锅炉燃烧过程控制系统设计论文

锅炉燃烧过程控制系统设计

摘 要

锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备之一。而锅炉燃烧所用的煤炭、重油等又是极其重要的战略资源,不可再生。因此锅炉的燃烧控制相当重要,控制不好将造成资源浪费、环境污染和效益低下。要使锅炉燃烧达到最佳的燃烧状态,锅炉燃烧控制系统对锅炉的燃烧过程进行自动化控制是至关重要的。

燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。 燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同 的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。本文通过对整个燃烧系统的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。在仪表选型时，采用了先进的数字式仪表，井以PID控制来实现，最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。

论文详细介绍了锅炉控制系统的设计，其中包括硬件结构、系统主要功能、系统硬件配置、软件设计原则、主程序流程等。系统投入运行后，锅炉的燃烧效

I

锅炉燃烧过程控制系统设计

摘 要

锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备之一。而锅炉燃烧所用的煤炭、重油等又是极其重要的战略资源,不可再生。因此锅炉的燃烧控制相当重要,控制不好将造成资源浪费、环境污染和效益低下。要使锅炉燃烧达到最佳的燃烧状态,锅炉燃烧控制系统对锅炉的燃烧过程进行自动化控制是至关重要的。

燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。 燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同 的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。本文通过对整个燃烧系统的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。在仪表选型时，采用了先进的数字式仪表，井以PID控制来实现，最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。

论文详细介绍了锅炉控制系统的设计，其中包括硬件结构、系统主要功能、系统硬件配置、软件设计原则、主程序流程等。系统投入运行后，锅炉的燃烧效

I

设计题目： 燃烧过程控制系统

一、燃烧过程控制系统的基本理论

燃油锅炉的燃烧控制主要有三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。

1．蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统

燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供应其他生产环节使用。一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反应在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气 实现的。如图1所示

图 1 燃烧炉蒸汽压力控制与燃料比值控制系统

2．炉膛负压控制系统

锅炉炉膛负压力过小时，炉膛内的热烟、热气会外溢，造成热量损失、影响设备安全运行甚至会危及工作人员安全；当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，增加燃料损失、热量损失和降低热效率。

保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。如果负压波动不大，调节引风量即可实现负压控制；当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会较大，此时，经常采用的控制方案如图2所示。

图 2 炉膛负压控制系统

二、燃

锅炉燃烧过程控制系统的Simulink仿真

燃烧过程控制系统概述

燃烧蒸汽锅炉的燃烧过程主要由三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。[6] 如图1是燃烧过程控制系统示意图，图2是原理方框图，图3是燃烧过程控制特点。

图1燃烧过程控制系统示意图

图2原理方框图

调节量 燃料量M 送风量V 引风量VS pT汽压或功率 α过剩空气系数 PS炉膛负压

图3 燃烧过程控制特点

2.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统

燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是为后续的生产环节提供稳定的压力。一般生产过程中蒸汽的控制是通过调节压力实现的，随着后续环节的蒸汽用量不同，会造成燃油蒸汽压力的波动，蒸汽压力的波动会给后续的生产造成不良的影响，因此，维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。

保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃料产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气实现的。因此，各个控制环节的关系如下：蒸汽压力是最终被控量，根据生成量确定；燃料量根据蒸汽压力确定；空气供应量根据空气量与燃料量的比值确定。控制量如图4所示。图5为燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统

过程控制系统综合设计报告

班 级： 姓 名： 学 号： 学 期：

一、 实验目的与要求

1．掌握DDC控制特点；

2．熟悉CS4100实验装置，掌握液位控制系统和温度控制系统构成； 3．熟悉智能仪表参数调整方法及各参数含义；

4． 掌握由CS4100实验装置设计流量比值控制、液位串接控制、液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制等设计方法；

5． 掌握实验测定法建模，并以纯滞后水箱温度控制系统作为工程案例，掌握纯滞后水箱温度控制系统的建模，并用DDC控制方案完成控制算法的设计及系统调试。

以水箱流量比值控制、水箱液位串接控制、水箱液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制为被被控对象，完成系统管路设计、电气线路设计、控制方案确定、系统调试、调试结果分析等过程的训练。以纯滞后水箱作为被控对象，以第二个水箱长滞后温度作为被控量，完成从实验测定法模型建立、管路设计、线路设计、控制方案确定、系统调试、结果分析等过程的训练。

具体要求为：

1）检索资料，熟悉传感器、执行器机械结构及工作原理。

2）熟悉CS4100过控实验装置的机

过程控制系统课程设计题目 要求：

（一）采用MATLAB仿真；所有仿真，都需要做出以下结果： （1） 超调量 （2） 峰值时间 （3） 过渡过程时间 （4） 余差 （5） 第一个波峰值 （6） 第二个波峰值 （7） 衰减比 （8） 衰减率 （9） 振荡频率

（10） 全部P、I、D的参数 （11） PID的模型 （二）每人一个题目，自己完成课程设计报告，报告的格式如图论文格式

一． 液氨的水温控制系统设计

液氨蒸发器主、副对象的传递函数分别为：

G01(s)?11， G02(s)?e?0.1s

(20s?1)(30s?1)0.2s?1主、副扰动通道的传递函数分别为：

Gf1(s)?1， Gf2(s)?1 0.2s?1试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：

（1） 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭

环系统原理图；

（2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次

扰动）；

（3） 说明不同控制方案对系统的影响。

二．炉温控制系统设计

设计任务：某加热炉的数学模型为G(s)?如下：

（1） 仿真分析以下控制方案对系统性能的影响：PID、微分先行、中间微分、

过程控制系统课程设计题目 要求：

（一）采用MATLAB仿真；所有仿真，都需要做出以下结果： （1） 超调量 （2） 峰值时间 （3） 过渡过程时间 （4） 余差 （5） 第一个波峰值 （6） 第二个波峰值 （7） 衰减比 （8） 衰减率 （9） 振荡频率

（10） 全部P、I、D的参数 （11） PID的模型 （二）每人一个题目，自己完成课程设计报告，报告的格式如图论文格式

一． 液氨的水温控制系统设计

液氨蒸发器主、副对象的传递函数分别为：

G01(s)?11， G02(s)?e?0.1s

(20s?1)(30s?1)0.2s?1主、副扰动通道的传递函数分别为：

Gf1(s)?1， Gf2(s)?1 0.2s?1试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：

（1） 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭

环系统原理图；

（2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次

扰动）；

（3） 说明不同控制方案对系统的影响。

二．炉温控制系统设计

设计任务：某加热炉的数学模型为G(s)?如下：

（1） 仿真分析以下控制方案对系统性能的影响：PID、微分先行、中间微分、

目 录

第一章 概 述 ............................................................................................................... 1

1.1 设计目的 ............................................................................................................ 1

1.2 具体任务 ............................................................................................................ 1 1.3 氧化铝生产的意义 .............................................................................................. 2 第二章 氧化铝高压溶出工序介绍 .................................

过程控制系统复习大纲

（仅供参考）

第一章

1、过程控制系统的分类及性能指标 （P4） （1）、分类：按系统结构特点分：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈复合控制系统 按给定值信号特点分：定值控制系统、随动控制系统 （2）、性能评价指标：1）、系统必须是未定的。 2）、系统应能提供尽可能好的稳态调节（静态指标）。 3）、系统应能提供尽可能好的过渡过程（动态指标）。 2、阶跃响应性能指标 （P7） （1）、 稳态误差ess?r?y(?)B（2）、

衰减比n?1 B2

y(t)?y(?)（3）、 超调量?（%）=p?100%y(?)

（4）、 过渡过程时间ts3、重要习题 （P14） （1）、过程控制系统由哪些环节组成的，各有什么作用？过程控制系统有哪些分类方法？ 答：过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送环节等环节组成。

控制器的作用是接受测量变送装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。

执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。

课程代号： 《过程控制系统》（C）卷 题号 得分 阅卷人 一 二 三 四 五 六 总分

一、填空题（每空1.5分）（本题33分）

1、过程控制系统一般由 、 、 和测量变送等环节组成。 2、过程控制系统由 和 两部分组成。

3、压力检测的类型有三种，分别为： 、 、＿＿＿＿＿＿＿＿。 4、气动执行结构主要有 和 两大类。

5、根据使用的能源不同，调节阀可分为 、 和 三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有 、 和混合建模。

7、积分作用的优点是可消除 ，但引入积分作用会使系统 下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为 、 和 三种。 9、造成积分饱和现象的内因是 ，是 。 二、名词解释题（每小题5分）（本题15分） 1、过程控制： 2、串级控制系统： 3、现场总线：

三、简答题