锅炉内胆水温控制系统设计讲解

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1、 辽 宁 工 业 大 学 过程控制系统 课程设计（论文） 题目：锅炉内胆水温控制系统设计院（系）： 电气工程学院 专业班级： 自动化093 学 号： 090302083 学生姓名： 刘韦东 指导教师： （签字）起止时间：2012.6.252012.7.6 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 学 号090302083学生姓名刘韦东专业班级自动化093课程设计（论文）题目锅炉内胆水温控制系统设计课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能在工业生产中要对锅炉内胆水温进行定值控制，为了能够精确控制锅炉内胆水温，保证正常生产，要求设计锅炉内胆水温定

2、值控制系统，抑制流量波动，且系统无余差。本设计要求设计锅炉内胆水温控制系统设计，采用适合的控制算法，输入设定温度值，并实时显示当前温度。设计任务及要求1、确定控制方案并绘制P&ID图、系统框图；2、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数；3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式；4、若设计由计算机实现的数字控制系统，应给出系统硬件电气连接图及程序流程图；5、在实验室进行计算机软件仿真，并给出仿真结果；6、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数测量范围：-40100；控制温度：700.5； 最大偏差：2。进度计划1、布置任务，查阅

3、资料，理解掌握系统的控制要求。（2天，分散完成）2、确定系统的控制方案，绘制P&ID图、系统框图。（1天，实验室完成）3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数。（2天，分散完成）4、确定控制器的控制规律、控制器正反作用方式以及保证系统无余差。（实验室1天）5、仿真分析或实验测试、答辩。（3天，实验室完成）6、撰写、打印设计说明书（1天，分散完成）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算本科生课程设计（论文）摘要本文以锅炉内胆水温作为被控变量，着重讨论关于锅炉内胆水温的控制方

4、案，使得系统在安全稳定运行的前提下能够更高效率的工作。系统在工作过程中，由于受到的扰动不同，所需采取的控制方案也不同，需根据扰动的的大小程度和类型来选择控制方案。锅炉水温具有非线性、时变性、大滞后和不对称性等特点,常规的方法难以达到理想的控制效果。因此，针对锅炉内胆水温的控制，常用的控制方案有串级控制系统，前馈-反馈控制系统等。前者有迅速克服进入副回路扰动的能力，而后者能够克服原料流量的波动，各有其特色。通过选择对比，来达到一定的设计精度和要求。关键词：锅炉；水温；控制；精度本科生课程设计（论文）目录第1章 绪论.1第2章 设计方案.32.1 概述.32.2 设计方案.3 2.3 分析.6第3

5、章 系统设计.73.1 控制器.73.2 变送器.83.3 控制阀.9第4章 系统仿真.104.1 系统的参数整定. 10 4.2 整定方法.10第5章 总结.14参考文献.15本科生课程设计（论文）第1章 绪论锅炉是将燃料中的可燃元素碳、 氢等成分在高温条件下与氧结合发生化学反应， 放出热量，进而又将此热量传递给水，使水升温变成热水或蒸汽，供用户使用的一种设备，因此， 我们可以把锅炉称之为将燃料的化学能转化为热能的一种设备。锅炉的发展可追溯到18世纪上半叶，蒸汽机的发明使得对蒸汽的需求量大大增加，这就要求锅炉有一定的的产生蒸汽的能力。此时，所用的蒸汽压力等于大气压力。19世纪，常用的蒸汽压力

6、提高到0.8兆帕左右。与此相适应，最早的蒸汽锅炉是一个盛水的大直径圆筒形立式锅壳，后来改用卧式锅壳，在锅壳下方砖砌炉体中烧火。随着锅炉越做越大，为了增加受热面积，在锅壳中加装火筒，在火筒前端烧火，烟气从火筒后面出来，通过砖砌的烟道排向烟囱并对锅壳的外部加热，称为火筒锅炉。1830年左右，在掌握了优质钢管的生产技术之后出现了火管锅炉。一些火管装在锅壳中，构成锅炉的主要受热面，火(烟气)在管内流过。在锅壳的存水线以下装上尽量多的火管，称为卧式外燃回火管锅炉。它的金属耗量较低，但需要很大的砌体。19世纪中叶，出现了水管锅炉。锅炉受热面是锅壳外的水管，取代了锅壳本身和锅壳内的火筒、火管。锅炉的受热面积

7、和蒸汽压力的增加不再受到锅壳直径的限制，有利于提高锅炉蒸发量和蒸汽压力。这种锅炉中的圆筒形锅壳遂改名为锅筒，或称为汽包。初期的水管锅炉只用直水管，直水管锅炉的压力和容量都受到限制。20世纪初期，汽轮机开始发展，它要求配以容量和蒸汽参数较高的锅炉。直水管锅炉已不能满足要求。随着制造工艺和水处理技术的发展，出现了弯水管式锅炉。开始是采用多锅筒式。随着水冷壁、过热器和省煤器的应用，以及锅筒内部汽、水分离元件的改进，锅筒数目逐渐减少，既节约了金属，又有利于提高锅炉的压力、温度、容量和效率。第二次世界大战以后，这两种型式的锅炉得到较快发展，因为当时发电机组要求高温高压和大容量。发展这两种锅炉的目的是缩小

8、或不用锅筒，可以采用小直径管子作受热面，可以比较自由地布置受热面。随着自动控制和水处理技术的进步，它们渐趋成熟。在超临界压力时，直流锅炉是唯一可以采用的一种锅炉，70年代最大的单台容量是27兆帕压力配1300兆瓦发电机组。后来又发展了由辅助循环锅炉和直流锅炉复合而成的复合循环锅炉。 如今，锅炉的发展无论是在安全方面还是工艺效率都达到了前所未有的高度。绝大多数锅炉采用了单片机、PLC、智能仪表等进行控制。采用此类的控制方法使得系统运行稳定、反应快、精度高、安全系数高，满足工业的控制要求。锅炉所产生的热水或蒸汽可以供给用户用以采暖、空调、通风、制冷，也可用以工业加热、烘干、蒸煮、消毒等。除此之外，

9、 锅炉所产生的蒸汽还可用于拖动、发1本科生课程设计（论文）电等。 锅炉除了可将固体燃料、液体燃料、气体燃料中的化学能转变为热能外，也可直接用电能、核能或废热能使水变成热水或蒸汽以供用户使用。 目前，我国制造和使用的锅炉是量大面广的供热锅炉，因此，对锅炉内胆的水温控制显得极其重要。当其温度过高时，产生的蒸汽压力会过高，如果不对其进行控制，很可能发生工业事故。而温度过低时，又不能满足用户或工业要求。根据目前国家有关标准、规范、 规定的限定，供热锅炉一般指额定蒸发量 D65t/h，额定压力 P3.9MPa 的锅炉，这也是 与建筑环境与设备专业密切相关的锅炉，是本专业重点研究和使用的对象。 要顺利完成

10、化学能与热能之间的转换， 或者说要顺利地产生用户所需的蒸汽或热水， 光 有锅炉本体设备还是不够的，还必须配以其他辅助系统，如燃料输送及出灰渣系统，引、送风系统，汽水系统，仪表附件及控制系统。我国供热锅炉恒久以来不停存在所谓的“大马拉小车”现象，大多数锅炉处于低负荷运转状态，一方面是由于设计院和用户在选用锅炉时，考虑到今后的生长等因素，所选锅炉的容量及台数往往超过现实需求量很多，另一方面，锅炉现实运转中负荷常随用汽、用热负荷变革在较大范围内波动，形成很多锅炉恒久在低负荷下运转。我国供热锅炉一样平常均匀负荷率在50%70%，锅炉容量愈小，均匀负荷率愈低，反之则较高。尽管供热锅炉在节能新技能、新产物

11、应用方面获得了一些成果，但由于缺乏须要的政策支持，总体推行力度不大。循环流化床锅炉、新型水火管锅炉、渣滓焚烧锅炉、燃生物质锅炉、真空锅炉等新产物都有不同程度的生长。螺纹烟管技能在锅壳式锅炉上险些得到片面采用，并在其他换热设置装备摆设中得到应用。燃煤分层安装、锅炉复合相变尾部换热器、锅炉计算机控制体系等产物在现有锅炉改造中也有不同程度的应用，其中燃煤分层安装应用相对广一些。各地在供热锅炉改造中，还不同程度地采用了变频调速技能对供热锅炉配套的水泵和鼓、引风机进行控制改造。2第2章 设计方案2.1 概述本实验是以锅炉的内胆水温为被控变量，合理的设计方案。考虑到锅炉的温度是整个锅炉工业控制系统的重要量

12、，所以很好的控制温度意义重大。控制锅炉内胆水温有多种控制方案，对温度的扰动量有进水流量蒸汽的出口流量蒸汽的压力以及燃料的流量等。针对于进水的流量可测不可控扰动，可采用温度流量的串级控制。此控制方案只能针对单一的流量扰动，对于其他的扰动没有调节作用。对于燃料流量的控制可采用温度流量的串级控制。对于蒸汽出口流量的调节，可采用前馈串级控制系统。串级控制系统是在工业中常用的系统，能够迅速克服进入复回路的扰动，使得控制更加精确。考虑到在工业控制过程中，进水流量燃料的流量及蒸汽的出口流量会对系统的影响较大，因此接下来着重对其进行设计。 2.2 设计方案闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反

13、向联系的控制系统。闭环控制系统优点-不管任何扰动引起被控变量偏离设定值，都会产生控制作用去克服被控变量与设定值的偏差.因此闭环控制系统有较高的控制精度和较好的适应能力,其应用范围非常广泛。 缺点-闭环控制系统的控制作用只有在偏差出现后才产生，当系统的惯性滞后和纯滞后较大时,控制作用对扰动的克服不及时,从而使其控制质量大大降低。在闭环控制系统中,根据设定值的不同形式,又可分为定值控制系统,随动控制系统和程序控制系统。主回路的设计: 串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。这里主要解决串级控制系统中两个回路的协调工作问题。主要包括如何选取副被控参数、确定主、副回路的原则等问题。 副回路的设计: 由于副回路是随动系统， 对包含在其中的二次扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，二次扰动通过主、副回路的调节对主被控量的影响很小，因此在选择副回路时应尽可能把被控过程中变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包括在副回路中，此外要尽可能包含较多的扰动。 归纳如下:3 (1) 在设计中要将主要扰动包括在副回路中。 (2)