第12章 燃烧过程控制系统

热力过程自动化习题库版本：校本教材适用班级：10动三、一10动三、二10控三、一制定人：姜燕霞代课人：姜艳霞制定时间：2011.09.28审核人：教学大纲部分单元一火电厂自动化基础知识及自动控制概述课题一自动控制概述了解自动控制的基本知识，建立自动控制的概念。

课题二程序控制与热工保护1、了解程序控制的概念及作用；2、了解热工保护的概念及作用；3、理解基本逻辑运算的实现方法。

课题三热控专业功能划分本课题内容为选学课题四控制系统的图例描述了解结构图、SAMA图的作用。

课题五热工测量概述1、了解热工测量的基本概念；2、理解测量方法的分类；3、理解热工测量仪表各组成部分的作用；4、了解热工测量仪表的分类。

5、掌握测量误差的表示方法；6、理解测量误差的分类、特点及处理方法。

7、理解仪表的主要质量指标；8、了解仪表的校验方法，学会判断仪表是否合格的方法。

1、了解温度的含义；2、了解常用测温仪表的原理及特点。

3、了解热电偶测温的基本知识；4、理解热电偶测温原理及热电偶的基本定律；5、了解热电偶的种类及结构；6、说明热电偶冷端温度补偿的原理及方法。

7、理解热电阻的测温原理；8、了解常用热电阻测温原件的种类、特点及结构。

9、了解测温系统中的各种典型显示仪表的显示原理。

10、了解ITE热电偶温度变送器、ITE热电阻温度变送器的信号变换原理。

课题七压力测量及仪表1、了解压力测量的意义、概念及单位；2、掌握压力测量的方法；3、熟悉压力测量仪表的分类。

4、了解弹性式压力计的基本原理；5、熟悉弹簧管压力计的结构原理与工作过程。

6、学会选择压力表，熟悉压力表的安装方法。

7、了解典型压力变送器的组成和工作原理；8、学会压力变送器的使用方法。

1、理解流量的概念；2、了解流量的单位；3、熟悉流量测量的方法和流量测量仪表的分类。

4、理解差压式流量计的工作原理；5、熟悉流量——差压转换公式；6、了解差压式流量计的组成和标准节流装置的结构；7、熟悉差压式流量计的使用。

第一节燃烧控制控系统燃烧过程实质是将燃料化学能转变为蒸汽热能的能量形式转换过程。

燃烧过程控制的根本任务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锅炉蒸汽负荷的需要，同时还要保证锅炉燃烧的安全性和经济性。

燃烧的经济性主要是要保证有合适的风/煤比,而安全性是保证锅炉处于过氧燃烧的状况及维持炉膛负压为设定值。

燃烧过程控制的具体任务及其控制策略因燃料种类、制粉系统、燃烧设备以及锅炉的运行方式不同而有所区别。

燃烧控制系统的基本任务可归纳为以下几方面：1、维持蒸汽压力稳定锅炉蒸汽压力作为表征锅炉运行状态的重要参数，不仅直接关系到锅炉设备的安全运行，而且其是否稳定反映了燃烧过程中能量供求关系。

在单元机组中，锅炉蒸汽压力控制与汽机负荷控制是相互关联的，锅炉燃烧控制系统的任务是及时调整锅炉燃料量，使锅炉的能量输出与汽机为适应对外界负荷需求而需要的能量输入相适应，其标志是蒸汽压力的稳定。

2、保证燃烧过程的经济性保证燃烧过程的经济性是提高锅炉效率的重要方面，它是通过维持进入炉膛的燃料量与送风量之间的最佳比值来实现，即在有足够的风量使燃料得以充分燃烧的同时，尽可能减少排烟造成的热损失。

3、维持炉膛压力稳定锅炉炉膛压力是否稳定反映了燃烧过程中进入炉膛的风量与流出炉膛的烟气量之间的工质平衡关系。

若送风量大于引风量，炉膛压力升高，太高的压力会造成炉膛向外喷火；反之，送风量小于引风量炉膛压力下降，过低的压力会造成漏风而降低炉膛温度，影响炉内燃烧工况，经济性下降。

所以说，炉膛压力是否在允许范围内变化，关系到锅炉的安全经济运行。

锅炉燃烧过程的上述三项控制任务是不可分开的，它的三个被控参数(被调量)蒸汽压力、过剩空气系数或最佳含氧量、炉膛压力与三个调节量燃料量、送风量、引风量问存在着关联。

因此燃烧控制系统内的各子系统应协调动作，共同完成其控制任务。

燃烧控制系统除了以上三个主要部分外，还有一次风压控制、磨煤机风量、风温控制、二次风控制（辅助风、燃料风和燃尽风三项）等。

中文摘要这次热工控制系统的课程设计是针对燃烧控制系统部份问题进行深切研究和探讨，设计内容包括燃烧自动控制系统的概述、燃料量控制系统和风量控制系统。

主要表现单元制机组在负荷工况变更下燃料量系统与风量系统是如何进行调节的，如何知足负荷变更要求的。

本次设计是通过我个人和组内每一个成员的精心设计论证完成的。

整个设计进程中，全面细致的考虑燃烧自动控制系统的任务，燃烧控制系统需要控制的内容及特点，最终完本钱设计方案。

通过完成此课程设计论文，对热工进程控制系统理论知识有了进一步领会和综合把握。

同时，对提高了对负荷变更下机组调节机制的全面理解。

对所学过的涉及到热工进程控制的内容有所深化。

关键字：燃烧进程自动控制、燃料量控制、风量调节目录总结 .............................................................................................................. - 20 -参考文献 ........................................................................................................ - 22 -1 引言燃烧进程自动控制的任务锅炉燃烧进程控制的大体任务是使燃料燃烧所提供的热量适应汽轮机负荷的需要，保证锅炉的经济燃烧和安全运行。

燃烧控制的具体任务与该台锅炉的运行方式有关，运行方式不同，调节任务也有所区别。

另外燃烧控制系统方案是多种多样的，并无一个统一的模式，归纳起来讲，燃烧进程控制系统有以下控制任务。

1.1.1维持汽压的稳固（除汽轮机跟从锅炉运行方式外）锅炉出口压力或机前压力信号反映了燃料燃烧所释放的热量与蒸汽所携带热量间的平衡关系，汽压的转变表示二者间的失衡，这时必需相应地调节燃料供给量，以适应转变了的蒸汽负荷的需要。

中南大学自动化工程训练报告姓名：*******学号：********班级：自动化08**指导老师：徐德刚董密日期：2011-09-07目录前言 (4)第一章燃烧过程控制系统概述 (6)1.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统 (7)1.2炉膛负压控制系统 (10)第二章系统辨识 (13)2.1燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制 (13)2.2炉膛负压控制 (13)第三章系统稳定性分析 (14)3.1燃料控制系统 (14)3.2空气流量控制系统 (15)3.3负压控制系统 (16)第四章控制系统参数整定 (17)4.1燃料控制系统 (17)4.1.1 利用PID Tunner设计燃料控制系统PID控制器 (17)4..1.2利用稳定边界法整定PID参数 (21)4.2蒸汽压力控制系统 (23)4.3空气流量控制系统 (23)4.4负压控制系统前馈补偿整定 (24)第五章控制系统Simulink仿真 (26)第六章工程训练感想 (28)前言过程控制系统是工业中控制系统的主要表现形式，一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量为温度、压力、流量、液位、成分等变量的系统。

由于被控过程的多样性，因此过程控制系统的形式也多样，相应的控制方案也丰富多彩。

在实际工程中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真，Simulink 的出现给控制系统分析与设计带来了福音。

它有两个主要功能：Simu（仿真）和Link（连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上搭建出所需要的控制系统模型，然后对系统进行仿真和分析。

Simulink仿真的模型是具体的函数模型，因此，过程的建模就显的十分的重要。

过程建模方法主要有这么几种：1．机理法用机理法建模就是根据过程的内在机理，写出各种有关的平衡方程，例如物质平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程，以及反映流体流动、传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程、物性参数方程和某些设备的特性方程等，从中获得所需的数学模型。

目录一绪论...................................................................................................................................... 二燃烧控制系统的设计2.1燃烧过程控制任务2.2燃烧过程调节量2.3燃烧过程控制特点三燃料控制系统 ........................................................................................................................3.1燃料调节系统......................................................................................................................3.2燃料调节——测量系统......................................................................................................3.3给煤机指令.......................................................................................................................... 四600MW火电机组DCS系统设计4.1 电源部分4.2 通信部分4.3 系统接地4.4 软件部分五结论................................................................................................................................... 参考文献...................................................................................................................................一绪论目前，我国的电厂大多数是火力发电厂，煤是发电的主要燃料，锅炉燃烧是发电的重要环节之一。

浅析燃烧控制系统的组成及自动控制的特点陈鹏滟发布时间：2021-05-28T14:39:42.350Z 来源：《建筑模拟》2021第2期作者：陈鹏滟[导读] 燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，燃烧控制的实质是能量平衡，使锅炉燃烧提供能适应锅炉蒸汽负荷的需要的热量，同时保证锅炉的安全运行、经济运行。

它是以蒸汽压力作为能量平衡的指标，根据用汽量与压力的变化不断的调整燃料量与送风量。

锅炉的燃烧控制对整个发电过程的安全性与经济性起着重要的作用。

下面简要介绍下燃烧控制系统的组成和自动控制特点。

中国能源建设集团东北电力第一工程有限公司辽宁省沈阳市 110000 摘要：燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，燃烧控制的实质是能量平衡，使锅炉燃烧提供能适应锅炉蒸汽负荷的需要的热量，同时保证锅炉的安全运行、经济运行。

它是以蒸汽压力作为能量平衡的指标，根据用汽量与压力的变化不断的调整燃料量与送风量。

锅炉的燃烧控制对整个发电过程的安全性与经济性起着重要的作用。

下面简要介绍下燃烧控制系统的组成和自动控制特点。

一、燃烧控制系统的组成燃烧控制系统包括：燃料控制系统、风量控制系统和炉膛压力控制系统（一）燃料控制系统燃料控制的任务在于通过产生的给煤量指令，控制进入锅炉炉膛的燃料量，以满足机组负荷的需求。

使进入锅炉的燃料量随时与外界负荷要求相适应。

根据锅炉主控指令所需的燃料量，通过给煤机的转速控制回路，控制进入磨煤机的煤量，最终控制进入炉内的煤粉量。

磨煤机入口的冷热风门控制，保证风量供给和给煤量相适应、温度在正常范围的一次风量，使进入磨煤机原煤能磨成细度合适的煤粉，并安全输送到燃烧器。

在负荷指令增加时，通过前馈信号先增加一次风量，吹出磨煤机中储粉，以适应负荷变化的需要。

燃料量控制的主要功能如下：1.风煤交叉限制：风煤交叉限制能较有效解决风量对象惯性大于燃料对象的特点，根据进行了一次交叉的实际燃料量和风量，来限制它们的设定值。

当机组升负荷时，要避免由于炉内空气不足而造成的燃烧不完全；当机组降负荷时，要避免了由于炉内的过剩空气过大，增加氮氧化物和二氧化硫的排放量。

燃烧过程自动控制系统院系能源与动力学院专业热能与动力工程班级热动本121姓名陈伯霖学号2012101132第1章前言1.1课题的背景和意义锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。

提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进行控制是一件具有深远意义的。

工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要解决生产效率与一致性问题。

虽然自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作用。

目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

1.2 锅炉控制系统的总体流程根据设计要求将整个锅炉运行控制的全过程分成多个阶段：运行参数的初始化过程，在这个过程中调用系统启动的函数；燃烧室中燃烧器的控制过程；废液输送泵、酸碱液喷嘴、风机等执行机构的控制；通信过程；故障的处理过程；模拟量信号的采集过程。

锅炉燃烧自动控制系统流程图如图1-1所示。

PLC控制锅炉的工艺流程1.启动：按一定的时间间隔起燃。

起燃顺序是：燃油预热---间隔1分钟----送风，子火燃烧，母火燃烧-间隔5秒钟-----子火，母火同时关闭。

2.停止：停止燃烧时，要求：燃油预热关闭，喷油关闭，送风（将废气，杂质吹去）-------间隔20秒----送风停止（清炉停止)。

3.异常状况自动关火：燃油燃烧过程中，当出现异常状况时（即蒸汽压力超过允许值或水位超过上限，或水位低于下限），能自动关火进行清炉；异常状况消失后，又能自动按起燃程序重新点火起燃。

即：异常状况----燃油预热关闭，喷油关闭，送风----间隔20秒----清炉停止-----异常状况消失------起燃。

锅炉燃烧过程控制系统设计摘要锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备之一。

而锅炉燃烧所用的煤炭、重油等又是极其重要的战略资源,不可再生。

因此锅炉的燃烧控制相当重要,控制不好将造成资源浪费、环境污染和效益低下。

要使锅炉燃烧达到最佳的燃烧状态,锅炉燃烧控制系统对锅炉的燃烧过程进行自动化控制是至关重要的。

燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。

目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。

燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。

本文通过对整个燃烧系统的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。

在仪表选型时，采用了先进的数字式仪表，井以PID控制来实现，最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。

论文详细介绍了锅炉控制系统的设计，其中包括硬件结构、系统主要功能、系统硬件配置、软件设计原则、主程序流程等。

系统投入运行后，锅炉的燃烧效率和稳定运行情况都有了明显改善，有利于锅炉高效稳定运行，实现增产降耗的目标。

关键词：锅炉；燃烧控制；PID控制；Control System Design of Boiler Combustion ProcessAbstractBoiler is chemical, oil refining, power generation and other industrial processes essential to one of the important power ed in the boiler burning coal, heavy oil is an extremely important strategic resource, non-renewable.Therefore very important to the boiler combustion control, the control will not result in waste of resources, environmental pollution and low efficiency.To burn combustion to achieve the best state，Boiler combustion control system for automatic control of the combustion process is essential.Power plant boiler combustion control system is the main control system, Including fuel control systems, air volume control system, furnace pressure control system.Currently, most power plant boiler combustion control system still uses PID bustion control system consists of main steam pressure control and combustion rate control cascade control system components,Which control the amount of fuel burn rate control, air volume control, volume control of the wind structure, Respectively, each in different sub-control system Measurement, control means to ensure economic and safe burning fire.Based on the entire combustion system analysis and research, respectively, the boiler combustion control system to determine the main steam pressure control system and the furnace pressure control system of the control scheme，And its control law and parameter selection and setting.In the selection of instruments, the use of advanced digital instrument, well the PID control to achieve,and finally reach the boiler safety, economy, efficient operation.Paper introduces the boiler control system design, including hardware structure, the main function of the system, hardware configuration, software design principles the main program processes.System put into operation, the boiler combustion efficiency and stability of operation has a significant improvement is conducive to efficient and stable operation of the boiler to achieve the target yield and reducing consumption. Keywords: Boiler; combustion control; PID control;目录摘要 (I)Abstract (III)第一章引言 (1)第二章锅炉的组成及工作原理 (1)2.1 锅炉的基本构造 (1)2.2 锅炉的工作原理及过程 (3)2.2.1 燃料的燃烧过程 (4)2.2.2 水的气话过程 (4)2.2.3 烟气向水传热过程 (5)第三章锅炉燃烧控制系统设计 (1)3.1 锅炉燃烧控制系统的任务 (1)3.2 锅炉燃烧控制系统的组成 (2)3.2.1 主蒸汽压力控制系统 (2)3.2.2 炉膛压力控制系统 (5)3.3 锅炉燃烧控制系统中被控变量的选择 (6)3.4 锅炉燃烧控制系统的控制方案 (7)3.4.1主蒸汽压力控制系统方案的确定 (7)3.4.2 炉膛压力控制系统控制方案确定 (14)3.5 锅炉燃烧控制系统的实施 (17)3.5.1 锅炉燃烧控制系统控制器规律的选择 (17)3.5.2 主蒸汽压力控制系统控制器规律的选择 (18)3.5.3炉膛压力控制系统控制器规律的选择 (19)3.6 锅炉燃烧控制系统中控制器的正、反作用的选择 (20)3.6.1 主蒸汽压力控制系统控制器正、反作用的选择 (20)3.6.2炉膛压力控制系统控制器正、反作用的选择 (21)3.7锅炉燃烧控制系统的参数整定 (21)3.8仪表的选择 (25)3.8.1 变送器的选择 (25)3.8.2 控制器的选择 (26)3.8.3 调节阀的选择 (27)第四章利用MATLAB对锅炉燃烧控制系统仿真 (28)4.1建立数学模型 (28)4.2 控制系统参数整定 (29)4.3 控制系统Simulink仿真 (33)第五章总结 (35)参考文献 (36)致谢 (38)第一章引言工业锅炉在工业生产中，尤其在冶金、电力和化工生产中占有重要地位，其控制效果的好坏，效率的高低，一直倍受工业界的关注【1】。

设计题目：燃烧过程控制系统一、燃烧过程控制系统的基本理论燃油锅炉的燃烧控制主要有三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。

1．蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供应其他生产环节使用。

一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反应在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。

维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。

保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气实现的。

如图1所示图 1 燃烧炉蒸汽压力控制与燃料比值控制系统2．炉膛负压控制系统锅炉炉膛负压力过小时，炉膛内的热烟、热气会外溢，造成热量损失、影响设备安全运行甚至会危及工作人员安全；当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，增加燃料损失、热量损失和降低热效率。

保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。

如果负压波动不大，调节引风量即可实现负压控制；当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会较大，此时，经常采用的控制方案如图2所示。

图 2 炉膛负压控制系统二、燃烧过程控制任务燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃料的种类和供给系统、燃烧方式以及锅炉与负荷的联接方式都有关系，但是燃烧过程自动调节的任务都是一样的。

归纳起来，燃烧过程调节系统有三大任务。

第一个任务是维持汽压恒定。

汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。

第二个任务是保证燃烧过程的经济性。

当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。

第三个任务是调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。

对于一台锅炉，燃烧过程的这三项调节任务是不可分隔的，对调节系统设计时应加以注意。

三、燃烧系统调节对象的特性锅炉燃烧过程自动控制的基本任务是既要提供热量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和锅炉运行的安全性。