1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：基于 MCGS 的热电厂锅炉控制系统组态-燃烧控制系统学生姓名：缪卫东学 号：200440503122专 业：测控技术与仪器班 级：测控 04-1 班指导教师：左鸿飞 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）I基于 MCGS 的热电厂锅炉控制系统组态燃烧控制系统摘 要燃料燃烧技术在国民经济的发展，尤其在能源工程中起着十分重要的作用。人类社会对于能源的消耗，一直在稳定的增长，现代工业的发展，更明显的刺激了能源的消耗。在我国，能源利用很不合理，能源的利用效率低，浪费大，国民经济的单位产值能耗指标很高。造成这种情况的原因是多方面的，燃烧设备的低效
2、率是其中一个重要的因素。因此发展新型燃烧技术，提高用能设备的运行效率具有十分重要的意义。循环流化床锅炉（CFBB ）是近年来发展起来的新一代高效、低污染的清洁燃煤技术。循环流化床锅炉在汽温控制和水位控制方面和煤粉锅炉基本相同，而其燃烧系统与煤粉炉差别较大，循环流化床锅炉在风量控制方面既要保证燃料与控制的比例又要保证床温在一定的范围内，因此床温控制系统和床压控制系统是循环流化床锅炉所特有的。本设计以循环流化床锅炉燃烧控制系统为研究对象，对燃烧过程采用交叉限幅燃烧控制系统，应用集散控制系统（DCS）对燃烧控制进行研究与设计，对提高循环流化床锅炉自动化水平做了有益的尝试。同时利用 MCGS 组态软件
3、对自动控制系统进行监控。关键词：燃烧控制系统；循环流化床；MCGS；DCS内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）IIControl in Thermoelectricity Power-plant Boiler Based on MCGS Combustion Control SystemAbstractThe technique of combustion plays a great important role in the development of national economy especially in energy engineering. The consumption
4、of the energy is instability increasing of society and with the development of modern industry, the requirement of the energy become more and more obvious. In our country, the means which the energy utilized is unreasonable to some extent together with low efficiency, high waste, and the energy cons
5、ume for unit production of the national economy is very high. Researches indicate that the reason results in these is various, among which low function efficiency of the burning equipment is the most important factor. Therefore it is essential to develop the new burning technique and increase functi
6、on efficiency of the equipment.CFBB is a new clean coal combustion technology that is of high efficiency and low pollution in the world. Compared with the pulverized-coal boilers, they are the same in the steam temperature control and the steam drum level control. But there are obvious differences i
7、n the combustion control system, and in the air flow control of the CFBB its to be sure that the bed temperature is in certain bound as well as the proportion of coal to control. Therefore, the bed temperature control system and bed pressure control system are peculiar to CFBB.This design takes the
8、CFBB combustion control system as research object，uses the cross and range limiting control scheme system for the combustion process, and uses the distributed control system (DCS) for the research and design of combustion control, The work provides a good trial on enhancing automation level of the C
9、FBB. The following works are focused. And using MCGS software for automatic control system to monitor and control.Key words: Combustion control system; Circulating Fluidized Bed Boiler; MCGS;Distributed Control System内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）III目 录摘 要 .IAbstract .II第一章 引言.11.1 火力发电概述.11.2 火电厂简介.11.2.1 火电
10、厂工艺流程.11.2.2 火电厂设备介绍.21.2.3 火电厂各个系统概述.41.3 设计思想.6第二章 过程控制技术.72.1 常规控制系统.72.1.1 单回路控制系统.72.1.2 串级控制系统.92.1.3 比值控制系统.92.1.4 前馈控制系统.102.1.5 时滞补偿控制系统.112.1.6 选择性控制系统.122.2 智能控制系统.132.2.1 模糊控制.132.2.2 专家规则控制.142.2.3 神经网络控制.16第三章 循环流化床锅炉燃烧控制系统.183.1 循环流化床锅炉的发展概况.183.2 循环流化床锅炉简介.183.2.1 循环流化床锅炉定义.183.2.2 循
11、环流化床锅炉结构.193.2.3 循环流化床锅炉工作原理.193.3 燃烧过程有关参数的影响.20内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）IV3.3.1 循环流化床风速和风量.203.3.2 给煤.213.3.3 床料高度.223.3.4 过剩空气系数.223.3.5 炉膛负压.233.3.6 床温.233.3.7 负荷.243.3.8 循环倍率变化的影响.253.3.9 其他因素的影响.253.4 燃烧控制系统.263.4.1 燃烧控制系统的基本任务及系统应解决的问题.263.4.2 双交叉限幅燃烧自动控制系统.273.4.3 烟气含氧量的闭环控制系统.303.4.4 炉膛负压及安全控制系统
12、.33第四章 锅炉自动控制系统的选择.354.1 控制系统概述.354.1.1 几种控制系统的功能比较.354.1.2 控制系统的性能比较.364.1.3 控制系统的价格比较.364.1.4 DCS 控制系统方案的确定 .364.2 JX-300X 控制系统概述 .374.2.1 系统组成与结构.374.2.2 系统特点.384.2.3 系统的性能要求.394.3 JX-300X 控制系统硬软件组成 .404.3.1 控制站硬件组成.404.3.2 多功能站和操作站的硬件组成.41第五章 设备选型及监控系统实现.425.1 设备选型.425.1.1 传感器.42内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕
13、业论文）V5.1.2 变送器.435.2 MCGS 组态软件简介 .455.2.1 软件简介.455.2.2 MCGS 脚本程序 .465.2.3 脚本语言编辑环境.465.3 MCGS 监控系统图 .47全文总结.50参考文献.51附录仪表选型.52致谢.53内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）1第一章 引言1.1 火力发电概述火力发电厂是利用化石燃料燃烧释放的热能发电的动力设施，包括燃料燃烧释热和热能、电能转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。最早的火力发电是 1875 年在法国巴黎北火车站的火电厂实现的。
14、这座火电厂安装直流发电机，给附近照明供电。随后，美国、俄国、英国也相继建成火电厂。1886 年，美国建成第一座交流发电厂。1891 年，英国电灯公司的火电厂安装第一台带有凝汽器的发电机组，容量 100 千瓦,热效率大为提高。1882 年，中国上海建成一座装有 12 千瓦直流发电机乍浦路火电厂，为电灯供电。进入 20 世纪，随着电照明和电力传动等推广，社会对电能的需要促进了火力发电的迅速发展，表现为火电机组的容量不断增大。1901 年，瑞士勃朗鲍威利有限公司制成第一台 5000 千瓦汽轮发电机，1902 年达到15000 千瓦。1912 年，美国西屋电气公司制成 25000 千瓦机组，到 192
15、5 年出现了 10万千瓦机组。50 年代中期，各国陆续投运 3060 万千瓦火电机组。到 80 年代后期，世界最大火电厂是日本的鹿儿岛电厂,容量为 440 万千瓦。中国大陆最大的火电厂是谏壁电厂（162.5 万千瓦） 。 到 80 年代末，火力发电仍是最重要的发电方式。世界上绝大多数国家的电力生产仍以火电为主。全世界火电装机容量约占总装机容量的65.6。中国的火电成本低，到 1990 年，火力发电占总发电量的 72。在今后 30 年发展规划中，火电比重将长期保持在 70左右，火力发电对中国经济的发展仍将发挥着重要作用。 1.2 火电厂简介1.2.1 火电厂工艺流程火电厂的一般工艺流程是将存在储
16、煤场中的原煤由输煤设备从储煤场送到锅炉的原煤斗中,再由给煤机送到磨煤机中磨成煤粉。煤粉送至分离器进行分离,合格的煤粉送到煤粉仓储存。煤粉仓的煤粉由给粉机送到锅炉本体的喷燃器,由喷燃器喷到炉膛内燃烧。燃烧的煤粉放出大量的热能将炉膛四周水冷壁管内的水加热成汽水混合物。混合物被锅炉汽包内的汽水分离器进行分离,分内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）2离出的水经下降管送到水冷壁管继续加热,分离出的蒸汽送到过热器,加热成符合规定温度和压力的过热蒸汽,经管道送到汽轮机作功。过热蒸汽在汽轮机内作功推动汽轮机旋转,汽轮机带动发电机发电,发电机发出的三相交流电通过发电机端部的引线经变压器升压后引出送到电网。在
17、汽轮机内作完功的过热蒸汽被凝汽器冷却成凝结水,凝结水经凝结泵送到低压加热器加热,然后送到除氧器除氧,再经给水泵送到高压加热器加热后,送到锅炉继续进行热力循环。再热式机组采用中间再热过程,即把在汽轮机高压缸做功之后的蒸汽,送到锅炉的再热器重新 加热,使蒸汽提高到一定压力和 温度后,送到汽轮机中压缸继续做功。图 1.1 锅炉工艺流程图1.2.2 火电厂设备介绍锅炉设备是火力发电厂中的主要热力设备之一。它的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能，并且以此热能加热水，使其成为一定数量和质量（压力和温度）的蒸汽。由炉膛、烟道、汽水系统（其中包括受热面、汽包、联箱和连接管道）以及炉墙和构架等部分组成的整体
18、，称为“锅炉本体” 。锅炉按蒸汽压力可分为低压锅炉（压力小于 2.45MPa） ，中压锅炉（压力 2.944. 90MPa） ，高压锅炉（压力 7.8410. 8MPa） ，超高压锅炉（压力 11.814. 7MPa） ，亚临界锅炉（压力 15.719. 6MPa） ，超临界锅炉（压力 22. 1MPa） ，超超临界锅炉（压力 3031MPa） 。按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分类：自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流调 节 阀减 温 器炉膛燃 烧 嘴热 空 气燃 料 省煤器 炉墙 热 空 气 送往 炉 膛空 气 预热 器 给 水 (由 给 水 泵 来 )冷 空 气 由 送 风 机 来烟 气 (
19、由 引 风 机 送 往 烟 囱 )汽 包DPMDS过 热 蒸 汽 送 负 荷 设 备过热器内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）3锅炉、复合循环锅炉。按锅炉的整体布置分类：型结构锅炉、箱型结构锅炉、塔型结构锅炉火力发电厂中的锅炉按水循环方式可分为自然循环,强制循环,直流锅炉三种类型。 一次风机：干燥燃料，将燃料送入炉膛，一般采用离心式风机。送风机：克服空气预热器、风道、燃烧器阻力，输送燃烧风，维持燃料充分燃烧。引风机：将烟气排除，维持炉膛压力，形成流动烟气，完成烟气及空气的热交换。磨煤机：将原煤磨成需要细度的煤粉，完成粗细粉分离及干燥。空气预热器：空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所
20、需空气的一种热交换装置。提高锅炉效率，提高燃烧空气温度，减少燃料不完全燃烧热损失。空预器分为导热式和回转式。炉水循环泵：建立和维持锅炉内部介质的循环，完成介质循环加热的过程。燃烧器：将携带煤粉的一次风和助燃的二次风送入炉膛，并组织一定的气流结构，使煤粉能迅速稳定的着火，同时使煤粉和空气合理混合，达到煤粉在炉内迅速完全燃烧。煤粉燃烧器可分为直流燃烧器和旋流燃烧器两大类。汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（定子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、
21、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。汽轮机是一种将蒸汽的热势能转换成机械能的旋转原动机。分冲动式和反动式汽轮机。给水泵：将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉主给水。高低压加热器：利用汽轮机抽汽，对给水、凝结水进行加热，其目的是提高整个热力系统经济性。除氧器：除去锅炉给水中的各种气体，主要是水中的游离氧。凝汽器：使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多
22、地将内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）4蒸汽热能转换为机械能，将乏汽凝结成水。凝结泵：将凝汽器的凝结水通过各级低压加热器补充到除氧器。油系统设备：一是为汽轮机的调节和保护系统提供工作用油，二是向汽轮机和发电机的各轴承供应大量的润滑油和冷却油。主要设备包括主油箱、主油泵、交直流油泵、冷油器、油净化装置等。在发电厂中，同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备。因而将一次能源（水力、煤、 油、风力、原子能等）转换为二次能源的发电机，现在几乎都是采用三相交流同步发电机。在发电厂中的交流同步发电机，电枢是静止的，磁极由原动机拖动旋转。其励磁方式为发电机的励磁线圈 FLQ（即转子绕组）由同轴的并
23、激直流励磁机经电刷及滑环来供电。同步发电机由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。定子由定子铁心、定子线圈、机座、端盖、风道等组成。定子铁心和线圈是磁和电通过的部分，其他部分起着固定、支持和冷却的作用。 转子由转子本体、护环、心环、转子线圈、滑环、同轴激磁机电枢组成。主变压器：利用电磁感应原理，可以把一种电压的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电的一种设备。6KV、380V 配电装置：完成电能分配，控制设备的装置。电机：将电能转换成机械能或将机械能转换成电能的电能转换器。蓄电池：指放电后经充电能复原继续使用的化学电池。在供电系统中，过去多用铅酸蓄电池，现多采用镉镍蓄电池控制盘：有独立的支架，支架上有金属或绝缘底板或横梁，各种电子器件和电器元件安装在底板或横梁上的一种屏式的电控设备。1.2.3 火电厂各个系统概述锅炉主要系统：燃烧系统：主要由锅炉的燃烧室、送风装置、送煤装置、灰渣排放装置等组成。主要功能是完成燃料的燃烧过程，将燃料所含能量以热能形式释放出来，用于加热锅炉里的水。主要流程有烟气流程、通风流程、排灰出渣流程等。对燃烧系统的基本要求是:（1）保证主蒸汽的压力恒定，以便满足“负荷流量” 所需的压力。（2）保证炉膛内氧的含量。一要保证有足够的氧供燃料充分燃烧，不使烟气中有过量的 CO，避免浪费燃料和造成环境污染；
