生物质直燃发电技术分析(计算机控制课程设计)华北电力大学

课程设计(综合实验)报告（2012 -- 2013 年度第 2 学期）

名称：计算机控制技术与系统

题目：生物质直燃发电技术分析院系：自动化

班级：自动化1001

学号：201002020115

学生姓名：李念

指导教师：赵文杰

设计周数： 1

成绩：

日期：2013 年 6 月21 日

《计算机控制技术与系统》课程设计

任务书

一．目的与要求

1．通过本课程设计教学环节，使学生加深对所学课程内容的理解和掌握；

2．结合工程问题，培养提高学生查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；

3．培养锻炼学生结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力；

4．要求学生能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用任务的要求，进行方案的总体设计和分析评估；

5.报告原则上要求依据相应工程技术规范进行设计、制图、分析和撰写等。二．主要内容

1．数字控制算法分析设计；

2．现代控制理论算法分析设计

3．模糊控制理论算法分析设计

4．过程数字控制系统方案分析设计；

5．微机硬件应用接口电路设计；

6．微机应用装置硬件电路、软件方案设计；

7．数字控制系统I/O通道方案设计与实现；

8．PLC应用控制方案分析与设计；

9．数据通信接口电路硬软件方案设计与性能分析；

10．现场总线控制技术应用方案设计；

11．数控系统中模拟量过程参数的检测与数字处理方法；

12．基于嵌入式处理器技术的应用方案设计；

13．计算机控制系统抗干扰技术与安全可靠性措施分析设计；

14．计算机控制系统差错控制技术分析设计；

15．计算机控制系统容错技术分析设计；

16．工程过程建模方法分析及设计。

17.生物质发电及综合利用技术分析设计

18.城市生活垃圾、工业有机废弃物发电及综合处理利用技术分析设计

三．进度计划

四．设计成果要求

1．针对所选题目的国内外应用发展概述；

2．课程设计正文内容，包括设计方案、硬件电路和软件流程，以及综述、分析等；

3．课程设计总结（或结论）以及参考文献；

4．要求设计报告规范完整。

五．考核方式

《计算机控制技术与系统》课程设计成绩评定依据如下：

1．课程设计报告；

2．独立工作能力及设计过程的表现；

3．答辩时回答问题情况。

成绩以五级分制综合评定分为优、良、中、及格、不及格。

学生姓名：

指导教师：

年月日

二、设计正文

设计背景：

人类对能源需求的不断扩大，化石燃料的日益枯竭、环境污染问题的突出、全球气候的异常变化日益严重，成为可再生能源开发和利用的主要推动力。在可再生能源中，生物质能最具有发展前景。因为，化石能源也是生物质能衍变而来的，都是利用太阳能将大自然中的CO2和H2O通过光合作用固定在植物上的碳氢化合物，成为自然界中重要的碳氢资源。我国生物质能极为丰富，现在每年农村中的生物质量约6.5×10 吨，到2010年将达到7.26×10 吨，相当于5×10 吨标煤。生物质发电将是中国最大的环保项目，可有效解决秸秆等生物质焚烧造成的大气污染，减少温室气体排放，所以研究生物质直燃发电技术有重要的意义。目前生物质直燃发电厂在国内还处在发展初始阶段，根据《可再生能源中长期发展规划》确定的发展目标，到2010年生物质发电达到550万千瓦，到2020年生物质发电装机达到3000万千瓦。

生物质直燃发电是生物质能利用的主要方式。国外的生物质直燃发电技术已经成熟并已于20世纪90年代投入商业运营。近年来，一些大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与我国生物质发电产业的建设运营，已在全国建成投产了近20个生物质直燃发电项目，在建项目也有几十个。我国生物质发电产业的发展正在艰难探索中渐入佳境，前景广阔。

总体方案的设计

生物质燃烧电厂的流程图如图1所示，生物质原料从附近各个收集点运送至电站，经预处理(破碎、分选、压实)后存放到原料存贮仓库，仓库容积至少保证可以存放5天的发电原料量;然后由原料输送装置将预处理的生物质送入锅炉燃烧，通过锅炉换热，利用生物质燃烧后的热能把锅炉给水转化为蒸汽，为汽轮发电机组提供汽源进行发电。生物质燃烧后的灰渣落入出灰装置，由输灰机送到灰坑，进行灰渣处理。烟气经过处理系统后由烟囱排放入大

气中，其蒸汽发电部分与常规的燃煤电厂的蒸汽发电部分基本相同。

其中上料系统是指燃料从进电厂卸料至进入炉前料仓为止的整个系统，是生物质直燃电厂区别于常规燃煤电厂的最重要部分，它主要由卸料系统、储料系统、送料系统、事故上料、计量及辅助设施等部分组成。

给料系统是指燃料自炉前料仓到进入炉膛为止的炉前给料系统。生物质锅炉是生物质直燃发电厂除上给料系统外的又一关键设备。与常规煤电锅炉不同，其结构和材质上要适合农林生物质燃料的特性，应具有抗腐蚀、受热面大等特点。

烟气除尘装置是去除并回收燃烧烟气中的飞灰，是生物质直燃发电厂重要的环境保护装置。由于生物质直燃发电的燃料与常规燃煤电厂不同，草木灰与常规电厂的粉煤灰的性质不同，通常采用布袋除尘方式。汽轮发电机组与常规燃煤电厂所采用的机组相同。

1.上料系统的设计：

上料的主要过程为：由抓斗将成型的燃料包抓至水平链式输送机，再经V 型分配链式输送机运至分配小车输送机，通过分配小车输送机送至解包机，解包机解包后将燃料均匀散落至#2A/B 皮带，再经干燥段送至炉前料仓。其工艺流程如图2 所示。

1.1上料段的控制方式

上料段的控制可采用由DCS实现顺序控制，相比于传统的的PLC控制，采用DCS的方式增加了更多的逻辑判断，通过设计DCS的逻辑判断，可以实现料线冗余的功能，并且对故障能够及时作出反应，极大减轻了运行人员压力。新设计的流程中共有7 级运输装置（其中干燥段与#3 皮带可视为同一级），每一级分两条线，互为备用。设备分手、自动及故障三种运行方式。其中一级处于故障方式时，设备发出报警，另一条线负担全部任务，直至设备修缮完毕。

各级运输机启动方式在投自动运行后，第一级水平输送链在接到下一级的的要料指令后，由抓斗装载料包，接收到料包后，即可启动。之后的第2 至第7 级启动条件为：收到下一级的要料指令和上一级运输机得到料包的指令。收到两项指令后，运输机以低速启动，直至本级装置收到料包后加速。干燥段输送机收到上一级#2A/B 皮带得到燃料的指令后即可启动。整个过程若手动控制停机则全部停机。以前三级运输机为例，其顺序控制SFC 图如图3 所示。

1.2分配小车与解包机速度调节说明

a) 分配小车在进料过程中工频运行（指令100%），速度和称重链匹配；b) 分配小车出料过程速度与相对应的喂料输送链速度匹配，分配小车速度指令是喂料输送链速度指令的1/3，分配小车速度不可人工调节；c) 喂料输送链启动速度自动设置为30%，启动后可人工调节；

d) 分配小车出料过程中，如喂料输送链速度低于3%时，停分配小车，喂料输送链速度大于5%时，启动分配小车。解包机之后，若无需干燥，则直接将燃料送进炉前料仓。

1.3解包机启停顺序

解包机正常启动顺序为：首先启动主辊电机冷却风扇；再启动主辊电机和小破碎辊电机；主辊电机冷却风扇、主辊电机，小破碎辊电机启动延时10 秒启动上喂料辊电机和下喂料辊电机。上喂料辊电机和下喂料辊电机启动后，延时后启动喂料链板输送机，喂料链板启动后5s 内，出入口光电开关没有检测到物料，发出要料信号给分配小车输送机。停止顺序为：先停止停喂料机，再停上喂料辊、下喂料辊，随后停大辊、小破碎辊。解包机启停顺序SFC 图如图4 所示。

2.生物质锅炉的设计：

2.1受热面结构调整

由于生物质电厂实际应用的燃料随机性较大，往往无法按理想的特性要求加以控制，因此，锅炉受热面设计布置宜尽量按较恶劣情况加以校核。炉膛应具有足够的高度和截面，通过延长燃料炉内停留时间保证燃尽率，较大的炉膛有效受热面积是控制燃烧循环回路温度的关键。过热器采用辐射屏式过热器和对流过热器相结合的布置方式。中温以上参数锅炉全部采用两级喷水减温器，这样能使锅炉在燃料大范围变化和负荷调节时保证主蒸汽参数。同时在局部高温段，过热器材质应优先考虑采用耐温耐腐蚀合金钢，保证过热器在极限工况下的安全。尾部受热面采用较大节距的顺列结构。同时校核燃料大水分情况下的烟气流速，控制好锅炉烟气阻力。尾部受热面有效面积应能避免因燃料高水分引起的排烟温度高的现象。同时尾部的吹灰装置应设置到位，并优先考虑采用脉冲式吹灰器。

2.2燃料灰量及循环灰量控制

为了尽量减少含灰量变化产生的不利影响，首先应控制收购的燃料的灰分，杜绝人为加沙加

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