1、内蒙古科技大学过程控制课程设计论文题目：热电厂锅炉蒸汽压力控制系统设计学生姓名：张春霞学号：0867112218专业：测控技术与仪器班级：测控 08-2班指导教师：李忠虎 教授2011 年 8 月 30 日内蒙古科技大学本科生课程设计说明书热电厂锅炉蒸汽压力控制系统设计摘要本设计以包钢热电厂的锅炉蒸汽压力控制部分为研究对象，应用所学专业知识设计控制系统。热电厂的三大主机包括：锅炉、汽轮机、汽轮发电机。热电厂锅炉主要任务是加热蒸汽，蒸汽可直接进入生产系统或者进入汽轮机发电。蒸汽压力是衡量锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量是否平衡的重要指标，是蒸汽的重要工艺参数。蒸汽压力过低或过高，对于金属导
2、管和负荷设备都是不利的。压力过高，会导致锅炉受损；压力过低，就不可能提供给负荷设备负荷质量的蒸汽；因此，控制蒸汽压力是安全生产的需要，也是保证燃烧经济性的需要。关键词：热电厂；锅炉；蒸汽压力；控制系统内蒙古科技大学本科生课程设计说明书I目录摘要 .I关键词 .I引言 .1第一章工艺流程介绍 .21.1热电厂的工艺流程 .21.1.1化学水处理工序 .21.1.2输煤工序 .21.1.3 锅炉工序 .21.1.4 汽机工序 .31.2锅炉的工艺流程 .3第二章 控制方案整体设计思路 .52.1锅炉汽包水位控制 .52.2 蒸汽过热系统的控制 .52.3 锅炉燃烧过程的控制 .6第三章 蒸汽压力控
3、制方案的设计过程 .73.1 蒸汽压力调节对象的特性 .73.2 控制系统的选择 .83.3系统仪表选型 .83.3.1压力传感器的选择 .83.3.2流量计的选型 .103.3.3控制器的选择 .113.3.4控制阀的选择 .123.3.5主副调节器正反作用的选择 .123.3.6主、副回路调节器调节规律的选择 .133.4控制系统的工作原理 .13第四章 总结 .15附录 .16参考文献 .17 内蒙古科技大学本科生课程设计说明书0引言电力工业是为国民经济和社会发展提供能源的重要基础产业，也是关系国计民生的公用事业。我国电力工业已经走过 121年的发展历程，与世界各国一样，电力在经济发展和
4、社会进步中越来越成为不可缺少的物质资料和生活资料，电气化程度成为一个国家现代化程度的重要标志。正常运行的生产设备必须保证产品满足一定的数量和质量的要求，同时也要保证设备的安全性与经济性。在生产过程和科学实验中，自动控制起着越来越重要的作用。自动控制通常包括自动调节和顺序控制两方面内容。热电厂锅炉设备控制系统主要包括对锅炉的汽包水位、燃烧系统、母管压力等回路的控制，锅炉参数的检测与控制尤为重要，选择一个好的控制方案对锅炉进行控制是对经济效益的一个非常好的保证。因此我们可以清楚的了解到，要想实现预期的生产目的，锅炉的严格控制是十分必要的。从锅炉生产系统的结构来看，燃料量和风量调整的基本原则是根据锅
5、炉负荷的变化来增减燃料，同时通过送风机、引风机的调整维持合理的空燃比，即保持合理的空气过量系数。使燃料量和风量的增减密切配合，当锅炉负荷增加时，应先增加风量，再增加燃料量。减负荷时，先减少燃料量，再减少风量，并要缓慢平稳操作。内蒙古科技大学本科生课程设计说明书1第一章工艺流程介绍1.1 热电厂的工艺流程热电厂主要的设备包括：发电机、汽轮机、鼓风机、锅炉及制粉设备、除盐水设备等。原煤经过制粉系统将大块的煤转换成可供锅炉燃烧的煤粉，生水经过水处理系统再经过除盐处理而除去水质里的钙、镁、钠等盐分子，然后通入锅炉，锅炉里的煤粉和通入的热空气经过一定比例的混合后燃烧，放出的热量将水加热成为具有一定压力和
6、温度的过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机膨胀做工， 使得汽轮机高速运转产生旋转机械能，发电机将汽轮机的旋转机械能转换成电能。这些电压不变的电力在主变压器的作用下变成一定电压的电量，经过高压远程输电送入各个电网输送到全国各地。热电厂的生产过程实质上是将一次能源(燃料的化学能)转化为二次能源（电能）的能量转化过程。分为三个阶段：第一阶段是在锅炉中燃烧的化学能转化为蒸汽的热能；第二阶段是蒸汽的热能通过汽轮机转换为机械能；第三阶段是机械能通过发电机转换为电能。热电厂是联合生产电能和热能的发电厂。热电厂供热系统是利用汽轮机同时生产电能和热能的热电系数作为热源。以热电厂作为热源不仅热能利用效率高，同时有利于环保
7、。以热电厂作为热源的供热系统称为热电厂集中供热系统。1.1.1化学水处理工序热电厂化学水处理和化学实验需使用的去离子水基本属于同一原理，就是使用不同工效的吸附物质去掉一次水中需过滤的物质，将原水转化成供给锅炉品质合格的除盐水，减轻机。炉热力设备的腐蚀结垢，确保长周期安全经济运行热电化水车间有多套阴阳床，采用黄河水作为水源，经过过滤器、阴阳床除去水中的悬浮物。钙、镁、钠等阳离子，氯根、碳酸根、硫酸根等阴离子，出水即为一级除盐水。1.1.2输煤工序主要分为两个环节，卸煤和上煤，通过自动卸煤机把车皮上的煤直接卸到料仓，经过粗破和细破，再由称重给煤机送进锅炉。1.1.3 锅炉工序内蒙古科技大学本科生课
8、程设计说明书2热电厂锅炉主要任务是加热蒸汽，循环流化床锅炉的工艺过程就是煤炭燃烧后的热量加热循环水，产生蒸汽，在一定压力下，形成过热蒸汽，蒸汽可直接进入生产系统或者进入汽轮机发电。1.1.4 汽机工序主要设备有汽轮机和发电机，完成供热、发电、供暖三项任务。供热的原理是将锅炉产汽按用户需要，通过汽轮机抽汽、减温减压器等设备向用户提供所需参数的蒸汽；发电的原理是利用锅炉产汽，通过汽轮机将热能转换成机械能，带动发电机发电；供暖的原理是通过机组低真空运行，利用机组排汽余热作为热源将供暖循环水加热。热电厂生产工艺如图 1-1所示。锅炉汽轮机发电机主变压器电网蒸汽机械能电能高压电生水原煤 煤粉热空气软水制
9、粉系统水处理车间图 1-1 热电厂生产工艺1.2 锅炉的工艺流程锅炉是石油化工、发电等工业过程中必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。就热电厂而言，锅炉产生的合格蒸汽用来推动汽轮机转动，再由汽轮机带动发电机，将机械能转化为电能，送给用户。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的锅炉，也向着大容量、高参数、高效率方向发展。锅炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。燃料与热空气按一定比例送入锅炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽
10、发生系统，产生饱和蒸汽，然后经过热气，形成一定气温的过热蒸汽，再汇集到内蒙古科技大学本科生课程设计说明书3蒸汽母管。一定压力的过热蒸汽，经负荷设备控制，供给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟仓，排入大气。锅炉设备主要工艺流程如图 1-2。煤气热空气炉膛汽包空气预热器烟气排出冷空气送入水送入热空气送入炉膛过热器减温器过热蒸汽送负荷图 1-2 锅炉设备主要工艺流程图内蒙古科技大学本科生课程设计说明书4第二章 控制方案整体设计思路锅炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要，供应一定压力或温度的蒸汽，同时要
11、使锅炉在安全、经济的条件下运行。按照这些控制要求，锅炉设备将有如下主要的控制系统：锅炉汽包水位控制、过热蒸汽系统的控制、锅炉燃烧系统的控制。2.1 锅炉汽包水位控制汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内。汽包水位是锅炉运行中一个重要的监控参数。它间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。汽包水位过高，会影响汽包内的汽水分离，饱和水蒸气将会带水过多，导致过热器管壁结垢并损坏，使过热蒸汽的温度严重下降。如以此过热蒸汽带动汽轮机，则将因蒸汽带液损坏汽轮机的叶片，造成运行的安全事故。然而，水位过低，则因汽包内的水量过少，而负荷很大，加快水的汽化速度
12、，使汽包内的水量变化速度很快，若不及时加以控制，将有可能使汽包内的水全部汽化；尤其是大型锅炉，水在汽包内的停留时间极短，从而导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。锅炉汽包水位控制被控变量是汽包水位，操纵变量是给水流量。它主要是保持汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包水位在工艺要求的范围内，这是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件，是锅炉正常运行的重要指标。2.2 蒸汽过热系统的控制蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器。过热蒸汽温度自动控制的任务是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。内蒙古科技大学本科生课程设计说明书5过热蒸汽温度
13、过高或过低，对锅炉运行及蒸汽用户设备都是不利的。过热蒸汽温度过高，过热器容易损坏，汽轮机也因内部过度的热膨胀而严重影响安全运行，因而过热气温的上限一般不应超过额定值 5；过热蒸汽温度过低，一方面使设备的效率降低，同时使汽轮机后几级的蒸汽湿度增加，引起叶片磨损，因而过热气温的下限一般不低于额定值 10。所以必须把过热器出口蒸汽的温度控制在规定范围内。过热蒸汽温度控制系统被控变量为过热蒸汽温度，常采用减温水流量作为操纵变量，但由于控制通道的时间常数及纯滞后均较大，组成单回路控制系统往往不能满足生产的要求，因此，常采用串级控制系统，以减温器出口温度为副参数，可以提高对过热蒸汽温度的控制质量。过热蒸汽
14、温度控制有时还采用双冲量控制系统，这种方案实质上是串级控制系统的变形，把减温器出口温度经微分器作为一个冲量，其作用和串级的副参数相似。2.3 锅炉燃烧过程的控制燃烧过程的实质就是将燃料化学能转变为蒸汽热能的能量形势转换过程。燃烧控制过程的根本任务就是及时响应主控系统的输出指令，使燃料所提供的热量适应蒸汽符合的需要，同时还要保证锅炉燃烧的安全性和经济性。其中锅炉燃烧的过程控制基本要求有三个：（1）必须保证出口的蒸汽压力稳定，并能按负荷要求自动增减燃料量；（2）燃烧状况良好，供气适宜。既要防止由于空气不足使烟仓冒黑烟，也不要因空气过量而增加热量损失；（3）锅炉要安全运行。保持炉膛具有一定的负压，如
15、果负压太小，或为正值，造成炉膛内热烟气往外冒，影响设备和工作人员的安全；负压太大，导致大量冷空气漏进炉内，从而增加热量损失。此外，还需防止燃烧嘴背压（对于气相燃料）太高时脱火，燃烧嘴背压（气相燃料）太低时回火的危险。内蒙古科技大学本科生课程设计说明书6第三章 蒸汽压力控制方案的设计过程锅炉燃烧控制系统主要包括燃料控制系统、风量(送风)控制系统、炉膛压力(引风)控制系统、磨煤机控制系统等几个子控制系统。这个系统的任务是根据机组主控制器发出的锅炉燃烧指令来协调燃料、送风量和引风量，在保证锅炉安全、经济燃烧的前提下，是燃料燃烧所产生的热量适应锅炉蒸汽负荷的需要。当机组负荷发生改变时,需要进行锅炉燃烧
16、调整。燃料种类、制粉系统、燃烧设备以及锅炉的运行方式决定了每台锅炉燃烧过程的控制任务及策略。蒸汽压力控制系统将燃料量作为调节量 ,将主蒸汽压力作为被调量,使锅炉燃烧所产生的蒸汽量满足外部负荷要求 ,维持主蒸汽压力稳定。在蒸汽压力控制系统中，燃料量影响主蒸汽压力、送风量、引风量、蒸汽蒸发量及主蒸汽温度等参数。当单元机组采用锅炉跟踪汽轮机负荷控制方式时,汽轮机通过调节阀调节机组负荷,锅炉通过燃料量调节主蒸汽压力。对于直吹式制粉系统锅炉的燃料量调节 ,由于其过程缓慢、给煤机给煤量与控制电流呈非线性、对象特性随负荷发生变化以及机组运行时情况复杂多变(如原煤的物理状况变化)等原因 ,使得对象特性存在不确定性。3.1 蒸汽压力调节对象的特性在主蒸汽负荷变化时，在锅炉燃料量(B)发生B 的阶跃扰动下，此时汽压的过渡过程曲线如图 3-1 所示。
