課程論文-燃?xì)忮仩t燃燒控制系統(tǒng)

山東建筑大學(xué)課程(設(shè)計(jì)說(shuō)明書)論文題目：燃?xì)忮仩t燃燒控制系統(tǒng)課程： 新能源自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)院（部）： 熱能工程學(xué)院專業(yè)： 新能源科學(xué)與工程班級(jí)： 能源111學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：完成日期： 2014年12月燃?xì)忮仩t燃燒控制系統(tǒng)山東建筑大學(xué)/熱能工程學(xué)院，山東省濟(jì)南市摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市生活供暖的用戶數(shù)量和供暖質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。燃?xì)忮仩t燃燒控制系統(tǒng)，是基于PID和PLC的技術(shù)的燃?xì)忮仩t燃燒控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由主蒸汽壓力控制和燃燒率控制組成串級(jí)控制系統(tǒng)，其中燃燒率控制由燃料量控制、送風(fēng)量控制、引風(fēng)量控制構(gòu)成，各個(gè)子控制系統(tǒng)分別通過(guò)不同的測(cè)量、控制手段來(lái)保證經(jīng)濟(jì)燃燒和安全燃燒。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。采用鍋爐的此控制不僅可大大節(jié)約能源，促進(jìn)環(huán)保，而且可以提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：燃燒控制系統(tǒng)、汽壓控制、爐膛壓力控制0引言燃?xì)庹羝仩t是用天然氣、液化氣、城市煤氣等氣體燃料作燃料，在爐內(nèi)燃燒放出來(lái)的熱量，加熱鍋內(nèi)的水，并使其汽化成蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備。而燃燒控制系統(tǒng)是鍋爐的主控系統(tǒng)，主要包括燃料控制系統(tǒng)、風(fēng)量控制系統(tǒng)、爐膛壓力控制系統(tǒng)。目前大部分的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)仍然采用PID控制。燃燒控制系統(tǒng)由主蒸汽壓力控制和燃燒率控制組成串級(jí)控制系統(tǒng)，其中燃燒率控制由燃料量控制、送風(fēng)量控制、引風(fēng)量控制構(gòu)成，各個(gè)子控制系統(tǒng)分別通過(guò)不同的測(cè)量、控制手段來(lái)保證經(jīng)濟(jì)燃燒和安全燃燒。燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的方案，與鍋爐設(shè)備的類型、運(yùn)行方式及控制要求有關(guān)，對(duì)不同的情況與要求，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案不一樣。將單元機(jī)組燃燒過(guò)程被控對(duì)象看作是一個(gè)多變量系統(tǒng)，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，充分考慮工程實(shí)際問(wèn)題，既保證符合運(yùn)行人員的操作習(xí)慣，又要最大限度的實(shí)施燃燒優(yōu)化控制。1鍋爐情況1.1工作原理燃?xì)庹羝仩t是用天然氣、液化氣、城市煤氣等氣體燃料作燃料，在爐內(nèi)燃燒放出來(lái)的熱量，加熱鍋內(nèi)的水，并使其汽化成蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備。水在鍋（鍋筒）中不斷被爐里氣體燃料燃燒釋放出來(lái)的能量加熱溫度升高并產(chǎn)生帶壓蒸汽。由于水的沸點(diǎn)隨壓力的升高而升高，鍋是密封的，水蒸氣在里面的膨脹受到限制而產(chǎn)生壓力形成熱動(dòng)力，嚴(yán)格的說(shuō)鍋爐的水蒸氣是水在鍋筒中定壓加熱至飽和水再汽化形成的，作為一種能源廣泛使用。1.2燃?xì)忮仩t結(jié)構(gòu)組成燃?xì)忮仩t主要是由燃燒器和控制器兩個(gè)大的部分組成，其中燃燒器又能分為五個(gè)小的系統(tǒng)，分別為送風(fēng)系統(tǒng)，點(diǎn)火系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，燃料系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。具體設(shè)備由主要部件和輔助設(shè)備組成，主要部件有爐膛、省煤器、鍋筒、水冷壁、燃燒設(shè)備、空氣預(yù)熱器、爐墻構(gòu)架組成；輔助設(shè)備主要有引風(fēng)設(shè)備、除塵設(shè)備、燃料供應(yīng)設(shè)備、除塵除渣設(shè)備、送風(fēng)設(shè)備、自動(dòng)控制設(shè)備組成。2燃燒器選型2.1結(jié)構(gòu)組成燃燒器作為一種自動(dòng)化程度較高的機(jī)電一體化設(shè)備，從其實(shí)現(xiàn)的功能可分為五大系統(tǒng)：送風(fēng)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、電控系統(tǒng)。2.2性能特點(diǎn)在爐型結(jié)構(gòu)、物料物性、燃燒器臺(tái)數(shù)相同時(shí)，管式加熱爐輻射室的傳熱量（QR）隨火焰高度的降低而增加。輻射室傳熱量增加，對(duì)流室傳熱量必定下降。由于輻射室爐管平均表面熱強(qiáng)度是對(duì)流室爐管平均表面熱強(qiáng)度的2倍，輻射室傳熱量增加和對(duì)流室傳熱量下降必然使得全爐爐管平均表面熱強(qiáng)度提高。2.3工作過(guò)程當(dāng)可燃?xì)怏w（城市煤氣、天然氣、液化石油氣）由微電腦控制系統(tǒng)按程序控制進(jìn)入燃燒器的燃燒頭內(nèi)，由一次風(fēng)與可燃?xì)怏w混合，點(diǎn)火燃燒，二次風(fēng)助燃，實(shí)現(xiàn)充分燃燒。燃燒狀況由火焰自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)檢測(cè)控制燃燒，當(dāng)燃燒出現(xiàn)故障（燃燒室缺氧、可燃?xì)怏w欠壓、可燃燒氣體斷流、氣量不足等），控制系統(tǒng)發(fā)出指令，供氣系統(tǒng)的電磁閥迅速關(guān)閉，切斷氣電源，燃燒器自動(dòng)吹掃后停機(jī)，指示故障。2.4調(diào)節(jié)方式二級(jí)、比例調(diào)節(jié)式。二級(jí)燃燒器只有大火和小火之分；比例調(diào)節(jié)式燃燒器可以在任意一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)工作。2.5燃燒器選擇一臺(tái)臥式三回程火管式燃?xì)庹羝仩t，使用天然氣為燃料，額定蒸發(fā)量2T/h，額定汽壓1.25MPa，額定蒸汽溫度194℃；額定耗氣量160Nm3/h，排煙溫度230℃，熱效率90%。水蒸氣額定流量為：鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣產(chǎn)生的熱量為：鍋爐所需的總熱量為：燃燒器所需的功率為：綜上計(jì)算，本設(shè)計(jì)選用威索(-weishaupt-)燃?xì)馊紵鱓M-G10/3-AZM3燃燒與汽壓控制設(shè)計(jì)3.1燃燒過(guò)程特點(diǎn)燃料與空氣按照一定比例送入鍋爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽，形成一點(diǎn)觀其文的過(guò)熱蒸汽，在匯集到蒸汽母管。過(guò)熱蒸汽經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制，供給負(fù)荷設(shè)備用，于此同時(shí)，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過(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)送往煙囪，排入大氣。蒸汽壓力對(duì)象的主要干擾是燃料量的波動(dòng)與蒸汽負(fù)荷的變化。當(dāng)燃料流量和蒸汽負(fù)荷變動(dòng)較小時(shí)，可采用利用蒸汽壓力來(lái)調(diào)節(jié)燃料量的單回路控制系統(tǒng)；當(dāng)燃料流量波動(dòng)較大時(shí)，可采用蒸汽壓力對(duì)燃料流量的串級(jí)控制系統(tǒng)。主蒸汽壓力控制系統(tǒng)的主要目的是維持主蒸汽壓力恒定，因此主蒸汽壓力能否準(zhǔn)確測(cè)量直接關(guān)系到控制質(zhì)量的優(yōu)劣。合理的選擇壓力變送器在設(shè)計(jì)中有關(guān)鍵作用。蒸汽壓力變送器將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)DC4～20mA電流輸出送到控制器。3.2燃?xì)忮仩t汽包壓力與爐膛火力的控制系統(tǒng)原理圖：3.3表述燃燒火力給定信號(hào)形態(tài)及其與燃燒器的關(guān)聯(lián)作用方式鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制的基本任務(wù)是既要提供熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要，又要保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性和鍋爐運(yùn)行的安全性。采用汽壓反饋控制器，結(jié)合蒸汽流量前饋，產(chǎn)生燃燒火力給定信號(hào)，通過(guò)適當(dāng)方式作用于燃燒器電路或火力調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)燃?xì)饬亢退惋L(fēng)量使蒸汽壓力保持平穩(wěn)。3.4說(shuō)明調(diào)節(jié)過(guò)程和控制原理在鍋爐燃燒過(guò)程中，用常規(guī)儀表進(jìn)行控制，存在滯后、間歇調(diào)節(jié)、煙氣中氧含量超過(guò)給定值、低負(fù)荷和煙氣溫度過(guò)低等問(wèn)題。采用PLC對(duì)鍋爐進(jìn)行控制時(shí)，由于它的運(yùn)算速度快、精度高、準(zhǔn)確可靠，可適應(yīng)復(fù)雜的、難于處理的控制系統(tǒng)。因而，可以解決以上由常規(guī)儀表控制難以解決的問(wèn)題。所選擇的PLC系統(tǒng)要求具有較強(qiáng)的兼容性，可用最小的投資使系統(tǒng)建成及運(yùn)轉(zhuǎn)；其次，當(dāng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化系統(tǒng)要有所改變時(shí)，不需要重新編程，對(duì)輸入、輸出系統(tǒng)不需要再重新接線，不須重新培訓(xùn)人員，就可使PLC系統(tǒng)升級(jí)；最后，系統(tǒng)性能較高。4爐膛壓力控制設(shè)計(jì)4.1變化因素爐膛負(fù)壓的大小受引風(fēng)量、鼓風(fēng)量與壓力三者的影響。鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，爐膛通常保持負(fù)壓-40~-60Pa。爐膛負(fù)壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設(shè)備與運(yùn)行人員的安全。負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增加，排煙損失增加，引風(fēng)機(jī)電耗增加。4.2過(guò)程特點(diǎn)使用壓力表檢測(cè)出爐內(nèi)壓力,把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流4-20mA信號(hào),用轉(zhuǎn)換來(lái)的電信號(hào)控制引風(fēng)機(jī)變頻器的頻率.通過(guò)頻率的改變使引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量得到控制。4.3工況要求爐膛的壓力要保持穩(wěn)定。如果在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中壓力發(fā)生異情況，鍋爐有可能出現(xiàn)爐膛內(nèi)爆或爐膛外爆現(xiàn)象。因此準(zhǔn)確測(cè)量爐膛壓力，正確判斷鍋爐爐膛壓力變化趨勢(shì)，通過(guò)DCS系統(tǒng)或儀表做出爐膛正壓保護(hù)或爐膛負(fù)壓保護(hù)聯(lián)鎖動(dòng)作，可進(jìn)一步提高鍋爐安全運(yùn)行行，對(duì)避免造成爐膛損壞事故有重大意義。4.4爐膛壓力的控制系統(tǒng)原理圖4.5調(diào)節(jié)過(guò)程和控制原理鍋爐控制首要任務(wù)是保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于大多數(shù)鍋爐保證其安全運(yùn)行的最基本條件是維持合適的爐膛負(fù)壓，相對(duì)安全而言，引風(fēng)控制比燃料控制更重要。而且爐膛負(fù)壓對(duì)經(jīng)濟(jì)燃燒影響較大，他影響著燃燒狀況和排熱量損失。所以實(shí)際鍋爐控制系統(tǒng)中，把負(fù)壓控制（引風(fēng)控制）回路定義為第一控制回路，給燃料控制回路反而是第四控制回路，以表示負(fù)壓控制安全級(jí)別最高。例如煤粉鍋爐若引風(fēng)機(jī)故障導(dǎo)致無(wú)引風(fēng)時(shí)，繼續(xù)往爐內(nèi)輸入燃料，可能導(dǎo)致爐膛爆炸這樣的惡性事故，所以在鍋爐連鎖報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，引風(fēng)控制回路的級(jí)別最高，即引風(fēng)故障導(dǎo)致低級(jí)別的給煤控制產(chǎn)生聯(lián)鎖保護(hù)，而給煤故障并不會(huì)觸發(fā)引風(fēng)控制聯(lián)鎖保護(hù)。同時(shí)爐膛負(fù)壓的測(cè)量易受到鍋爐正常維護(hù)操作的干擾，也容易受到負(fù)壓取樣管堵塞而給出錯(cuò)誤信號(hào)。5儀表裝置選型5.1儀表、控制裝置的選型1、燃?xì)馊紵鬟x配威索(-weishaupt-)燃?xì)馊紵鱓M–G10/4-A/ZM型號(hào)；2、火力調(diào)節(jié)器選配SIEMENSRWF40型號(hào)；3、壓力變送器選擇JKS318智能型壓力變送器，該變送器采用高性能的感壓芯片，配合先進(jìn)的電路處理和溫度補(bǔ)償技術(shù)，將壓力變化轉(zhuǎn)化為4～20mA的線性電流，壓力測(cè)量范圍最大為0~40MPa，最小為0~1KPa；5.2控制設(shè)備材料表序號(hào)貨物名稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量1燃?xì)鉄崴仩t本體WNS1.4-1.0/95/70-Q12燃燒器原裝進(jìn)口低氮型<200mg，配套1.4MW鍋爐13原裝進(jìn)口閥組配套14自動(dòng)控制柜琴臺(tái)式彩色液晶顯示屏15煙囪配套排煙溫度<120℃16配套閥門、儀表配套1.4MW鍋爐15.3重要安裝事項(xiàng)（1）儀表開孔應(yīng)避免在成型管道上開孔。（2）注意流量計(jì)前后直管段長(zhǎng)度。(3)如有接地要求的電磁、質(zhì)量等流量計(jì)，應(yīng)按說(shuō)明書進(jìn)行接地。(4）工藝管道焊接時(shí)，接地線應(yīng)避開儀表本體，防止接地電流流經(jīng)儀表本體入地，損壞表。（5)工藝焊接時(shí)，避免接地電流流經(jīng)單、雙法蘭儀表的毛細(xì)導(dǎo)壓管。參考文獻(xiàn)1

丁崇功

工業(yè)鍋爐設(shè)備

北京：