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1、燃煤锅炉燃烧过程和热效率监控系统设计摘 要燃煤锅炉是采暖供热系统的核心设备，它的主要任务是安全可靠、经济有效地把燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水，生产出满足需要的蒸汽或热水。本文对燃煤锅炉控制系统进行了研究，燃煤锅炉在燃烧过程中会影响产生的热效率，在分析影响热效率的因素后，对燃煤锅炉燃烧系统进行了控制方案的设计，其中包括蒸气压力动态特性与燃料控制系统设计、送风控制系统设计、炉膛负压控制系统设计、硬件结构、系统主要功能、软件设计原则、主程序流程等。燃煤锅炉燃烧控制系统不仅仅要控制稳定的出水温度、保持经济燃烧、维持炉膛负压在一定范围内，更主要的是要节煤，即如何要把燃烧过程控制在热损失最小
2、，热效率最高，对环境污染最小的所谓最佳燃烧状态。因此提高锅炉燃烧过程中的热效率是燃煤锅炉经济运行的主要方法。本设计采用DCS对锅炉设备控制，DCS是集散控制系统，集中管理，分散控制。并进行组态，实现操作画面设计、流程图绘制、控制方案编写等操作对燃煤锅炉进行监控，从而使锅炉安全可靠的经济运行。关键词：燃煤锅炉；燃烧过程；热效率；DCSDesign of Control System for Coal-fired Boiler Combustion Process and ThermalAbstractCoal-fired boiler heating system is the core of
3、the heating equipment, its main task is to safe, reliable, cost-effective way to fuel chemical energy into heat, thus the heat transfer water to produce steam or hot water to meet the needs.In this paper, coal-fired boiler control system is studied, coal-fired boiler in the combustion process affect
4、s the thermal efficiency of the analysis of the factors affecting the thermal efficiency of coal-fired boiler combustion system to control the design, including the dynamic vapor pressure Characteristics and fuel control system design, supply air control system design, furnace pressure control syste
5、m design, hardware structure, the main function of the system, software design principles, the main program processes. Coal-fired boiler combustion control system not only to control the stability of water temperature and keep the economy burns, to maintain the furnace negative pressure within a cer
6、tain range, but the main thing is to save coal, namely, how to control the combustion process should minimize heat loss, the maximum thermal efficiency , the smallest of the so-called environmental best burning. Therefore, the process of improving combustion efficiency of coal-fired boilers heat the
7、 main method of economic operation.The design of the boiler equipment controlled by DCS, DCS is a distributed control system, centralized management and decentralized control. And the configuration, operation of the screen to achieve the design, flowcharting, and other control programs written to mo
8、nitor the operation of the coal-fired boilers, so that the economic operation of the boiler safe and reliable.Key words: coal-fired boiler; combustion process; thermal efficiency;DCS目 录摘 要IABSTRACTII第1章 引 言11.1燃煤锅炉研究的背景11.2 燃煤锅炉研究的现状1第2章 锅炉监控系统方案设计32.1锅炉工艺流程简介32.2燃煤锅炉控制中的控制参数42.2.1燃煤锅炉中的主要控制参数42.2.2
9、燃烧过程中参数之间的关系52.3燃煤锅炉设备的监控系统52.3.1燃煤锅炉燃烧系统的控制52.3.2燃烧系统中影响热效率的动态特性62.4燃烧过程控制系统的方案设计82.4.1蒸汽压力与燃料控制系统对热效率的影响92.4.2送风控制系统对热效率的影响122.4.3炉膛负压控制系统对热效率的影响14第3章 锅炉燃烧控制系统硬件选型163.1锅炉燃烧系统仪表选型163.1.1测量仪表选型163.1.2执行机构的选型173.2 JX300X DCS简介183.3 JX300X系统软件20第4章 锅炉监控系统的软件实现224.1锅炉监控系统组态224.2锅炉燃烧过程控制系统组态294.3锅炉监控系统的
10、组态运行过程30第5章 结论35参考文献36谢 辞3738第1章 引 言1.1燃煤锅炉研究的背景工业锅炉是工业生产中普遍使用的动力没备，是能源转换的重要设备之一。目前，全国在工业锅炉有50多万台，约180万蒸吨/小时。其中燃煤锅炉约占工业锅炉总数的85%左右，平均容量约为3.4蒸吨/小时。链条锅炉约占工业锅炉总台数的65%，往复炉排锅炉占20%，固定炉排占10%，循环流化床锅炉约占4%，其他锅炉占1%。每年排放烟尘约200万吨，SO2 约700万吨，CO2 近10亿吨，对环境造成了严重污染。随着对生产自动化要求渐高的趋势，改变工业锅炉运行中传统的手动、半自动操作方式已势在必行尤其是近年来我国北
11、方各大城市承受着持续低温天气和煤炭价格大幅度上涨的压力，还要面对供热标准1。工业供暖锅炉的安全运行显的越来越是重要，那么这就要我们用一些方法来控制锅炉的运行，从而控制燃烧过程热效率的损失。并且在出现异常的情况下能够马上显示出来，这样以便于我们进行整修。所以为了供暖锅炉能够安全有效的运行，我们必须对它进行控制，这就是我们经常说的燃煤锅炉燃烧过程和热效率控制系统2。1.2 燃煤锅炉研究的现状工业锅炉的节能和正常运行与锅炉设计和燃烧控制有直接的关系。锅炉热效率是锅炉设计和运行中关键的技术指标。影响锅炉热效率的因素包括：排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失、散热损失以及其它热损失。对
12、于中小型工业燃煤锅炉排烟热损失和机械不完全燃烧热损失在各项损失中比例较大。提高燃煤锅炉燃烧过程的热效率是非常重要的环节。锅炉微计算机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的 1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作3 。作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。 锅炉微机控制系
13、统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、微机、手自动切换操作、执行机构及阀、滑差电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机，手自动切换操作部分，手动时由操作人员手动控制，用操作器控制滑差电机以及阀等，自动时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，这是必不可少的，以免锅炉发生重大事故4。第2章 锅炉监控系统方案设计2
14、.1锅炉工艺流程简介锅炉是发电，炼油，化工等工业部门的重要能源、热源动力设备。常见的锅炉设备的主要工艺流程如图2.1所示。燃料和空气按照一定的比例进入燃烧室燃烧，燃烧释放的热量通过蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽。然后经过过热器，形成一定气温的过热蒸汽，汇集至蒸汽母管。具有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，除将饱和蒸汽变为过热蒸汽外，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囱，排入大气5。图2.1 锅炉设备主要工艺流程图2.2燃煤锅炉控制中的控制参数2.2.1燃煤锅炉中的主要控制参数锅炉是一个比较复杂的控制过程，为保证提供合格的
15、蒸汽适应负荷的需要以及锅炉的运行安全，各个环节的工艺参数必须严格控制。锅炉系统主要的被控参数有汽包水位、过热蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、燃-空配比；主要的控制变量有：锅炉给水、燃料量、减温水流量、送风量和引风量等。锅炉对象简图如图2.2所示：图2.2锅炉对象2.2.2燃烧过程中参数之间的关系锅炉的这些被控变量和控制变量之间相互影响的关系相当复杂。例如燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、送风量和炉膛负压参数等 ；如果过热蒸汽流量发生变化，必将会引起汽包水位，蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化；给水量的变化不仅影响汽包水位，而且对蒸汽压力，过热蒸汽温度也有影响；减温水的变化会导致过热蒸汽温度，蒸汽压力，汽包水位等的变化。所以锅炉设备是一个多输入多输出且相互关联的被控对象6。2.3燃煤锅炉设备的监控系统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，同时要使锅炉在安全、经济的条件下运行。由于锅炉设备是一个多输入，多输出的且相互关联的被控对象，工程上将锅炉的控制划分为若干控制系统，主要的控制系统可分为锅炉汽包水位控制，锅炉燃烧系统控制，过热蒸汽温度的控制。本文主要介绍燃煤锅炉燃烧系统控制。2.3.1燃煤锅炉燃烧系统的控制锅炉燃烧控制系统的控制的目的是使燃烧所产生的
