工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

工業(yè)鍋爐控制方案設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)： 40512205學(xué)生姓名： 曹新龍專(zhuān)業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化12102指導(dǎo)老師： 趙瑩萍目 錄引言 3文獻(xiàn)綜述 4鍋爐的基本構(gòu)造 4鍋爐的工作原理及過(guò)程 6燃料的燃燒過(guò)程 6水的汽化過(guò)程 6煙氣向水的傳熱過(guò)程 7總體方案設(shè)計(jì) 9蒸汽溫度控制系統(tǒng) 9蒸汽壓力控制系統(tǒng) 9汽包液位控制系統(tǒng) 10爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng) 10報(bào)警系統(tǒng) 10具體方案實(shí)施 12控制系統(tǒng)的硬件選型 12傳感器的選型 12變送器 13常規(guī)控制器的控制規(guī)律及其選擇 13變頻器 13測(cè)速發(fā)電機(jī) 14計(jì)算機(jī)控制模塊 14控制系統(tǒng)具體選型 14具體選型見(jiàn)表3.1和表3.2所示。 14硬件組成 19軟件組成 19控制臺(tái) 19參考文獻(xiàn) 21引 言進(jìn)而將熱能傳遞給水，以生產(chǎn)熱水和蒸汽。為了提高熱量及效率，鍋爐向著高壓，高溫和大容量等方向發(fā)展。供熱鍋爐，除了生產(chǎn)工藝有特殊要求外，所生產(chǎn)的熱水不需要過(guò)高溫的壓力和溫度，容量也無(wú)需很大。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐日益廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需求是非常大的，然而我國(guó)的能源利用率極低，所以提高鍋爐的熱效率，具有極為重要的實(shí)際意義。此外，鍋爐是否能應(yīng)地制宜地有效地燃用地方燃料，并減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保證鍋爐額定運(yùn)行及運(yùn)行效率，安全可靠地供熱等課題。鍋爐微機(jī)控制，是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，它是微型計(jì)算機(jī)軟件、分布廣，我國(guó)現(xiàn)有中、小型鍋爐30大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染嚴(yán)重的生產(chǎn)狀本課題的主要方向就是采用過(guò)程控制對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行控制，采用先進(jìn)的控制算法，以達(dá)到優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)環(huán)境衛(wèi)生、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的作用。1 文獻(xiàn)綜述在各種工業(yè)企業(yè)的動(dòng)力設(shè)備中，鍋爐是重要的組成部分,所以鍋爐的性能至關(guān)重要。要設(shè)計(jì)一套完整的、性能良好的工業(yè)燃燒鍋爐，首先就必須了解一般燃燒鍋爐的基本構(gòu)造和燃燒過(guò)程。鍋爐的基本構(gòu)造熱能，并通過(guò)熱傳遞把能量傳遞給水，把水變成蒸汽或熱水，蒸汽或熱水直接供給工業(yè)和生活中所需要的熱能。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的1.1鍋爐的主要設(shè)備包括氣鍋、爐子、爐膛、鍋筒、水冷壁、過(guò)熱器、省煤器、燃燒設(shè)備、引風(fēng)設(shè)備、送風(fēng)設(shè)備、給水設(shè)備、空氣預(yù)熱器、水處理設(shè)備、燃料供給設(shè)備以及除灰除塵設(shè)備等。管簇內(nèi)發(fā)生自然的循環(huán)流動(dòng)，并逐漸氣化，產(chǎn)生的飽和蒸汽積聚在上鍋筒里面。爐子：是使燃燒從充分燃燒并釋放出熱量的設(shè)備。爐膛：保證燃料的充分燃燒，并使水流受熱面積達(dá)到規(guī)定的數(shù)值。鍋筒：使自然循環(huán)鍋爐各受熱面能適應(yīng)負(fù)荷變化的設(shè)備（流鍋爐內(nèi)無(wú)鍋筒。）水冷壁：主要是輻射受熱面，保護(hù)爐壁的作用。熱器一般都裝在爐膛出口。從而延長(zhǎng)了汽包的使用壽命。燃燒。引風(fēng)設(shè)備：包括引風(fēng)機(jī)、煙道和煙囪等幾部分。用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排出。給水設(shè)備：由水泵和給水管組成。要的空氣，是一個(gè)換熱器。省煤器出口煙溫度高，裝上空氣預(yù)熱器后，可以進(jìn)一步降低排煙溫度，也可改善燃料著火和燃燒條件，降低不完全燃燒所造成的損失，提高鍋爐機(jī)組的效率。爐受熱面上結(jié)水垢或腐蝕。需燃料供應(yīng)。除灰除塵設(shè)備：是收集鍋爐灰渣并運(yùn)往儲(chǔ)灰場(chǎng)地的設(shè)備。此外，除了保證鍋爐的正常工作和安全，蒸汽鍋爐還必須裝設(shè)安全閥、水位表、高低水位報(bào)警器、壓力表、主氣閥、排污閥和止污閥等，還有用來(lái)消除受熱面上積灰的吹灰器，以提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)由于篇幅其間，則就不必考慮這些問(wèn)題了。汽包汽包汽水分界面蒸汽出口省煤器鍋爐給水泵煙囪給水調(diào)節(jié)閥煤斗爐排空氣預(yù)熱器鼓風(fēng)機(jī)除塵器鍋爐引風(fēng)機(jī)1.1鍋爐的工作原理及過(guò)程鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽的換熱設(shè)備。它通過(guò)煤油或燃?xì)獾热剂系娜紵尫懦龌瘜W(xué)能，并通過(guò)傳熱過(guò)程將能量傳遞給水，使水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，蒸汽，或通過(guò)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的化學(xué)能最有效地轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮堋Ｒ虼?，近代鍋爐亦稱(chēng)為蒸汽發(fā)生器。鍋爐的工作過(guò)程概括起來(lái)應(yīng)該包括三個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程程、水的汽化過(guò)程、煙氣向水的傳熱過(guò)程。燃料的燃燒過(guò)程首先將燃料（這里用煤）排接電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速齒輪箱減速后由鏈輪來(lái)帶動(dòng)，將燃料煤帶入爐內(nèi)。燃料一面燃燒，一面向后移動(dòng)，燃料所需要的空氣是由風(fēng)機(jī)送入爐排腹中風(fēng)倉(cāng)后，向上穿過(guò)爐排到達(dá)燃料層，進(jìn)行燃料反應(yīng)形成高溫?zé)煔狻Ｈ剂先紵ㄈ羰侨細(xì)馐藉仩t就沒(méi)有這一部分了）這整個(gè)過(guò)程稱(chēng)為燃燒過(guò)程。水的汽化過(guò)程蒸汽所產(chǎn)生的過(guò)程是借助于上鍋筒內(nèi)設(shè)的汽水分離裝置身空間的重力分離力作用，使汽水混合物得到分離。蒸汽在上鍋筒頂部引出后，進(jìn)入蒸汽過(guò)熱氣，而分離下來(lái)的水仍回到上鍋筒下半部的水中。鍋爐中的水循環(huán)，也保證與高溫?zé)煔庀嘟佑|的金屬受熱面的以冷卻而不被燒壞，是鍋爐能長(zhǎng)期安全運(yùn)行的必要條件。而汽水混合物的分離設(shè)備則是保證蒸汽品質(zhì)和蒸汽過(guò)熱可靠工作的必要的設(shè)備。煙氣向水的傳熱過(guò)程以降低排煙溫度提高鍋爐效率，從而節(jié)省了燃料。以上就是一般鍋爐工水的過(guò)程，一個(gè)鍋爐進(jìn)行工作，其主要任務(wù)是：(1)要是鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。保持鍋爐負(fù)壓恒定。通常我們是爐膛負(fù)壓保持在微負(fù)壓（ -10～80P。為了完成上述三項(xiàng)任務(wù)，我們對(duì)三個(gè)量進(jìn)行控制：燃料量，送風(fēng)量，引風(fēng)量。從而使鍋爐能正常運(yùn)行。難點(diǎn)分析由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個(gè)設(shè)有自平衡能力的被控對(duì)象，運(yùn)行中存在虛假水位現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙沖量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。總體方案設(shè)計(jì)為蒸汽溫度控制系統(tǒng)、蒸汽壓力控制系統(tǒng)、汽包液位控制系統(tǒng)以及爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。下面分別對(duì)這幾個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。蒸汽溫度控制系統(tǒng)干擾的影響，所以必學(xué)對(duì)蒸汽的溫度加以控制，以在一定范圍內(nèi)得到溫度相對(duì)恒定的蒸汽。影響蒸汽溫度的主要因素是給煤量以及空煤比，所以我們采用了串級(jí)比值控制系統(tǒng)分別控制給煤量以及給風(fēng)量。另外，影響蒸汽溫度的因素還有給水量、蒸發(fā)量以及引風(fēng)量等，又考慮到了控制系統(tǒng)相應(yīng)的快速性，我們又將給水量和蒸發(fā)量作為蒸汽溫度控制的前饋量構(gòu)成前饋控制系統(tǒng)。即采用前饋比值串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)蒸汽溫度進(jìn)行控制，其控制系2.12.1蒸汽溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖蒸汽壓力控制系統(tǒng)有可能導(dǎo)致爆炸等安全事故的發(fā)生。所以必須保證鍋爐的壓力處于一個(gè)適中的范圍內(nèi)，即必須對(duì)鍋爐壓力加以控制。上述蒸汽溫度控制系統(tǒng)在控制蒸汽溫度的同時(shí)就直接影響了蒸汽壓力，在次不詳加介紹。壓力控制系統(tǒng)分為安全壓力控制系統(tǒng)和超壓控制系統(tǒng)統(tǒng)是鍋爐壓力在安全壓力范圍之內(nèi)的控制系統(tǒng)，其主要完成的功能是在安全的基礎(chǔ)上對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使壓力維持在一定的范圍內(nèi)，以得到需要的蒸汽壓力，保證蒸汽質(zhì)量；超壓控制系統(tǒng)是鍋爐壓力超壓時(shí)所采用的壓力控制系統(tǒng)，其主要完成的功能是當(dāng)壓力超出某以壓力上限的設(shè)定值時(shí)，迅速打開(kāi)安全閥，使壓力迅速降低，直到降到安全范圍內(nèi)后又迅速關(guān)閉安全閥。其中安全壓力控制系統(tǒng)采用串級(jí)控制，而超壓控制系統(tǒng)采用單回路控制，所以蒸汽壓力控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合的控制系統(tǒng)，從某種意義上講，可以將其歸入分程控制系統(tǒng)一類(lèi)，其結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖2.2所示。2.2蒸汽壓力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖汽包液位控制系統(tǒng)事故；反之，如果汽包液位過(guò)低，鍋爐很有可能會(huì)被燒壞，甚至導(dǎo)致爆炸等安全事故。條件不變的情況下，蒸發(fā)量越大，液位越低，而給水量越大則液位越高，反之則反。其中蒸發(fā)量是由工業(yè)的需要所決定的，而給水的主要作用就是用以維持汽包液位的，所以我們選擇給水量作為操縱量對(duì)汽包液位進(jìn)行控制，又因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)相應(yīng)的平穩(wěn)性和快速性，除采用串級(jí)控制外，還將蒸發(fā)量引入前饋通道，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行前饋串級(jí)控制，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖2.32.3汽包液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)如果爐膛負(fù)壓太小，甚至為正，則爐膛內(nèi)煙氣過(guò)多，甚至煙氣向外冒，影響設(shè)備和操作人員的安全；反之，爐膛負(fù)壓過(guò)小，會(huì)使冷空氣漏進(jìn)爐膛內(nèi)，從而是熱量損失增加，降低燃燒效率。所以必須對(duì)爐膛的壓力進(jìn)行控制。2.42.4爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖報(bào)警系統(tǒng)因?yàn)橄到y(tǒng)的運(yùn)行并不是100%的，所以難免某些控制變量會(huì)超出可控或安全的范圍，當(dāng)出現(xiàn)這類(lèi)情況時(shí)，隨時(shí)都有可能危及到現(xiàn)場(chǎng)操作人員以及工作設(shè)備等的安全，所以必須對(duì)這類(lèi)情況給出相應(yīng)的報(bào)警提示，即必須安裝相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)，用以提示操作人員做出相應(yīng)的必要操作，在某些可能出現(xiàn)安全事故的情況下還有用于提示人員疏散等緊急措施。系統(tǒng)、液位報(bào)警系統(tǒng)和負(fù)壓控制系統(tǒng)，分別對(duì)蒸汽溫度、蒸汽壓力、汽包液位和爐膛負(fù)壓進(jìn)行超限報(bào)警提示。在鍋爐的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)分別對(duì)蒸汽溫度、蒸汽壓力、汽包液位和爐膛負(fù)壓設(shè)置了上下限值。報(bào)警系統(tǒng)就是當(dāng)相應(yīng)的實(shí)測(cè)值低于（或高于）其相應(yīng)的下限（或上限）值時(shí)給出相應(yīng)的下（上）限報(bào)警，這些功能均由軟件完成，與此同時(shí)，控制系統(tǒng)還會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，使相應(yīng)的變量值進(jìn)入相應(yīng)的極限范圍，然后撤銷(xiāo)相應(yīng)的報(bào)警提示。具體方案實(shí)施控制系統(tǒng)的硬件選型傳感器的選型能量形式的裝置。信號(hào)處理電路用于處理信息，而輸出器件是一種利用已處理過(guò)的信號(hào)的裝置、顯示或動(dòng)作。溫度傳感器我們經(jīng)過(guò)充分考慮決定選用鎳鉻—鎳硅熱電偶。這種熱電偶分度號(hào)為“-20—120其特點(diǎn)是測(cè)溫范圍很寬，熱電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系近似線(xiàn)性，熱電動(dòng)勢(shì)大及價(jià)BS端溫度的單值函數(shù)。由于熱電偶的分度表是以冷端溫度為零時(shí)作出的，因此，在使用時(shí)要正確地反映熱端溫度，必須使冷端溫度恒定為零。這樣我們就需要進(jìn)行一些補(bǔ)償措施。溫法。補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法。計(jì)算修正法。電橋補(bǔ)償法。其中，電橋補(bǔ)償法的連接電路如圖3.1所示。3.1電橋補(bǔ)償法連接電路流量傳感器、壓力傳感器器都統(tǒng)一裝在了變送器上，即信號(hào)同時(shí)在變送器中測(cè)知，并且把它變成4~20mA變送器變換，輸出一個(gè)統(tǒng)一的相應(yīng)的氣壓或電流信號(hào)，再傳送到指示記錄儀、運(yùn)算器和調(diào)節(jié)器，供指示、記錄和調(diào)節(jié)使用。在本次設(shè)計(jì)中我們主要用到的差壓變送器是DDZ—IIIP1P2F1FF分解成F2和F2M4-20mA直流電流又流過(guò)電磁反饋裝置的反饋動(dòng)圈產(chǎn)生的力矩M1M2I常規(guī)控制器的控制規(guī)律及其選擇務(wù)的元部件構(gòu)成的，這些元部件各自都有本身的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性、控制方案以及干擾的形式和幅值。一般說(shuō)來(lái)，被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)變送器等元部件一旦選定，其特性就被固定下來(lái)了，所以，設(shè)計(jì)的剩下的一項(xiàng)主要任務(wù)就是確定控制規(guī)律、合理地選擇控制器的形式及參數(shù)，以得到最佳的控制質(zhì)量。變頻器給電動(dòng)機(jī)提供頻率可變電源的設(shè)備就是變頻器對(duì)變頻器的選型要從容量、輸出電壓、輸出頻率、保護(hù)構(gòu)造、U/F（電壓/頻率）模式、電網(wǎng)→逆變器的切換、瞬停，再啟動(dòng)等方面進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)而選擇滿(mǎn)足要求的機(jī)種、機(jī)型。測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)的功能是將機(jī)械轉(zhuǎn)速換為相應(yīng)的電壓信號(hào)計(jì)算機(jī)控制模塊快速性，安全性等的性能指標(biāo)得到很大的提高。控制系統(tǒng)具體選型SBWR-0404P分度：PT100分度：PT1003.1SBWR-0404P分度：PT100分度：PT100檢測(cè)點(diǎn)3.1儀表名稱(chēng)控制系統(tǒng)選型（一）規(guī)格 型號(hào)安裝地點(diǎn)爐膛溫度鎳鉻-鎳硅熱電偶插深：1=1000量程：0～1200℃WRN-120分度號(hào)：K爐體溫?zé)犭娕紲囟茸兯推髋潆娖髁砍蹋?～1200℃分度號(hào)：K雙回路供電：DFPX-210024V-DC傳感器之后控制柜后架裝煙溫鎳鉻-鎳硅熱電偶插深：1=1000量程：0～1200℃WRN-120分度號(hào)：K爐體省進(jìn)煙溫鉑電阻溫度計(jì)插深：1=1000WZP-220省進(jìn)煙管省出煙溫鉑電阻溫度計(jì)插深：1=1000WZP-220省出煙管

鉑電阻溫度計(jì)鉑電阻溫度計(jì)鉑電阻溫度計(jì)鉑電阻溫度

插 深 1/L=150/300分度號(hào)：PT100插 深 1/L=150/300分度號(hào)：PT100插 深 1/L=300/450分度號(hào)：PT100插 深

WZP-220WZP-220WZP-220

省進(jìn)水管省出水管熱水管上回水溫度

計(jì)熱電阻溫度

1/L=300/450分度號(hào)：PT100

WZP-220 熱水管上與回水在回水溫度 量程：0～1200℃SBWZ-0703P變送器雙回路供電：

一起控制柜后配電器

24V-DC

DFPX-2100架裝室外溫度

鉑電阻溫度500×500

WZPW-30 室外計(jì) 分度號(hào)：PT100室內(nèi)溫度

鉑電阻溫度500×500

WZPW-30 室內(nèi)計(jì) 分度號(hào)：PT100檢測(cè)點(diǎn)儀表名稱(chēng)爐膛負(fù)壓檢測(cè)點(diǎn)儀表名稱(chēng)爐膛負(fù)壓差壓變送器規(guī)格C1124V-DC量程:-1000～0Pa型號(hào)安裝地點(diǎn)SBCC-13-1312/032爐體后側(cè)壓配電器DFPX-2100控制柜后架裝力省進(jìn)煙壓壓力變送器配:1/2-14npt壓件C11引SBYC-13112/032爐體后側(cè)省出煙壓壓力變送器量程:-2000～0PaSBYC-13112除塵間引風(fēng)機(jī)壓力

配電器壓力變送器

配:1/2-14nptC11雙回路供電：DFPX-210024V-DC量程:-4000～0PaSBYC-13112配:1/2-14npt引壓件C11鼓風(fēng)機(jī)壓力壓件C11鼓風(fēng)機(jī)壓力壓力變送器量程:0～4000Pa配:1/2-14npt引C11配電器24V-DC量程:0～1Pa熱水壓力配:1/2-14npt引壓件C11量程:0～1Pa回水壓力壓力變送器配:1/2-14npt引壓件C11配電器24V-DC：量程:0～1Pa補(bǔ)水壓力壓力變送器配:1/2-14npt引壓件C11測(cè)量范圍：0～熱水流量差壓配電器640Kpa配：三閥組T1SBYC-13112/032DFPX-2100SBYC-27112/031SBYC-27112/031DFPX-2100SBYC-27112/031

控制柜后架裝除塵間除塵間控制柜后架裝爐體后側(cè)循環(huán)泵房控制柜后架裝水泵間流量 孔板配電器速 引風(fēng)機(jī)調(diào)交流變頻器

包括：環(huán)室，跟部閥，法蘭24V-DC功率：75KW

SBBC-14112/031LGBH-1501ADFQX-2100ACS-501-06

爐體后側(cè)控制柜后架裝低壓配電速鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速

輸入輸出：4Q型手操器 20MaDC供電交流變頻器 功率：35KW輸入輸出：4Q型手操器 20MaDC供電：24V-DC鍋爐微型控包括：主控制制器 副控制柜3.2控制系統(tǒng)選型（二

0-3DFQX-2100ACS-501-025-3DFQX-2100

室控制柜上低壓配電室控制柜上控制室控單元 MCU---ll冗CPUPentiumⅡ以上內(nèi)存以上余型 128KB 中斷級(jí)顯示器網(wǎng)卡

PC123T∕19″MET---100以速率為100Mbps太網(wǎng)卡Hub

ET---HUB

16端口以太網(wǎng)Hub端子底座

普通端子底連接現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)座模擬量的輸入PLC818H161212D/A，輸出模塊手操模塊電源模塊

（2）HSFMHSFM

16位D/lO人工操作控制輸出,保證系統(tǒng)的可控性交流供電：220VAC±30％，50Hz±1Hz輸出功率：24∨，4A二次顯示儀表 CH—92可處理八路模擬輸入信號(hào)自動(dòng)切換顯示操作臺(tái) 2P500MACSFB006打印機(jī)工業(yè)配線(xiàn)箱

HP1120CPCLK—1050執(zhí)行器報(bào)警器氧化鋯

LKJ型(環(huán)境溫度：–25～+55℃）GDAW—2000高、低限報(bào)警（由軟件設(shè)置）O