热电厂锅炉蒸汽压力控制系统设计_课程设计论文(编辑修改稿)

热电厂锅炉蒸汽压力控制系统设计_课程设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

然而，水位过低，则因汽包内的水量过少，而负荷很大，加快水的汽化速度，使汽包内的水量变化速度很快，若不及时加以控制，将有可能使汽包 内的水全部汽化；尤其是大型锅炉，水在汽包内的停留时间极短，从而导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。 锅炉汽包水位控制被控变量是汽包水位，操纵变量是给水流量。 它主要是保持汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包水位在工艺要求的范围内，这是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件，是锅炉正常运行的重要指标。 蒸汽过热系统的控制 蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器。 过热蒸汽温度自动控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。 过热蒸汽温度过 高或过低，对锅炉运行及蒸汽用户设备都是不利的。 过热蒸汽温度过高，过热器容易损坏，汽轮机也因内部过度的热膨胀而严重影响安全运行，因而过热气温的上限一般不应超过额定值 5℃；过热蒸汽温度过低，一方面内蒙古科技大学本科生课程设计说明书 6 使设备的效率降低，同时使汽轮机后几级的蒸汽湿度增加，引起叶片磨损，因而过热气温的下限一般不低于额定值 10℃。 所以必须把过热器出口蒸汽的温度控制在规定范围内。 过热蒸汽温度控制系统被控变量为过热蒸汽温度，常采用减温水流量作为操纵变量，但由于控制通道的时间常数及纯滞后均较大，组成单回路控制系统往往不能满足生产的要求，因此， 常采用串级控制系统，以减温器出口温度为副参数，可以提高对过热蒸汽温度的控制质量。 过热蒸汽温度控制有时还采用双冲量控制系统，这种方案实质上是串级控制系统的变形，把减温器出口温度经微分器作为一个冲量，其作用和串级的副参数相似。 锅炉燃烧过程的控制 燃烧过程的实质就是将燃料化学能转变为蒸汽热能的能量形势转换过程。 燃烧控制过程的根本任务就是及时响应主控系统的输出指令，使燃料所提供的热量适应蒸汽符合的需要，同时还要保证锅炉燃烧的安全性和经济性。 其中锅炉燃烧的过程控制基本要求有三个： （ 1）必须保证出口的蒸汽 压力稳定，并能按负荷要求自动增减燃料量 ； （ 2）燃烧状况良好，供气适宜。 既要防止由于空气不足使烟仓冒黑烟，也不要因空气过量而增加热量损失； （ 3）锅炉要安全运行。 保持炉膛具有一定的负压，如果负压太小，或为正值，造成炉膛内热烟气往外冒，影响设备和工作人员的安全；负压太大，导致大量冷空气漏进炉内，从而增加热量损失。 此外，还需防止燃烧嘴背压（对于气相燃料）太高时脱火，燃烧嘴背压（气相燃料）太低时回火的危险。 内蒙古科技大学本科生课程设计说明书 7 第三章 蒸汽压力控制方案的设计过程 锅炉燃烧控制系统主要包括燃料控制系统、风量 (送风 )控制系统 、炉膛压力(引风 )控制系统、磨煤机控制系统等几个子控制系统。 这个系统的任务是根据机组主控制器发出的锅炉燃烧指令来协调燃料、送风量和引风量，在保证锅炉安全、经济燃烧的前提下，是燃料燃烧所产生的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要。 当机组负荷发生改变时 ,需要进行锅炉燃烧调整。 燃料种类、制粉系统、燃烧设备以及锅炉的运行方式决定了每台锅炉燃烧过程的控制任务及策略。 蒸汽压力控制系统将燃料量作为调节量 ,将主蒸汽压力作为被调量 ,使锅炉燃烧所产生的蒸汽量满足外部负荷要求 ,维持主蒸汽压力稳定。 在蒸汽压力控制系统中，燃料量影响主蒸 汽压力、送风量、引风量、蒸汽蒸发量及主蒸汽温度等参数。 当单元机组采用锅炉跟踪汽轮机负荷控制方式时 ,汽轮机通过调节阀调节机组负荷 ,锅炉通过燃料量调节主蒸汽压力。 对于直吹式制粉系统锅炉的燃料量调节 ,由于其过程缓慢、给煤机给煤量与控制电流呈非线性、对象特性随负荷发生变化以及机组运行时情况复杂多变 (如原煤的物理状况变化 )等原因 ,使得对象特性存在不确定性。 蒸汽压力调节对象的特性 在 主蒸汽负荷变化时 ， 在 锅炉燃料量 (B)发生 △ B 的阶跃扰动 下 ，此时汽压的 过渡过程 曲线 如图 31 所示。 图 31 燃料量扰动下 的汽压曲线图 内蒙古科技大学本科生课程设计说明书 8 可见，在燃料量扰动下，汽压被控对象有一定延迟时间τ m ，随着锅炉蒸发量增加，主蒸汽压力 PT 逐渐增加，由于汽轮机调节阀开度不变，而使汽轮机进汽量逐渐增加，于是自发地限制了汽压的进一步升高。 最后当汽轮机进汽量与锅炉蒸发量相平衡时，汽压维持在一个新的平衡值。 故汽压被控对象是一个有自平衡能力的对象。 锅炉燃料量 (B)发生 △ B 的阶跃扰动 时，输出主蒸汽压力是 带滞后的一阶惯性环节如式（ 31）所示，为： SbTmeSTSP τ1 1)( （ 31） 式中 τ m─延迟时间； Tb─惯性环节的时间常数。 控制系统的选择 以锅炉蒸汽压力为主被控量、燃料流量和空气流量并列为副被控变量的串级控制系统如图 32 所示，其中，两个并列的副环具有逻辑比值功能。 使该控制系统在稳定工作的情况下保证空气和燃料的最佳比值，也能在动态过程中尽量维持空气、燃料在最佳比值附近。 主 调 节 器副 调 节 器调 节 阀流 量 变 送 器蒸 汽 压 力空 燃 比压 力 变 送 器s pe二 次 扰 动一 次 扰 动主 参 数副 参 数图 32 系统方块图 内蒙古科技大学本科生课程设计说明书 9 由于所选测量仪表是为了测的锅炉汽包管道压力，其测量环境具有高温高压，所以选型应综合考虑这两点。 经查阅资料选择 PT124高温气体压力传感器，其特点和技术参数如下： 特点：钢性杆和软管隔离，膜片隔离机构，介质温度在 450℃以下，具有良好的稳定性和精度；应用于橡胶、塑料、化纤涤纶锦纶、聚酯、蒸汽等机。