摘要
锅炉燃烧控制系统最重要的任务是保持锅炉蒸汽压力稳定。当负载量改变，使蒸汽压力的变化，通过调节燃料量（或送风量），从而改变炉膛发热量，最终使蒸汽压力稳定。其次，我们应该保证燃料的经济燃烧，既不能因为空气不足而冒黑烟，也不能因为空气过多而导致热量损失增加。所以燃料量和空气量应保持一定的比例，或者说烟气中的氧气浓度应保持在一定的值。最后，鼓风量还要和引风量要相配合，以保持恒定的炉腾负压。如果负压太小，炉烟气外冒会影响设备和操作员工的安全；如果负压过大，使大量冷空气漏入炉中，导致热损失增加，降低了燃烧效率。
关键字：燃烧控制串级控制炉膛负压联机控制
一、工业锅炉的工作过程
1.1锅炉简介
锅炉结构如图所示，主要包括炉膛、汽包、省煤器、炉排以及给水粟、鼓风机、引风机、炉排电机等重要设备。煤炭通过斜皮带机和平皮带机送至炉排，然后在炉膛内燃烧，最后随排澄电机排出。炉腊内的烟气则通过省煤器交换热量以较低温状态被引风机排出。而给水粟则将储水库里的水先经过省煤器送至汽包，其给水量可通过给水调节阀控制。汽包内的蒸汽通过蒸汽管向外输送以供使用。锅炉系统主要输入变量是给水量、送风量、给煤量、引风量、蒸汽负荷等，主要输出变量是蒸汽压力、汽包水位、烟气含氧量和炉膛负压、蒸汽流量等。所以锅炉系统是一个多输入，多输出且相互关联的复杂的控制对象。系统的输入变量其实就是我们控制方法的控制量，根据控制量的不同可将锅炉系统划分为若干个子控制系统：给煤系统、送风系统、引风系统和汽包水位系统。当然他们都有自己主要的调节对象，分别为：蒸汽压力、烟气含氧量、炉腊负压、汽包水位。锅炉控制系统的控制指标为：蒸汽压力在期望压力的±1%，空气燃烧比应该保证±0.4%的过量氧气，汽包水位应控制在±5cni。其中给煤系统、送风系统、引风系统之间又有紧密的关系，三者共同组成了锅炉燃烧控制系统。
1.2为锅炉结构和工艺流程示意图
燃烧的煤层厚度通过闸板控制，炉排转速可由交流变频调速电机控制。尾部受热面有省煤器和空气预热器。
锅炉结构和工艺流程示意图
给水通过省煤器预热后给锅炉上水，空气经空气预热器后由炉排左右两侧6个风道进入，烟气通过除尘器除尘，由引风机送至烟囱排放，主蒸汽经过过热器送至汽柜和用汽部门。鼓风机、引风机都是由交流变频器来控制，通过调节鼓风机、引风机的速度来实现控制鼓风量、引风量。
二、锅炉燃烧的控制要求
2.1锅炉燃烧过程的任务、被控变量和操纵变量
锅炉燃烧控制系统的基本任务是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷要求，同时保证锅炉的经济、安全运行。为适应蒸汽负荷的变化，应及时调节燃料量。为完全燃烧，应控制燃烧量与空气的比值，使过剩的空气系数满足要求，为防止燃烧过程中火焰或烟气外喷，应控制炉膛的负压。这三项控制任务互相影响。
另外，从安全角度考虑，需设置安全控制系统即设置防止回火的联锁控制系统和防脱火的联锁控制系统。
三、燃烧控制基本控制方案
锅炉的燃烧控制对于锅炉的安全、高效运行和节能降耗都具有重要意义，其控制和管理随之要求也越来越高。燃料控制的任务在于进入锅炉的燃料量随时与蒸汽压力要求相适应。因为蒸汽压力是衡量锅炉热量平衡的标志，燃料又是影响蒸汽压力的主要因素，因此蒸汽压力可以作为燃料控制系统的被调量。
锅炉蒸汽压力是燃烧过程调节对象的主要被控量，引起蒸汽压力变化的因素有很多，如燃料量、送风量、给水量、蒸汽流量以及各种使燃烧工况发生变化的原因。它受到的主要扰动分为内扰(燃料的变化)和外扰(蒸汽流量的改变)。由于每个系统的输入输出之间都一定的系统延迟，即当输入变化的时候系统输出不能够马上反应其变化从而是系统的控制不及时。
3.1基本控制方案一：
3.1.1串级控制
控制系统描述：
（1）蒸汽压力为主被控变量，燃料量为副被控变量组成的串级控制系统。（2）燃料量为主动量，空气量为从动量的比值控制系统。
特点：
（1）确保燃料量与空气量的比值关系，当燃料量变化时，空气量能够跟踪燃料量变化。
（2）送风量的变化滞后于燃料量的变化。
以蒸汽压力为被调节量，以燃料量为调节量的串级控制系统设计如图所示。
蒸汽出口压力控制方框系统
控制方案：
燃料阀空气阀
蒸汽出口压力控制系统
3.1.2控制器正反作用及控制阀的气关气开形式选择：
1）主控制器：选择反作用，因为当阀的开度增大后，燃料的流量增加，阀的开度为（+），变送器为（+），所以控制器也为（+）所以控制器选择反作用
2）副控制器：选择反作用，因为当阀的开度增大后，蒸汽的温度升高压力增大，阀的开度为（+），变送器为（+），所以控制器也为+所以控制器选择反作
3）控制阀：气开型因为当锅炉出现事故时阀门一定得是关闭的，否则的话在事故出现后阀门是开的话使燃料流出。会加重事故。
3.2基本控制方案二：
3.2.1燃烧过程中烟气氧含量闭环控制
然烧过程控制保证燃料和空气的比值关系，并不保证燃料的完全燃烧。燃料的完全燃烧与燃料的质量（含水量、灰粉等）、热值等因素有关。不同的锅炉负荷下，燃料量和空气量的最佳比值会不同。因此，需要有一个检查燃料完全燃烧的控制指标，并根据该指标控制送风量的大小。衡量燃烧过程是否完全燃烧的常用控制指标是烟气中的含氧量。
它在上述的方案中基础上,加入了烟道气中氧含量的控制回路。这是一个以烟道气中氧含量为控制目标的燃料流量与空气流量的变比值控制系统,也称烟气氧含量的闭环控制系统。此方案可以保证锅炉的最经济燃烧。前述方案一,虽然也考虑了燃料与空气流量的比值控制,但它不能在整个生产过程中始终保证最经济燃烧。因为，其一：在不同的负荷下,两流量的最优比值是不同的;其二：燃料的成分有可能会变化;其三：流量的不准确。这些因素都会不同程度的影响到燃料的不完全燃烧或空气的过量,造成炉子热效率下降。这就是燃料流量定比值控制系统的缺点。为了改善这一情况,最好有一指标来闭环修正两流量的比值。因此，常用烟气中含氧量作为检查燃料完全燃烧的控制指标，并根据该指标控制送风量。
3.2.2 锅炉的热效率
锅炉的热效率主要反映在烟气成分（主要是含氧量）和烟气温度上。烟气中各种成分例如：氧气、二氧化碳、一氧化碳和未燃烧烃含量基本可反映燃料的燃烧情况。常用的含氧量用表示。
理论空气量是根据燃烧反应方程式，计算出的完全燃烧时所需的空气量。实际空气量是实际燃烧过程的中所需的空气量，。超过理论空气量的这部分空
气量称为过剩空气量。过剩空气量增大，炉膛温度降低越多，烟气中带走的热损失也越大。不同的空气量有最佳值（对于液体，过剩空气量约为8％～15％），如下图：
-20 过剩空气量％
过剩空气量与能量损失的关系
常用过剩空气系数a表示过剩空气量，定义为：
a=
过剩空气系数很难直接测量，它与烟气中氧量有关。
10 20 30 40
过剩空气量％
过剩空气量与烟气含氧量、锅炉效率的关系
上图显示了过剩空气系数a与烟气含氧量、锅炉效率的关系。当a在1～
1、6范围内时，过剩空气系数a 与烟气接近直线。当a在1、08～1、15（最
佳过剩空气量8%～15%
）时，烟气含氧量最优值为1、6%～3%。从上图也可看
到，约在过剩空气量为15%～18%时，锅炉有最高效率。因此，用烟气含氧量作为锅炉燃烧的经济指标。
以烟气为被调节量，以燃料量为调节量的串级控制系统设计如图所示。
烟气含氧量控制系统与锅炉燃烧控制系统一起实现锅炉的经济燃烧闭环控制系统如下图：
烟气含氧量闭环控制系统，该系统是在原逻辑提量和减量控制系统的基础上将原来的定比值改为变比值控制，变比值器的比值由含氧控制器AC输出。当烟气中的含氧量变化时，表明燃烧过程中过剩空气发生变化，因此通过AC及时调节燃料和空气的比值，使燃烧过程达到经济的目的。
实施时应注意，快速反映烟气含氧量，对烟气含氧量的检测变送系统应选择正确。目前，常选用氧化锆氧量仪表检测烟气中的含氧量。
烟气含氧的闭环控制系统方框图
控制方案：
燃料量蒸汽压力空气量烟气含氧量
燃料阀空气阀
烟气含氧的闭环控制系统
3.2.3控制器正反作用及控制阀的气关气开形式选择：
1）主控制器：选择反作用，因为当烟气的含氧量增大后，空气量应减小，阀的开度为（+），变送器为（+），所以控制器也为（+）所以控制器选择反作用。2）副控制器：选择正作用，因为当阀的开度增大后，燃料流量增大，阀的开度为（+），变送器为（+），所以控制器也为（+）所以控制器选择正作。
3）控制阀：气开型因为当锅炉出现事故时阀门一定得是关闭的，否则的话在事故出现后阀门是开的话使燃料流出。会加重事故。
3.3.1上述两方案的有缺点
通过对上述两种方案的详细说明,从中可以看出各种方案都有其优、缺点:
方案一: 主要优点:燃料流量是随蒸汽负荷而变化的,这样可保持蒸汽出口压力的稳定,又可以保持蒸汽出口压力的稳定,又可使燃空比维持一定,系统控制简单,使用仪表少。 主要缺点:燃料燃烧不能完全燃烧,当燃料或空气回路各自出现干扰时,不能严格保持动态的燃料与空气比的不变。
方案二: 主要优点:可以保证锅炉燃烧过程的空气与燃料比值最优燃烧比,防止由于流量测量的误差以及燃料的质量的变化。 另外,锅炉负荷不同时,可以保持两者的最优比有一定的不同。 主要缺点:虽然可以做到保证燃烧时刻处于最经济状态,但是其控制系统、 检测设备相对来说都比较复杂,其中氧含量检测设备以目前的技术来说还不能保证检测结果十分精确,其总体控制效果不能达到理论上的水平系统控制较复杂,仪表多,容易出问题,而且仪表仪器价格昂贵。
3.4.1、控制系统参数整定
控制系统中滞后产生的主要原因有：对系统变量的测量、系统中设备的物理性质及物或信号的传递等。在实际工程控制问题中，有时因滞后系统的影响不大而在系统的设计或模型中将滞后省略。但是在更多的实际工程中，滞后是不能省略的，而且有些控制过程中，滞后往往是时变的，即滞后是时间t 的函数。所以这些对象的纯滞后时间对控制系统的控制性能都极为不利，它使系统的稳定性降低，动态特性变坏。
由于整个控制系统存在滞后，整个系统具有一阶环节和二阶环节来近似的等效
一阶滞后环节
τ
s e Ts K s G -+=
1
)( 二阶滞后环节 τs e s T s T K
s G -++=
)
1)(1()(21
在现场环境中，参数变化是时时刻刻的，很难用一个固定的数学公式将炉温的变化规律总结出来。所以在规定的要求范围内，对一些情况进行近似处理是很
合理和必要的。在通常情况下，我们给定主控变量一个范围，作为系统的给定，使可以达到个满意的结果。对于火电厂锅炉来说，炉体的容量、结构、检测元件及其安放位置等都影响着滞后的大小。它不是一个单一的问题，是一个系统问题(容积滞后时间就是级联的各个惯性环节的时间常数之和)。纯滞后产生的根源也要从整个测量系统来考虑，并且与温度的高低有关。
解决滞后的办法
1）选择惰性小的快速测量元件，以减小时间常数 2)选择合适的测量位置，以减小纯滞后 3)使用微分单元 加入 D 控制规律 如 一阶滞后τ
s e Ts K s G -+=
1
)( 加入微分单元1+T D S,当适当的调整TD 后可以使T D =T.最后的传递函数就是K,这样就减少了延迟。
主回路：TC 选择PI 控制，原因是主回路中所控制的参数为压力，压力这个参数滞后是比较小的，当干扰到来的时候会比较快的反应在输出的变化上，所以不必加入微分环节就可以达到很好的控制目的，也节省了成本。其中的I 环节可以消除静差，使系统的控制性能的到提高。
副回路：选择P 控制。理由是副回路是粗调所以要求随度要快，粗调也就是不要求一步到位，只是对余差进行初步的处理，最后的工作是由主回路来完成的。微分最用也是不必要的，因为加入微分后系统过于敏感，稍有扰动就会动作，这不利于系统的稳定。
在现代工业生产过程中，对于主参数的质量指标要求很高，而对副参数的质量指标没有严格要求。通常设置副参数的目的是为了进一步提高主参数的控制质量。在副调节器参数整定好后，再整定主调节器参数。这样，只要主参数的质量通过主调节器的参数整定得到保证，副参数的控制质量可以允许牺牲一些。
四、炉膛的负压控制及安全连锁控制系统
4.1炉膛负压控制
在锅炉燃烧控制系统中，其主要功能是控制炉膛的燃料的空气的输入量，或控制燃烧率，以适应锅炉蒸汽负荷的变化需要。对锅炉运行和控制系统来说，锅炉出口蒸汽压力的变化经常作为燃料量的输入和蒸汽量的输出之间不平衡的一个标志。引起蒸汽压力变化的因素很多，其中主要的扰动量是燃料量和蒸汽量的变化。燃烧控制系统的基本要求是：迅速适应外界负荷需求的变化；及时消除锅炉燃料侧的自发扰动；维持调节过程中各被调量在允许的范围内；保证锅炉运行的安全性和经济性。燃料控制系统一般包括燃料控制、引风控制和送风控制三个子系统。
炉膛负压控制系统中被控变量是炉膛压力（控制在负压），操纵变量是引风量。当锅炉负荷变化不大时，可采用单回路控制系统。当锅炉负荷变化较大时，应进入扰动量前馈信号，组成前馈-反馈控制系统。蒸汽压力变动较大时，可引入蒸汽压力的前馈信号；扰动来自送风机系统时，可将送风量作为前馈信号，组成前馈—反馈控制系统。例如当锅炉负荷变化较大时，蒸汽压力的变动也较大，这时，可引入蒸汽压力的前馈信号，如下图(a)所示的前馈-反馈控制系统。当扰动来自送风机系统时，送风量的变化不及时引入到炉膛负压控制系统，则需要等到炉膛负压变化后才能调节引风量，即不能及时控制炉膛的负压，为此，将送风量作为前馈信号，如下图（b）所示的前馈-反馈控制系统。
送风量
变送器
(a)蒸汽压力前馈（b）送风量前馈
上图中PC是炉膛负压控制器，PY是加法器，PT是蒸汽压力变送器，FT-1是燃烧用送风变送器，PY和FY是前馈控制器。前馈信号与反馈信号相加。当引风系统有扰动时，也可将引风量信号引入，组成以炉膛负压为主控变量，引风量为副被控变量的串级控制系统，与上述的前馈信号一起组成前馈-串级反馈控制系统。
4.2安全连锁控制系统
炉膛负压控制系统可防止炉膛内火焰或烟气的外喷，此外，当燃料压力过高或过低，喷嘴发生堵塞情况下也会发生事故，为此，除了设置炉膛的负压控制系统外，还需设置有关的的安全连锁控制系统。
4.2.1防止回火的联锁控制系统：
当燃料压力过低，炉膛内压力大于燃料压力时，会发生回火事故，为此设置入下图所示的连锁控制系统。它采用压力开关PSA，当压力低于下限设定值时，使联锁控制系统动作，切断燃料控制阀的上游切断阀，防止回火。也可采用选择性控制系统。其中从安全考虑阀门选择气关阀。
气源
控制阀切断阀
防止回火的联锁控制系统
4.2.2防止脱火的选择性控制系统：
当燃料压力过高时，由于燃料流速过快，容易发生脱火事故。为此，可设置如图所示的燃料压力和蒸汽压力的选择性控制系统。正常时，燃料控制阀根据蒸汽负荷的大小调节；一旦燃料压力超过安全软限，燃料压力控制器PC-2的输出减小，经低选器选中，由燃料压力控制PC-1取代蒸汽压力控制器PC-2，防止脱火事故发生。其中从安全考虑阀门选择气关阀。
- 防止脱火的选择控制系统
4.2.3将防止回火和脱火的系统组合：
如下图所示，并设置回火报警系统。防止脱火采用低选器、防止回火采用高选器，
表示防止回火的最小流量对应的仪表信号。其中，从安全考虑阀门选择
气关阀。
防止脱火和回火的选择控制系统
五、控制系统单元元件的选择
5.1蒸汽压力变送器选择
蒸汽从锅炉经过管道到达蒸汽轮机，其压力和温度会有所降低，但降低幅度不大，一般温度会下降2-4℃，压力会下降2-4%。可以近似地认为，锅炉提供的蒸汽温度和压力，与蒸汽轮机机组初参数相同。
但我国目前尚有一些参数较低的火力发电机组仍在使用，包括高压参数、超高压参数机组。
高压参数一般为：主蒸汽压力8-10MPa，温度500-540℃。
超高压参数一般为：主蒸汽压力12-14MPa，温度500-540℃。
蒸汽压力变送器的选用
公司名称：上海威野仪器仪表制造有限公司
型号：JF039001949
特点：不锈钢一体化结构，可适应恶劣环境，小体积，高精度，高稳定性压力0~0.1~10MPA。多种标准信号输出选择，用户调试方便，防雷击，抗电磁/
射频干扰。供电电源范围宽（9~40V），具有零点，满度可调。典型应用：液压气
压控制锅炉，蒸汽管道，真空设备石化管道测压，自控系统和测试系统。
技术性能及指标
电源：24V DC；无负载时变送器可工作在12V．DC最大为40V。
负载特性：输出信号：4～20mA
负载特性：负载阻抗R与电源电压V的关系：R≤50（V-12）Ω
量程和零点：打开接线端侧盖后连续可调，零点调整范围为最大量程的
±5%，量程调整范围为最大量程的40%～100%。
?安装（1）压力表应安装在易观察和检修的地方。（2）安装地点应力求避免振动和高温影响。（3）测量蒸汽压力时应加装凝液管，以防止高温蒸汽直
接和测压元件接触；对于有腐蚀介质时，应加装充有中性介质的隔离罐等。总之，
针对具体情况（如高温、低温、腐蚀、结晶、沉淀、粘稠介质等），采取相应的防
护措施。
5.2 燃料流量变送器的选用
LUGB-06型涡街流量计根据卡门涡街原理测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。广泛用于各种行业气体、液体、蒸汽流量的计量，也可测量含有微小颗料、杂质的混浊液体，并可作为流量变送器用于自动化控制系统中。
LUGB-06型涡街流量传感器防爆型，符合GB3836-2000《爆炸性环境用防爆电气设备》规定，防爆标志为“ExiaIICT6”，在本次设计中，选用LUGB型涡街流量传感器其精度等级完全可以满足火电厂锅炉温度控制系统的精度要求。
技术参数：
仪表材质：1Cr18Ni 9Ti
最高流速：25m/s
被测介质温度（℃）：－40～＋250℃；－40～＋350℃
环境条件：温度－10～＋55℃，相对湿度5％～90％，大气压力86～106Kpa
精度等级：测量液体：示值的±0.5
测量气体或蒸汽：示值的±1.0、±1.5
量程比：1：10；1：15
输出信号：传感器：脉冲频率信号0.1～3000Hz 低电平≤1V 高电平≥6V
变送器：两线制4～20mADC电流信号
供电电源：传感器：＋12VDC、＋24VDC（可选）
变送器：＋24VDC
现场显示型：仪表自带3.2V锂电池
信号传输线：STVPV3×0.3（三线制），2×0.3（二线制）
传输距离：≤500m
信号线接口：内螺纹M20×1.5
防爆等级：ExdIIBT6
5.3含氧量检测器
公司名称：济宁鲁科检测器材有限公司
型号：M289371
·体积小(钢笔型)、重量轻(含电池120-200克)
·坚固可靠，方便佩带
·数字显示，一目了然
·三键操作，类似“傻瓜”相机
·超过设定限制时，自动声、光、振动(选件)报警
·内置微处理器，显示多种测量值(STEL，TWA)
· UL认证本质安全，适用于任何工作环境
·“智能”电化学毒气传感器，用户可更换(CO，H2S，SO2，CL2，NO，NO2)
M289371含氧量监测仪应用
ToxiRAE气体监测仪可用在危险场合连续监测有毒气体，氧气，可燃气浓度。按人体工学设计的ToxiRAE，可方便的佩带在口袋或腰带上。 ToxiRAE特别合适于石油化工、矿山、冶金、防化、消防、医学、环保、卫生防疫、危险品运输、城市地下管道作业等领域的安全监测。
含氧量监测仪检测范围
专用检测器，不可更换传感器(技术指标)
总结
课程设计为期一周，前几天基本上是收集资料和选题，期间把有关的专业课又复习了一遍，回忆了以前的知识，再就是在图书馆查阅了一些资料，主要还是在网上查阅相关的资料进行了解。通过这次的锅炉燃烧控制系统的设计，使我更深刻的了解了课堂上我所学到的有关工业过程控制（锅炉）方面的知识，并且这次设计是我能将这学期学到的东西联系在一起，并且能够考虑到实际中的一些实际问题。在完成设计的过程中也发现单单读懂看懂书上那点知识是远远不够的，书上只是写理论，而理论就必须要联系到实际的应用中去，这其中还有很多的东西要学习。只用通过动手和查阅资料才会发现自己在哪些方面不足。这样便可以有针对性的进行学习。
一周的课程设计是个面对问题解决问题的过程、是自我认识的过程。一周的设计虽然不是很长，但是使我对所学的知识有个系统的整理和总结。由于知识有限，设计中还有很多缺陷和错误，希望老师同学帮忙指教。
参考文献
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工业锅炉控制系统设计 The following text is amended on 12 November 2020.
工业锅炉控制方案设计 学生学号： 学生姓名：曹新龙 专业班级：自动化12102班指导老师：赵莹萍 目录
引言 锅炉是国民经济中主要的供热设备之一。电力,机械，冶金，化工，纺织，造纸，食品等工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的蒸汽。各种工业的生产性质与规模不同，工业和民用采暖的规模大小也不一样，因此所需的锅炉容量，蒸汽参数，结构，性能方面也不尽相同。锅炉是供热之源，锅炉机器设备的任务在于安全，可靠，有效地把燃料的化学能转化成热能，进而将热能传递给水，以生产热水和蒸汽。为了提高热量及效率，锅炉向着高压，高温和大容量等方向发展。供热锅炉，除了生产工艺有特殊要求外，所生产的热水不需要过高温的压力和温度，容量也无需很大。 随着生产的发展，锅炉日益广泛的应用于工业生产的各个领域，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代化的建设中，能源的需求是非常大的，然而我国的能源利用率极低，所以提高锅炉的热效率，具有极为重要的实际意义。此外，锅炉是否能应地制宜地有效地燃用地方燃料，并满足环境保护的各项要求而努力解决烟尘污染问题，以提高操作管理水平，减轻劳动强度，保证锅炉额定运行及运行效率，安全可靠地供热等课题。 锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。工业锅炉数量大、分布广，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，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。因此,提高热效率，提高自动化水平及防止环境污染, 降低耗煤量与耗电量，均是设计工业锅炉需考虑的重要因素。用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。 本课题的主要方向就是采用过程控制对工业锅炉进行控制，采用先进的控制算法，以达到优化技术指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争能力的作用。
； 济南铁道职业技术学院 电气工程系 毕业设计指导书 课题名称： 锅炉控制系统的组态设计《 专业电气自动化 班级电气0831 姓名 cmy ~ 设计日期至 指导教师 ly ? 2010、11
济南铁道职业技术学院电气工程系 毕业设计指导书 2010、11 一、设计课题: ！ 锅炉控制系统的组态设计 锅炉设备是工业生产中典型的控制对象，而组态控制技术是当今自动化系统应用广泛的技术之一。本课题采用组态王组态软件设计上位机监控画面，实时监控液位参数，并采用实时趋势曲线显示液位的实时变化。由此组成一个简单的液位控制系统。 二、设计目的： 通过本课题的设计，培养学生利用组态软件、PLC设计控制系统的能力，理解、掌握工业中最常用的PID控制算法，有利于进一步加深《自动控制原理》、《组态软件》和《过程控制》等课程的理解，为今后工作打好基础。 三、设计内容： 掌握锅炉生产工艺，实现锅炉自动控制的手段，利用“组态王”软件做出上位机监控程序，具体有主监控画面、实时曲线、历史曲线；掌握PID参数调整方法。 — 四、设计要求及方法步骤： 1．设计要求： （1）监控系统要有主监控画面和各分系统的控制画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。 （2）各控制画面要有手/自动切换。
（3）掌握PID控制算法。 2．运用的相关知识 （1）组态控制技术。 （2）过程控制技术。 ~ 3．设计步骤： （1）熟悉、掌握锅炉的生产工艺。 （2）设计各分系统的控制方案。 （3）构思系统主监控画面和分画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。 （4）编写设计论文。 五、设计时间的安排： 熟悉题目、准备资料 1周 @ 锅炉控制系统的工艺了解 1周 监控画面的设计 2周 控制算法的编制和系统调试 3周 论文的编写 2周 准备毕业设计答辩 1周 六、成绩的考核 在规定时间内，学生完成全部的设计工作，包括相关资料的整理，然后提交给指导教师，指导教师审阅学生设计的全部资料并初步通过后，学生方可进入毕业答辩环节，若不符合设计要求，指导教师有权要求学生重做。 … 答辩时，设计者首先对自己的设计进行10分钟左右的讲解，然后进行答辩，时间一般为30分钟。 成绩根据学生平时的理论基础、设计水平、论文质量和答辩的情况综合考虑而定。 成绩按优秀、良好、中、及格、不及格五个等级进行评定。
锅炉燃烧系统 一、基本知识点 1、发电能源的种类 火力发电→发电的主要形式； 水利发电、核能发电； 新能源发电：地面太阳能发电、卫星太阳能发电、地面风能发电、高空风能发电、地壳热能发电、岩浆热能发电、潮汐发电、波浪发电、海水温差发电、核聚变能发电等。 2、火力发电厂的生产过程中能量转换形式及设备 燃料的化学能→蒸汽的热能（锅炉）； 蒸汽的热能→机械能（汽轮机）； 机械能→电能（发电机）。 3、锅炉的作用 使燃料在炉内燃烧放热，并将锅内工质由水加热成具有足够数量和一定质量（温度、压力）的过热蒸汽，供汽轮机使用。 4、锅炉四大系统 ①制粉系统→将初步破碎的原煤磨制成符合锅炉燃烧要求的细小煤粉颗粒【燃煤炉】； ②燃烧系统→使燃料燃烧放出热量，产生高温火焰和烟气； ③烟风系统→供应助燃氧气、排除燃烧产生的烟气； ④汽水系统→通过换热设备将高温火焰和烟气的热量传递给锅炉内的工质。 5、锅炉容量 锅炉额定蒸汽参数，额定给水温度并使用设计燃料时，每小时的最大连续蒸发量。 De =130t/h De=36.1kg/s 6、蒸汽参数 锅炉出口处的蒸汽温度和蒸汽压力。 t=500℃，t=813K p=13.5MPa 7、锅炉的燃料 煤（主要燃料）、油、气体以及其他可燃物（如生活垃圾）。
简单蒸汽动力装置流程图
二、锅炉燃烧系统 1、锅炉燃烧设备的组成 炉膛+燃烧器+点火装置 2、锅炉燃烧设备的发展方向 高效、低污染的燃烧技术和设备 3、与炉内燃烧过程相关的问题 (1) 受热面积灰、结渣； (2) 受热面金属表面的高温腐蚀； (3) 蒸发受热面中水动力的安全性； (4) 氧化氮等污染物的生成； (5) 火焰在炉膛容积中的充满程度。 4、高炉煤气与转炉煤气特性 高炉煤气：炼铁过程中产生的副产品，主要成分为:CO, C02, N 2、H 2、CH 4等，其中可燃成 分CO 含量约占25%左右，H 2含量约占1.5～1.8%、CH 4的含量很少，CO 2, N 2的含量分别占15%,55% 左右，热值不高，仅为3500KJ/m 3左右，燃点530～650℃。 主要性质：无色无味有剧毒易燃易爆。 转炉煤气：炼钢过程中，铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体。回收的炉气含一氧化碳60～80％，二氧化碳15～20％。热值较高，为8000KJ/m 3左右，燃点650～700℃。 主要性质：无色无味有剧毒易燃易爆。 5、气体燃烧器 (1) 按燃烧方法【主要分类方式】： ▼ 扩散式燃烧器：煤气中不预混空气，一次空气系数01=α，燃气经燃烧器喷入炉内，借助扩散作用与空气边混合边燃烧； ▼ 大气式（半预混式）燃烧器：燃气中预先混入一部分空气，一次空气系数75.045.01-=α； ▼ 无焰式（预混式）燃烧器：燃气与空气完全预混，一次空气系数11≥α。 (2) 按空气供给方式： ▼ 自然引风式：靠炉膛负压将空气吸入炉膛；
锅炉燃烧过程控制系统仿真 目的：通过该项目的训练，掌握串级控制、比值控制、前馈控制在锅炉燃烧过程控制系统的综合应用。 原理简述： 燃烧过程控制系统：燃油锅炉的燃烧过程控制主要由三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统以及炉膛负压控制系统。 1 、蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统 锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供其他生产环节使用。一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，后续环节对蒸汽的生产用量不同，反映在蒸汽锅炉环节就是蒸汽压力的波动。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的控制实现的。 因此，蒸汽压力是最终被控制量，可以根据生成情况确定； 燃料量是根据蒸汽压力确定的；空气供应量根据空气量与燃料量的合理比值确定。 2 、炉膛负压控制系统 锅炉炉膛负压过小时，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，会增加燃料损失、热量损失和降低热效率。 使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，
控制方案： 某锅炉燃烧系统要求对系统进行蒸汽压力控制。本项目采用燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统，并辅以炉膛负压控制的方案，控制系统框图如图所示。 已知控制系统传递函数： 燃料流量系统的数学模型：G(s)=s e s 31 122-+
空气流量模型：G(s)=s e s 21102-+ 引风量与负压关系模型：G(s)=s e s -+156 送风量对负压的干扰模型：G(s)=122 +s 并取： 燃料流量至蒸汽压力关系约为：G(s)=4 蒸汽压力至燃料流量关系约为：G(s)=1/4 燃料流量与控制流量比值：G(s)=2 空气流量与燃料流量比值：G(s)=1 实现步骤： 1、系统稳定性分析 作出伯德图，如果相角裕度Pm>0°或幅值裕度Gm>1，表示系统稳定。 (1) 燃料流量系统数学模型：G(s)=s e s 31122-+的伯德图： 空气流量数学模型G(s)=s e s 21102 -+的伯德图：
DCS控制系统设计 一．被控对象： 图1 锅炉设备工艺 二．工艺要求 燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds,然后经过热器，形成一定气温的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Ph的过热蒸汽经负荷设备调节阀供给生产设备负荷用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱，排入大气。 三．DCS选型 本控制系统选择浙大中控Webfield JX-300XP系统。 四．硬件 ①控制站硬件 1.机柜：SP202 结构：拼装 尺寸：2100*800*600 ESD：防静电手腕 散热：两风扇散热 接地：工作接地，安全接地 2.机笼 电源机笼：四个电源模块，型号：XP521 I/O机笼：20个槽位，用于固定卡件 3.接线端子板 冗余端子板：XP520R 4.端子转接板 5.主控卡：XP243X 地址范围：2到127。 后备锂电池模块：JP2，保持参数不丢失。 6.数据转发卡：XP233
地址范围：0到15 7.I/O卡件 (a)I/O点数计算 Ⅰ.锅炉控制系统中数字量输入点数： 启动；停止；点火；手动关闭蒸汽阀 以上共计四个数字量输入。 Ⅱ.锅炉控制系统中数字量输出点数： 给风；1号风机；给燃料；2号风机；蒸汽阀 以上共计五个数字量输出。 Ⅲ.锅炉控制系统中模拟量输入点数： 汽包液位、温度、压力。 以上共有三个模拟量输入（为了使模拟信号可以远传，变送器均选择电压式）。 (b)卡件选择 Ⅰ.XP363：触点型开关量输入卡。8路输入，统一隔离。 Ⅱ.XP362：触点型开关量输出卡。8路输出，统一隔离。 Ⅲ.SP314X:电压信号输入卡。4 路输入，点点隔离，可冗余 Ⅳ.XP221：电源指示灯。 ②操作员站硬件 1.PC机： 显示器；主机；操作员键盘，鼠标；操作员站狗； 2.Windows XP操作系统 3.安装Advan Trol-Pro实时监控软件。 ③工程师站硬件 1.PC机 显示器；主机；工程师键盘，鼠标；工程师站狗 2.工程师站硬件可以取代操作员站硬件 3.Windows XP操作系统 4.安装Advan Trol-Pro实时监控软件 5.安装组态软件包 ④通信网络 (a)信息管理网 通讯介质：双绞线（星形连接），50Ω细同轴电缆、50Ω粗同轴电缆（总线形连接，带终端匹配器），光纤等； 通讯距离：最大 10km； 传输方式：曼彻斯特编码方式； (b)过程控制网络（SCnet Ⅱ网） 传输方式：曼彻斯特编码方式； 通讯控制：符合 TCP/IP 和 IEEE802.3 标准协议； 通讯速率：10Mbps； 节点容量：最多 15个控制站，32个操作站、工程师站或多功能站； 通讯介质：双绞线，50Ω细同轴电缆、50Ω粗同轴电缆、光缆；
发电厂燃煤锅炉燃烧控制系统设计 摘要 在热电厂中，以单位机组为控制对象有：锅炉汽包水位控制、燃烧过程控制以及过热蒸汽温度，过热蒸汽温度控制又包括过热蒸汽温度控制和再热蒸汽温度控制。其中，热电厂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，所以对它高效率的控制是现在热电厂的一个重要任务。 本文以一台工业控制机作为上位机，以西门子S7-300可编程控制机为下位机，系统通过变频器控制电机的启动，运行和调速。上位机监控采用WinCC设计，主要完成系统操作界面设计，实现系统启停控制，参数设定，报警联动，历史数据查询等功能。下位机控制程序采用西门子公司的STEP7编程软件设计，主要完成模拟量信号的处理，温度和压力信号的PID控制等功能，并接受上位机的控制指令以完成风机启停控制，参数设定，循环泵的控制和其余电动机的控制。 关键词:热电厂；锅炉燃烧；单片机；控制 Coal-fired power boilers burning single chip control system design Abstract Thermal power plant boiler combustion control plays an important role in security and economy of the entire power generation process, the control of its high efficiency thermal power plant is an important task. In this paper, the analysis and study of the entire combustion system,
锅炉燃烧过程控制系统设计毕业论文
毕业论文 锅炉燃烧过程控制系统设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
锅炉燃烧控制系统 摘要 锅炉的燃烧控制对于锅炉的安全、高效运行和节能降耗都具有重要意义，其控制和管理随之要求也越来越高。本设计主要针对锅炉燃烧控制系统的工作原理，根据控制要求，设计了一套基于PLC的锅炉燃烧控制系统。 在控制算法上，综合运用了单回路控制、串级控制、比值控制、前馈控制等控制方式，实现了燃料量控制调节蒸汽压力、送风量控制调节烟气含氧量、引风量控制炉膛负压，并有效地克服了彼此的扰动，使整个系统稳定的运行。 在可编程控制器的选择上，采用了AB公司Logix5000系列PLC，设计了控制系统的硬件配置图、I/O模块接线图，并用其编程软件编写了实现控制算法的梯形图。同时，采用RSView32设计监控界面，使得在上位机上能够实时监控系统的运行状况并可以设置系统的工作参数，使对系统的控制简单易行。 关键词：锅炉燃烧控制系统，控制方式，PLC，监控
ABSTRACT The control of the boiler combustion which is for boilers safe, efficient operation and energy saving are of great significance, and its subsequent control and management is getting higher and higher requirements. According to the control requirements and the working principle, we design a system of a PLC based on the boiler combustion control system. In the control algorithm, we integratedly applied the single-loop control, cascade control, ratio control, feed-forward control and so on which is moded the control to achieve a fuel vapor pressure control regulator, air-conditioning of flue gas oxygen content control, citing the negative air volume control of the furnace pressure.It also effectively overcome the disturbance of each other, so that the operation of the entire system is stable. Choice in the programmable logic controller, we choose AB, Logix5000 series PLC, and applied it to the design of the control system hardware configuration diagram and I / O module wiring diagram. Then we use the preparation of its programming software control algorithm to achieve the ladder. At the same time, the use of RSView32 interface to design monitor makes PC can run real-time monitoring of system status and can set the system parameters, so that the system is easy to control. Keywords: boiler combustion control system, control, PLC ,supervisory control
锅炉温度控制系统上位机设计 1.设计背景 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。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。 2.任务要求 (1) 按照题目设计监控画面及动态模拟； (2) 在数据字典中定义需要的内存变量和I/O变量； (3) 实现监控系统的实时、历史曲线及报警界面显示； (4) 实现保存数据和参数报表打印功能； (5) 实现登陆界面和帮助界面。 3. 界面功能 3.1 系统说明 本系统的目的是实现锅炉的温度控制，所以在监控界面设置了加热部分和降温部分，同时通过观察相应仪表，操作者手动的实现对锅炉温度的控制，而且在加热过程和降温过程中有信号灯可以清楚地显示系统工作在什么阶段。此外，在监控界面加入了液位控制部分，通过对进水量和出水量的控制实现液位平衡。实时曲线和历史曲线可以让操作者清楚地观察到锅炉内液体的液位高度和温度，从而更加准确的操作系统，达到控制要求。实时报警界面可以随时进行提醒，防止发生意外情况。帮助界面可以让初次登陆该系统的用户快速学会如何操作系统。登陆界面中加入用户登陆部分，只有有相应权限的操作者也可以控制系统。该系统还加入历史曲线打印功能和对系统相关变量的保存功能，用户可以随时查看历史记录。 3.2主监控界面 主控界面实现的是操作者观察仪表，得到锅炉内液体温度和液位的实时信息，通过调节电磁阀1、2，使得锅炉内液体液位保持在要求范围内，通过加热按钮和降温按钮对
锅炉温度控制系统设计方案 第1章绪论 1.1课题背景及研究的意义 锅炉是工业生产中最常用的能量转换设备之一，它通过转化燃料中的化学能或利用电能转化为能，成为人们广为依赖的采暖工具。在电锅炉中，利用电阻在通电流状态下发热的原理，通过对电流的大小的控制对温度的控制。由于电流易控制的特点，电锅炉在小型锅炉和精密控温的到使用者的青睐。但是，在大部分城市中，由于国家实行“西气东输”计划，燃气价格为普通人家所接受，经数据统计和计算，燃气锅炉更便宜，比电锅炉应用更受欢迎。 锅炉温度的稳定是锅炉性能的一项重要指标，温度过高和温度过低都会给锅炉的稳定运行和生产造成重大的的影响，甚至发生安全事故。温度过高，导致锅炉金属材料和相关部件的超温过热，加速管材金属氧化，降低锅炉和相关部件的使用寿命；温度过低，假定在保持锅炉蒸发量不变的情况下，锅炉的损耗将大幅上升，能源利用率因此下降，而且负荷也将受到限制。所以，限定锅炉在安全温度成为每一个温度控制系统的核心部分。 随着科技发展，人们对采暖方式和热水方式渐渐发生变化，家用燃气锅炉进入寻常百姓家，但是国燃气锅炉的开发与应用还处于较落后的阶段，市场上的大多数此类商品还是以国外为主，所以燃气锅炉依然有广大市场与研究价值。 本设计以家用燃气锅炉为研究目标，使用AT89C51单片机为控制核心组成温度控制系统，采用热电阻感应温度的变化，单片机实现收集数据、处理数据、发送控制命令的功能，从各方面详细的说明单片机在温度控制的应用。 1.2 温度传感技术 自工业时代以来，随着大型机械的出现和广泛应用，温度对机械工作性能的影响越来越被人们所重视，对温度的未知可能造成机械损坏或发生重大事故。于是温度传感器便应运而生。温度传感器用在生活的方方面面，从冶金行业到每一个人身边中的一部分，它已经随着时代的步伐在进步。 目前使用的较为先进的温度传感器是数字传感器。数字传感器的优点是不需要像传统方式一样加入转换部分，利用当今成熟的集成技术，在其部已经集成了感应温度系统和温度转换系统，尤其是它单端数据输出的功能，极大减少对主控
目录 1锅炉工艺简介 (1) 1.1锅炉的基本结构 (1) 1.2工艺流程 (2) 1.2煤粉制备常用系统 (3) 2 锅炉燃烧控制 (4) 2.1燃烧控制系统简介 (4) 2.2燃料控制 (4) 2.2.1燃料燃烧的调整 (4) 2.2.2燃烧调节的目的 (5) 2.2.3直吹式制粉系统锅炉的燃料量的调节 (6) 2.2.4影响炉内燃烧的因素 (7) 2.3锅炉燃烧的控制要求 (11) 2.3.1 锅炉汽压的调整 (11) 3锅炉燃烧控制系统设计 (14) 3.1锅炉燃烧系统蒸汽压力控制 (14) 3.1.1该方案采用串级控制来完成对锅炉蒸汽压力的控制 (14) 3.2燃烧过程中烟气氧含量闭环控制 (17) 3.2.1 锅炉的热效率 (18) 3.2.2反作用及控制阀的开闭形式选择 (20) 3.2.3 控制系统参数整定 (20) 3.3炉膛的负压控制与有关安全保护保护系统 (21) 3.3.1炉膛负压控制系统 (22) 3.3.2防止回火的连锁控制系统 (23) 3.3.3防止脱火的选择控制系统 (24) 3.4控制系统单元元件的选择（选型） (24) 3.4.1蒸汽压力变送器选择 (24) 3.4.2 燃料流量变送器的选用 (25) 4 DCS控制系统控制锅炉燃烧 (26) 4.1DCS集散控制系统 (26) 4.2基本构成 (28)
锅炉燃烧系统的控制 4.3锅炉自动燃烧控制系统 (31) 总结 (34) 致谢 (35) 参考文献 (36)
1锅炉工艺简介 1.1锅炉的基本结构 锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。 1、锅炉本体 锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。 炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧、适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。炉膛的结构、形状、容积和高度都要保证燃料充分燃烧，并使炉膛出口的烟气温度降低到熔渣开始凝结的温度以下。当炉内的温度超过灰熔点时，灰便呈熔融状态。熔融的灰渣颗粒在触及炉内水冷壁管或其他构件时会粘在上面。粘结的灰粒逐渐增多,遂形成渣块,称为结渣。结渣会降低锅炉受热面的传热效果。严重时会堵塞烟气流动的通道，影响锅炉的安全和经济运行。一般用炉膛容积热负荷和炉膛截面热负荷或炉排热负荷表示其燃烧强烈程度。炉膛容积热负荷是单位炉膛容积中每单位时间内释放的热量。在锅炉技术中常用炉膛容积热负荷来衡量炉膛大小是否恰当。容积热负荷过大，则表示炉膛容积过小，燃料在炉内的停留时间过短，不能保证燃料完全燃烧，使燃烧效率下降；同时这还表示炉墙面积过小，难以敷设足够的水冷壁管，结果炉内和炉膛出口处烟气温度过高，受热面容易发生结渣。室燃炉的炉膛截面热负荷是单位时间内单位炉膛横截面上燃料燃烧所释放的热量。在炉膛容积确定以后，炉膛截面热负荷过大会使局部区域的壁面温度过高而引起结渣。层燃炉的炉排热负荷是单位时间内燃料燃烧所释放的热量与炉排面积的比值。炉排热负荷过高会使飞灰大大增加。炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时，锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。 锅筒它是自然循环和多次强制循环锅炉中接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒筒体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，
学校 毕业论文 题目：辅锅炉燃烧模拟控制系统设计Auxiliary boiler combustion control system simulation 系别： 专业： 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 2011年月日
目录 前言 (3) 摘要 (3) 1 可编程序控制器的基本特点 (4) 2系统设计要求 (5) 2.1水位控制 (5) 2.2燃烧程序自动控制 (5) 2.3蒸汽压力控制 (7) 2.4自动保护和报警 (7) 3控制部分的设计 (7) 3.1硬件设计 (8) 3.2控制部分的软件设计 (9) 一、控制系统流程图 (10) 二、时序图 (11) 三、控制程序 (12) 四、控制程序的说明 (15) 4 结束语 (16) 参考文献 (16)
前言 在内燃机动力装置的船舶上，锅炉是船舶的重要辅机设备，主要产生蒸汽用于加热燃油、主机暖缸、驱动辅助机械及生活杂用。当前船舶机舱自动化的要求越来越高，锅炉的自动控制在实现无人机舱中是必不可少的。但是目前我国船舶(特别在远洋渔船)上，虽有一定程度的自动化控制，但控制系统基本上是采用接触器—继电器系统, 系统线路复杂、可靠性差、维护工作量大。为改造船舶设备，改善船员劳动强度，提高生产效率, 采用可编程序控制器来实现锅炉的自动控制, 可以使线路简单、可靠性提高、维护方便且容易实现现场调试等。可编程序控制器控制系统的经济性能比高于接触器—继电器控制系统。 随着船舶技术的发展，船舶自动化的程度越来越高，而PLC因其可靠性高、运用灵活，在自动控制领域获得了广泛的应用。目前，在船舶自动化设备中，船舶电站自动化、分油机自动控制、锅炉自动控制等领域，都已成功地应用了可编程序控制器，相信随着市场的发展和技术的进步，PLC技术在船上会有更广阔的前景。 船舶辅锅炉是一个多输入、多输出且相互关联的复杂的控制对象，其实际操作必须遵循严格的步骤，在实习和教学环节中，实现每个人都进行实际操作有难度。因燃油运行成本且可能出现操作失误，会给实习和教学带来一定的困难和不安全因素。随着虚拟现实技术的产生，这些问题将逐步得到解决。以下将会用PLC设计一个辅锅炉模拟控制系统。 摘要 目前我国船舶自动化控制程度较低，控制系统基本上是采用接触器—继电器系统, 系统线路复杂、可靠性差、维护工作量大。为改造船舶设备，改善船员劳动强度，提高生产效率, 采用可编程序控制器来实现锅炉的自动控制, 可以使线路简单、可靠性提高、维护方便且容易实现现场调试等。随着船舶自动化的发展，PLC技术越来越多的在船舶中得到应用。本文分析了PLC的特点以及在船用辅锅炉自动控制系统的应用，主要应用在船用辅锅炉锅炉水位自动控制、蒸汽压力自动控制、燃烧程序的自动控制、保护与报警，使锅炉实现自动控制，逐渐达到无人机舱的目的。 本文主要包括以下几方面内容：一、介绍可编程序控制器（PLC）的基本特点，使人了解PLC工作原理及方式；二、说明该控制系统的设计要求，也就是本文用S7—200 PLC实现自动锅炉控制要达到的目的；三、是本文最重要的一环，系统自动控制的设计包括硬件和软件方面。
1 引言 锅炉是发电厂及其它工业企业中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，国内大多数工业锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。工业锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，扰动因数也很多，许多参数之间明显地存在着复杂的耦合关系。对于工业锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以达到理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最佳控制效果。 2 系统的组成 系统运行的示意图如图1所示。 图1 系统运行示意图 由图1可知，燃料和空气按一定比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，经负荷设备调节阀供给负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。 锅炉是个较复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，生产过程各主要工艺参数必须加以严格控制。主要调节项目有;负荷、锅炉给水、燃烧量、减温水、送风等。主要输出量是:汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。这些输入量与输出量之间是互相制约的，例如，蒸汽负荷变化时，必然会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化;燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、空气量和炉膛负压等。对于这样复杂的对象，工程处理上作了一些简化，将锅炉控制系统划分为若干个调节系统。主要的调节系统有: (1) 汽包水位调节系统 被调量是汽包水位，调节量是给水流量，它主要考虑汽包内部物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在工艺允许范围内。 (2) 过热蒸汽温度调节系统 维持过热器出口温度在允许范围之内，并保证管壁温度不超过允许工作温度。 (3) 燃烧调节系统
课程设计任务书 题目: 锅炉过热蒸汽温度控制系统设计 摘要 本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。控制系统采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。 关键字：过热蒸汽控制串级控制系统自动控制主控-串级切换 目录 1 生产工艺介绍 .................................................. 错误！未定义书签。 1.1 锅炉设备介绍............................................................................ ３ 1.2 蒸汽过热系统的控制................................................................ ５2控制原理简介 ..................................................................................... ６ 2.1控制方案选择............................................................................. ６ 2.1.1单回路控制方案................................................................. ６
河北艺能锅炉有限责任公司
1.简介 燃烧系统是指为使燃料在锅炉炉膛内充分燃烧，并将燃烧生成的烟气排入大气所需的设备和相应的烟、风、煤(煤粉)管道的组合。燃烧系统应根据燃用燃料的类型，如固体、液体或气体燃料、电站锅炉的类型和燃烧方式，合理选择工艺流程、决定设备和管道的规格、数量，充分考虑必要的裕度，使锅炉和燃烧系统在最安全和经济的情况下运行。燃料系统的功能在于保证燃烧器燃烧所需的燃料。燃烧系统的任务是将燃料中蕴藏的化学能通过燃烧释放出来，转换成可被汽水吸收的热能。因此，燃烧系统的好坏将直接影响到锅炉的热效率。 组成介绍 送风系统 送风系统的功能在于向燃烧室里送入一定风速和风量的空气，其主要部件有：风机马达、壳体、风门控制器、风机叶轮、风枪火管、风门档板、扩散盘。 风机马达：主要为风机叶轮和高压油泵的运转提供动力，也有一些燃烧器采用单独电机提供油泵动力。某些小功率燃烧器采用单相电机，功率相对较小，大部分燃烧器采用三相电机，电机只有按照确定的方向旋转才能使燃烧器正常工作。 壳体：是燃烧器各部件的安装支架和新鲜空气进风通道的主要组成部分。从外形来看可以分为箱式和枪式两种，箱式燃烧器多数有一个注塑材料的外罩，且功率一般较小，大功率燃烧器多数采用分体式壳体，一般为枪式。壳体的组成材料一般为高强度轻质合金铸件。 风门控制器：是一种驱动装置，通过机械连杆控制风门档板的转动。一般有液压驱动控制器和伺服马达驱动控制器两种，前者工作稳定，不易产生故障，后者控制精确，风量变化平滑。 风机叶轮：通过高速旋转产生足够的风压以克服炉膛阻力和烟囱阻力，并向燃烧室吹入足够的空气以满足燃烧的需要。它由装有一定倾斜角度的叶片的圆柱状轮子组成，其组成材料一般为高强度轻质合金钢，也有注塑成形的产品，所有合格的风机叶轮均具有良好的动平衡性能。
基于PLC的锅炉燃烧控制系统 1、引言 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。如图1所示。
图1 燃烧控制系统结构图 2、控制方案 锅炉燃烧自动控制系统的基本任务是使燃料燃烧所提供的热量适应外界对锅炉输出的蒸汽负荷的要求，同时还要保证锅炉安全经济运行。一台锅炉的燃料量、送风量和引风量三者的控制任务是不可分开的，可以用三个控制器控制这三个控制变量，但彼此之间应互相
协调，才能可靠工作。对给定出水温度的情况，则需要调节鼓风量与给煤量的比例，使锅炉运行在最佳燃烧状态。同时应使炉膛内存在一定的负压，以维持锅炉热效率、避免炉膛过热向外喷火，保证了人员的安全和环境卫生。 2.1 控制系统总体框架设计 燃烧过程自动控制系统的方案，与锅炉设备的类型、运行方式及控制要求有关，对不同的情况与要求，控制系统的设计方案不一样。将单元机组燃烧过程被控对象看作是一个多变量系统，设计控制系统时，充分考虑工程实际问题，既保证符合运行人员的操作习惯，又要最大限度的实施燃烧优化控制。控制系统的总体框架如图2所示。
图2 单元机组燃烧过程控制原理图
P为机组负荷热量信号为D+dPbdt。控制系统包括：滑压运行主汽压力设定值计算模块（由热力系统实验获得数据，再拟合成可用DCS折线功能块实现的曲线）、负荷—送风量模糊计算模块、主蒸汽压力控制系统和送、引风控制系统等。主蒸汽压力控制系统采用常规串级PID控制结构。 2.2 燃料量控制系统 当外界对锅炉蒸汽负荷的要求变化时，必须相应的改变锅炉燃烧的燃料量。燃料量控制是锅炉控制中最基本也是最主要的一个系统。因为给煤量的多少既影响主汽压力，也影响送、引风量的控制，还影响到汽包中蒸汽蒸发量及汽温等参数，所以燃料量控制对锅炉运行有重大影响。燃料控制可用图3简单表示。
FGR的循环型工业锅炉节能控制系统设计分析 摘要：氮氧化物是雾霾产生的一大成因，也是燃气锅炉排放的主要污染物。已颁布的《北京市锅炉大气污染物排放标准》将工业锅炉氮氧化物的排放标准大幅提高。 关键词：FGR循环型工业锅炉；节能控制系统设计； 工业锅炉是重要的热能动力设备，我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。我国锅炉制造业特别是改革开放以来随着国民经济的蓬勃发展，全国有千余家持有各级锅炉制造许可证的企业可以生产各种不同等级的锅炉。由于节能环保日益严格，而工业锅炉又处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产运行状态，因此对工业锅炉推广应用各种新技术、新工艺、新管理是实现节能降耗、减少污染的重要途径。随着工业生产规模的不断扩大，生产过程不断强化。 一、烟气循环FGR的主要原理 烟气循环参与再燃烧有两种方式：烟气内部循环和烟气外部再循环。烟气内部循环一般用于普通低氮应用，利用燃烧器喷嘴流速产生卷吸烟气的效应，使少量烟气再次参与燃烧，降低火焰温度，排放目标值为80 mg／m3；而烟气外部再循环是通过风机的机械力量大幅度增加再循环烟气的流量，再循环烟气量可占总烟气量的25％，大幅度降低火焰温度，更低的氮氧化物排放。 二、FGR的循环型工业锅炉节能控制系统设计分析 1.物料出口温度控制。经过分析可知，影响锅炉物料出口温度的因素包括物料流量、燃烧工况以及空气量与燃料量比值等，在控制系统中，物料出口温度是通过改变燃料流量来控制的，但受到燃烧工况、风量的跟随作用以及风量与燃料量的比值影响。为了使物料出口温度稳定在目标温度，必须保证燃料能够充分燃烧，释放出足够的能量，因此选择采用串级控制系统。该控制系统中，物料出口温度控制回路为串级控制系统的主回路。在控制方案中，当物料出口温度由于某种干扰变化时，通过物料出口温度控制器的输出来改变燃料控制器的给定值，使燃料量随之变化。然后通过比值控制器使空气量也发生改变，保持燃料量和空气量的流量比不变。但从动态角度看，因蒸汽出口温度变化首先反应到燃料量给定值的变化，使燃料量随之变化，再经过燃料量测量变送器、比值器，改变空气量控制器的给定值，空气量才发生变化。显然，空气量的变化滞后于燃料量，即动态比值不能得到保证。在实际工业生产中，为了使燃料完全燃烧，在提升负荷时要求先提升空气量，后提升燃料量;在降低负荷时，要求先降低燃料量，后降低空气量，即所谓具有逻辑提降量的比值控制系统。通过增加两个选择器HS、LS 组成具有逻辑提降功能的燃烧过程控制系统，空气量与燃料量的比值。燃烧系统要减少稳态误差，同时由于流量噪声比较大，不能采用微分作用。因此，燃料流量控制器和空气流量控制器均采用控制器。如有微分作用时，一旦主控制器和输出稍有变化，调节阀将大幅度变化，不利于控制，所以副控制器选用控制器，主控制器采用PID 控制器。 2.烟气含氧量闭环控制。烟气含氧量是指燃料燃烧之后排出的烟气中氧气的含量，它主要与燃料的燃烧状况有关。烟气含氧量的影响因素是燃烧工况。燃烧过程的燃料量与空气量比值控制系统存在一个不足，即不能保证两者是最优比，这是由于流量测量的误差以及燃料质量的变化所造成的。为此，文中方案采用烟气氧含量作为送风量的校正信号。锅炉燃烧过程中烟气含氧量的闭环控制方案，烟气含氧量作为被控变量，其设定值是锅炉燃烧效率最高情况下的最优烟气含氧
锅炉集中控制系统 班级：电气08-11班 姓名：孙琛智 学号：7号 日期：2010年11月7日
1．燃煤锅炉的工作原理： 首先除氧水通过给水泵进入给水调节阀，通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过省煤器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成温水进入汽包，在汽包内加热至沸腾产生蒸汽，为了保证有最大的蒸发面因此水位要保持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。空气经过鼓风机进入空气预热器，在经过空气预热器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成热空气进入炉膛。燃料进入炉膛被前面的火点燃，在燃烧过程中发出热量加热汽包中的水，同时产生热烟气。在引风机的抽吸作用下经过省煤气和空气预热器，把预热传导给进入锅炉的水和空气。通过这种方式使锅炉的热能得到节约。降温后的烟气经过除尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、控制系统、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机。控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、滑差电机及阀等，自动控制时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉
发生重大事故。 2．燃煤锅炉的组成 锅炉按燃料种类分，大致有燃油锅炉，燃煤锅炉和燃气锅炉。所有的这些锅炉，虽然燃料及供给方式不同，但其结构大同小异，蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。列举一个燃煤锅炉如图所示。 该系统所用的锅炉是以煤为燃料，两台20T/H的热水炉，一台 10T/H的热水炉和一台6T／H蒸汽量的水管锅炉，属中小型锅炉。以6T／H的蒸汽锅炉为例，工艺流程图所示，它由以下几个部分构成 1．汽包：由上下锅筒和沸水管组成。水在管内受管外烟气加热，因而在管簇内发生自然循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在锅筒罩面。为了得到干度比较大的饱和蒸汽，在上锅筒还装有汽水分离设备，下锅筒做为连接沸水管之用，同时储存水和水垢。