過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

1、過程控制過程控制Process Control 上篇上篇 過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng) 第第9章章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 本章要點(diǎn)本章要點(diǎn) 蒸汽鍋爐原理及主要控制系統(tǒng)蒸汽鍋爐原理及主要控制系統(tǒng) 離心泵和離心式壓縮機(jī)原理及主要控制系統(tǒng)離心泵和離心式壓縮機(jī)原理及主要控制系統(tǒng) 鋼坯加熱爐原理及主要控制系統(tǒng)鋼坯加熱爐原理及主要控制系統(tǒng)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解蒸汽鍋爐、流體輸送設(shè)備、加熱爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理了解蒸汽鍋爐、流體輸送設(shè)備、加熱爐的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 進(jìn)一步熟悉相關(guān)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及原理，進(jìn)一步熟悉相關(guān)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及原理， 重點(diǎn)掌握控制系統(tǒng)的應(yīng)用問題重點(diǎn)掌握

2、控制系統(tǒng)的應(yīng)用問題 掌握過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方法掌握過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方法第第9章章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例9.1 火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.2 流體輸送設(shè)備過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流體輸送設(shè)備過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.3 鋼坯加熱爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鋼坯加熱爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.1 火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.1.1 工藝過程概述工藝過程概述9.1.2 鍋爐控制要求及主要控制系統(tǒng)鍋爐控制要求及主要控制系統(tǒng)9.1.3 鍋爐汽包水位控制鍋爐汽包水位控制9.1.4 過熱蒸汽溫度控制過熱蒸汽溫度控制9.1.5 鍋爐燃燒過程

3、控制鍋爐燃燒過程控制9.1 火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 火力發(fā)電廠是指利用煤、煤氣、石油和天然氣等做燃料火力發(fā)電廠是指利用煤、煤氣、石油和天然氣等做燃料進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的發(fā)電廠。它是由化學(xué)水處理系統(tǒng)、鍋爐、汽進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的發(fā)電廠。它是由化學(xué)水處理系統(tǒng)、鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組、輸變電設(shè)備及其他輔助設(shè)備組成的龐大的能源輪發(fā)電機(jī)組、輸變電設(shè)備及其他輔助設(shè)備組成的龐大的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備群轉(zhuǎn)換設(shè)備群. .第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.1.1 工藝過程概述工藝過程概述1. 火力發(fā)電廠工藝過程火力發(fā)電廠工藝過程火力發(fā)電生產(chǎn)過程原理框圖火力發(fā)電生產(chǎn)過程原理框圖

4、第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1. 火力發(fā)電廠工藝過程火力發(fā)電廠工藝過程火電單元機(jī)組生產(chǎn)流程示意圖火電單元機(jī)組生產(chǎn)流程示意圖能量形態(tài)的轉(zhuǎn)變過程能量形態(tài)的轉(zhuǎn)變過程燃料的化學(xué)能燃料的化學(xué)能蒸汽的熱能（在鍋爐中進(jìn)行）蒸汽的熱能（在鍋爐中進(jìn)行）蒸汽的熱能蒸汽的熱能汽輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能汽輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能機(jī)械能機(jī)械能電能（在發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行）電能（在發(fā)動(dòng)機(jī)中進(jìn)行）第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2. 鍋爐組成及工作原理鍋爐組成及工作原理自然循環(huán)式固態(tài)排渣煤粉鍋爐原理圖自然循環(huán)式固態(tài)排渣煤粉鍋爐原理圖 鍋爐是利用燃料（如煤、天然氣、焦?fàn)t煤氣、高

5、爐煤鍋爐是利用燃料（如煤、天然氣、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、重油等）燃燒釋放的熱能加熱給水，生產(chǎn)規(guī)定品質(zhì)氣、重油等）燃燒釋放的熱能加熱給水，生產(chǎn)規(guī)定品質(zhì)和參數(shù)的過熱蒸汽的設(shè)備，又稱蒸汽發(fā)生器。和參數(shù)的過熱蒸汽的設(shè)備，又稱蒸汽發(fā)生器。固態(tài)排渣煤粉鍋爐固態(tài)排渣煤粉鍋爐 鍋爐本體鍋爐本體若干輔助設(shè)備若干輔助設(shè)備 第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍋爐組成：鍋爐組成：鍋爐本體鍋爐本體是鍋爐的主要組成部分，包括爐膛、燃燒器、點(diǎn)火是鍋爐的主要組成部分，包括爐膛、燃燒器、點(diǎn)火裝置、空氣預(yù)熱器、省煤器、蒸發(fā)器、汽包、過熱器及再熱裝置、空氣預(yù)熱器、省煤器、蒸發(fā)器、汽包、過熱器及再熱器等，其

6、中爐膛又包括水冷壁、爐墻和構(gòu)架等。器等，其中爐膛又包括水冷壁、爐墻和構(gòu)架等。鍋爐輔助設(shè)備鍋爐輔助設(shè)備主要包括煤或燃?xì)獾热剂瞎?yīng)系統(tǒng)（包括煤場主要包括煤或燃?xì)獾热剂瞎?yīng)系統(tǒng)（包括煤場、輸煤機(jī)等）、煤粉制備系統(tǒng)（包括給煤機(jī)、磨煤機(jī)、煤粉、輸煤機(jī)等）、煤粉制備系統(tǒng)（包括給煤機(jī)、磨煤機(jī)、煤粉分離器等）、水處理系統(tǒng)（包括陽床、陰床、各種水箱及除分離器等）、水處理系統(tǒng)（包括陽床、陰床、各種水箱及除氧器等）、給水系統(tǒng)（給水泵等）、通風(fēng)系統(tǒng)（包括送風(fēng)機(jī)氧器等）、給水系統(tǒng)（給水泵等）、通風(fēng)系統(tǒng)（包括送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)等）、除灰除塵系統(tǒng)（除塵器等）、測量及控制系、引風(fēng)機(jī)等）、除灰除塵系統(tǒng)（除塵器等）、測量及控制系統(tǒng)等

7、。統(tǒng)等。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍋爐的工作原理：鍋爐的工作原理： 鍋爐生產(chǎn)實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，將鍋爐生產(chǎn)實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，將燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為蒸汽的熱能，整個(gè)工作過程可分燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為蒸汽的熱能，整個(gè)工作過程可分為以下三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子過程：為以下三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子過程：l燃料的燃燒過程燃料的燃燒過程l火焰和煙氣向水及汽傳遞熱量的過程火焰和煙氣向水及汽傳遞熱量的過程l蒸汽的產(chǎn)生過程蒸汽的產(chǎn)生過程 鍋爐是火電廠重要的動(dòng)力設(shè)備，其任務(wù)就是根據(jù)生產(chǎn)負(fù)鍋爐是火電廠重要的動(dòng)力設(shè)備，其任務(wù)就是根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的不同需要，提供相應(yīng)規(guī)格荷的不同需要，提供相應(yīng)

8、規(guī)格( (壓力和溫度壓力和溫度) )的蒸汽，同時(shí)應(yīng)的蒸汽，同時(shí)應(yīng)保證鍋爐經(jīng)濟(jì)和安全的運(yùn)行。保證鍋爐經(jīng)濟(jì)和安全的運(yùn)行。鍋爐的主要控制要求：鍋爐的主要控制要求： 供給滿足負(fù)荷需要的蒸汽量；供給滿足負(fù)荷需要的蒸汽量； 過熱蒸汽壓力保持在一定范圍之內(nèi)；過熱蒸汽壓力保持在一定范圍之內(nèi)； 過熱蒸汽溫度保持在一定范圍之內(nèi)；過熱蒸汽溫度保持在一定范圍之內(nèi)； 汽包水位保持在一定范圍之內(nèi)；汽包水位保持在一定范圍之內(nèi)； 爐膛負(fù)壓保持在一定范圍之內(nèi)；爐膛負(fù)壓保持在一定范圍之內(nèi)； 保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性；保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性； 保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程

9、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.1.2 鍋爐控制要求及主要控制系統(tǒng)鍋爐控制要求及主要控制系統(tǒng) 鍋爐是一個(gè)典型的多輸入、多輸出過程。輸入變量鍋爐是一個(gè)典型的多輸入、多輸出過程。輸入變量與輸出變量之間存在相互關(guān)聯(lián)、相互耦合。與輸出變量之間存在相互關(guān)聯(lián)、相互耦合。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍋爐各輸入量與輸出量之間的的相互關(guān)系鍋爐各輸入量與輸出量之間的的相互關(guān)系鍋爐主要控制系統(tǒng)：鍋爐主要控制系統(tǒng)：第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)。鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)。 鍋爐汽包水位是確保安全生產(chǎn)和蒸汽質(zhì)量的重要參數(shù)。鍋爐汽包水位是確保安全生產(chǎn)和蒸

10、汽質(zhì)量的重要參數(shù)。通過控制給水量維持汽包水位在工藝允許的范圍之內(nèi)。通過控制給水量維持汽包水位在工藝允許的范圍之內(nèi)。 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)l蒸汽壓力控制系統(tǒng)蒸汽壓力控制系統(tǒng)l爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)l煙氣成分（空燃比）控制系統(tǒng)煙氣成分（空燃比）控制系統(tǒng) 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 通過控制減溫水量，使過熱器出口溫度保持在一定的通過控制減溫水量，使過熱器出口溫度保持在一定的范圍之內(nèi)。范圍之內(nèi)。 汽包水位是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)，維持汽包水位在一定汽包水位是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)，維持汽包水位在一定的范圍之內(nèi)是保證鍋爐安全正常運(yùn)行的首要條件。如果水位的范圍之內(nèi)是保證鍋爐安全

11、正常運(yùn)行的首要條件。如果水位過高則會(huì)影響汽包內(nèi)的汽水分離，出現(xiàn)蒸汽帶液現(xiàn)象，這會(huì)過高則會(huì)影響汽包內(nèi)的汽水分離，出現(xiàn)蒸汽帶液現(xiàn)象，這會(huì)使過熱器管壁結(jié)垢，并使過熱蒸汽溫度急劇下降，如以該過使過熱器管壁結(jié)垢，并使過熱蒸汽溫度急劇下降，如以該過熱蒸汽作為汽輪機(jī)動(dòng)力，將會(huì)損壞汽輪機(jī)葉片，影響安全運(yùn)熱蒸汽作為汽輪機(jī)動(dòng)力，將會(huì)損壞汽輪機(jī)葉片，影響安全運(yùn)行；相反，如果水位過低，則當(dāng)負(fù)荷很大時(shí)，水將加快汽化行；相反，如果水位過低，則當(dāng)負(fù)荷很大時(shí)，水將加快汽化速度，此時(shí)，如不及時(shí)補(bǔ)水，則會(huì)導(dǎo)致汽包內(nèi)的水全部汽化，速度，此時(shí)，如不及時(shí)補(bǔ)水，則會(huì)導(dǎo)致汽包內(nèi)的水全部汽化，燒壞水冷壁甚至引起爆管事故。因此，必須對(duì)汽包水位

12、進(jìn)行燒壞水冷壁甚至引起爆管事故。因此，必須對(duì)汽包水位進(jìn)行嚴(yán)格控制。嚴(yán)格控制。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.1.3 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)1. 鍋爐汽包水位的動(dòng)態(tài)特性鍋爐汽包水位的動(dòng)態(tài)特性第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 影響汽包水位變化的因素很多，但主要是鍋爐蒸發(fā)量（影響汽包水位變化的因素很多，但主要是鍋爐蒸發(fā)量（蒸汽流量蒸汽流量D）、給水流量）、給水流量W和燃料量和燃料量B。 在給水流量作用下汽包水位的動(dòng)態(tài)特性在給水流量作用下汽包水位的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)給水流量擾動(dòng)作階躍變化后，當(dāng)給水流量擾動(dòng)作階躍變化后，汽包水位起

13、初并不立即上升，而汽包水位起初并不立即上升，而是呈現(xiàn)出一段起始慣性段，這近是呈現(xiàn)出一段起始慣性段，這近似于一個(gè)積分環(huán)節(jié)和時(shí)滯環(huán)節(jié)的似于一個(gè)積分環(huán)節(jié)和時(shí)滯環(huán)節(jié)的串聯(lián)，故可用下列串聯(lián)，故可用下列傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)表示表示 sesksWsH0)()(第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加時(shí)，汽包水位不當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加時(shí)，汽包水位不僅不下降反而迅速上升，然后才僅不下降反而迅速上升，然后才下降（反之，如果蒸流量突然減下降（反之，如果蒸流量突然減少，則水位先下降后上升），這少，則水位先下降后上升），這種現(xiàn)象通常被稱為種現(xiàn)象通常被稱為“虛假水位虛假水位”?！疤摷偎惶摷偎?/p>

14、”現(xiàn)象屬反向特性現(xiàn)象屬反向特性，這會(huì)給汽包水位控制帶來一定，這會(huì)給汽包水位控制帶來一定的困難，設(shè)計(jì)控制方案時(shí)必須予的困難，設(shè)計(jì)控制方案時(shí)必須予以重點(diǎn)考慮。以重點(diǎn)考慮。 蒸汽流量作用下汽包水位的動(dòng)態(tài)特性蒸汽流量作用下汽包水位的動(dòng)態(tài)特性1)()(22sfTksksDsH蒸汽流量蒸汽流量D D階躍擾動(dòng)下的傳函為階躍擾動(dòng)下的傳函為2. 鍋爐汽包水位控制鍋爐汽包水位控制第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中，被控變量是汽包在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中，被控變量是汽包水位，操縱變量是給水流量，主要干擾包括給水壓水位，操縱變量是給水流量，主要干擾包括給水壓力、蒸

15、汽量、燃料熱值、燃料壓力及汽包壓力等。力、蒸汽量、燃料熱值、燃料壓力及汽包壓力等。根據(jù)控制系統(tǒng)輸入變量的多少，鍋爐汽包水位控制根據(jù)控制系統(tǒng)輸入變量的多少，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)可分為單沖量控制系統(tǒng)、雙沖量控制系統(tǒng)和三系統(tǒng)可分為單沖量控制系統(tǒng)、雙沖量控制系統(tǒng)和三沖量控制系統(tǒng)。沖量控制系統(tǒng)。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)這里的單沖量是指只有一個(gè)變量，即汽包水位。單沖量控制這里的單沖量是指只有一個(gè)變量，即汽包水位。單沖量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)于汽包容量較大、負(fù)荷變化小且虛假水位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)于汽包容量較大、負(fù)荷變化小且虛假水位現(xiàn)象不太嚴(yán)重的

16、小型鍋爐，該控制系統(tǒng)可以保證鍋爐安全正現(xiàn)象不太嚴(yán)重的小型鍋爐，該控制系統(tǒng)可以保證鍋爐安全正常運(yùn)行。常運(yùn)行。 (單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)) 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :克服給水自發(fā)性干擾和負(fù)克服給水自發(fā)性干擾和負(fù)荷干擾的能力差。當(dāng)負(fù)荷突然大荷干擾的能力差。當(dāng)負(fù)荷突然大幅度增加（或減?。r(shí)，由于虛幅度增加（或減小）時(shí)，由于虛假水位現(xiàn)象的影響，執(zhí)行器會(huì)產(chǎn)假水位現(xiàn)象的影響，執(zhí)行器會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。生誤動(dòng)作。故對(duì)于汽包內(nèi)水的停留時(shí)間、負(fù)故對(duì)于汽包內(nèi)水的停留時(shí)間、負(fù)荷變化較大的情況不宜采用。荷變化較大的情況不宜采用。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 雙沖量控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng) （前饋（前

17、饋-反饋控制系統(tǒng)）反饋控制系統(tǒng)）在汽包水位控制中，最主要的干擾就是負(fù)荷的變化。如果將在汽包水位控制中，最主要的干擾就是負(fù)荷的變化。如果將蒸汽量引入系統(tǒng)作為校正信號(hào)，就可有效糾正虛假水位引起蒸汽量引入系統(tǒng)作為校正信號(hào)，就可有效糾正虛假水位引起的誤動(dòng)作，從而減小水位的波動(dòng)，提高控制品質(zhì)。的誤動(dòng)作，從而減小水位的波動(dòng)，提高控制品質(zhì)。IcIc液位控制器液位控制器LCLC的輸出；的輸出； I IF F蒸汽流量變送器的輸出；蒸汽流量變送器的輸出；I I0 0 初始偏置值。初始偏置值。正常負(fù)荷下，正常負(fù)荷下，I I0 0正好與正好與C C2 2I IF F抵消；抵消；C C1 1、C C2 2為加法器系數(shù)。

18、為加法器系數(shù)。021IICICPFc加法器的運(yùn)算式為加法器的運(yùn)算式為雙沖量控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng) 方案方案1第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)加法器系數(shù)的確定原則：加法器系數(shù)的確定原則：021IICICPFc C C1 1通常取通常取1 1，也可小于，也可小于1 1。 C C2 2的選擇包括符號(hào)和數(shù)值的大小。的選擇包括符號(hào)和數(shù)值的大小。 C C2 2取正號(hào)還是負(fù)號(hào)，取決于調(diào)節(jié)閥的開閉形式，如果蒸汽取正號(hào)還是負(fù)號(hào)，取決于調(diào)節(jié)閥的開閉形式，如果蒸汽是供給蒸汽透平機(jī)使用的，則調(diào)節(jié)閥應(yīng)選擇氣開閥，此時(shí)是供給蒸汽透平機(jī)使用的，則調(diào)節(jié)閥應(yīng)選擇氣開閥，此時(shí)C2C2取正號(hào)；取正號(hào)；

19、 當(dāng)蒸汽用作加熱，調(diào)節(jié)閥應(yīng)選擇氣關(guān)閥，以保護(hù)鍋爐安全當(dāng)蒸汽用作加熱，調(diào)節(jié)閥應(yīng)選擇氣關(guān)閥，以保護(hù)鍋爐安全，此時(shí)，此時(shí)C C2 2取負(fù)號(hào)。取負(fù)號(hào)。 C C2 2的數(shù)值大小應(yīng)考慮到靜態(tài)前饋補(bǔ)償，可以在現(xiàn)場湊試，的數(shù)值大小應(yīng)考慮到靜態(tài)前饋補(bǔ)償，可以在現(xiàn)場湊試，也可利用公式計(jì)算。也可利用公式計(jì)算。)(minmaxmax2zzKDCv第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 雙沖量控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng) （前饋（前饋-反饋控制系統(tǒng)）反饋控制系統(tǒng)） 雙沖量控制系統(tǒng)也可采用雙沖量控制系統(tǒng)也可采用方案方案2 2形式，該方案把加法器形式，該方案把加法器放在控制器之前。由于水位上升和蒸汽量增加

20、時(shí)要求控制放在控制器之前。由于水位上升和蒸汽量增加時(shí)要求控制閥的動(dòng)作方向是相反的，所以兩信號(hào)是減法運(yùn)算。閥的動(dòng)作方向是相反的，所以兩信號(hào)是減法運(yùn)算。雙沖量控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng) 方案方案2第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 三沖量控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng) 雙沖量控制系統(tǒng)對(duì)給水?dāng)_動(dòng)不能及時(shí)克服，而且，對(duì)雙沖量控制系統(tǒng)對(duì)給水?dāng)_動(dòng)不能及時(shí)克服，而且，對(duì)于非線性調(diào)節(jié)閥，要想做到靜態(tài)補(bǔ)償也是比較困難的。為于非線性調(diào)節(jié)閥，要想做到靜態(tài)補(bǔ)償也是比較困難的。為此，可將給水流量信號(hào)引入構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。此，可將給水流量信號(hào)引入構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)。 (a) 方案方案1 （前饋（前饋-串

21、級(jí)控制系統(tǒng)）串級(jí)控制系統(tǒng)） 當(dāng)負(fù)荷（即蒸汽流量）變化時(shí)，當(dāng)負(fù)荷（即蒸汽流量）變化時(shí)，它能先于水位偏差進(jìn)行前饋控制它能先于水位偏差進(jìn)行前饋控制，及時(shí)調(diào)節(jié)給水流量，以跟蹤蒸，及時(shí)調(diào)節(jié)給水流量，以跟蹤蒸汽流量的變化，維持汽包內(nèi)的物汽流量的變化，維持汽包內(nèi)的物料平衡，克服虛假水位，減小水料平衡，克服虛假水位，減小水位的動(dòng)態(tài)偏差；由給水流量為副位的動(dòng)態(tài)偏差；由給水流量為副被控變量構(gòu)成的副回路，可及時(shí)被控變量構(gòu)成的副回路，可及時(shí)消除給水流量的自身干擾對(duì)水流消除給水流量的自身干擾對(duì)水流的影響。的影響。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 三沖量控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)(b) 方案方案

22、2 （前饋（前饋-反饋控制系統(tǒng)）反饋控制系統(tǒng)） 該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是前饋該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是前饋- -反饋控反饋控制系統(tǒng)。這種三沖量控制方案制系統(tǒng)。這種三沖量控制方案結(jié)構(gòu)簡單，整個(gè)系統(tǒng)可看作是結(jié)構(gòu)簡單，整個(gè)系統(tǒng)可看作是以三沖量的綜合信號(hào)為被控變以三沖量的綜合信號(hào)為被控變量的單回路控制系統(tǒng)，故其投量的單回路控制系統(tǒng)，故其投運(yùn)和整定與單回路控制系統(tǒng)一運(yùn)和整定與單回路控制系統(tǒng)一樣。樣。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 三沖量控制系統(tǒng)三沖量控制系統(tǒng)(c) 方案方案3（前饋（前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)）串級(jí)控制系統(tǒng)） 該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上也是前饋該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上也是前饋- -串級(jí)串級(jí)控制系統(tǒng)，只是副回路控

23、制器控制系統(tǒng)，只是副回路控制器的比例度為的比例度為100%100%。汽包水位是。汽包水位是串級(jí)控制系統(tǒng)的主被控變量，串級(jí)控制系統(tǒng)的主被控變量，給水量是副被控變量，蒸汽量給水量是副被控變量，蒸汽量是前饋信號(hào)。是前饋信號(hào)。 鍋爐蒸汽過熱系統(tǒng)一般包括一級(jí)過熱器、減溫器和二級(jí)鍋爐蒸汽過熱系統(tǒng)一般包括一級(jí)過熱器、減溫器和二級(jí)過熱器等。過熱蒸汽溫度的控制任務(wù)是使過熱器出口溫度維過熱器等。過熱蒸汽溫度的控制任務(wù)是使過熱器出口溫度維持在允許的范圍之內(nèi)，并使過熱器管壁溫度不超過允許的工持在允許的范圍之內(nèi)，并使過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度范圍。作溫度范圍。 過熱蒸汽溫度過高或過低，都會(huì)對(duì)鍋爐或汽輪機(jī)造成不過

24、熱蒸汽溫度過高或過低，都會(huì)對(duì)鍋爐或汽輪機(jī)造成不利影響。過執(zhí)蒸汽溫度過高，則過熱器容易損壞，并會(huì)使汽利影響。過執(zhí)蒸汽溫度過高，則過熱器容易損壞，并會(huì)使汽輪機(jī)內(nèi)部引起過度的熱膨脹，影響安全運(yùn)行；過熱蒸汽溫度輪機(jī)內(nèi)部引起過度的熱膨脹，影響安全運(yùn)行；過熱蒸汽溫度過低，則會(huì)降低汽輪機(jī)效率，而且會(huì)因蒸汽濕度增加而引起過低，則會(huì)降低汽輪機(jī)效率，而且會(huì)因蒸汽濕度增加而引起葉片磨損。實(shí)際運(yùn)行過程中，一般要求將過熱蒸汽溫度變化葉片磨損。實(shí)際運(yùn)行過程中，一般要求將過熱蒸汽溫度變化控制在控制在55的范圍之內(nèi)。的范圍之內(nèi)。 第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.1.4 過熱蒸汽溫度控制過熱蒸

25、汽溫度控制 影響過熱蒸汽溫度的因素很多，如蒸汽流量、減溫水流影響過熱蒸汽溫度的因素很多，如蒸汽流量、減溫水流量、燃燒工況、流經(jīng)過熱器的煙氣溫度和流速等的變化都會(huì)量、燃燒工況、流經(jīng)過熱器的煙氣溫度和流速等的變化都會(huì)影響過熱蒸汽溫度。影響過熱蒸汽溫度。 通常選用減溫水流量作為操縱變量，但該控制通道存在通常選用減溫水流量作為操縱變量，但該控制通道存在較大的時(shí)延和慣性，較大的時(shí)延和慣性，因因此，常采用串級(jí)控制系統(tǒng)。此，常采用串級(jí)控制系統(tǒng)。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過熱蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)過熱蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng) 使鍋爐出口過熱蒸汽壓力保持穩(wěn)定，當(dāng)蒸汽壓力發(fā)生變化使鍋

26、爐出口過熱蒸汽壓力保持穩(wěn)定，當(dāng)蒸汽壓力發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)增減燃料和助燃空氣量；時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)增減燃料和助燃空氣量； 保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保要求，要保證有較高的熱效保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保要求，要保證有較高的熱效率，控制系統(tǒng)可適時(shí)調(diào)整空燃比，既要防止由于空氣不足而率，控制系統(tǒng)可適時(shí)調(diào)整空燃比，既要防止由于空氣不足而使煙囪冒煙，又要防止因空氣過剩而增加熱損失；使煙囪冒煙，又要防止因空氣過剩而增加熱損失； 使?fàn)t膛負(fù)壓保持恒定，并確保燃燒過程的安全性。通常將使?fàn)t膛負(fù)壓保持恒定，并確保燃燒過程的安全性。通常將爐膛負(fù)壓保持在微負(fù)壓（爐膛負(fù)壓保持在微負(fù)壓（-20-20-80Pa-80Pa）狀態(tài)）狀

27、態(tài)；此外，還應(yīng)防此外，還應(yīng)防止因燒嘴背壓過高而產(chǎn)生止因燒嘴背壓過高而產(chǎn)生“脫火脫火”現(xiàn)象和因燒嘴背壓過低而現(xiàn)象和因燒嘴背壓過低而產(chǎn)生產(chǎn)生“回火回火”現(xiàn)象的發(fā)生?，F(xiàn)象的發(fā)生。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.1.5 鍋爐燃燒過程控制鍋爐燃燒過程控制1.1.鍋爐燃燒過程控制任務(wù)鍋爐燃燒過程控制任務(wù)基本要求：基本要求： 鍋爐燃燒過程控制最基本的任務(wù)就是使鍋爐出口蒸汽壓鍋爐燃燒過程控制最基本的任務(wù)就是使鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。影響蒸汽壓力波動(dòng)的主要干擾是蒸汽負(fù)荷和燃料量力穩(wěn)定。影響蒸汽壓力波動(dòng)的主要干擾是蒸汽負(fù)荷和燃料量的變化。的變化。 當(dāng)燃料量波動(dòng)較小時(shí)，可以采用調(diào)節(jié)燃

28、料量以控制蒸汽當(dāng)燃料量波動(dòng)較小時(shí)，可以采用調(diào)節(jié)燃料量以控制蒸汽壓力的單回路控制系統(tǒng)；壓力的單回路控制系統(tǒng)； 當(dāng)燃料量波動(dòng)較大且對(duì)燃燒的經(jīng)濟(jì)性要求較高時(shí)，可以當(dāng)燃料量波動(dòng)較大且對(duì)燃燒的經(jīng)濟(jì)性要求較高時(shí)，可以采用蒸汽壓力對(duì)燃料量采用蒸汽壓力對(duì)燃料量/ /空氣量的串級(jí)空氣量的串級(jí)- -比值控制系統(tǒng)。比值控制系統(tǒng)。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.鍋爐燃燒過程基本控制方案鍋爐燃燒過程基本控制方案第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍋爐燃燒過程基本控制方案鍋爐燃燒過程基本控制方案1 1 蒸汽壓力調(diào)節(jié)器蒸汽壓力調(diào)節(jié)器PCPC是串級(jí)控制系統(tǒng)的主調(diào)

29、節(jié)器，其輸出是串級(jí)控制系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器，其輸出同時(shí)作為燃料流量調(diào)節(jié)器和空氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，該系同時(shí)作為燃料流量調(diào)節(jié)器和空氣流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，該系統(tǒng)中燃料量與空氣量是同步變化的，燃料量與空氣量的比值統(tǒng)中燃料量與空氣量是同步變化的，燃料量與空氣量的比值通過兩個(gè)副調(diào)節(jié)回路間接保證，空燃比由比值器通過兩個(gè)副調(diào)節(jié)回路間接保證，空燃比由比值器K K設(shè)定。設(shè)定。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍋爐燃燒過程基本控制方案鍋爐燃燒過程基本控制方案2 2 該該控制方案是將蒸汽壓力與燃料流量構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，空控制方案是將蒸汽壓力與燃料流量構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，空氣量隨燃料量變化而變化，

30、構(gòu)成比值控制系統(tǒng)。該方案可以確保氣量隨燃料量變化而變化，構(gòu)成比值控制系統(tǒng)。該方案可以確保燃料量與空氣量的比例關(guān)系，但由于空氣量的變化始終滯后于燃燃料量與空氣量的比例關(guān)系，但由于空氣量的變化始終滯后于燃料量，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)燃料燃燒不充分的現(xiàn)象。料量，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)燃料燃燒不充分的現(xiàn)象。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)燃燒過程改進(jìn)型控制方案燃燒過程改進(jìn)型控制方案 該該控制方案具有邏輯提降量功能。當(dāng)蒸汽負(fù)荷減小時(shí)，可通控制方案具有邏輯提降量功能。當(dāng)蒸汽負(fù)荷減小時(shí)，可通過低選器過低選器LSLS先減少燃料量，后減少空氣量；而當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加時(shí)，先減少燃料量，后

31、減少空氣量；而當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加時(shí)，可通過高選器可通過高選器HSHS先加大空氣量后加大燃料量，這就確保了在提量先加大空氣量后加大燃料量，這就確保了在提量和降量時(shí)燃料都能充分燃燒。和降量時(shí)燃料都能充分燃燒。 在鍋爐燃燒過程中，空燃比應(yīng)該隨著燃料質(zhì)量（用熱值在鍋爐燃燒過程中，空燃比應(yīng)該隨著燃料質(zhì)量（用熱值表示）和鍋爐蒸汽負(fù)荷的變化而及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，這就是燃燒表示）和鍋爐蒸汽負(fù)荷的變化而及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，這就是燃燒過程的最優(yōu)化控制問題。過程的最優(yōu)化控制問題。 理論分析和工程實(shí)踐均表明，鍋爐的燃燒狀況主要反映理論分析和工程實(shí)踐均表明，鍋爐的燃燒狀況主要反映在煙氣成分和煙氣溫度兩個(gè)方面，而煙氣成分通常采用煙氣在煙

32、氣成分和煙氣溫度兩個(gè)方面，而煙氣成分通常采用煙氣氧含量氧含量來表示，煙氣氧含量是鍋爐熱效率最簡便的檢測方來表示，煙氣氧含量是鍋爐熱效率最簡便的檢測方法。法。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.鍋爐燃燒過程優(yōu)化控制方案鍋爐燃燒過程優(yōu)化控制方案 對(duì)于液體燃料，最優(yōu)過?？諝饬繛閷?duì)于液體燃料，最優(yōu)過?？諝饬繛? 815%15%左右。過?？兆笥摇＿^?？諝饬颗c能量損失的關(guān)系為氣量與能量損失的關(guān)系為第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總能量損失包括不完全燃燒的熱損失和煙氣熱損失兩部分?？偰芰繐p失包括不完全燃燒的熱損失和煙氣熱損失兩部分。第9章 過程

33、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過?？諝饬砍Ｓ眠^?？諝饬砍Ｓ帽硎?，表示，定義為實(shí)際空氣量與理論空氣量定義為實(shí)際空氣量與理論空氣量之比，即之比，即TPqq /a22. 022. 0值很難直接測量，實(shí)際中可用過?？諝庀禂?shù)值很難直接測量，實(shí)際中可用過?？諝庀禂?shù)與煙氣氧含與煙氣氧含量量存在的固定關(guān)系，計(jì)算出存在的固定關(guān)系，計(jì)算出的最優(yōu)值，這樣，煙氣氧含的最優(yōu)值，這樣，煙氣氧含量量即可作為衡量燃燒經(jīng)濟(jì)性的間接指標(biāo)。二者的關(guān)系近即可作為衡量燃燒經(jīng)濟(jì)性的間接指標(biāo)。二者的關(guān)系近似表示為似表示為qT理論空氣量理論空氣量qp實(shí)際空氣量實(shí)際空氣量 當(dāng)過?？諝饬繛楫?dāng)過剩空氣量為815%時(shí)，過?？諝庀?/p>

34、數(shù)時(shí)，過?？諝庀禂?shù)值為值為1.081.15，利用上式求得煙氣氧含量利用上式求得煙氣氧含量為為1.6%2.9%。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)煙氣氧含量閉環(huán)控制系統(tǒng)煙氣氧含量閉環(huán)控制系統(tǒng) 對(duì)空燃比用煙氣氧含量加以校正，即可構(gòu)成煙氣氧含量閉環(huán)控對(duì)空燃比用煙氣氧含量加以校正，即可構(gòu)成煙氣氧含量閉環(huán)控制系統(tǒng)。把氧含量調(diào)節(jié)器的給定值按正常負(fù)荷下的最優(yōu)值設(shè)定，制系統(tǒng)。把氧含量調(diào)節(jié)器的給定值按正常負(fù)荷下的最優(yōu)值設(shè)定，即可將過剩空氣量控制在最優(yōu)值，進(jìn)而保證鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒。即可將過?？諝饬靠刂圃谧顑?yōu)值，進(jìn)而保證鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒。第9章 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 9.1火電廠鍋爐過程控制系統(tǒng)

35、設(shè)計(jì)最佳煙氣氧含量燃燒控制系統(tǒng)最佳煙氣氧含量燃燒控制系統(tǒng) 在鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中，最佳煙氣氧含量與蒸氣負(fù)荷存在一在鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中，最佳煙氣氧含量與蒸氣負(fù)荷存在一定的關(guān)系，因而要根據(jù)蒸氣負(fù)荷適時(shí)調(diào)整煙氣氧含量的最優(yōu)值，定的關(guān)系，因而要根據(jù)蒸氣負(fù)荷適時(shí)調(diào)整煙氣氧含量的最優(yōu)值，即即可構(gòu)成最佳煙氣氧含量燃燒控制系統(tǒng)。可構(gòu)成最佳煙氣氧含量燃燒控制系統(tǒng)。 爐膛負(fù)壓控制一般通過控制引風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷爐膛負(fù)壓控制一般通過控制引風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化不大時(shí)，可采用單回路控制系統(tǒng)。變化不大時(shí)，可采用單回路控制系統(tǒng)。 當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時(shí)，負(fù)荷的變化引起燃料量和送風(fēng)當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時(shí)，負(fù)荷的變化引起燃料量和送風(fēng)量的變化，而引風(fēng)量只有在爐膛負(fù)壓產(chǎn)生偏差之后才能由引