工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)設(shè)計

工業(yè)鍋爐控制方案設(shè)計學生學號： 40512205學生姓名： 曹新龍專業(yè)班級：自動化12102指導老師： 趙瑩萍目 錄引言 3文獻綜述 4鍋爐的基本構(gòu)造 4鍋爐的工作原理及過程 6燃料的燃燒過程 6水的汽化過程 6煙氣向水的傳熱過程 7總體方案設(shè)計 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爐膛負壓控制系統(tǒng) 10報警系統(tǒng) 10具體方案實施 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測速發(fā)電機 14計算機控制模塊 14控制系統(tǒng)具體選型 14具體選型見表3.1和表3.2所示。 14硬件組成 19軟件組成 19控制臺 19參考文獻 21引 言進而將熱能傳遞給水，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)的熱水不需要過高溫的壓力和溫度，容量也無需很大。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，鍋爐日益廣泛的應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，成為發(fā)展國民經(jīng)濟的重要熱工設(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，具有極為重要的實際意義。此外，鍋爐是否能應地制宜地有效地燃用地方燃料，并減輕勞動強度，保證鍋爐額定運行及運行效率，安全可靠地供熱等課題。鍋爐微機控制，是近年來開發(fā)的一項新技術(shù)，它是微型計算機軟件、分布廣，我國現(xiàn)有中、小型鍋爐30大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費大、環(huán)境污染嚴重的生產(chǎn)狀本課題的主要方向就是采用過程控制對工業(yè)鍋爐進行控制，采用先進的控制算法，以達到優(yōu)化技術(shù)指標、提高經(jīng)濟效益和社會效益、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動條件、保護環(huán)境衛(wèi)生、提高市場競爭能力的作用。1 文獻綜述在各種工業(yè)企業(yè)的動力設(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)造和燃燒過程。鍋爐的基本構(gòu)造熱能，并通過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、過熱器、省煤器、燃燒設(shè)備、引風設(shè)備、送風設(shè)備、給水設(shè)備、空氣預熱器、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，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負荷變化的設(shè)備（流鍋爐內(nèi)無鍋筒。）水冷壁：主要是輻射受熱面，保護爐壁的作用。熱器一般都裝在爐膛出口。從而延長了汽包的使用壽命。燃燒。引風設(shè)備：包括引風機、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，是一個換熱器。省煤器出口煙溫度高，裝上空氣預熱器后，可以進一步降低排煙溫度，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，提高鍋爐機組的效率。爐受熱面上結(jié)水垢或腐蝕。需燃料供應。除灰除塵設(shè)備：是收集鍋爐灰渣并運往儲灰場地的設(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、高低水位報警器、壓力表、主氣閥、排污閥和止污閥等，還有用來消除受熱面上積灰的吹灰器，以提高鍋爐運行的經(jīng)濟性，本設(shè)計由于篇幅其間，則就不必考慮這些問題了。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)閥煤斗爐排空氣預熱器鼓風機除塵器鍋爐引風機1.1鍋爐的工作原理及過程鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽的換熱設(shè)備。它通過煤油或燃氣等燃料的燃燒釋放出化學能，并通過傳熱過程將能量傳遞給水，使水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，蒸汽，或通過汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。所以鍋爐的中心任務是把燃料中的化學能最有效地轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮?。因此，近代鍋爐亦稱為蒸汽發(fā)生器。鍋爐的工作過程概括起來應該包括三個同時進行的過程程、水的汽化過程、煙氣向水的傳熱過程。燃料的燃燒過程首先將燃料（這里用煤）排接電動機通過變速齒輪箱減速后由鏈輪來帶動，將燃料煤帶入爐內(nèi)。燃料一面燃燒，一面向后移動，燃料所需要的空氣是由風機送入爐排腹中風倉后，向上穿過爐排到達燃料層，進行燃料反應形成高溫煙氣。燃料燃燒（若是燃氣式鍋爐就沒有這一部分了）這整個過程稱為燃燒過程。水的汽化過程蒸汽所產(chǎn)生的過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，進入蒸汽過熱氣，而分離下來的水仍回到上鍋筒下半部的水中。鍋爐中的水循環(huán)，也保證與高溫煙氣相接觸的金屬受熱面的以冷卻而不被燒壞，是鍋爐能長期安全運行的必要條件。而汽水混合物的分離設(shè)備則是保證蒸汽品質(zhì)和蒸汽過熱可靠工作的必要的設(shè)備。煙氣向水的傳熱過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程，一個鍋爐進行工作，其主要任務是：(1)要是鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。保證燃燒過程的經(jīng)濟性。保持鍋爐負壓恒定。通常我們是爐膛負壓保持在微負壓（ -10～80P。為了完成上述三項任務，我們對三個量進行控制：燃料量，送風量，引風量。從而使鍋爐能正常運行。難點分析由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設(shè)有自平衡能力的被控對象，運行中存在虛假水位現(xiàn)象，實際應用中可根據(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)?？傮w方案設(shè)計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)以及爐膛負壓控制系統(tǒng)。下面分別對這幾個子系統(tǒng)的設(shè)計進行詳細的介紹。蒸汽溫度控制系統(tǒng)干擾的影響，所以必學對蒸汽的溫度加以控制，以在一定范圍內(nèi)得到溫度相對恒定的蒸汽。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比值控制系統(tǒng)分別控制給煤量以及給風量。另外，影響蒸汽溫度的因素還有給水量、蒸發(fā)量以及引風量等，又考慮到了控制系統(tǒng)相應的快速性，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控制系統(tǒng)對蒸汽溫度進行控制，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適中的范圍內(nèi)，即必須對鍋爐壓力加以控制。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)上對壓力進行調(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)是鍋爐壓力超壓時所采用的壓力控制系統(tǒng)，其主要完成的功能是當壓力超出某以壓力上限的設(shè)定值時，迅速打開安全閥，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，其結(jié)構(gòu)框圖見圖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，如果汽包液位過低，鍋爐很有可能會被燒壞，甚至導致爆炸等安全事故。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汽包液位進行控制，又因為考慮到系統(tǒng)相應的平穩(wěn)性和快速性，除采用串級控制外，還將蒸發(fā)量引入前饋通道，對系統(tǒng)進行前饋串級控制，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)框圖爐膛負壓控制系統(tǒng)如果爐膛負壓太小，甚至為正，則爐膛內(nèi)煙氣過多，甚至煙氣向外冒，影響設(shè)備和操作人員的安全；反之，爐膛負壓過小，會使冷空氣漏進爐膛內(nèi)，從而是熱量損失增加，降低燃燒效率。所以必須對爐膛的壓力進行控制。2.42.4爐膛負壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖報警系統(tǒng)因為系統(tǒng)的運行并不是100%的，所以難免某些控制變量會超出可控或安全的范圍，當出現(xiàn)這類情況時，隨時都有可能危及到現(xiàn)場操作人員以及工作設(shè)備等的安全，所以必須對這類情況給出相應的報警提示，即必須安裝相應的報警系統(tǒng)，用以提示操作人員做出相應的必要操作，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)、液位報警系統(tǒng)和負壓控制系統(tǒng)，分別對蒸汽溫度、蒸汽壓力、汽包液位和爐膛負壓進行超限報警提示。在鍋爐的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)分別對蒸汽溫度、蒸汽壓力、汽包液位和爐膛負壓設(shè)置了上下限值。報警系統(tǒng)就是當相應的實測值低于（或高于）其相應的下限（或上限）值時給出相應的下（上）限報警，這些功能均由軟件完成，與此同時，控制系統(tǒng)還會做出相應的反應，使相應的變量值進入相應的極限范圍，然后撤銷相應的報警提示。具體方案實施控制系統(tǒng)的硬件選型傳感器的選型能量形式的裝置。信號處理電路用于處理信息，而輸出器件是一種利用已處理過的信號的裝置、顯示或動作。溫度傳感器我們經(jīng)過充分考慮決定選用鎳鉻—鎳硅熱電偶。這種熱電偶分度號為“-20—120其特點是測溫范圍很寬，熱電動勢與溫度關(guān)系近似線性，熱電動勢大及價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作出的，因此，在使用時要正確地反映熱端溫度，必須使冷端溫度恒定為零。這樣我們就需要進行一些補償措施。溫法。補償導線法。計算修正法。電橋補償法。其中，電橋補償法的連接電路如圖3.1所示。3.1電橋補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，即信號同時在變送器中測知，并且把它變成4~20mA變送器變換，輸出一個統(tǒng)一的相應的氣壓或電流信號，再傳送到指示記錄儀、運算器和調(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直流電流又流過電磁反饋裝置的反饋動圈產(chǎn)生的力矩M1M2I常規(guī)控制器的控制規(guī)律及其選擇務的元部件構(gòu)成的，這些元部件各自都有本身的動態(tài)和靜態(tài)特性、控制方案以及干擾的形式和幅值。一般說來，被控對象、執(zhí)行機構(gòu)、檢測變送器等元部件一旦選定，其特性就被固定下來了，所以，設(shè)計的剩下的一項主要任務就是確定控制規(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。變頻器給電動機提供頻率可變電源的設(shè)備就是變頻器對變頻器的選型要從容量、輸出電壓、輸出頻率、保護構(gòu)造、U/F（電壓/頻率）模式、電網(wǎng)→逆變器的切換、瞬停，再啟動等方面進行綜合考慮，進而選擇滿足要求的機種、機型。測速發(fā)電機測速發(fā)電機的功能是將機械轉(zhuǎn)速換為相應的電壓信號計算機控制模塊快速性，安全性等的性能指標得到很大的提高?？刂葡到y(tǒng)具體選型SBWR-0404P分度：PT100分度：PT1003.1SBWR-0404P分度：PT100分度：PT100檢測點3.1儀表名稱控制系統(tǒng)選型（一）規(guī)格 型號安裝地點爐膛溫度鎳鉻-鎳硅熱電偶插深：1=1000量程：0～1200℃WRN-120分度號：K爐體溫熱電偶溫度變送器配電器量程：0～1200℃分度號：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：K爐體省進煙溫鉑電阻溫度計插深：1=1000WZP-220省進煙管省出煙溫鉑電阻溫度計插深：1=1000WZP-220省出煙管

鉑電阻溫度計鉑電阻溫度計鉑電阻溫度計鉑電阻溫度

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

WZP-220WZP-220WZP-220

省進水管省出水管熱水管上回水溫度

計熱電阻溫度

1/L=300/450分度號：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 分度號：PT100室內(nèi)溫度

鉑電阻溫度500×500

WZPW-30 室內(nèi)計 分度號：PT100檢測點儀表名稱爐膛負壓檢測點儀表名稱爐膛負壓差壓變送器規(guī)格C1124V-DC量程:-1000～0Pa型號安裝地點SBCC-13-1312/032爐體后側(cè)壓配電器DFPX-2100控制柜后架裝力省進煙壓壓力變送器配: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除塵間引風機壓力

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鼓風機壓力壓件C11鼓風機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補水壓力壓力變送器配:1/2-14npt引壓件C11測量范圍：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 引風機調(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機調(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)場信號座模擬量的輸入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自動切換顯示操作臺 2P500MACSFB006打印機工業(yè)配線箱

HP1120CPCLK—1050執(zhí)行器報警器氧化鋯

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