發(fā)展高溫余熱回收的鍋爐產(chǎn)品為主。如干法熄焦余熱鍋爐，化鐵爐余熱鍋爐，轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐等。當(dāng)然也必須為今后發(fā)展中、低溫和固體顯熱回收的余熱利用技術(shù)以及城市垃圾焚燒余熱鍋爐開(kāi)展

8、一些科研工作，以加快設(shè)計(jì)，制造各種類(lèi)型、容量和參數(shù)的余熱鍋爐，來(lái)滿(mǎn)足是長(zhǎng)的需求。 余熱鍋爐是機(jī)械產(chǎn)品及余熱發(fā)電設(shè)備的一個(gè)重要組成部分，因此發(fā)展余熱鍋爐，振興余熱鍋爐行業(yè)，也是振興機(jī)械工業(yè)和電力工業(yè)，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、上品種和上水平不可缺少的環(huán)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，建議采取以下措施： 1）改進(jìn)老式產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，趕上世界先進(jìn)水平； 2）在產(chǎn)品發(fā)展中，科研設(shè)計(jì)要與推廣應(yīng)用相結(jié)合； 3）加強(qiáng)與國(guó)外的技術(shù)交流，借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)；4）制定必要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)政策，發(fā)揮科研人員的工作積極性。3、研究/設(shè)計(jì)的目標(biāo)：（1） 余熱鍋爐蒸汽溫度測(cè)量范圍：0400；（2） 工作溫度范圍：-30+70；（3） 蒸汽溫度控制

9、點(diǎn)：370；（4） 蒸汽溫度低報(bào)警點(diǎn)：370±2；（5） 蒸汽溫度高報(bào)警點(diǎn)：370±5；（6）電源： 220VAC；（7）調(diào)節(jié)時(shí)間：30S；（8）超調(diào)量：8。4、設(shè)計(jì)方案（研究/設(shè)計(jì)方法、理論分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法和步驟等）：影響過(guò)熱蒸汽溫度的因素很多，其中主要的有：過(guò)熱器是一個(gè)多容且延遲較大的慣性環(huán)節(jié)，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制要求存在若矛盾，各種擾動(dòng)因素之間相互影響，如蒸汽量、鍋爐給水溫度、流經(jīng)過(guò)熱器的煙氣溫度及流速的變化等。在減溫水流量擾動(dòng)下，減溫器出口過(guò)熱汽溫的響應(yīng)比過(guò)熱器出口汽溫快得多，可以肯定，在噴水減溫過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，以減溫器出口過(guò)熱汽溫作為導(dǎo)前信號(hào)構(gòu)成調(diào)節(jié)系統(tǒng)

10、，可大大改善控制系統(tǒng)的性能。調(diào)節(jié)器和控制對(duì)象是單回路控制系統(tǒng)的兩個(gè)主要組成部分。它們的特性將決定控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，因此討論控制對(duì)象的特征參數(shù)和調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響是非常必要的。對(duì)象動(dòng)態(tài)特性是確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律、設(shè)置調(diào)節(jié)器參數(shù)的依據(jù)，那么根據(jù)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性和生產(chǎn)過(guò)程對(duì)控制質(zhì)量的要求，確定調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)值是控制系統(tǒng)投入前要做的一項(xiàng)重要工作。如下圖1-1單回路方式原理圖所示，系統(tǒng)引入過(guò)熱蒸汽溫度作為反饋量，是典型的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。圖1-1 單回路方式原理圖 它是過(guò)熱蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)中最簡(jiǎn)單、最基本的一種形式。它引入過(guò)熱蒸汽溫度作為反饋量，是典型的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。根據(jù)控制要求，溫度單

11、回路控制系統(tǒng)的控制參數(shù)是蒸汽溫度，測(cè)量便采用溫度傳感器，控制器是單片機(jī)，執(zhí)行器是調(diào)節(jié)閥，所以溫度單回路控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2所示。圖1-2 單回路控制系統(tǒng)方框圖單回路控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是將被控量的狀態(tài)測(cè)量出來(lái)并和給定值進(jìn)行比較，有偏差就可以修正，因此必須知道被控量的準(zhǔn)確狀態(tài)，如果不能正確的檢測(cè)出被控量的狀態(tài)，就不能進(jìn)行控制，所以要求檢測(cè)環(huán)節(jié)的精度和靈敏度更高。另外，作為作為被控量的過(guò)程變量，如果不先改變其狀態(tài)而把它直接作為控制系統(tǒng)的信號(hào)，在大多數(shù)情況下是不適宜的。所以除了特別簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制外，一般不采用對(duì)被控量直接控制的方式。在多數(shù)的過(guò)程控制中，一般都將通過(guò)檢測(cè)環(huán)節(jié)的信號(hào)變換成便于控制的信號(hào)

12、。檢測(cè)環(huán)節(jié)廣泛適用各種類(lèi)型的變送器。余熱鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)的主控部分由單片機(jī)構(gòu)成。通過(guò)按鍵電路進(jìn)行溫度報(bào)警值的設(shè)定，并對(duì)鍋爐的過(guò)熱蒸汽溫進(jìn)行采集及處理，然后與報(bào)警值比較，當(dāng)過(guò)熱蒸汽溫度的測(cè)量值等于設(shè)定值時(shí)，噴水閥門(mén)不動(dòng)，系統(tǒng)處在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，此時(shí)，若爐膛燃燒工況發(fā)變化使蒸汽溫度上升，造成給定值和測(cè)量值產(chǎn)生偏差，則偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)控制器的方向判斷及數(shù)學(xué)運(yùn)算后，產(chǎn)生控制信號(hào)使噴水閥門(mén)以適當(dāng)形式打開(kāi)噴水流量。測(cè)量值最終回到設(shè)定值，系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。下圖1-3為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖1-3 系統(tǒng)方案框圖5、方案的可行性分析：本論文結(jié)合余熱鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一個(gè)控制系統(tǒng)，使其達(dá)到很好

13、的測(cè)試效果。要求所設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)能夠用于實(shí)際中，達(dá)到實(shí)用化水平。余熱鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的研究包括以下幾方面內(nèi)容：（1）分析演研究余熱鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)，明確余熱鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，選定控制方案。（2）余熱鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，根據(jù)余熱鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的測(cè)試范圍和要求的控制精度，以及所采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能，來(lái)選用合適的單片機(jī)及其它芯片，設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)。（3）控制系統(tǒng)的軟件，根據(jù)系統(tǒng)功能及操作過(guò)程，采用模塊設(shè)計(jì)方法列出各模塊的程序流程圖。6、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要用途和應(yīng)用領(lǐng)域：根據(jù)鍋爐的作用不同，可分為電站鍋爐，工業(yè)鍋爐，生活鍋爐等。其中電站鍋爐主要用于發(fā)電

14、，工業(yè)鍋爐主要用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而生活鍋爐主要用于供熱取暖。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過(guò)程不斷強(qiáng)化，生活設(shè)備不斷革新，鍋爐向大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。為確保生產(chǎn)生活安全，對(duì)鍋爐設(shè)備的自動(dòng)控制就顯得十分重要。7、時(shí)間進(jìn)程第1周 開(kāi)始閱讀畢業(yè)設(shè)計(jì)方面有關(guān)的書(shū)籍第2周 閱讀單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編了解單片機(jī)第3周 去圖書(shū)館查閱資料第4周 閱讀燃油燃?xì)忮仩t房設(shè)計(jì)手冊(cè)第5周 分配畢業(yè)設(shè)計(jì)題目；第6周 向?qū)熈私猱厴I(yè)設(shè)計(jì)及開(kāi)題報(bào)告要求；第7周 準(zhǔn)備正式進(jìn)入設(shè)計(jì)階段；第8周 完成開(kāi)題報(bào)告模版第9周 查找書(shū)籍第10周 同導(dǎo)師討論開(kāi)題報(bào)告中不明白的問(wèn)題；第11周 集中完成任務(wù)書(shū)、進(jìn)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)；第12周

15、自己繪制開(kāi)題報(bào)告中的圖第13周 完成開(kāi)題報(bào)告初稿；第14周 開(kāi)題報(bào)告修改定稿；第15周 上交開(kāi)題報(bào)告 開(kāi)題答辯；第16周 完成論文初稿；第17周 論文修改定稿；第18周 完成畢業(yè)說(shuō)明書(shū)及其它相關(guān)資料；8、參考文獻(xiàn)：1 潘永雄,張曉薊.新編單片機(jī)原理與應(yīng)用M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002.2燃油燃?xì)忮仩t房設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組.燃油燃?xì)忮仩t房設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.3 張仁青，李彥，朱傳堂等，燃油、燃煤氣、燃煤鍋爐房的對(duì)比和展望J.江蘇暖通空調(diào)制冷,1998,3:7-11.4 YLZK-C42型全自動(dòng)常壓油爐電腦控制器使用說(shuō)明書(shū)M.南京二南京仁泰鍋爐白控設(shè)備有限公司.5 陳兆煊，陳偉權(quán).燃油、燃?xì)獬簾崴疇t國(guó)內(nèi)外發(fā)展應(yīng)用概況分析和建議J.工業(yè)鍋爐，1998,3:71-74.6 李之光等常壓熱水鍋爐及其供暖系統(tǒng)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.7 李曉光，鹿道智，于惠君等.小型然油燃?xì)忮仩tM大連:大連理工大學(xué)出版社，2009.8 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M.北京:北京航空航大大學(xué)出版社，2000.9 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社，2006.10 胡建，劉玉賓，朱煥立.單片機(jī)與接口技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.11 高鋒.單片微