鍋爐出口蒸汽壓力單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

概述鍋爐是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，向鍋爐輸入的能量有燃料中的化學(xué)能、電能、高溫?zé)煔獾臒崮艿刃问?，而?jīng)過鍋爐轉(zhuǎn)換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機(jī)熱載體。鍋的原義指在火上加熱的盛水容器，爐指燃燒燃料的場(chǎng)所，鍋爐包括鍋和爐兩大部分。鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活提供所需熱能，也可通過蒸汽動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產(chǎn)中也有少量應(yīng)用。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，常簡(jiǎn)稱為鍋爐，多用于火電站、船舶、機(jī)車和工礦企業(yè)。鍋爐是由鍋和爐組成的，上面的盛水部件為鍋，下面的加熱部分為爐，鍋和爐的一體化設(shè)計(jì)稱為鍋爐?！短胤N設(shè)備安全監(jiān)察條例》所定義的鍋爐是指利用各種燃料、電或者其他能源，將所盛裝的液體加熱到一定的參數(shù)，并對(duì)外輸出熱能的設(shè)備。其范圍規(guī)定為容積大于或者等于30L的承壓蒸汽鍋爐；出口水壓大于或者等于0.IMPa（表壓），且額定功率大于或者等于0.IMw的承壓熱水鍋爐；有機(jī)熱載體鍋爐。熱電廠的生產(chǎn)工藝1熱電廠生產(chǎn)工藝概要熱電公司是利用煤和天然氣作為燃料發(fā)電、產(chǎn)汽的，這也是目前世界上主要的電能生產(chǎn)方式。生產(chǎn)工藝是將燃料送入爐膛內(nèi)燃燒，放出的熱量將水加熱成為具有一定壓力和溫度的過熱蒸汽，過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，高速氣流沖擊汽輪機(jī)葉片帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)同軸發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電。2鍋爐工序熱電廠生產(chǎn)有四道工序：輸煤工序，化水工序，鍋爐工序，汽機(jī)工序。其中鍋爐工序主要任務(wù)是生產(chǎn)蒸汽，集團(tuán)現(xiàn)有兩種鍋爐，一種是煤粉爐；一種是循環(huán)流化床鍋爐。因節(jié)能、污染程度低等因素，目前行業(yè)應(yīng)用較多為循環(huán)流化床鍋爐。以循環(huán)流化床鍋爐為例，工藝過程簡(jiǎn)單地說就是煤炭燃燒后的熱量加熱循環(huán)水，產(chǎn)生蒸汽，在一定的壓力下，形成過熱蒸汽，蒸汽可直接進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)或者進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。鍋爐蒸汽壓力出口控制3.1鍋爐按其出口蒸汽壓力分類鍋爐按其出口蒸汽壓力分為：低壓鍋爐（PW2.45Mpa,TW400°C）、中壓鍋爐（2.94MpaVPW4.9Mpa,400°CVTW450°C)、高壓鍋爐(7.84MpaVPW10.8Mpa,460°CVTW540°C)、超高壓鍋爐(11.8MpaVPW14.7Mpa,540°CVTW555°C)、亞臨界壓力鍋爐(P15.7—19.6Mpa,540°CVTW570°C)、超臨界壓力鍋爐(P25?27Mpa)。此次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇中壓鍋爐為控制對(duì)象，所以查得中壓鍋爐出口蒸汽壓力規(guī)定為3.83MPa,蒸汽溫度為450°C。2控制的重要性壓力是熱電廠的一個(gè)重要參數(shù)，因?yàn)闊狳c(diǎn)是靠蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，汽輪機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械。乂稱蒸汽透平。蒸汽的壓力會(huì)影響后面的整個(gè)工序，如果蒸汽的壓力不夠的話將使汽輪機(jī)無法正常工作，勢(shì)必會(huì)印象到工廠的效益和蒸汽機(jī)的壽命。還有就是壓力過高或過低也會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)的不正常運(yùn)行，有可能會(huì)出現(xiàn)極端事故。3鍋爐工藝流程原理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1控制系統(tǒng)參數(shù)選擇被控參數(shù)選擇：由于此系統(tǒng)為壓力控制系統(tǒng)，所以選用鍋爐出口的蒸汽壓力為被控參數(shù)控制參數(shù)選擇：由鍋爐流程圖可知，引起蒸汽壓力變化的因素有外部擾動(dòng)和內(nèi)部擾動(dòng)。外部擾動(dòng)是指外界對(duì)鍋爐產(chǎn)生蒸汽的需求發(fā)生變化，使平衡關(guān)系被破壞，導(dǎo)致蒸汽壓力改變。內(nèi)部擾動(dòng)是指鍋爐本身工況變化引起的蒸汽壓力變化?？刂茀?shù)確定：由于外部擾動(dòng)暫不考慮，只考慮內(nèi)部擾動(dòng)，所以控制參數(shù)可以是燃料供給量，或者為蒸汽出口管閥門的開關(guān)大小。兩者比較，控制蒸汽出口管閥門大小，更容易，中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書更直接。4.2系統(tǒng)方框圖的設(shè)計(jì)圖2：出II蒸汽壓力單回路控制系統(tǒng)3現(xiàn)場(chǎng)儀表的選型根據(jù)方框圖和流程圖可知，需要選擇一個(gè)壓力變送器，一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器和一個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥。4.3.1壓力變送器的選擇：由于高壓鍋爐蒸汽溫度在450°C左右，壓力3.83MPa,而且腐蝕性弱，所以用不銹鋼變送器即可，但是由于壓力有時(shí)會(huì)因?yàn)閿_動(dòng)無規(guī)律變化，需要傳感器反應(yīng)靈敏。綜上所述可使用PTG503H壓力變送器，它采用高精度高穩(wěn)定性耐高溫電阻應(yīng)變計(jì)做為變送器的感壓芯片，可以承受600°C高溫。由于量程應(yīng)選為工作壓力的1.5~3倍，所以量程選為1-lOMpa，綜合精度：±0.25%FS、±0.5%FS,響應(yīng)時(shí)間：WlOmS,過載能力：150%FS,相對(duì)濕度：。?95%即。4.3.2壓力調(diào)節(jié)器的選擇：選用SK-808/900系列智能PID調(diào)節(jié)器。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、液位、容量、力等物理量的測(cè)量顯示、智能PID調(diào)節(jié)儀并配合各種執(zhí)行器對(duì)電加熱設(shè)備和電磁、電動(dòng)、氣動(dòng)閥門進(jìn)行PID調(diào)節(jié)和控制、報(bào)警控制、數(shù)據(jù)采集、記錄。基本誤差：0.5%FS或0.2%FS土1個(gè)字,分辨力：1/20000、14位A/D轉(zhuǎn)換器，采樣周期：0.5S。4.3.3電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的選擇應(yīng)選用工作溫度在450°C以上，可調(diào)壓力在lOMpa以內(nèi)，選用ZDSV電動(dòng)V型調(diào)節(jié)球閥公稱通徑DN為400mm,適用介質(zhì)：水，蒸汽，油品。適用溫度-28到500°C。精度1%FS。公稱壓力1.6-6.4Mpao連接形式：對(duì)夾式、法蘭式，法蘭按JB79-59標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)器算法的確定1調(diào)節(jié)器控制規(guī)律wKe'TSFWq= 1由于被控對(duì)象傳遞函數(shù)可近似為：Wo= Ts"Ts+1可根據(jù)對(duì)象的延時(shí)時(shí)間和對(duì)象自衡時(shí)間常數(shù)的比值尹選擇控制器的控制規(guī)律:105.1.1當(dāng)*V0.2時(shí)選擇比例或者比例積分控制器105.1.2當(dāng)O.2V^V1時(shí)選擇比例微分或者比例積分控制器105.1.3當(dāng)1<>時(shí)選擇簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)往往不能滿足控制要求，應(yīng)選用串級(jí)，前饋等復(fù)雜控制系10統(tǒng)根據(jù)文獻(xiàn)《BP-PID在鍋爐蒸汽壓力控制中的應(yīng)用》查得,傳遞函數(shù)為冰=—^―e-40so60s+lX=—-—廠40$.60S4-1根據(jù)控制規(guī)律和被控對(duì)象的特性和控制的需要，選擇PID算法。2系統(tǒng)參數(shù)整定和仿真根據(jù)Simulink仿真框圖，進(jìn)行控制參數(shù)整定。圖3：Simulink仿真框圖首先根據(jù)調(diào)節(jié)器經(jīng)驗(yàn)試湊法來整定調(diào)節(jié)器參數(shù)。設(shè)定調(diào)節(jié)器PID參數(shù)的初始值為K=24,Ti=O.3min經(jīng)仿真后的響應(yīng)曲線為

圖4圖4：參數(shù)設(shè)定值仿真圖經(jīng)反復(fù)試湊比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間的大小，得出K=24,「二0.3。響應(yīng)曲線呈4:1-10:1衰減，結(jié)果令人滿意。?1

086543210506010910 20 30 4070 80?1

086543210506010910 20 30 4070 8090 100Timeoffset:0圖5：參數(shù)設(shè)定值仿真圖課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)我通過本次課程設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了Matlab這個(gè)軟件上的Simulink調(diào)試，雖然累，雖然難，但是我想這對(duì)于自己以后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)有很大的幫助。在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多實(shí)際性的問題，這些問題在書本上是學(xué)不到的，只有在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯(cuò)誤思維，并且提高自己思考問題的能力。一切問題必須要靠自己一點(diǎn)一滴的解決，而在解決的過程當(dāng)中你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己在飛速的提升，思想更加完善。對(duì)于教材，其過程是比較簡(jiǎn)單的，主要是解決設(shè)計(jì)控制過程中的問題，而設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它能真實(shí)反映你解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。所以這次課程設(shè)計(jì)真是恰到好處。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中大部分時(shí)間是用在控制理念上面的。很多是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個(gè)環(huán)節(jié)才是關(guān)鍵的問題所在，這需要對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是軟件和硬件的結(jié)合，二者是密不可分的。通過這次課程設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣，我想這將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。其次，這次課程設(shè)計(jì)讓我充分認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性，只有分工協(xié)作才能保證整個(gè)項(xiàng)目的有條不絮。另外在課程設(shè)計(jì)的過程中，當(dāng)我們碰到不明白的問題時(shí)，指導(dǎo)老師總是耐心的講解，給我們的設(shè)計(jì)以極大的幫助，使我們獲益匪淺。因此非常感謝老師的教導(dǎo)。通過這次設(shè)計(jì)，我慌得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。我覺得作為一名過程控制工程專業(yè)的學(xué)生，這次課程設(shè)計(jì)是很有意義的。更重要的是如何把自己平時(shí)所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)際中。雖然自己對(duì)于這門課懂的并不多，很多基礎(chǔ)的東西都還沒有很好的掌握，覺得很難，也沒有很有效的辦法通過自身去理解，但是靠著這一個(gè)多禮拜的“學(xué)習(xí)”，在同學(xué)的幫助和講解下，漸漸對(duì)這門課逐漸產(chǎn)生了些許的興趣，自己開始主動(dòng)學(xué)習(xí)并逐步從基礎(chǔ)慢慢開始弄