鍋爐畢業(yè)論文
基于組態(tài)軟件的供暖鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
工業(yè)鍋爐是采暖供熱系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的主要任務(wù)是安全可靠、經(jīng)濟(jì)有效地把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而將熱能傳遞給水，生產(chǎn)出滿足需要的蒸汽或熱水。
本文主要介紹的是通過(guò)組態(tài)軟件（MCGS）做成的一套鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)。大家都知道我們可以把鍋爐分為三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)節(jié)去控制：燃燒系統(tǒng)的控制，汽包液位的控制，過(guò)熱蒸汽溫度的控制。本文也采用了這樣的分環(huán)節(jié)控制的方法。首先，用爐膛內(nèi)的壓力與飽和蒸汽的壓力組成串級(jí)控制系統(tǒng)去控制燃料的供給量，繼而控制了燃燒系統(tǒng)。當(dāng)然為了安全起見(jiàn)我們還必須用一個(gè)壓力傳感器去測(cè)量爐膛內(nèi)的壓力。其次，用飽和蒸汽的溫度和汽包的水位組成串級(jí)控制去控制給水量，繼而控制汽包的水位。最后，用過(guò)了減溫器的蒸汽的溫度與過(guò)熱后的蒸汽的溫度組成串級(jí)控制去控制減溫水的供給量，繼而控制過(guò)熱蒸汽的溫度。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)控制，在線查詢等功能，同時(shí)能夠通過(guò)一些簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)控制（PID控制）對(duì)其進(jìn)行相對(duì)穩(wěn)定的控制。
本文針對(duì)過(guò)路系統(tǒng)三個(gè)環(huán)節(jié)中的每個(gè)環(huán)節(jié)的單獨(dú)控制（燃燒系統(tǒng)控制，汽包液位控制，過(guò)熱蒸汽溫度控制），得到了比較穩(wěn)定的鍋爐系統(tǒng)，同事又對(duì)其進(jìn)行了較為良好的監(jiān)控。
關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件；鍋爐；串級(jí)控制；安全
目 錄
摘 要 ............................................................... I
第1章 引 言 ........................................................ 1
1.1鍋爐研究的背景和意義 ............................................ 1
1.2 鍋爐研究的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題...................................... 1
第3章 鍋爐工藝流程 .................................................. 4
3.1鍋爐工藝流程簡(jiǎn)介 ................................................ 4
3.2鍋爐控制中的控制參數(shù) ............................................ 5
3.2.1鍋爐中的主要控制參數(shù) ........................................ 5
3.2.2鍋爐參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系 ...................................... 5
3.3鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng) .............................................. 6
3.3.1鍋爐汽包水位控制 ............................................ 6
3.3.2鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制 .......................................... 6
3.3.3過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制 .......................................... 7
3.4相關(guān)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 .............................................. 8
3.4.1汽包水位的動(dòng)態(tài)特性 .......................................... 8
3.4.2壓力的動(dòng)態(tài)特性 ............................................. 10
第4章 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................. 13
4.1設(shè)計(jì)方案 ....................................................... 13
4.1.1汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................... 13
4.1.2燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ......................................... 14
4.1.3過(guò)熱蒸汽溫度控制 ........................................... 15
第7章 結(jié)束語(yǔ) ...................................................... 16
致 謝 ............................................................... 20
第1章 引 言
1.1鍋爐研究的背景和意義
工業(yè)鍋爐是采暖供熱系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的主要任務(wù)是安全可靠、經(jīng)濟(jì)有效地把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而將熱能傳遞給水，生產(chǎn)出滿足需要的蒸汽或熱水。 我國(guó)目前在役運(yùn)行的工業(yè)鍋爐共約有52萬(wàn)臺(tái)，多為燃煤鏈條爐，它們的特點(diǎn)是應(yīng)用廣，容量小(絕大多數(shù)都是 10 t/h以下的分散鍋爐)，設(shè)備陳舊，耗煤(或油、氣)量大(年耗煤量占全國(guó)總耗煤量的三分之一)，效率低(平均約為60%)，自動(dòng)化程度不高。另外由燃料燃燒產(chǎn)生的煙塵、SOX,NOX等對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。
隨著對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)化要求漸高的趨勢(shì)，改變工業(yè)鍋爐運(yùn)行中傳統(tǒng)的手動(dòng)、半自動(dòng)操作方式已勢(shì)在必行尤其是近年來(lái)我國(guó)北方各大城市承受著持續(xù)低溫天氣和煤炭?jī)r(jià)格大幅度上漲的壓力，還要面對(duì)供熱標(biāo)準(zhǔn)。
工業(yè)供暖鍋爐的安全運(yùn)行顯的越來(lái)越是重要，那么這就要我們用一些方法來(lái)監(jiān)控鍋爐的運(yùn)行。并且在出現(xiàn)異常的情況下能夠馬上顯示出來(lái)，這樣以便于我們進(jìn)行整修。所以為了供暖鍋爐能夠安全有效的運(yùn)行，我們必須對(duì)它進(jìn)行監(jiān)控，這就是我們經(jīng)常說(shuō)的供暖鍋爐監(jiān)控控制系統(tǒng)[1]。
1.2 鍋爐研究的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程教育中的重要組成部分——遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)獲得了越來(lái)越多的關(guān)注。作為控制類學(xué)科的典型實(shí)驗(yàn)對(duì)象——鍋爐控制系統(tǒng)也成了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)研究的焦點(diǎn)�，F(xiàn)在，絕大多數(shù)高校都是購(gòu)買現(xiàn)成的工控機(jī)和成套的實(shí)驗(yàn)控制對(duì)象以及相應(yīng)的控制軟件(多為組態(tài)軟件)，成本很高，而且產(chǎn)品功能也不十分完善，靈活性差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想。例如：學(xué)生們做 PID鍋爐水位定值調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)時(shí)，
只能設(shè)定 P、I、D的參數(shù)值，然后看下實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行結(jié)果就行了，這樣學(xué)生們就不容易深刻理解實(shí)驗(yàn)背后較深的控制理論知識(shí)，不利于專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)，也不能適應(yīng)現(xiàn)代高校控制類相關(guān)專業(yè)的教學(xué)需要和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。因此，開(kāi)發(fā)一種功能完善 、靈活性好，且能夠進(jìn)行自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)監(jiān)控軟件就很有必要。我們選用組態(tài)軟件（MCGS）作為鍋爐控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)工具。鍋爐微計(jì)算機(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、硬件自動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，我國(guó)現(xiàn)有中、小型鍋爐30多萬(wàn)臺(tái)，每年耗煤量占我國(guó)原煤產(chǎn)量的 1/3，目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán)境污染等嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率，降低耗煤量，用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有深遠(yuǎn)意義的工作[2] 。
作為鍋爐控制裝置，其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用微計(jì)算機(jī)控制，能對(duì)鍋爐進(jìn)行過(guò)程的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能。
鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)，一般由以下幾部分組成，即由鍋爐本體、一次儀表、微機(jī)、手自動(dòng)切換操作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥、滑差電機(jī)等部分組成，一次儀表將鍋爐的溫度、壓力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入微機(jī)，手自動(dòng)切換操作部分，手動(dòng)時(shí)由操作人員手動(dòng)控制，用操作器控制滑差電機(jī)以及閥等，自動(dòng)時(shí)對(duì)微機(jī)發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作。微機(jī)對(duì)整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)、報(bào)警、控制以保證鍋爐正常、可靠地運(yùn)行，除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全，在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鍋爐水位、鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報(bào)警裝置，以保證水位和汽包壓力有雙重甚至三重報(bào)警裝置，這是必不可少的，
以免鍋爐發(fā)生重大事故[3]。
隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展和成熟，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)鍋爐已經(jīng)應(yīng)用了成熟的DCS或FCS產(chǎn)品，如霍尼威爾9000、西門子Teleperm-D、SMAR Sytem302等系統(tǒng),并取得了良好的效果。我國(guó)工業(yè)鍋爐平均單機(jī)容量只有2.4t/h，遠(yuǎn)低于國(guó)外水平（日本為5t/h，美國(guó)為14t/h)，容量還不足以大到使用國(guó)外成套昂貴設(shè)備的程度。近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)中小型工業(yè)鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)多采用兩級(jí)方式，即監(jiān)管級(jí)和控制級(jí)，監(jiān)管級(jí)進(jìn)行監(jiān)視和管理，控制級(jí)完成數(shù)據(jù)采集和控制功能[4]。
第3章 鍋爐工藝流程
3.1鍋爐工藝流程簡(jiǎn)介
鍋爐是化工，煉油，發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)工程中必不可少的動(dòng)力設(shè)備。常見(jiàn)的鍋爐設(shè)備的主要工藝流程如圖3.1所示。燃料和空氣按照一定的比例送入燃燒室燃燒，生產(chǎn)的熱量送給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽。然后經(jīng)過(guò)過(guò)熱器，形成一定氣溫的過(guò)熱蒸汽，匯集至蒸汽母管。具有一定壓力的過(guò)熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制供給負(fù)荷設(shè)備用，與此同時(shí)，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽外，還經(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 [5]。
3.1 鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖
圖3.1 鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖
3.2鍋爐控制中的控制參數(shù)
3.2.1鍋爐中的主要控制參數(shù)
鍋爐是全廠的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，其要求是供給合格的蒸汽，使鍋爐發(fā)汽量適應(yīng)負(fù)荷的需要。為此，生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制[5]。鍋爐設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的被控對(duì)象，主要輸入變量是負(fù)荷，鍋爐給水，減溫水，送風(fēng)和引風(fēng)等。主要的輸出變量是汽包水位，蒸汽壓力，過(guò)熱蒸汽溫度，爐膛負(fù)壓，過(guò)�？諝獾�。鍋爐對(duì)象簡(jiǎn)圖如圖3.2所示：
3.2.2鍋爐參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系
鍋爐的這些輸入變量和輸出變量之間相互關(guān)聯(lián)。如果蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化，必
將會(huì)引起汽包水位，蒸汽壓力和過(guò)熱蒸汽溫度等的變化。燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力，同時(shí)還會(huì)影響汽包水位，過(guò)熱蒸汽溫度，過(guò)熱空氣和爐膛負(fù)壓；給水量的變化不僅影響汽包水位，而且對(duì)蒸汽壓力，過(guò)熱蒸汽溫度也有影響；減溫水的變化會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱蒸汽溫度，蒸汽壓力，汽包水位等的變化。所以鍋爐設(shè)備是一個(gè)多輸入多輸出且相互關(guān)聯(lián)的被控對(duì)象[6]。
3.3鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)
由于鍋爐設(shè)備是一個(gè)多輸入，多輸出的且相互關(guān)聯(lián)的被控對(duì)象，目前工程處理上做了一些假設(shè)后，將鍋爐設(shè)備控制劃為若干控制系統(tǒng)，主要的控制系統(tǒng)可分為鍋爐汽包水位控制，鍋爐燃燒系統(tǒng)控制，過(guò)熱蒸汽溫度的控制。
3.3.1鍋爐汽包水位控制
被控變量是汽包水位，操縱變量是給水量。它主要考慮的是汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許范圍內(nèi)。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)室保證鍋爐安全運(yùn)行的重要條件之一，是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)。
如果水位過(guò)低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，而且負(fù)荷卻很大，水的汽化速度又快，如不及時(shí)控制，就會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致鍋爐燒壞和爆炸；水位過(guò)高會(huì)影響汽包汽水分離，產(chǎn)生蒸汽帶液現(xiàn)象，會(huì)使過(guò)熱器管壁結(jié)垢導(dǎo)致破壞，同時(shí)過(guò)熱蒸汽溫度急劇下降，該蒸汽作為汽輪機(jī)動(dòng)力的話，還會(huì)損壞汽輪機(jī)葉片，影響運(yùn)行的安全與經(jīng)濟(jì)性。汽包水位過(guò)高過(guò)低的后果極為嚴(yán)重，所以必須嚴(yán)格加以控制。
3.3.2鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制
鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的控制的目的是使燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要(常以蒸汽壓力為被控變量）；使燃料與空氣量之間保持一定的比值，以保證經(jīng)濟(jì)燃燒（常以煙氣成分為被控變量），提高鍋爐的燃燒效率；要讓引風(fēng)量和送風(fēng)量相適應(yīng)，以保持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。為了達(dá)到上述三個(gè)控制目的，控制手段也有三個(gè)，即燃料量，送風(fēng)量和引風(fēng)量。
鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的基本任務(wù)是使燃料所產(chǎn)生的熱量能夠適應(yīng)鍋爐的需要，同時(shí)還要保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。燃燒控制的具體內(nèi)容及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)因燃料種類，制粉系統(tǒng)，燃燒設(shè)備以及鍋爐的運(yùn)行方式不同而有所區(qū)別，但是大體上看來(lái)都要完成以下幾個(gè)方面的任務(wù):
（1） 主蒸汽壓力的變化反映了鍋爐生產(chǎn)的蒸汽量和汽機(jī)消耗的蒸汽量相適應(yīng)的
程度。為此必須設(shè)置蒸汽壓力控制系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，通過(guò)控制燃料量使蒸汽壓力穩(wěn)定。
（2） 當(dāng)燃料量改變時(shí)，必須相應(yīng)地控制送風(fēng)量，以保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。
（3） 爐膛壓力的高低關(guān)系著鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。燃燒控制系統(tǒng)必須要讓引風(fēng)
量（煙氣量）與送風(fēng)量相配合以保證爐膛壓力為一定值。
3.3.3過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制
維持過(guò)熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。被控變量一般是過(guò)熱器出口溫度，操縱變量是減溫水的噴水量。
現(xiàn)代鍋爐的過(guò)熱器在高溫高壓條件下工作。過(guò)熱器出口溫度是全廠工質(zhì)溫度的最高點(diǎn)，也是金屬壁溫的最高點(diǎn)，在過(guò)熱器正常運(yùn)行時(shí)已接近材料允許的最高溫度。如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，容易燒壞過(guò)熱器，也會(huì)引起汽輪機(jī)內(nèi)部零件過(guò)熱，
影響安全運(yùn)行；溫度過(guò)低則會(huì)降低全廠的熱效率，所以電廠鍋爐一般要求過(guò)熱蒸汽溫度偏差保持在?50C以內(nèi)。
過(guò)熱蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)是鍋爐控制中的難點(diǎn)。目前，很多實(shí)際系統(tǒng)并沒(méi)有達(dá)到控制指標(biāo)的要求。其主要原因有下述的兩個(gè)方面：
（1） 擾動(dòng)因素多變化大。各種擾動(dòng)因素對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度的靜態(tài)影響的關(guān)系我們
要弄清楚。
（2） 控制通道滯后大�？刂七^(guò)熱蒸汽溫度的手段是調(diào)節(jié)減溫水量�？刂仆ǖ赖�
動(dòng)態(tài)特性與減溫器的安裝位置有關(guān)。假若能將減溫器安裝在過(guò)熱器的出口，顯然控制通道的滯后小的多。但是這樣的工藝流程安排對(duì)過(guò)熱器的安全是不利的。為了保證過(guò)熱器不超溫，工藝上總是將減溫器安裝在過(guò)熱器的入口，這將帶來(lái)控制對(duì)象較大的滯后[7]。
3.4相關(guān)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性
3.4.1汽包水位的動(dòng)態(tài)特性
（1）蒸汽負(fù)荷對(duì)水位的影響即干擾通道的動(dòng)態(tài)特性
在燃料不變的情況下，蒸汽用量突然增加，瞬時(shí)必然導(dǎo)致汽包壓力下降，汽包內(nèi)的沸騰突然加劇，水中氣泡迅速增加，將整個(gè)水位抬高，形成虛假的水位上升現(xiàn)象即所謂的假水位現(xiàn)象。
在蒸汽量的擾動(dòng)下，水位變化的階躍響應(yīng)曲線如圖3.3所示。當(dāng)蒸汽流量突然增加時(shí)，由于假水位現(xiàn)象，在開(kāi)始階段水位不僅不會(huì)下降反而會(huì)上升，而后下降（反之，當(dāng)蒸汽流量突然減小時(shí)，則水位先下降后上升）。蒸汽突然增加時(shí)，實(shí)際的水位變化H，是不考慮水面下氣泡容積變化時(shí)的水位變化H1，與只考慮水面
圖3.3 水位變化的階躍響應(yīng)曲線
下氣泡容積變化所引起水位變化H2的疊加，即
H = H1 + H2 (3.1)
假水位變化的大小與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量等有關(guān)，例如一般100-300t/h的中高壓鍋爐，當(dāng)負(fù)荷突然變化10%時(shí)，假水位可達(dá)30-40mm。對(duì)于這種假水位現(xiàn)象，在設(shè)-*計(jì)方案時(shí)必須注意[8]。
（2） 給水量對(duì)水位的影響，即控制通道的動(dòng)態(tài)特性
在給水流量作用下，水位的階躍響應(yīng)如圖3.4所示。把汽包和給水看作單容自衡對(duì)象，水位響應(yīng)曲線如圖3.4中的H1線。但是由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水
的溫度低，所以給水量變化后，使汽包中的氣泡減少，導(dǎo)致水位下降。因此使勁的響應(yīng)曲線是圖3.4中的H線，即當(dāng)突然加大給水量后，汽包水位不是立即增加，而是要呈現(xiàn)出一段起始慣性段。
圖3.4 給水流量作用下水位的階躍響應(yīng)曲線
3.4.2壓力的動(dòng)態(tài)特性
（1）氣壓的動(dòng)態(tài)特性
氣壓對(duì)象由一系列裝置組成，它包括給煤機(jī)，爐膛，汽水系統(tǒng)，過(guò)熱器，汽輪機(jī)進(jìn)氣閥和汽輪機(jī)。在燃料量和風(fēng)量同時(shí)變化時(shí)對(duì)發(fā)氣量基本上是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)。汽包的壓力對(duì)象，反映過(guò)熱器的過(guò)熱蒸汽壓力對(duì)象都是一個(gè)積分環(huán)節(jié)。其它的都可以看做是一個(gè)比例環(huán)節(jié)。但是需要指出的是氣壓的動(dòng)態(tài)特性是與汽輪機(jī)調(diào)速運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)行情況有關(guān)的。當(dāng)然主蒸汽壓力的變化反映了鍋爐生產(chǎn)的蒸汽量和汽輪機(jī)消耗的蒸汽量相適應(yīng)的程度，為此我們要設(shè)置蒸汽壓力控制系統(tǒng)，這也是有氣壓的動(dòng)態(tài)特性決定的。這里所指的氣壓是燃料量擾動(dòng)下的氣壓和負(fù)荷擾動(dòng)下的氣壓[9]。
（2）爐膛壓力對(duì)象特性
為了保證爐膛安全，一般要求爐膛壓力略小于大氣壓力，所以爐膛壓力一般
稱之為爐膛負(fù)壓。爐膛負(fù)壓放映了引風(fēng)量與送風(fēng)量之間的平衡關(guān)系。當(dāng)送風(fēng)量或
引風(fēng)量單獨(dú)改變時(shí)，爐膛負(fù)壓慣性變化很小，故可以將爐膛負(fù)壓對(duì)象近似看成是一個(gè)時(shí)間常數(shù)很小的一階慣性環(huán)節(jié)。
（3）關(guān)于經(jīng)濟(jì)燃燒
眾所周知，對(duì)于燃燒過(guò)程應(yīng)保持燃料量與空氣量成比例。但是假若配置的是燃料量與空氣量固定的比值控制系統(tǒng)，卻因?yàn)橐韵略�，并不能保證在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中始終保持經(jīng)濟(jì)燃燒。因?yàn)槠湟唬诓煌?負(fù)荷下，兩流量的最優(yōu)比值是不相同的；其二，燃料成分（如含水分，灰分的量）有可能變化；其三，流量測(cè)量的不準(zhǔn)確。這些因素都不同程度的影響到燃料的不完全燃燒或空氣的過(guò)量，造成爐子熱效率下降。為了改進(jìn)這一情況，最好有一個(gè)指標(biāo)來(lái)閉環(huán)修正兩流量的比值。目前常用的是煙氣中的含氧量。
煙氣中的各種成分，如O2,CO2,CO和未燃燒烴的含量，基本可以反映燃料燃燒
的情況，最簡(jiǎn)便的方法是用煙氣中的氧量A0來(lái)表示。根據(jù)燃燒反應(yīng)方程式，可以
計(jì)算出使燃料完全燃燒時(shí)所需要的氧量，從而可以得到所需的空氣量，稱為理想空氣QT。但是實(shí)際上完全燃燒所需的空氣量QP，要超過(guò)理論計(jì)算的量，即要有一定的過(guò)�？諝饬�。由于煙氣的熱損失占鍋爐熱損失的絕大部分，當(dāng)過(guò)�？諝庠龆鄷r(shí)，一方面使?fàn)t膛溫度降低；另一方面使煙氣熱損失增多。因此過(guò)剩空氣量對(duì)不同的燃料都有一個(gè)最優(yōu)值，以滿足經(jīng)濟(jì)燃燒的要求[10]。
過(guò)剩空氣量常用過(guò)�？諝庀禂�(shù)?來(lái)表示，即實(shí)際空氣量QP與理論空氣量QT之比為：
? = QP/QT (3.2) 因此，?是衡量經(jīng)濟(jì)燃燒的一種指標(biāo)。保證鍋爐熱效率最高的?值稱為最佳?值，
最佳?值與鍋爐負(fù)荷有關(guān)，一般?在1.2-1.4之間。
?很難直接測(cè)量，但是可用煙氣氧含量百分?jǐn)?shù)A0來(lái)衡量。在完全燃燒情況下，
存在以下近似式
? = 21/(21-A0) (3.3)
當(dāng)?=1.2-1.4時(shí)，相應(yīng)A0為3.5-6（O2%）.最佳的氧量值與負(fù)荷關(guān)系為
A0 = 6-D/50 (3.4)
式中，D為負(fù)荷百分?jǐn)?shù)。
第4章 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1設(shè)計(jì)方案
由于鍋爐是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象，所以我們要想對(duì)其進(jìn)行全面的監(jiān)控是很難做到的，在前面我們也都講過(guò)鍋爐可以分成為若干個(gè)控制環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，所以我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候也要這么考慮。在本文中我們是將鍋爐控制分為三個(gè)環(huán)節(jié)，但是這三個(gè)環(huán)節(jié)并不是孤立的，它們之間也是相互關(guān)聯(lián)的。下面我們就將三個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方案一一介紹。
4.1.1汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
前面我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)液位對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的重要性，這里我們就不做敘述了。汽包水位的控制手段主要是控制給水量，基于這一原理我們可以用汽包的液位去控制給水量，這樣構(gòu)成的是單回路控制系統(tǒng)。但是由于這樣控制下，控制效果并不理想，所以我們可以再引入飽和蒸汽溫度這個(gè)量，蒸汽的溫度越高說(shuō)明爐膛內(nèi)的壓力越大，這樣產(chǎn)生的熱量就越多，所以自然而然需要的水量就要增加，所以我們可以用汽包液位與飽和蒸汽溫度組成串級(jí)控制系統(tǒng)這樣可以滿足汽包液位在一定的穩(wěn)定狀態(tài)下。如圖4.1所示：
圖4.1 汽包水位控制簡(jiǎn)圖
4.1.2燃燒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
現(xiàn)代鍋爐中可以分為燃油鍋爐和燃煤鍋爐。本文所采用的是燃油鍋爐。對(duì)于現(xiàn)代大型的燃油鍋爐，多采用微正壓燃燒。這樣可以減少漏風(fēng)，實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，從而防止鍋爐受熱面積的腐蝕和污染等。由于低氧燃燒時(shí)過(guò)�？諝庀禂�(shù)很小，在符合變動(dòng)時(shí)更應(yīng)該注意燃料量與空氣量的配合恰當(dāng)，否則會(huì)產(chǎn)生不完全燃燒，引起爐膛爆炸，受熱面污染，尾部再燃等事故。因此燃燒系統(tǒng)對(duì)于壓力的穩(wěn)定要求很高，所以我們可以考慮用壓力去控制燃燒，在本文中我們采用的是爐膛負(fù)壓與飽和蒸汽壓力組成串級(jí)控制去控制燃燒系統(tǒng)。前面我們也介紹過(guò)主蒸汽（飽和蒸汽）和爐膛壓力對(duì)整個(gè)燃燒系統(tǒng)的重要性這里就不做敘述。但是用這兩個(gè)量去控
制燃燒系統(tǒng)安全是沒(méi)有問(wèn)題，但是要做到經(jīng)濟(jì)燃燒卻是很難�；谶@一點(diǎn)我們還
要控制送風(fēng)量，在這里我們選用主蒸汽（飽和蒸汽）的壓力去控制送風(fēng)量。如圖
4.2所示是鍋爐燃燒控制的簡(jiǎn)圖。
圖4.2 鍋爐燃燒系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
4.1.3過(guò)熱蒸汽溫度控制
過(guò)熱蒸汽的溫度是鍋爐生產(chǎn)過(guò)程的重要參數(shù)，一般由鍋爐和汽輪機(jī)生產(chǎn)的工藝確定。從安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)上看，必須控制過(guò)熱蒸汽溫度在允許范圍之內(nèi)。需要指出的是，由于不同的工藝情況，過(guò)熱蒸汽溫度被控過(guò)程的控制難度具有極大的差異，假若減溫器采用混合器，而且在減溫器出口有允許安裝測(cè)溫元件，對(duì)于這種情況我們就采用如圖4.3的控制方案，這樣能得到滿意的控制效果。這個(gè)方案是兩個(gè)溫度的串級(jí)控制，但是該方案設(shè)計(jì)的前提是減溫器到過(guò)熱器之間有
預(yù)留孔，允許安裝測(cè)溫元件去測(cè)量溫度[11]。
圖4.3 過(guò)熱蒸汽溫度控制簡(jiǎn)圖
第7章 結(jié)束語(yǔ)
基于組態(tài)軟件（MCGS）的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1 控制功能完善，系統(tǒng)不僅能完成更加復(fù)雜的計(jì)算，邏輯控制，還加入了鍋爐控制信息控制系統(tǒng)，保留了鍋爐運(yùn)行的歷史曲線，實(shí)時(shí)曲線，報(bào)警顯示，數(shù)據(jù)存貯，為鍋爐的安全運(yùn)行以及維修技術(shù)改造提供了依據(jù)。
2 集中顯示操作，微機(jī)顯示屏取代了龐大的現(xiàn)實(shí)操作盤，過(guò)程信號(hào)以多種畫面或數(shù)據(jù)形式顯示，運(yùn)行員利用鍵盤操作，實(shí)現(xiàn)集中管理大大提高了鍋爐系統(tǒng)的效率，減少了錯(cuò)誤操作。
3 系統(tǒng)拓展靈活，應(yīng)用微機(jī)技術(shù)，各種功能主要依靠軟件通過(guò)公用軟件完成，修改控制方案時(shí)只需要改軟接線即可，系統(tǒng)升級(jí)更加靈活。綜上所述，基于組態(tài)軟件的鍋爐監(jiān)控控制系統(tǒng)是現(xiàn)在很實(shí)用經(jīng)濟(jì)的控制實(shí)施方式。
參考文獻(xiàn)
[1] 趙欽新. 工業(yè)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[M]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2003.
[2] 張占龍, 文代剛. 工業(yè)鍋爐計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)[J]. 渝州大學(xué)學(xué)報(bào), 1999,16(2): 8-10.
[3] 王洪國(guó). 自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用[J]. 云南冶金, 1999,28(3): 50-54.
[4] 譚紹勇. STD工控機(jī)工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)[J]. 計(jì)算機(jī)術(shù)與自動(dòng)化，1995,14(2): 46-50.
[5] 王樹(shù)青，王新民，田學(xué)民. 工業(yè)過(guò)程控制工程[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.
[6] 敖晨虹，胡海蘭，周麗君. 先進(jìn)控制與優(yōu)化控制在過(guò)程工業(yè)應(yīng)用中若干問(wèn)題探討[J]. 石油化工自動(dòng)化，2006, 2(5): 28-30.
[7] 姜鐵源，張來(lái)仁，王偉. 多臺(tái)工業(yè)鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng)[J]. 黑龍江自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，1999,18(4): 26-28.
[8] 郭順京. PC總線實(shí)驗(yàn)鍋爐控制系統(tǒng)的研究[D]. 焦作: 河南理工大學(xué)化學(xué)，2005.
[9] 徐志良，宋志強(qiáng)，吳曉蓓．過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)[J]. 計(jì)算機(jī)工程，2002, 6: 263-266.
[10]Lennartson, Betal. Hybrid systems in process control[J]. IEEE Control Systems Magazine, 1996, 16(5): 45–56.
[11]Li H. X, Guan S. Hybrid intelligent control strategy[J]. IEEE Control Systems Magazine, 2001, 21(3): 36–48.
[12]Lu Y Z, He M, Xu C W. Fuzzy modeling and expert optimization control for industrial process[J]. IEEE Transactions on Control System Technology, 1997, 5(1)：44–50.
[13]陳曾漢. 工業(yè)PC及測(cè)控系統(tǒng)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
致 謝
在論文工作即將結(jié)束之際，在此向我的導(dǎo)師蘇成利老師表示深深地感謝。在學(xué)習(xí)期間，能遇到這樣學(xué)識(shí)淵博的好導(dǎo)師，我感到非常的幸運(yùn)。在我做論文期間，蘇成利老師給予了悉心指導(dǎo)，從論文的整體方向確定到具體步驟的實(shí)施，他都給予我細(xì)心的幫助，經(jīng)常在百忙之中抽出時(shí)間為我指導(dǎo)，在理論上給我指明方向，在實(shí)踐中為我解答疑問(wèn)。尤其在平時(shí)的學(xué)習(xí)和工作中，蘇成利老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，實(shí)事求是的工作作風(fēng)，甘于奉獻(xiàn)的高尚品德給我留下了深刻的印象，成為我終生學(xué)習(xí)的楷模。
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