熱電廠鍋爐爐膛溫度控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書01

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目：熱電廠鍋爐爐膛溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：何棟學(xué) 號(hào)：0705112337專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器班 級(jí)：測(cè)控07-3班指導(dǎo)教師：孫采鷹老師20摘要 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(guò)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(guò)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(zhǎng)期超溫 ,則會(huì)導(dǎo)致過(guò)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(jí)噴嘴和葉片、高壓缸前軸承等部件的壽命縮短

2、,甚至損壞;假如該汽溫過(guò)低 ,會(huì)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(guò)汽輪機(jī)最后幾級(jí)的蒸汽濕度增加 ,引起葉片磨損;當(dāng)汽溫變化過(guò)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)，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)。關(guān)鍵詞：熱電廠；鍋爐；爐膛溫度；串級(jí)

3、控制目 錄引 言4第一章熱電廠的工藝流程及要求5第二章鍋爐的工藝流程及控制要求72.1鍋爐的工藝流程72.2鍋爐的控制要求8第三章鍋爐爐膛溫度的分析9第四章鍋爐爐膛溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)114.1爐膛溫度控制的理論數(shù)學(xué)模型114.2爐膛溫度控制方法的選擇124.3 系統(tǒng)單元元件的選擇124.3.1溫度檢測(cè)變送器的選擇124.3.2流量檢測(cè)變送器的選擇134.3.3主、副調(diào)節(jié)器正反作用的選擇154.3.4主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇154.3.5控制器儀表的選擇164.3.6控制閥的選擇18第五章鍋爐爐膛溫度控制系統(tǒng)的工作原理18第六章總結(jié)19參考文獻(xiàn)20引 言隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展 ,對(duì)工藝

4、操作條件的要求更加嚴(yán)格 ,對(duì)安全運(yùn)行及對(duì)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(jí)控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生 。鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求 :(1) 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)鍋爐系統(tǒng)工藝流程的控制 。(2) 能夠自動(dòng)控制鍋爐溫度 ,并達(dá)到所需精度 。(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 。工程控制是工業(yè)自動(dòng)化的重要分支。幾十年來(lái)，工業(yè)過(guò)程控制獲得了驚人的發(fā)展，無(wú)論是在大規(guī)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，還是在傳統(tǒng)工業(yè)過(guò)程改造中，過(guò)程控制技術(shù)對(duì)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。生產(chǎn)過(guò)程是指物料經(jīng)過(guò)若干

5、加工步驟而成為產(chǎn)品的過(guò)程。該過(guò)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(shuō)生產(chǎn)過(guò)程表現(xiàn)為物流過(guò)變化的過(guò)程，伴隨物流變化的信息包括物流性質(zhì)的信息和操作條件的信息。生產(chǎn)過(guò)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(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視和控制。因此，過(guò)程控制的任務(wù)是在了解生產(chǎn)過(guò)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析與綜合，以生產(chǎn)過(guò)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(guò)程的控制目標(biāo)。第一章 熱電廠的工藝流程及要求1.1 熱電廠生產(chǎn)工藝原煤經(jīng)過(guò)制粉系統(tǒng)將大塊的煤轉(zhuǎn)化成可供鍋

6、爐燃燒的煤粉，生水經(jīng)過(guò)水處理系統(tǒng)再經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)汽輪機(jī)，使得汽輪機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(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(guò)高壓遠(yuǎn)程輸電送入各個(gè)電網(wǎng)輸送到全國(guó)各地?zé)犭姀S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

7、統(tǒng)主要由熱媒系統(tǒng)，熱水供應(yīng)系統(tǒng)和附件三個(gè)部分組成。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(guò)熱媒管網(wǎng)送到換熱器加熱冷水，變成高溫水通過(guò)熱媒管網(wǎng)供暖。經(jīng)過(guò)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(guò)程。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(lái)，經(jīng)配水管網(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(guò)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(shì)能機(jī)械能電能。在鍋爐中

8、，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Ｋ幚硐到y(tǒng)就是為了產(chǎn)出電導(dǎo)率<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(yáng)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(zhǎng)氣等，如下圖（1-1）圖（1-1）熱電廠生產(chǎn)工藝流程圖第二章鍋爐的工藝流程及控制要求2.1鍋爐的工藝流程由于鍋爐設(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，

9、鍋爐有各種各樣的流程。常見(jiàn)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(guò)熱器，形成一定汽溫的過(guò)熱蒸汽，匯集至蒸汽母管。壓力為的過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，將飽和蒸汽變成過(guò)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。2.2鍋爐的控制要求根據(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，鍋爐設(shè)備的主要控制

10、要求如下。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；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)；3 、過(guò)熱蒸汽溫度保持在一定范圍；4、汽包水位保持在一定范圍；5、保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性和安全性；6 、爐膛負(fù)壓保持在一定的范圍內(nèi)。根據(jù)上述要求，鍋爐設(shè)備的主要控制系統(tǒng)見(jiàn)表2.1.表2.1 鍋爐設(shè)備的主要控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)被控變量操縱變量控制目的鍋爐給水控制系統(tǒng)鍋爐汽包水位給水流量鍋爐內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽和給水的無(wú)聊平衡過(guò)路燃燒控制系統(tǒng)蒸汽壓力煙氣成分爐膛負(fù)壓燃料流量送風(fēng)流量引風(fēng)流量蒸汽負(fù)荷的平衡燃燒的完全和經(jīng)濟(jì)性鍋爐運(yùn)行的安全性過(guò)熱蒸汽控制系統(tǒng)過(guò)熱蒸汽溫度噴水流量過(guò)熱蒸汽的溫度和安全性第三章鍋

11、爐爐膛溫度的分析火電廠的鍋爐爐膛由于采用的燃料為煤粉，在燃燒過(guò)程中，爐膛和汽包之間的傳熱過(guò)程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)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(duì)稱性等特點(diǎn)。在過(guò)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。具有時(shí)滯的一階環(huán)節(jié) （0.1） 具有時(shí)滯的二階環(huán)節(jié) （0.2） 在現(xiàn)場(chǎng)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(lái)。但是我們要對(duì)爐膛內(nèi)的溫度進(jìn)行控制就必須要對(duì)爐膛內(nèi)的溫度變化進(jìn)行一個(gè)規(guī)律的總結(jié)，所以在規(guī)定的要求范圍內(nèi)，對(duì)一些情況進(jìn)行近似處理是

12、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。對(duì)于火電廠鍋爐來(lái)說(shuō)，爐體的容量、結(jié)構(gòu)、檢測(cè)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(wèn)題，是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題(容積滯后時(shí)間就是級(jí)聯(lián)的各個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)之和)。純滯后產(chǎn)生的根源也要從整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)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(guò)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(duì)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

13、會(huì)隨溫度升高而減小。由于火電廠鍋爐使用的燃料是煤粉，即鍋爐能量的來(lái)源方式是通過(guò)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)形式又是以爐膛的爐體熱量散失，對(duì)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(guò)程，是一個(gè)非線性變化的過(guò)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(duì)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(guò)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。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

14、爐，長(zhǎng)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(zhǎng)，爐子的保溫隔熱材料會(huì)逐漸老化，爐膛內(nèi)部由于長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境中，爐體的保溫、密封性能變差，通過(guò)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)常變化的，冬天外部環(huán)境相對(duì)較冷，爐體的散熱較快；夏天氣溫炎熱，爐體的散熱相對(duì)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?；痣姀S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(duì)象的增益、容積滯后時(shí)

15、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(duì)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)。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(duì)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。第四章鍋爐爐膛溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1爐膛溫度控制的理論數(shù)學(xué)模型根據(jù)以上分析可知，爐

16、膛溫度問(wèn)題是比較復(fù)雜的。對(duì)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(jiǎn)化模型來(lái)表征，即: （1） 其中K。為過(guò)程的增益，為過(guò)程的純滯后時(shí)間，To為過(guò)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(duì)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。4.2爐膛溫度控制方法的選擇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(jí)控制系統(tǒng)。其中，兩個(gè)

17、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(guò)程中盡量維持空氣、燃料在最佳比值附近。4.3 系統(tǒng)單元元件的選擇4.3.1溫度檢測(cè)變送器的選擇熱電偶溫度變送器與各種測(cè)溫?zé)犭娕寂浜鲜褂?，可將溫度信?hào)線性地轉(zhuǎn)換成為420mADC電流信號(hào)或15VDC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(lái)實(shí)現(xiàn)線性變化。類 別材  質(zhì)分 度 號(hào)測(cè) 量 范 圍熱    電    偶   

18、60;鎳鉻-康銅E0-1000范圍內(nèi)任選鎳鉻-鎳硅K0-1300范圍內(nèi)任選鉑銠10-鉑S0-1600范圍內(nèi)任選鉑銠30-鉑銠6B0-1800范圍內(nèi)任選銅-康銅T0-400范圍內(nèi)任選鐵-康銅J0-1200范圍內(nèi)任選熱    電    阻    銅熱電阻Cu50-50-+150范圍內(nèi)任選銅熱電阻Cu100-50-+15范圍內(nèi)任選鉑熱電阻Pt100-200-+600范圍內(nèi)任選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(cè)量范圍較小，所以在這里我選用熱電偶溫度變

19、送器，熱電偶溫度變送器與各種測(cè)溫?zé)犭娕寂浜鲜褂茫蓪囟刃盘?hào)線性地轉(zhuǎn)換成為420mADC電流信號(hào)或15VDC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(lái)實(shí)現(xiàn)線性變化。在同樣的都滿足測(cè)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。DBW-1150型熱電偶溫度變送器是DDZ-III系列儀表的主要品種。本溫度變送器用熱電偶作為測(cè)溫元件，將被測(cè)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)。技術(shù)參數(shù)：輸    

20、入：  標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 輸    出：  輸出電流：420mADC              輸出電壓：15VDC              輸出電阻：250      &#

21、160;       允許負(fù)載變化范圍：100量 程：  01600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100M 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：050           &#

22、160;  相對(duì)濕度：90%（RH）電源電壓：  24VDC±5%功    耗：  2W防爆等級(jí)：  (ib)IICT6重    量：  2Kg4.3.2流量檢測(cè)變送器的選擇本次流量變送的對(duì)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(cè)量煤粉固體顆粒，又能測(cè)量氣體的流量。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)。LUGB型

23、渦街流量計(jì)根據(jù)卡門渦街原理測(cè)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(cè)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。LUGB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(jí)完全可以滿足火電廠鍋爐溫度控制系統(tǒng)的精度要求。產(chǎn)品特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢固，無(wú)可動(dòng)部件，可靠性高，長(zhǎng)期運(yùn)行十分可靠。安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)十分方便。檢測(cè)傳感器不直接接觸被測(cè)介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)。輸出是與流量成正比的脈沖

24、信號(hào)，無(wú)零點(diǎn)漂移，精度高。測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)1:10。壓力損失較小，運(yùn)行費(fèi)用低，更具節(jié)能意義。 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(cè)量流體體積流量時(shí)無(wú)需補(bǔ)償，調(diào)換配件后一般無(wú)需重新標(biāo)定儀表系數(shù)。應(yīng)用范圍廣，蒸汽、氣體、液體的流量均可測(cè)量技術(shù)參數(shù)：公稱通經(jīng)（mm）：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(cè)介質(zhì)溫度（）：40250；40350 環(huán)境條件：溫度10

25、55，相對(duì)濕度590，大氣壓力86106Kpa 精度等級(jí)：測(cè)量液體：示值的±0.5 測(cè)量氣體或蒸汽：示值的±1.0、±1.5 量程比：1：10；1：15 阻力損失系數(shù)：Cd2.6 輸出信號(hào)：傳感器：脈沖頻率信號(hào)0.13000Hz 低電平1V 高電平6V 變送器：兩線制420mADC電流信號(hào) 供電電源：傳感器：12VDC、24VDC（可選） 變送器：24VDC 現(xiàn)場(chǎng)顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池 信號(hào)傳輸線：STVPV3×0.3（三線制），2×0.3（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(jí)：ExdIIB

26、T6 防護(hù)等級(jí)：IP65 允許振動(dòng)加速度：1.0g4.3.3主、副調(diào)節(jié)器正反作用的選擇1. 副調(diào)節(jié)器的正、反作用確定：根據(jù)生產(chǎn)工藝安全的原則，調(diào)節(jié)閥采用氣開(kāi)式，故Kv為正；當(dāng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大，空燃比增大，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。2.主調(diào)節(jié)器的正、反作用確定：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(kāi)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。4.3.4主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主調(diào)：定制控制；副調(diào)：隨動(dòng)控制主被控參數(shù)溫度是工藝操作的主要指標(biāo)，允

27、許波動(dòng)的范圍很小，一般要求無(wú)靜差，因此主調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇PID調(diào)節(jié)規(guī)律。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(guò)大，對(duì)控制不利，所以需要采用PI調(diào)節(jié)，以增強(qiáng)控制作用。4.3.5控制器儀表的選擇采用模擬控制器:DDZIII型調(diào)節(jié)器，DDZ基型控制器框圖如圖4.3 。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?？刂破鞯妮斎胄盘?hào)為15V的測(cè)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15V，外設(shè)定信號(hào)為420mA。測(cè)

28、量信號(hào)和設(shè)定信號(hào)通過(guò)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420mA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下降，當(dāng)手指離開(kāi)操作鍵時(shí)，控制器的輸出值保持在手指離開(kāi)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(wú)平衡無(wú)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)

29、無(wú)擾動(dòng)切換。如果是全刻度指示控制器，測(cè)量信號(hào)的指示電路和設(shè)定信號(hào)的指示電路分別把15V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為15mA電流信號(hào)用雙針指示器分別指示測(cè)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。圖4.3中的420mA輸出信號(hào)通過(guò)精密電阻轉(zhuǎn)化為15V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。技術(shù)參數(shù)：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）。調(diào)節(jié)器輸出通道1路，信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)4-20mA或0-10 mA。跟蹤輸入通道1路，信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)1-5VDC（DDZ-I

30、II型）或0-2.5VDC（DDZ-II型）。模擬輸入通道的輸入阻抗為250。故障接點(diǎn)輸出1路，晶體管集電極開(kāi)路輸出。手/自接點(diǎn)輸入1路，無(wú)電壓開(kāi)關(guān)接點(diǎn)，接點(diǎn)容量0.5A。手動(dòng)：ON，自動(dòng)：OFF。電源：220±10%AC，0.2A。每個(gè)通道都可以用撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定為是否進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算，阻尼時(shí)間可通過(guò)面板修改。PID參數(shù)范圍： （1）給定值-6.9%106.9% （2）比例帶0.0799.9% （3）積分時(shí)間0.099.9%分 （4）微分時(shí)間0.099.9%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:80×160×260mm。4.3.6

31、控制閥的選擇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。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(kāi)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(jiǎn)單，動(dòng)作可靠，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。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(lái)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，

32、流體受到的阻力增大，流量減小。推桿下移的同時(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(jiàn)，調(diào)節(jié)閥是根據(jù)信號(hào)壓力的大小，通過(guò)改變閥芯的行程來(lái)改變閥的阻力大小，達(dá)到控制流量的目的。第五章鍋爐爐膛溫度控制系統(tǒng)的工作原理。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。在此次設(shè)計(jì)中我采用串級(jí)回路控制方法。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)

33、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)行元件串級(jí)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(duì)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(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以避免擾動(dòng)對(duì)燃料流量的影響。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。在負(fù)荷劇增(溫測(cè)<溫給)時(shí),溫度PID的輸出劇增.對(duì)于空氣流量調(diào)節(jié)回路,隨著B1開(kāi)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>B

34、2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(kāi)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(duì)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,而低選器中,開(kāi)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(kāi)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>